渤海南部的渤中34-9油田，其古近系火成岩广泛发育于渐新统东营组东一段、东二段，局部发育于东三段和沙河街组沙一段、沙二段。火成岩由岩浆喷出地表或侵入地壳冷却凝固所形成，其成因、岩石类型复杂，横向变化剧烈，不同类型的火成岩在不同构造部位具有不同的地震反射特征^[1-3]。由于火成岩特殊的岩性、物性和分布规律，导致构造—火山活动对原有油气藏具有破坏、改造重建等多重效果^[4]。近年来，随着国家油气资源需求的持续增加和勘探开发的逐步深入，非常规油藏的研究逐渐深入并取得突破，尤其是火成岩储层的勘探^[5-13]取得了丰富的勘探理论成果，对火山活动特点、火山岩相组合、火成岩成藏机制已经有了较为深入的研究^[14-16]。对于被火成岩强烈复杂化的砂岩油藏的勘探开发，可供借鉴的经验相对较少，对于火成岩封堵性评价以及火成岩侧向封堵砂岩圈闭模式的研究则更加少之又少，制约了渤海乃至国内外被火成岩复杂化砂岩油藏的勘探开发成效。近年来，渤海油田渤中34-9油藏的持续深入研究，尤其对砂岩油藏区火成岩相开展深入攻关，在火成岩精细识别以及火成岩与砂岩圈闭封堵模式评价等方面取得了一系列新认识，落实了研究区火成岩风险，规避了开发井风险，投产后多年建成百万吨产能规模，获得了较高的经济效益，对国内外类似油藏的勘探开发意义重大。

渤中34-9油田位于渤海南部海域，其区域构造主要处于渤海湾盆地东南部黄河口凹陷，该凹陷是渤海三大富烃凹陷之一，北依渤南低凸起，南侧为莱北低凸起，东部和西部分别以北东向走滑断裂为界(图 1)。该区紧邻郯庐断裂中支，构造活动强烈，断裂系统发育，整体上受中央断裂控制，南高北低，向北倾伏，整体上表现为一北断南超的半地堑式箕状凹陷^[17]。古新世—始新世时期，强烈的断陷活动促进拉张性控凹断裂体系的发育，但并未大规模沟通地幔岩浆房。始新世—渐新世时期，郯庐断裂带发生大规模右旋走滑运动^[18-21]，其形成的断裂深切上地幔岩浆房，为岩浆的大规模喷发提供了强大的动力；岩性分析结果显示，渐新统东一段、东二段沉积时期发生了大规模的火山活动，岩性可见大套玄武岩、凝灰岩、安山岩等。

图 1

图 1 研究区构造位置图（左）及8Sa井地层综合柱状图（右） Fig. 1 Structural location of the study area (left) and stratigraphic column of Well 8Sa (right)

钻井资料揭示油田区含油层系主要集中于火成岩较为发育的古近系东营组和沙河街组，具有多层系成藏的特点，油藏类型以岩性—构造油藏为主。古近系东三段至沙二段为辫状河三角洲沉积，在研究区陆续共钻探78口开发井（11口评价井），所有井均在古近系东一+二段（含油层系之上）及含油层系内部不同程度地钻遇火成岩^[22]，岩性主要有红褐色玄武岩、灰黑色辉绿岩、褐绿色凝灰岩、褐色安山岩，火成岩厚度为85.0~310.6m，不同类型火成岩和砂泥岩不等厚互层（图 1）。

渤中34-9油田钻遇的不同火成岩岩石类型及岩石组合类型发育着不同火成岩岩相，因此需要对该区火成岩岩性进行准确识别和划分。本文选取油田范围内渐新统东营组（海拔-2950~-2200m）火成岩较为发育的4井、E-1井、6井壁心、薄片和测井资料进行剖析，对不同类型火成岩进行精细表征。

结合油田实钻资料，研究区主要发育中基性火成岩，岩石类型包括玄武岩、辉绿岩、安山岩、凝灰岩等。

（1）玄武岩。玄武岩为基性喷出岩，多火山通道相或溢流相，镜下结构类型较多，常见斑状结构^[23]、玻基斑状结构，基质多为间粒结构、间隐结构，气孔构造和杏仁构造普遍（图 2a）；熔岩类玄武岩呈黑色，致密坚硬（图 2b）。

图 2

图 2 研究区不同火成岩岩石学特征 Fig. 2 Petrological characteristics of various igneous rocks in the study area (a) 4井，2915m，玄武岩间粒结构，铸体薄片；(b) 4井，2915m，玄武岩致密坚硬，呈现灰黑色，部分杏仁状呈现灰白色，岩心照片；(c) E-1井，2770m，辉绿岩辉绿结构，铸体薄片；(d) E-1井，2770m，辉绿岩呈现暗绿色或黑绿色，岩心照片；(e) 6井，2813m, 安山岩交织结构，板条状微晶平行或半平行排列，铸体薄片；(f) 6井，2813m, 安山岩斑状结构，岩心照片；(g) 1井，2351m，凝灰岩中火山岩岩屑成分复杂，多绿泥石化，铸体薄片；(h) 1井，2351m，凝灰岩多为灰绿色，具有岩屑凝灰结构，岩心照片

（2）辉绿岩。辉绿岩为基性浅成侵入岩，具有典型的辉绿结构（图 2c）；次火山岩主要为辉绿岩，颜色为暗绿色，矿物成分包括斜长石、辉石、橄榄石和角闪石（图 2d）。

（3）安山岩。安山岩是一种中性钙碱性喷出岩，常见斑状结构，斑晶矿物主要为斜长石，其次为辉石、暗化的角闪石和黑云母。基质常由微晶斜长石和少量辉石、磁铁矿等构成交织结构、安山结构，有时为霏细质或玻璃质（图 2e）；壁心呈现灰白色，具斑状结构（图 2f）；研究区安山岩分布范围局限，发育规模较小。

（4）凝灰岩。凝灰岩是火山活动喷出地表、较细的颗粒下落沉积而形成，多为爆发相，是火山碎屑岩中分布最广泛的一种岩石类型。研究区内多口井在东三段顶部钻遇30.8~94.3m的凝灰岩、凝灰质粉砂岩和凝灰质泥岩（图 2g）；火山碎屑岩包括凝灰岩、凝灰质泥岩和凝灰质砂岩，凝灰岩多为灰绿色，具有岩屑凝灰结构（图 2h）。

研究区钻遇的致密玄武岩在测井曲线上具有低自然伽马（GR）、高电阻率（RD、RS）、高密度(DEN)、低中子(CNCF)、低声波时差(DT)的响应特征，其中GR < 75API，DEN > 2.45g/cm³，CNCF < 0.25，DT < 80μs/ft（图 3a）；辉绿岩具有中—高自然伽马、高电阻率、高密度、低中子、低声波时差的响应特征，其中GR > 75API，DEN > 2.45g/cm³，CNCF < 0.25，DT < 80μs/ft（图 3b）；安山岩在测井曲线上表现为高自然伽马、高电阻率、低中子、中等密度、低声波时差特征，其中GR > 180API，DEN < 2.45g/cm³，CNCF < 0.20，DT < 85μs/ft（图 3c）；凝灰岩在测井曲线上以低自然伽马、低电阻率、中—低密度、中—高中子、中—高声波时差特征为主，其中GR < 60API，DEN < 2.66g/cm³，CNCF > 0.25，DT > 80μs/ft（图 3d）。结合研究区实钻资料在定性分析各成因火成岩响应特征的基础上，参考周边钻遇火成岩的砂岩油藏，建立一套渤海区域火成岩岩性及测井响应识别模板。

图 3

图 3 研究区不同火成岩测井相特征图 Fig. 3 Logging facies of various igneous rocks in the study area

在单井的火成岩岩性识别基础上，建立不同沉积时期火成岩与沉积岩纵向叠置关系。通过纵向火成岩相发育特征的连井对比可见，研究区东一+二段火成岩发育程度远大于目的层东三段和沙河街组，其中东一+二段多种组合纵向交替叠合发育，反映了多期次火山活动的大规模喷发；目的层东三段和沙河街组除火山通道相外，火成岩岩石组合类型相对单一，常表现为大套的碎屑岩中夹一套孤立的1.9~32.0m侵入相和溢流相火成岩，反映火山喷发过程中的侵入和溢流现象（图 4）。

图 4

图 4 开发井目的层火成岩相发育特征图 Fig. 4 Characteristics of igneous facies of the target layer in development well

地下任何地质体及其性质的变化均将引起其地震响应信息发生相应的变化，因此，利用常规地震剖面反射特征来识别火成岩体具有可行性^[24-26]。结合火成岩喷发模式及岩相模式研究成果，以单井火成岩相识别为基础，在确定各岩相的发育位置、形态特征和地震相特征的前提下，结合实钻井对火成岩相的地震响应特征进行精细解剖。

结合地震、地质及测井资料建立火山通道相正演模型^[27]，砂岩、泥岩、火成岩设置不同参数，例如速度分别为3150m/s、3220m/s和5000m/s（图 5a），建立的模型参考野外露头以及地震剖面中火山通道相的形态和规模（图 5b）, 采用波动方程正演模拟和叠前时间偏移分析火山通道相的成像特征，进一步增强沉积岩和火成岩响应之间的差异性。通过偏移结果和模型的对比分析建立火山通道相的刻画标准，其地震响应多为中—弱振幅、中—高频、差连续性的杂乱反射^[28]，整体呈现为柱状或漏斗状，具有纵向延伸大、横向展布范围相对较小的特点；溢流相则表现为强振幅、连续性好的平行—亚平行地震反射特征（图 5c）。

图 5

图 5 研究区不同类型火成岩相地震正演模拟 Fig. 5 Seismic forward modeling of various igneous facies in the study area

火山熔岩沿火山通道上升过程中呈层状侵入到沉积岩地层中的侵入相火成岩，分别设置砂岩、泥岩、侵入体火成岩不同的速度、密度模拟参数，正演侵入相火成岩模拟结果（图 5d），总体呈现中—低频、强振幅板状、层状反射特征（图 5e）。以此建立多成因类型火成岩、沉积岩识别模板（图 6），作为火成岩较为发育的渤海区域火成岩精细识别的重要表征依据。

图 6

图 6 渤海区域火成岩相识别模板 Fig. 6 Identification chart of igneous facies in Bohai Sea area

从研究区火成岩发育的平面方差属性可见，北部区域火成岩体平面上近圆形分布；南部区域断裂发育区域平面特征复杂，火成岩沿断裂呈环状分布（图 7）。火成岩平面方差属性的应用，较好地反映了火成岩体的平面展布规律。西侧主要发育侵入相火成岩，北侧主要发育火山通道相火成岩，南侧局部发育溢流相火成岩。

图 7

图 7 渤中34-9油田火成岩体平面方差属性表征图 Fig. 7 Plane variance attribute of igneous rock mass in BZ34-9 Oilfield （a）北部区域火成岩体地震反射剖面；（b）南部区域火成岩体地震反射剖面；（c）与（a）对应的火成岩体均方根振幅属性，2150ms；（d）与（b）对应的火成岩体均方根振幅属性，2300ms

通过地震资料正演及平面方差属性的融合，对火成岩分布范围进行追踪和精细识别。除此以外，实钻资料的指导对于火成岩体的识别和表征至关重要。在火成岩体内部，由于剧烈的火山活动及火成岩事件性沉积，导致描述范围内地震同相轴表现出杂乱反射特征，对应井上的玄武岩和凝灰岩；受不同程度火山活动的影响，火成岩体描述范围外部，地层的成层性较好，地震同相轴较为连续，井上以钻遇砂泥岩的常规砂岩储层为主。如图 8所示，A37井在火成岩范围内钻遇垂厚约130m的大套凝灰岩段，范围外主要钻遇砂泥岩储层互层沉积，岩性的突变，在地震资料上表现为同相轴错断或上翘的杂乱反射特征；A32井垂深2500m以上钻遇大套火成岩，下部则以钻遇常规油层、差油层等砂岩储层为主，在垂深2710m钻遇一套厚层安山岩，地震资料表现为强振幅、连续性较好的平行反射特征，为侵入相火成岩反射特征。

图 8

图 8 研究区开发井目的层钻遇火成岩剖面示意图 Fig. 8 Igneous rock section in the target layer penetrated by development well in the study area P16H—浅相移电阻率，P40H—深相移电阻率

结合地震正演及对火成岩的精细识别，在不同属性时窗下刻画不同层位火成岩展布特征，开展沙河街组至东营组的火成岩垂向演化特征表征。研究区新生界火成岩体具有继承性特征，自下至上范围逐渐变大，6井周边呈现连片分布特征，1井、5井火成岩体发育规模较小，独立环状特征较为明显（图 9）。

图 9

图 9 火成岩垂向演化特征示意图 Fig. 9 Vertical evolution characteristics of igneous rocks

研究区古近系圈闭以岩性—构造圈闭为主，因此火成岩是否具有封堵性，对于研究区的圈闭封闭至关重要。本文从宏观和微观两个方面进行论述。从火成岩的岩石学特征可见，不同类型火成岩的连通孔隙均不发育，早期裂缝多被矿物充填，岩石物性差。

通过分析研究区火成岩段物性表征（图 10），结合T₂谱数据分析，1井垂深3097~3118m钻遇的玄武岩段与上部砂岩段储层物性差异较大，表现为高密度、高电阻率、高速度、低总孔隙度、无可动用孔隙的“三高两低”物性特征；另外，结合同井位相邻钻遇的火成岩段和砂岩段随钻电阻率（RCPLHM/RCPSLM/RCPLLM）与电缆复测电阻率（RLLD/RLLS/REXP）深、中、浅电阻率曲线分开程度，8Sa井垂深2568m砂岩储层段复测电阻率呈现明显分叉现象，而其上部地层中玄武岩、凝灰质泥岩等火成岩段均未发生明显钻井液侵入现象，表明研究区火成岩段非渗透层无有效孔隙的物性表征。

图 10

图 10 研究区火成岩段物性表征图 Fig. 10 Logging physical property evaluation of igneous rocks in the study area TG—气测全烃含量；ROP—钻时

另外，结合实钻井的生产资料表明，火成岩体两侧开发井呈现明显的地层压力较大差异，证实火成岩可作为封闭边界，分割流体。

研究区为受构造和火成岩双重控制而形成的岩性—构造圈闭，火成岩发育时间晚于断层，对圈闭主要起封堵作用，砂岩作为油气储层保证了油气的聚集，因此火成岩侧向封堵砂岩圈闭模式的研究至关重要。分析认为，研究区共发育3种火成岩侧向封堵砂岩圈闭类型，类型1为火山通道侧向遮挡型，即火山岩墙厚度远大于砂岩储层厚度；类型2为侵入体侧向遮挡型，即火成岩侵入体厚度大于砂岩储层厚度，可封堵圈闭分割流体；类型3为侵入体侧向不遮挡型，即火成岩侵入体厚度小于砂岩储层厚度，不能封堵圈闭。

类型1中纵向上直立的火山通道相分割圈闭和流体系统，对油气起到较好的保存作用；类型2和类型3中沙一段局部发育侵入型火成岩（地震响应特征为强振幅、中—高连续性平行—亚平行反射特征），若火成岩侵入体厚度大于沉积储层厚度，可较好地封堵圈闭；反之侵入体厚度较小，则难以形成较好油气圈闭（图 11）。

图 11

图 11 研究区火成岩侧向封堵砂岩圈闭类型图 Fig. 11 Types of igneous rocks lateral sealing sandstone trap in the study area

研究区形成有利油气圈闭需要满足两个条件：其一需发育侧向遮挡的火成岩段，以满足有利圈闭的形成，其二火成岩体的厚度大于目的层段砂岩厚度，使储层具备较好的保存条件。

通过对火成岩精细识别及开发井钻遇火成岩厚度统计（表 1），在火成岩相与砂岩相组合对应关系下，结合火成岩的侧向封堵性，总结研究区不同层位、不同断块3种火成岩/砂岩侧向封堵模式（图 12）。第一种为岩墙侧向封堵型，即火山通道相火成岩作为岩墙侧向封堵圈闭，与目的层砂岩储层形成较好的封堵关系，能形成较好的油气保存条件，主要集中于油田中部的A3井、A40井。该区火山通道相火成岩岩墙发育，其中岩墙纵向厚度为540m，远大于其砂岩油藏120~150m的厚度，可较好地分割流体。第二种为层状火成岩体侧向封堵型，即以侵入相和溢流相火成岩为主，火成岩侵入厚度较大，侵入体遮挡砂岩圈闭模式较好，能够形成较好的封闭油气作用，例如油田北部的5井。第三种为层状火成岩体侧向不封堵型，即火成岩侵入厚度较小，侵入相火成岩对砂岩圈闭封堵性较差，较难形成有利的油气圈闭。前两种火成岩封堵性较强，火成岩与砂岩圈闭的侧向封堵关系较好。

表 1

表 1 油田区实钻火成岩厚度统计表 Table 1 Thickness of igneous rocks drilled by wells in the oilfield 实钻井位 层位 火成岩类型 火成岩厚度/m 目的层厚度/m 能否形成油气挖潜区 1 E3d3 侵入型/火山通道型 750 90~120 能 1 E3s1 火山通道型 220 50~75 能 5 E3d3 侵入型/火山通道型 540 120~150 能 5 E3s1 侵入型 140 40~75 能 A40 E3d3 火山通道型 1080 150 能 A40 E2s3 火山通道型 55 65 否 6 E3s1 火山通道型 80~120 80~95 能 2 E3d2 侵入型 25 48 否

表 1 油田区实钻火成岩厚度统计表 Table 1 Thickness of igneous rocks drilled by wells in the oilfield

图 12

图 12 研究区新生界火成岩侧向封堵砂岩圈闭模式 Fig. 12 Patterns of the Cenozoic igneous rocks lateral sealing sandstone traps in the study area

在油田范围内不同火成岩精细识别基础上，结合研究区识别的3种火成岩侧向封堵砂体圈闭模式，通过火成岩的精细刻画，A3井、A40井火成岩面积从0.14km²增加至1.55km²，分析认为该区域发育火成岩封堵的岩性—构造油藏（图 13），形成了第一种岩墙侧向封堵砂岩圈闭模式，实施过程中利用开发井评价和落实，A3井和A40井分别在目的层钻遇油层58.0m和28.5m，取得了非常显著的实施效果。另外，5井叠合含油面积由钻前的1.53km²增大至钻后的6.89km²，后续陆续实施了A7、A11等采油井，大大提升了研究区开发效果，验证了文中所述方法的可靠性。

图 13

图 13 油田区钻前/钻后含油面积包络对比图 Fig. 13 Comparison of envelope oil-bearing areas before/after well implementation in the oilfield

（1）经过持续研究，明确研究区古近系多种火成岩相组合纵向交替叠合的发育特征，主要集中于东一+二段，东三段和沙河街组火成岩岩石组合类型较单一；岩相以火山通道相、侵入相和溢流相火成岩发育为主。利用平面方差属性融合火成岩展布特征，明确研究区西侧以侵入相火成岩发育为主，北侧主要发育独立环状火山通道相火成岩，南侧局部沿断层发育溢流相火成岩。

（2）火成岩段测井表现为高密度、高电阻率、高速度、低总孔隙度、无可动用孔隙的“三高两低”物性特征，复测电阻率无明显分叉现象，同时火成岩体两侧呈现较大地层压力差异，以此评价火成岩的封堵性。研究区以岩性—构造油藏发育为主，火成岩作为圈闭边界分割流体，研究区共发育岩墙侧向封堵型、层状火成岩岩体侧向封堵型、层状火成岩岩体侧向不封堵型3种火成岩侧向封堵砂岩圈闭模式，而作为有利圈闭需要满足发育侧向遮挡的火成岩体及火成岩厚度大于砂岩厚度等条件，因此，前两种火成岩侧向封堵砂岩圈闭模式较好、火成岩封堵性较强，可作为良好的潜力评价区。

（3）火成岩相精细识别、侧向封堵性以及火成岩与砂岩圈闭匹配关系研究，在规避火成岩风险、提高砂岩钻遇率的基础上，明确了油藏勘探开发挖潜方向，大大提升了油田实施效果，丰富了渤海复杂火成岩发育区砂岩油藏勘探开发技术手段，具有广泛的应用前景和推广价值。