引言

自19世纪末期美国在圣华金盆地首次发现火山岩油气藏以来，火山岩油气藏在世界各地不断被发现^[1]。20世纪70年代，中国先后在渤海湾盆地、准噶尔盆地、塔里木盆地及松辽盆地发现了火山岩油气藏^[2]。由于火山岩中赋存着大量的油气资源，引起了油气勘探领域的广泛重视。1971年，辽河油田在东部凹陷欧利坨子地区沙三段粗面岩中钻遇油层，获得日产82 t的高产油流，随着勘探开发工作的不断深入，在热河台、欧利坨子及黄沙坨油田上报了近5.0$\times 10^{7}$t的探明石油地质储量，显示了辽河盆地粗面岩油藏的巨大勘探潜力。

粗面岩的发育影响砂岩油藏的分布，因此，研究粗面岩的空间分布对粗面岩发育区的油气勘探具有重要意义。但由于粗面岩岩石物理性质特殊，分布规律性差、预测难度较大，尚未形成一套具有针对性的预测技术，目前，主要采用岩相分析和波阻抗反演等技术^[3-5]。但欧利坨子地区粗面岩均为溢流相，且与玄武岩、砂砾岩的纵波速度、密度及纵波阻抗等参数相互叠置，难以应用上述方法进行预测。

本文在对粗面岩岩芯进行岩石物理特征分析的基础上，针对性地联合应用了多参数岩性反演和波阻抗反演技术对粗面岩的空间分布进行研究，避免了使用单一地震技术预测的局限性，并通过钻井证实了预测结果的可靠性及该技术系列的合理性。旨在通过欧利坨子地区粗面岩的预测工作总结一套适合该岩性预测的技术系列，以期为其他地区或其他类型的火山岩预测提供借鉴。

1 地质背景

欧利坨子地区位于辽河拗陷东部凹陷中段，北西向延伸至中央凸起，南东向以三界泡潜山带为界，为一个呈北东向延伸的狭长条带(图 1)。现今构造格局主要形成于新生代古近纪，为典型的正花状构造。受郯庐断裂带发育演化的影响，本区经历了多期构造运动，形成了复杂的断裂系统。区内基底为中生界陆相碎屑岩、泥岩夹火山岩，钻井资料揭示，新生界自下而上依次为房身泡组，沙河街组沙三段、沙一段，东营组，馆陶组，明化镇组及第四系，整体缺失沙四段和沙二段。

沙三亚期，拉张作用使区内主干断层活动加剧，盆地快速断陷，岩浆沿界西断层、欧利坨子断层等深大断层向上运移，在断裂附近的薄弱处溢出地表，并流向溢出点附近的低洼地带沉积，冷凝形成粗面岩及少量玄武岩。由于火山活动期次较多，各期粗面岩相互叠置，因此，其厚度较大、但分布零散，在董家岗断层至界西断层间广泛发育。

2 粗面岩地球物理响应特征

粗面岩分布的预测和描述难以应用单一方法和技术解决，需要多学科、多种方法和技术的融合^[6-10]，而根据粗面岩的典型地球物理响应特征优选具有针对性的技术系列，是粗面岩空间分布预测的基础和关键^[11-14]。

欧利坨子地区主要发育粗面岩、玄武岩、砂岩、泥岩等多种岩性，根据岩芯和测井资料，通过对不同岩性测井响应特征值进行分析后认为，对岩性区分比较敏感的有自然伽马、密度和时差等(表 1)。其中，粗面岩的测井响应表现为高密度、低声波时差、高自然伽马的特征，这是由于粗面岩的矿物成分以碱性长石为主而导致的；而玄武岩的矿物成分以斜长石和辉石为主，因此具有高密度、低声波时差、低自然伽马的特征；砂岩类一般表现为中低自然伽马、中—高密度、中声波时差的特征；泥岩表现为高自然伽马、低密度、高声波时差的特征。

研究表明，将声波时差与密度根据式(1)换算为纵波阻抗，再将其与自然伽马做交会分析，在本区可以更好地将粗面岩与围岩进行区分。

$I_{\textrm{P}}=\dfrac{\rho}{\Delta t_{\textrm{P}}}$

(1)

式中：

$I_{\textrm{P}}$—纵波阻抗，$\times 10^3$kg$\cdot$m$^{-2}\cdot$s$^{-1}$；

$\Delta t_{\textrm{P}}$—声波时差，µs/m；

$\rho$—密度，g/cm³。

由自然伽马与纵波阻抗交会图(图 2)可以看出，粗面岩与其他岩性分区明显，不存在叠置区域。其门槛值为自然伽马大于95 API、纵波阻抗大于$1.0 \times 10^7$kg$\cdot$m$^{-2}\cdot$s$^{-1}$，当两者同时满足时，可以确定为粗面岩的地球物理响应。

3 粗面岩分布预测

根据粗面岩高自然伽马、高纵波阻抗的地球物理响应特征，有针对性地优选了多参数岩性反演和波阻抗反演并联合应用。首先，基于波阻抗反演计算出纵波阻抗，结合多参数岩性反演计算出自然伽马，再根据粗面岩地球物理响应特征分析确定的门槛值，实现对粗面岩的定量识别和分布预测。在分析储层的岩—电特征基础上，选择对岩性区分敏感的参数与地震信息建立联系，通过非线性函数映射和神经网络技术预测出整个岩性参数数据体，再据此进行岩性的识别^[15-18]。

在对欧利坨子地区自然伽马、声波时差及密度曲线进行标准化的基础上，采用纯波保幅地震数据开展了自然伽马反演和波阻抗反演联合分析工作。关键步骤包括合成记录制作与层位标定、主组分分析与模型估算两大部分，而合成记录制作与层位标定是核心。合成记录制作是多参数岩性反演最重要的基础工作，只有这一步做精确，才能保证测井地质信息与地震信息的正确结合。首先，合成记录制作时要针对目的层提取地震子波，子波的频谱特征要与目的层处的地震频谱一致，尤其是子波相位要能体现地震资料的相位；然后，在标志层标定基础上进行储层的精细标定。主组分分析和模型估算要注重它们的运算模式相互匹配。

图 3a为基于波阻抗反演得到的最大波阻抗平面分布图，图 3b为基于多参演岩性反演得到的均方根自然伽马平面分布图，图 3的东南边界为一条贯穿工区的逆断层。由图 3可以看出，虚线范围内为同时满足自然伽马大于95 API、波阻抗大于$1.0 \times 10^7$kg$\cdot$m$^{-2}\cdot$s$^{-1}$的区域，即预测的粗面岩分布区。

结合已知井钻井资料验证：o35井、o36井及o35-46-26井均位于预测的粗面岩发育区，而钻井资料显示，3口井均钻遇粗面岩，其中，o35井60 m、o36井30 m、o35-46-26井为103 m。而o46井、o35-52-25井和o37-58-28井所在区域，自然伽马均大于90 API，但波阻抗小于$7.0 \times 10^6$kg$\cdot$m$^{-2}\cdot$s$^{-1}$，根据交会图判断为典型的泥岩响应特征，钻井资料揭示岩性也为大套的泥岩。o35-48-27井所在区域自然伽马小于40 API，波阻抗小于$8.5 \times 10^6$kg$\cdot$m$^{-2}\cdot$s$^{-1}$，属于蚀变玄武岩的响应特征，o35-48-27井钻井揭露岩性为泥化的蚀变玄武岩。工区东北部无井区域均表现为中高自然伽马、中低波阻抗的特征，根据岩石物理分析结果，属于砂泥岩的地球物理响应，地质研究也认为该区域处于坡折带以上构造较高的部位，不发育火山岩，预测结果与地质认识基本一致。

通过上述研究可以看出，多参数岩性反演与波阻抗反演联合应用所预测的岩性分布状况与已知井揭示的岩性情况完全一致。

4 效果分析

基于上述研究结果，在预测粗面岩发育区内设计了o35-52-25、o35-48-26等7口新井(图 4)。通过新完钻井对预测结果进行验证：o35-52-25井钻遇粗面岩5 m未穿；o35-48-26井钻遇粗面岩63 m未穿；o35-46-27井正钻；o35-44-28、o35-42-27、o35-42-28等3口井钻遇油层后提前完钻，完钻井深没有到达粗面岩发育段，难以用于结果验证；而位于预测粗面岩分布范围边缘的o35-44-30井钻遇粗面岩3段，分别为5 m、3 m和11 m，符合边界位置粗面岩减薄且分段分布的特点，证实了边界位置预测的准确性。由上述分析可见，本研究结果与钻井显示完全一致，证实了本次预测结果的可靠性及该预测方法的合理性。

5 结语

采用基于岩石物理特征分析、联合应用多参数岩性反演和波阻抗反演技术等对粗面岩进行预测，有效避免了由单一地震技术的局限性而导致的预测失误，预测结果与钻井资料的高符合度也说明了该方法在粗面岩分布预测方面的可靠性。