第22卷第4期2010年12月
文章编号：1673-8926（2010）04-0008-06
岩性油气藏
LITHOLOGICRESERVOIRS
Vol.22No.4Dec.2010
火山岩地震储层学
谭开俊，卫平生，潘建国，张虎权
（中国石油勘探开发研究院西北分院）
摘
要：随着国内外火山岩油气藏的不断发现，有必要建立火山岩地震储层学来满足勘探开发的迫切需
要。火山岩地震储层学是地震储层学的一门分支学科，主要研究盆地构造环境及火山岩储层的岩性和岩相特征、储集空间类型、物性特征、外观形态特征和所含流体特征等在三维空间的变化，实现火山岩的储层建模。地质、地震、测井等多学科协同研究是火山岩地震储层学研究的根本方法。岩矿测试分析技术、测井岩性识别技术、储层地震预测技术、流体预测技术、储层建模技术和三维可视化技术是火山岩地震储层学研究的六大关键技术。火山岩地震储层学适用于油气勘探到开发的各个阶段。由于受现有地震资料分辨率的限制，对火山岩优质薄储层仅能识别到10m左右，对储层物性、储层流体性质等方面的研究还处于半定量化阶段。
关键词：火山岩；地震储层学；测井分析技术；储层地震预测；储层流体预测；储层建模；三维可视化中图分类号：TE122.2+22
文献标识码：A
显示，实际探明储量的火山岩油气藏有169个，比较大的油气田有澳大利亚的斯科特油气田和印度尼西亚的贾蒂巴朗油田等，油层厚度从几米到几百米，储层孔隙度从0.1%到32%，渗透率从0.01mD到
地震储层学是在传统的储层地质学、地震地层学、层序地层学、地震沉积学等学科的基础上发展而来的一门新学科［1-4］。随着火山岩油气藏的不断发现［5-6］，迫切需要建立一门地震储层学的分支学——火山岩地震储层学，以满足勘探开发的需求。科—笔者从国内外火山岩油气藏研究现状及火山岩地震储层学的基本涵义、研究内容、关键技术和研究尺度等方面进行了简要的论述，以期为这门学科的发展起到抛砖引玉的作用，从而更好地为火山岩油气藏勘探与高效开发服务。
42mD。目前国内外火山岩油气藏在勘探历史、勘探
特点、构造背景、发育层位、岩性特征、油气藏规模和地质认识等方面具有差异性（表1）。
近年来，火山岩储层作为油气勘探的新领域，已引起了众多学者的关注［7-11］。国外较重视火山岩储层发育机理方面的研究，其中对火山岩储层研究相对较早和较深入的国家是日本，但以描述性研究居多。国内最早针对火山岩油气藏的研究是在准噶尔盆地。20世纪80年代以来，由于不同学科之间的交叉、测试技术和计算机技术的发展及实验模拟设备的完善，使火山岩的研究完全脱离了纯岩石学的范畴，而不断重视含火山盆地的环境分析［12］，并应用火山地质学理论［13］，从火山岩的矿物成分、化学成分、岩石结构、岩石系列类型与演化趋势以及火山作用、火山岩相与相模式、火山机构与火山构造等方面进行研究。近年来，随着松辽盆地深层和新疆地区晚古生代油气勘探的不断深入，一方面从
1国内外火山岩油气藏研究现状
自1887年在美国加利福尼亚州的圣华金盆地
发现了世界上第一个火山岩油气藏之后，国外相继发现了众多火山岩油气藏，如阿塞拜疆的穆拉德汉雷油气藏、日本新泻盆地真美气藏、阿根廷内乌肯盆地拉帕油气藏、墨西哥富贝罗油气藏等。国内于
1957年首次在准噶尔盆地西北缘发现火山岩油气
藏以来，又先后在渤海湾、二连、黄骅、塔里木、松辽以及苏北等盆地发现了火山岩油气藏。目前，在世界范围内已发现300多个与火山岩有关的油气藏
收稿日期：2010-08-05；修回日期：2010-10-10
第一作者简介：谭开俊，1973年生，男，西南石油大学在读博士研究生，高级工程师，现从事石油地质综合研究工作。地址：（730020）甘肃省
兰州市城关区雁儿湾路535号。电话：（0931）8686615。E-mail：tankj@petrochina.com.cn
2010年谭开俊等：火山岩地震储层学
表1
国内外火山岩油气藏对比表
国外
9
Table1Volcanicreservoirscomparisonathomeandabroad
对比内容勘探历史勘探特点构造背景发育层位岩性特征油气藏规模地质认识
国内
1955年在准噶尔盆地西北缘首次发现，历经50年
早期局部勘探，现已作为重要领域全面勘探
以陆内裂谷为主，也有岛弧
东部地区以中新生代为主，西部地区以古生代为主东部地区以中酸性火山岩为主，西部地区以中基性火山岩为主规模相对较大，东部地区以大面积岩性油气藏为主，西部地区以构造
背景下的地层油气藏为主认识程度相对较高，基本形成了火山岩油气藏勘探配套技术系列
1887年在美国圣华金盆地首次发现，历经120年
偶然发现或局部勘探以大陆边缘为主，也有陆内裂谷以中新生代为主，古生代较少
以中基性火山岩为主
一般较小，也有大油田、大气田，可高产
总体认识程度较低
野外和岩心资料入手，另一方面更多地重视测井和地震等地球物理资料的应用，研究火山岩的岩石学特征、岩相特征、储集空间类型、储层物理性质、火山机构类型、火山喷发类型、火山岩体分布特征、孔隙和裂缝演化模式以及储层控制因素等［14-19］，并尝试性地开展了储层地质建模研究［20］。
综上所述，目前火山岩储层研究的发展趋势是从宏观向微观、从定性到定量、从理论沉积学向应用沉积学、从单学科向多学科协同研究以及储层研究智能化方向发展［21-22］。因此，多学科协同在储层研究中的重要性，尤其是地震资料在储层研究中的作用越来越受到重视［23］。
的控制作用［3］。利用区域地质资料，分析盆地的区域构造格局、盆地性质、重大构造事件、构造演化等。在高精度地震资料的基础上，运用构造地质学、地震层序学和层序地层学理论开展精细构造解释，剖析火山的喷发模式和喷发期次，分析构造演化对储层发育的控制作用。
3.2岩性和岩相特征
主要研究火山岩岩性与岩石学特征、火山岩岩
相和各亚相的地质特征与岩相模式、火山机构、火山构造、火山岩体的分布特征。利用野外露头和钻井取心资料，开展室外岩心观察和室内实验分析，确定火山岩岩性、结构和构造，划分火山岩岩相；将分析和划分结果标定在测井资料上；采取井震结合的方法，并利用多种地震预测技术识别火山岩储层的岩性及岩相的分布特征。
2火山岩地震储层学的基本内涵
火山岩地震储层学是地震储层学的一门分支
学科。其涵义是：利用地震信息，结合地质、测井、钻井、测试、采油、分析化验等资料，从分析盆地构造环境、火山喷发模式和喷发期次出发，研究火山岩储层的岩性和岩相特征、储集空间类型、物性特征、外观形态特征及所含流体特征等在三维空间的变化，从而实现火山岩的储层建模。火山岩地震储层学的研究必须重视构造地质学、火山地质学、石油地质学、沉积学、储层地质学、地震地层学、层序地层学、地震沉积学、岩石学等多学科的交叉与融合，重视地震、地质、测井等多专业一体化协作，并将宏观与微观研究相结合。
3.3储集空间和储集性能
各种类型火山岩均可形成储层，关键在于要具
备良好的孔隙结构和储集性能。因此，原生孔隙、次生孔隙和裂缝的发育特征、组合类型、连通情况、储集性能以及影响孔隙结构和储集性能的主控因素是研究的主要内容。通常利用钻井和露头样品进行物性分析，然后进行地震和测井标定，用井震联合反演的方法来预测火山岩储层的孔隙度、渗透率、含油饱和度和油层压力等。火山岩储集空间类型多样，就目前的地震技术而言，对孔隙结构进行刻画还有一定的难度，只能预测构造裂缝的发育情况。利用露头和岩心观察结果标定裂缝的测井响应特征，采取井震结合的方法，并利用其它多种方法，预测火山岩中的裂缝发育带，半定量刻画裂缝的发育程度。
3火山岩地震储层学的研究内容
火山岩地震储层学适用于从勘探到开发的各
个阶段，研究的内容比较广泛，概括起来有以下6个方面。
3.4
构造环境分析
储层发育特征
主要研究火山岩成岩作用、火山机构特征及分
3.1
主要研究区域构造环境以及构造演化对储层布规律，确定火山岩岩浆的密度、黏度等物理性质
10岩性油气藏第22卷第4期
及熔结结构，探讨岩浆喷发特征、流动状态等动力学过程及机制。利用地震储层预测技术和三维可视化技术，描述一个或多个火山机构的岩性、岩相特征及其在三维空间的几何形态。
的孔隙和储集性能以及各种矿物的成岩作用；电子探针与阴极发光显微镜相结合，可以揭示矿物的发光机理，与X-射线衍射相结合，可以准确鉴定各种矿物的成分；图像分析仪可以用于岩石铸体薄片平面孔隙特征参数的提取以及孔隙、喉道和颗粒大小的测定；热分析是指在一定条件下测定某种物质的物理性质随温度的变化情况，进而对其进行定性和定量分析的技术方法，主要用于对各种胶结物的测定；原子吸收光谱仪、激光喇曼光谱仪和电感耦合等离子体原子发射光谱仪主要用于对岩石中所含微量元素的定性和定量分析。
3.5储层所含流体特征
主要研究火山岩储层所含流体的性质，查明火
山岩与烃源岩的关系，预测油藏的分布范围和油层厚度，为储量计算提供参数。利用各种烃类检测技术（包括叠前和叠后方法）预测火山岩储层中所含流体是油、气或是水，并进一步预测火山岩储层中油藏的分布范围及油层厚度。
3.6储层建模
火山岩储层地质建模是将储层的地质形态、结
4.2测井岩性识别技术
目前，火山岩测井岩性识别方法、技术众多，主
构、参数等定量化的一种技术手段，是将数学和储层地质紧密结合，并通过计算机技术获得油气储层三维地质定量信息的产物。采用各种建模技术建立起火山岩储层、油层（藏）的各种物理模型，半定量化、定量化实现火山岩储集体的三维空间描述。
要有ECS测井法、测井数据对应分析法、模糊数学法、常规测井资料交会图技术及神经网络技术，其中最常用的是常规测井资料交会图技术［26］。利用测井资料的三维或多维图版可简单而有效地识别火山岩岩性。首先，在岩性识别前要进行火山机构分析，因为同一岩性在不同的火山机构内其测井响应有差异；然后，将这些测井资料进行优选，并将它们组合在二维或三维坐标系中，以直观的数据形式表示出来，再结合岩心和薄片观察，编制出各种类型的测井曲线交会图版；最后，根据资料反馈信息（岩心和薄片的观察）校正的图版，可较为准确地识别多种类型的火山岩岩性。应当特别指出的是，由于火山岩的岩性具有很大差异，要很好地对其加以识别，仅用单一的一种交会图有时难以实现，最好是利用多种图版，多投点，在图版上找出各种岩性的主要差别。
4火山岩地震储层学的关键技术
火山岩地震储层学的研究内容广泛，涉及学科
众多，其发展取决于各学科的进展。因此，地质、地震、测井等多学科协同研究是火山岩地震储层学研究的根本方法，其中地球物理技术对于火山岩储层的研究尤为重要。火山岩地震储层学有以下6项关键技术。
4.1岩矿测试分析技术
传统的岩矿测试分析多采用显微镜和化学分
析。近年来，岩矿测试物理分析方法逐渐发展完善，成为以晶体化学、晶体物理学和量子力学为理论基础，与射波谱学、结晶学和矿物学相互渗透、相互结合的分析方法［24］。这些化学和物理分析技术包括薄片分析、X-射线衍射分析、阴极发光显微镜、电子显微镜、电子探针、图像分析仪、热分析、原子吸收光谱仪、激光喇曼光谱仪、电感耦合等离子体原子发射光谱仪等［25］。薄片分析是岩矿分析的常规手段之一，主要分析物质成分和含量、岩石结构、微小构造和成岩作用等；X-射线衍射分析是鉴定矿物的最重要方法之一，已广泛应用于各种矿物及全岩的定性和定量分析；阴极发光显微镜已经广泛应用于对矿物的鉴定、原岩结构的恢复、裂缝和次生孔隙的识别以及成岩作用的分析；电子显微镜的用途十分广泛，可以用于研究岩石中的各种自生矿物、储层
4.34.3.1
储层地震预测技术储层反演技术
储层反演技术是利用地震与测井资料联合反
演地层波阻抗（或速度）的一种地震特殊处理解释技术。与常见的地震模式识别或神经网络预测地层参数等统计方法相比，该项技术具有明确的物理含义，是储层预测的较确定性方法。由于火山岩速度远大于沉积岩速度，使得纵向上的速度差异较大。常规的反演技术用于火山岩预测，往往火山岩层表现为高阻抗，与围岩形成强烈的阻抗差异值，从而掩盖了局部细微特征，以致无法分辨火山岩相带界限，因此要采用反演建模技术。模型技术的基本思想是研究某一类复杂事物时抓住它们的某些主要方面，而忽略一些非本质的次要方面，概括出一个
2010年谭开俊等：火山岩地震储层学11
能反映这类事物主要特点的参数，再进行数学、物理的计算［27-28］。需要特别强调的是，在储层反演中一定要采用多种反演软件的不同反演参数进行建模反演，通过井震结合，优选出适合研究区的储层反演方法。
后用井资料进行标定，确定不同岩相的平面分布范围（图2）。这种研究方法有助于综合分析储层横向变化特征，预测和评价储层分布范围，达到提高勘探开发成功率的目的。
13000
12500
12000
11500
11000
风7乌35风南1夏87夏202夏72夏404.3.2模型正演技术
6500
3000
夏76夏88正演模拟是指用物理模型和数学模型代替地下真实介质，用物理实验和数学计算模拟地震记录的形成过程，以得到理论地震记录的各种方法和技术
［29］
12500
6000
12000
13000
。正演模拟包括数学模拟和物理模拟，前者以
W
几何地震学的射线理论为基础，后者以物理地震学的数学模拟为基础。后者效率高，计算、修改参数方便快捷，应用较为广泛，具有与实际情况更为接近的优点［30］（图1）。
排列长度/m
11000
S
11500
12000
11500
12500
图2火山岩属性聚类立体分布图
Fig.2Attributeclusteringdistributionofvolcanicrock
15
20
25
30
35
40
45
50
建议井
0.050.100.15
反射时间/s510
夏72
55
4.3.4相干分析技术
夏202夏40
相干体分析技术就是利用地震波形相干原理，计算中心地震道和指定相邻道的相干系数，将普通地震资料转换成相干系数资料，以突出地震资料中的异常现象［33-34］。相干技术是一种定量化计算波形相似性的技术，目前在国内得到了广泛应用和发展。火山岩的相干性与以下几种因素有关：断层和裂缝
0.200.250.300.35
风城组底
的发育情况、岩性和岩相的变化、地层的倾角变化以及地震资料的信噪比。这4种因素与火山机构的存在息息相关，因此可以采用高分辨率本征值相干技术识别火山机构。其计算方法是基于本征结构的第三代相干体算法，应用本征向量［35-36］的概念，使得相干体计算不仅考虑波形相似，而且考虑波的方向性。与过去的相关（Correlation）、相似（Semblance）相比，该算法稳定，能更好地区分出断层细节等特殊地质现象。
图1火山岩正演偏移剖面
Fig.1Forwardmigrationprofileofvolcanicrock
4.3.3地震属性综合预测技术
地震属性分析就是试图从大量的、丰富的三维地震数据中拾取隐藏于其中的有关地层岩性、储层物性和流体的信息，定性预测储层岩相、岩性和含油气性，或定量估算油藏参数，利用少量的井孔资料所揭示的储层特征，建立井点处地震属性与储层参数的关系，并利用这种关系将地震属性转换为相应的储层参数，进而揭示储层分布特征［31］。
属性聚类分析（参数聚类分析）是储层预测中一项非常重要的综合分析技术［32］，它是利用包括地震、地质、测井、工程等数据在内的所有地学信息，综合多学科进行储层表征的重要工具。不同火山岩相具有不同的地震反射特征，仅用单一的地震属性很难反映火山岩相的分布范围，必须创建一个多属性的地震相图。具体的作法是：首先求出层间属性平面图（瞬时频率、振幅、相关长度）；然后用人工神经网络方法进行划分，得出其聚类特征划分结果；最
4.3.5裂缝预测技术
数值模拟裂缝预测技术是以随机目标建模为核心，综合应用露头、岩心、成像测井、地震属性等建立裂缝分布几何模型的一种方法［37］。根据裂缝的主要发育方向和断层展布方位特征，把断裂按方向分成不同组，分别进行断裂的落差、长度和走向等分析，选取裂缝数值模拟所需的基本参数，分析断裂的空间展布规律。通过确定裂缝发育的分形分维数，控制裂缝与断裂的离合率，并通过断裂长度和走向分析，确定裂缝的最小、最大、平均长度和裂缝的倾向、走向。通过以上分析得到断裂在空间上的展布规律后，可以用应变量、曲率或其它地震属性
12岩性油气藏第22卷第4期
作为约束，应用随机模拟方法，计算出裂缝的平面展布。目前，最为常用的是FRACA数值模拟裂缝预测技术。首先，从地震资料入手，采用高分辨率本征值相干技术精细刻画小断裂的发育情况；其次，基于成像测井，采用FRACA数值模拟裂缝预测技术，预测裂缝的有利发育区。
方位各向异性裂缝预测技术通过地震波场数值模拟，来模拟裂隙型储层地震响应随方位角和入射角变化的特征，利用椭圆拟合，来确定裂缝方向，进而指导地震裂缝预测。其特点是不但考虑裂缝方向对振幅的影响，同时还考虑流体对振幅的影响，能够较好地预测裂缝发育的密度和方向。
应当指出的是，受地震资料品质的限制，还很难准确地掌握火山机构内部的情况，所建立的地质模型只能是一个概念模型，但它对勘探阶段火山岩储层的分析和预测仍有较大的意义。
4.6三维可视化技术
三维可视化技术是利用三维数据体进行雕刻、
透视，有效突出部分地震信息，从而将各种地质现象直观、形象地在空间显示出来，并分析其空间展布规律的一种图像显示工具（图3）。该项技术通过对三维地震资料进行立体的、多方位的展示和观察来研究资料的宏观特征和细节，用地震电影、改变颜色、旋转目标、透视、改变光源角度等方法，建立三维地质体特征的概念，充分发挥三维数据体的应有潜力和优势，使三维地震信息得到更充分的利用，从而最终达到提高解释精度及提高解释的地质合理性的目的［44-45］。
1200
250
车浅2车峰4
4.4流体预测技术
烃类检测技术是指在地震波动力学理论的发
展和野外采集数字化、计算机资料处理数字化技术运用的基础上，利用地震属性信息，结合测井、地质、试井、分析化验资料研究储层中所含流体的性质以及油气藏特征的一门间接找油技术。烃类检测技术有3种：早期的亮点技术、多属性地震参数综合预测烃类技术
［38］
500
车峰3车峰2
车24车15
车50
750
1000
、叠前AVO技术
［39］
。这3种技术目前
车91
已广泛应用于油气勘探中，其中叠前AVO技术最为常见。叠前AVO技术是指利用叠前CDP道集分析振幅随偏移距的变化规律，估算界面泊松比，推断地层岩性和含油气情况［40-41］。
车30
4.5储层建模技术
储层地质建模是将储层的地质形态、结构、参
数等定量化的一种技术手段，是将数学和储层地质紧密结合，并通过计算机运算获得油气储层三维地质定量信息的产物［42-43］。与碎屑岩储层建模相同，火山岩储层建模的目的是要描述和预测火山岩储层的空间分布特征和物性变化特征，所不同的是火山岩储层不能建立骨架模型，因为火山岩体内的储集空间不仅取决于岩性、火山岩相特征，更重要的是取决于火山岩内的气孔、溶孔和裂缝等发育状况及火山岩喷发后的风化淋滤作用［20］。建立火山岩储层储集空间分布模型所采取的技术流程如下：①在岩心观察、薄片鉴定、元素分析、化学成分分析的基础上识别火山岩岩石类型；②识别火山岩岩性，并建立测井火山岩岩性识别图版；③在岩性识别的基础上结合地震资料解释进行火山岩相分析；④建立火山岩相剖面地质模型；⑤分析火山机构，建立火山喷发相平面模型；⑥计算火山岩储层储集空间物性参数；⑦建立火山岩储层储集空间物性参数模型。
Fig.3
图3
火山岩储层三维可视化
3Dvisualizationofvolcanicreservoir
5火山岩地震储层学的研究尺度
火山岩地震储层学主要利用地震资料，结合其
它资料，半定量、定量化描述储层的三维空间特征，使井间的储层和储层非均质性得到更精细、更准确的描述。由于受现有地震资料分辨率的限制，对火山岩优质薄储层只能识别到10m左右，对储层物性、储层流体性质等方面的研究还处于半定量化阶段。
6结束语
随着火山岩油气藏勘探的逐步深入，针对火山
岩储层特征、成因、分布及预测技术等的研究不断取得新的进展，特别是地震资料在储层表征中的作