近年来，在渤海海域B构造勘探取得突破，在古近系的东营组和沙河街组均揭示良好的油气显示，但受钻遇的致密火山岩影响，严重制约了B构造下步的勘探部署.B构造面积约420 km²，已钻井8口，其中有7口井在古近系的东营组和沙河街组不同程度地钻遇火山岩，厚度约8.5~127.9 m，平均厚度为66 m，火山岩埋深约2200~3500 m，从井上钻遇情况分析，B构造火山岩岩性以致密的玄武岩为主，少量凝灰岩可见，喷发能量低，溢流相是主要的火山岩相，且钻遇的火山岩中均未见油气，据此分析，B构造揭示的致密火山岩为非储层.火山岩对B构造的油气勘探存在两方面影响：一是分布广、厚度大的致密火山岩作为非储层占据了有效的储集空间，影响了储量规模的整体把握；二是古近系地层为B构造的主要勘探层系之一，而其上覆的致密火山岩会降低钻井效率，增加海上勘探成本，影响勘探井位的部署.因此，针对目前海上勘探成本高、节奏快的特点，急需开展适合研究区的快速、高效的火山岩刻画方法.

火山岩岩相类别众多，结构复杂，横向变化剧烈，不同类型的火山岩发育不同的构造位置，其地震反射特征呈多样化、复杂化.此外，受火山岩地层埋深差异、地震资料品质差及地层接触关系复杂等因素的制约，使得火山岩的识别和预测非常困难(杜庆祥等，2015).针对火山岩的刻画，主要是基于地震相、地震属性、相干体及反演等技术(左国平等，2011；Aiello et al., 2012；谭开俊等，2012；鲁银涛等，2014；朱红涛等，2014；张芝铭等，2015)，对火山岩发育情况、平面分布特征及地震反射特征等方面进行预测.

综合国内外的研究现状及进展，火山岩刻画研究多以定性描述为主，但随着火山岩油气勘探开发的不断深入，火山岩预测技术必将向定量化方向发展.本文以渤海海域B构造古近系广泛发育的溢流相火山岩为目标，基于溢流相火山岩区别于围岩的强振幅特性，提出建立振幅类属性与溢流相火山岩物性信息的关系式，以及振幅类属性与研究层段内溢流相火山岩百分含量的关系式，通过设置振幅门槛值判断研究层段内是否存在溢流相火山岩，以及定量刻画出研究层段内溢流相火山岩的百分含量，体现了溢流相火山岩定量刻画的新思路、新尝试，快速、高效、直观地刻画了溢流相火山岩的展布特征和发育情况，并依据研究结果分析火山活动情况和喷发特征.

火山岩地质体在地震剖面和时间切片上的外部几何形态、内部反射结构和频率、振幅以及连续性等参数特性，是火山岩地震相的综合直观反映.因此，利用常规地震剖面反射特征和时间切片的平面特性来识别火山岩体具有可行性(曾富英等，2009；徐颖新等，2012).渤海海域B构造广泛发育溢流相熔岩，地震剖面上呈“类前积”状反射，成层性和连续性较好，时间切片上表现为不规则环状或强振幅的条带状等形状.

综合上述分析和钻井信息，在研究区建立了三种火山岩岩相(司学强等，2012；应明雄等，2012；胡佳等，2014).岩相类型Ⅰ：溢流相，剖面上外形多呈丘状或楔形，成层性好，内部反射多表现为低频、强振幅及强连续等特征，主要分布于火山口附近或斜坡、低洼部位；岩相类型Ⅱ：火山通道相，剖面上外形呈倒锥形立柱状，两侧边界清楚，受控于火山活动的规模，直径大小不一，反射特征为中低频，内部以空白或弱振幅杂乱反射为主，主要分布在火山口下部；岩相类型Ⅲ：爆发相，剖面上外形呈丘状，中低频、中强振幅及断续反射特征，主要分布在火山口附近.研究区内溢流相火山岩广泛分布，需精细刻画；火山通道相和爆发相分布局限，本文暂不展开讨论.

经B构造8口已钻井统计可知，钻遇溢流相火山岩(玄武岩)平均速度为4550 m/s，密度为2.57 g/cm³，计算所得波阻抗为11711 g·m·cm^-3·s^-1，围岩中泥岩平均速度为3150 m/s，密度为2.17 g/cm³，计算所得波阻抗为6823 g·m·cm^-3·s^-1，砂岩平均速度为3220 m/s，密度为2.29 g/cm³，计算所得波阻抗为7380 g·m·cm^-3·s^-1.玄武岩地层段提取子波主频约20赫兹，计算子波在玄武岩中的传播波长约228 m，地震分辨率四分之一波长厚度约57 m，而钻井揭示的玄武岩厚度单层厚度薄，集中在10 m以下，相当于三十二分之一波长到十六分之一波长之间，无法准确识别其单层玄武岩厚度.基于研究区溢流相火山岩垂向分布广泛的特征，将目的层分为东一段和东二上段、东二下段、东三段以及沙一段和沙二段四个研究层段，各个已钻井上述研究层段的地层厚度分别为271~317 m、234~240 m、201~226 m和177~208 m.文中以东一段和东二上段为例，选取B1、B2和B4井作为已知井，其他井作为验证井检验溢流相火山岩定量刻画方法的预测结果.

综合地震相与岩石物理特征，溢流相火山岩有着与围岩区分度较高的显著特征，呈现出“双强双高”的特性.地震相上表现为强振幅、强连续特性，在测井曲线上呈现DT(声波时差)低值、ZDEN(密度)高值特性，即高速度、高密度特征(图 1)，与围岩波阻抗值相差较大，在地震资料上表现为强振幅异常，以中基性岩浆岩最为明显.基于其强振幅异常的特性，建立振幅类属性与溢流相火山岩的岩石物理特性之间的关系，进而定量刻画溢流相火山岩的分布情况，是研究区溢流相火山岩刻画的主要思路.

图 1

Figure 1

图 1 不同介质声波时差与密度交汇图 Figure 1 The cross-plot of interval transit time and density in different medium

众所周知，地震振幅大小跟反射系数大小存在直接关系.通过褶积模型的公式推导，即褶积模型为：x(t)=w(t)*r(t)，其中，x(t)为地震记录，w(t)为震源子波，r(t)为界面反射系数，地震记录的振幅与反射系数存在一定的正相关关系.而反射系数是地层物性界面的特性，取决于相邻地层声阻抗(物性、地层特性)的差异，可表示为：，简化公式为：，z=ρ×v，其中，r为反射系数，z为波阻抗，ρ为密度，ν为速度.已知溢流相火山岩的波阻抗值远大于围岩，当z1＜z2，即地震波由围岩进入溢流相火山岩，反射系数随界面阻抗差增大而增大(r>0)，振幅绝对值增大；当z1>z2，即地震波由溢流相火山岩进入围岩，反射系数随界面阻抗差增大而减小(r＜0)，振幅绝对值依然增大.因此，无论地震波从围岩进入到溢流相火山岩还是从溢流相火山岩进入围岩，所得地震记录的振幅绝对值均随着溢流相火山岩的波阻抗增大而增大，两者存在一定的正相关关系.

此外，平均绝对振幅属性计算的是时窗范围内各个采样点振幅绝对值的平均值，属性本身含有厚度的概念，即平均绝对振幅属性可以反映一定时间厚度范围内振幅的整体水平.因此，初步分析研究层段内提取的平均绝对振幅也会因溢流相火山岩的存在而增大，并随着溢流相火山岩厚度的增加而增大，即平均绝对振幅值与研究层段的溢流相火山岩百分含量呈正相关关系.

如果上述两组关系成立，则可采用研究层段内的最大绝对振幅值与溢流相火山岩波阻抗值建立正相关关系式，通过溢流相火山岩波阻抗的门槛值来预测研究层段是否含有火山岩；而采用研究层段内的平均绝对振幅值与溢流相火山岩厚度建立正相关关系式，定量化预测研究层段内的溢流相火山岩厚度，并可用火地比定量化表征：火地比是指某一地层段内火山岩厚度与地层总厚度的比值，即地层段火山岩所占百分含量，其表达式为

式中：R_v表示火地比，T_v表示火山岩厚度，T_l表示地层厚度.因此，上述关系是否存在是溢流相火山岩定量刻画的关键所在.

已知B1井东一段和东二上段共钻遇3段火山岩，厚度分别为11.1 m、8.5 m和22.5 m，在传播速度与密度方面明显高于围岩，得出远大于围岩的波阻抗值，并形成较大的反射系数绝对值，而在地震剖面上反映为强波峰或强波谷(图 2a)，可通过岩性置换-正演模拟方式分析验证上述两种关系是否存在.岩性置换是指将研究层段内的火山岩介质置换为围岩介质，相应的介质属性也发生变化，即传播速度与密度等属性与围岩接近，再通过制作合成地震记录的正演模拟方式研究岩性置换后的地震反射特征(图 2b).通过对比岩性置换前后地震反射特征(图 2)，全部置换后研究层段的最大绝对振幅和平均绝对振幅均减小，证实两种振幅因火山岩的存在而增大；通过对比置换一层、两层及全部置换的地震反射特征，平均绝对振幅随着火山岩厚度的减少而减少，两者存在明显的正相关关系(图 3).因此，通过岩性置换-正演模拟的研究方式证实：研究层段内的最大绝对振幅、平均绝对振幅均与火山岩的存在呈正相关关系，而平均绝对振幅与研究层段的火地比呈正相关关系.

图 2

Figure 2

图 2 (a)岩性置换前的原始合成地震记录，(b)全部置换后的合成地震记录 Figure 2 (a) The synthetic seismogram before lithology replacement, (b) The synthetic seismogram after lithology replacement

图 3

Figure 3

图 3 岩性置换前后最大绝对振幅与平均绝对振幅对比 Figure 3 Comparative researches on maximum-absolute-amplitude and average-absolute-amplitude pre and post the lithology replacement

基于最大绝对振幅与火山岩的存在之间的关系，提取已知井研究层段的最大绝对振幅属性，建立最大绝对振幅值与溢流相火山岩波阻抗值的正相关关系，通过线性回归的方式拟合两者的经验公式，并根据已钻井信息，明确波阻抗的门槛值，预测溢流相火山岩的分布特征.在研究层段拟合二者的经验公式为：Max_Magnitude=1.517×Z+4430.3(图 4)，其中Max_Magnitude为最大绝对振幅，Z为波阻抗.经钻井信息统计(图 5)，波阻抗门槛值为Z_min=9450，可得出识别溢流相火山岩的最大绝对振幅门槛值为18766，即通提取研究层段的最大绝对振幅属性，低于18766的位置预测不含火山岩，而高于18766的部位预测为火山岩发育区.

图 4

Figure 4

图 4 最大绝对振幅与波阻抗经验公式拟合 Figure 4 The empirical formula fitting based on maximum-absolute-amplitude and impedance

图 5

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图 5 不同介质波阻抗与层速度交汇图 Figure 5 The cross-plot of impedance and interval velocity in different medium

基于平均绝对振幅与火地比的关系，提取已知井研究层段的平均绝对振幅属性，建立平均绝对振幅值与火地比的正相关关系，通过线性回归的方式拟合两者的经验公式，并根据已钻井信息，明确平均绝对振幅的门槛值，预测火地比的平面分布特征.在研究层段拟合二者的经验公式为：Volcanic=(2E-5*Avg_Magnitude-0.0591)×100%(图 6)，其中Volcanic为火地比，Avg_Magnitude为平均绝对振幅值.经钻井信息统计，平均绝对振幅门槛值为Avg_Magnitude_min=5355，即平均绝对振幅值小于5355时，认为研究层段不含火山岩，而平均绝对振幅值大于5355时，认为研究层段存在火山岩，其中火地比可通过经验公式求取，进而预测溢流相火山岩的发育特征.

图 6

Figure 6

图 6 火地比与平均绝对振幅经验公式拟合 Figure 6 The empirical formula fitting based on volcanic-formation ratio and average-absolute-amplitude

通过提取研究层段时窗内的最大绝对振幅与平均绝对振幅属性，综合上述两个线性拟合的经验公式以及相应的门槛值，可预测溢流相火山岩的分布特征.对比研究区多口井钻探信息与预测结果(表 1)，在判断研究层段火山岩发育特征方面两者具有较高的吻合度；而在预测研究层段的火地比分布特征方面，新钻的B8井预测结果与实钻结果相对误差仅为2.8%，具有较高的预测精度，定量刻画了研究区溢流相火山岩的发育情况，为确定溢流相火山岩对目的层段储层的影响提供良好的基础.

表 1 (Table 1)

表 1 火山岩实钻与预测结果对比分析 Table 1 Comparative analyses of actual drilling result and prediction value

表 1 火山岩实钻与预测结果对比分析 Table 1 Comparative analyses of actual drilling result and prediction value

在溢流相火山岩定量刻画的基础上，进一步开展火山活动性分析，并研究不同时期火山活动的特点.通过上述研究方法可得出研究区四个研究层段的火山岩平面分布特征，根据研究结果可将三维地震资料通过立体显示，并结合每个研究层段的溢流相火山岩的最大绝对振幅门槛值将小于门槛值的部分完全透明化，只显示大于门槛值的强振幅，过滤与溢流相火山岩无关的弱振幅，突显溢流相火山岩强振幅特征(图 7)，可明显识别溢流相火山岩发育位置及分布特征.火山活动于古近系的沙河街组中期开始，沙一、二段时期：火山岩呈点片状零星分布，研究区东南部与北部火山活动相对活跃，而中部则相对平静，表现为“点状”喷发特征；东营组时期：火山活动性增强，火山岩分布范围更广，持续时间更长，研究区北部火山活动至东营组晚期时活动变弱，分布范围变小，而其他地区则持续活动，基本贯穿了整个东营组时期，整体呈现出“连片”喷发特征.

图 7

Figure 7

图 7 (a)B构造沙一、二段火山岩分布，(b)B构造东三段火山岩分布，(c)B构造东二下段火山岩分布，(d)B构造东一、东二上段火山岩分布 Figure 7 (a) Volcanic rock distribution of B structure in number 1-2 of the Shahejia Formation, (b) Volcanic rock distribution of B structure in number 3 of the Dongying Formation, (c) Volcanic rock distribution of B structure in the lower of the second member of the Dongying Formation, (d) Volcanic rock distribution of B structure in number 1 and the upper of the second member of the Dongying Formation

B构造溢流相火山岩在地震相和岩石物理方面呈现“双强双高”特性，即强振幅、强连续，高速度、高密度；通过岩性置换和正演模拟证实：最大绝对振幅与火山岩存在呈正相关关系，平均绝对振幅与火地比存在正相关关系；通过线性回归拟合最大绝对振幅和波阻抗的经验公式，结合波阻抗门槛值计算溢流相火山岩的最大绝对振幅值门槛值，并由此判断研究层段是否存在火山岩；通过线性回归拟合平均绝对振幅和火地比的经验公式，结合平均绝对振幅门槛值定量化计算研究层段的火地比.

经验证，上述经验公式在判断研究层段火山岩是否发育方面具有较高的吻合度，而在定量预测研究层段的火地比方面，新钻的B8井预测与实钻结果的相对误差仅为2.8%，具有较高的预测精度；基于上述研究结果分析：火山活动始于沙河街组中期，沙一、二段时期以“点状”喷发为主，东营组时期火山活动整体活跃，呈“连片”喷发特征.

根据溢流相火山岩定量刻画结果，在B构造区勘探部署过程中尽量避开溢流相火山岩发育区，减少钻井成本，提高勘探效率，有效地指导了下一步勘探井位部署方案的优化.