了得網自然科學_盆地火山岩儲層地震預測理論與方法

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《盆地火山岩儲層地震預測理論與方法》作為盆地火山岩油氣藏地震預測的專著，從火山岩儲層地質特征、形成機理到地震理論、實驗與識別方法進行了詳盡的論述，主要適合從事油氣勘探地球物理預測理論、方法研究及火山岩油氣勘探地震地質研究的人員閱讀。

叢書序
前言
章緒論
節盆地火山岩油氣藏地球物理研究現狀
一、國內外研究現狀
二、火山岩油氣藏分布特點
三、盆地火山岩油氣藏基礎研究的重要意義
第二節火山岩儲層與其他儲層的差異
一、火山岩與沉積岩的差異
二、火山岩與岩溶型岩的差異
第三節火山岩儲層預測的難點與對策
一、火山岩儲層反射地震學研究及預測的難點
二、火山岩儲層研究及預測的技術思路與方法
第二章火山岩儲層預測的理論基礎叢書序

前言

章緒論

節盆地火山岩油氣藏地球物理研究現狀

一、國內外研究現狀

二、火山岩油氣藏分布特點

三、盆地火山岩油氣藏基礎研究的重要意義

第二節火山岩儲層與其他儲層的差異

一、火山岩與沉積岩的差異

二、火山岩與岩溶型岩的差異

第三節火山岩儲層預測的難點與對策

一、火山岩儲層反射地震學研究及預測的難點

二、火山岩儲層研究及預測的技術思路與方法

第二章火山岩儲層預測的理論基礎

節孔隙型介質的彈性參數

一、彈性模量

二、密度

三、孔隙度

第二節廣義胡克定律

一、應力與應變及其狀態描述

二、胡克定律的各向同性彈性體表示

三、胡克定律的各向異性彈性體表示

第三節地震波的傳播特征

一、地震波速度

二、地震波的傳播特征

三、AVO和反射率

第四節常用的岩石物理模型

一、Voigt-Reuss-Hill平均線

二、Kuster-Toks-z模型

三、微分等效介質模型

四、顆粒介質的接觸模型和有效模量

五、Wyllie時間平均方程

六、Wood平均（等效）方程

七、Biot-Gassmann方程

第三章火山岩儲層實驗岩石物理特征

節岩石樣品的實驗室彈性參數測定

一、火山岩岩石樣品的選擇

二、岩石樣品的加工制備與常規測量

三、岩石物理參數測量誤差討論

第二節火山岩的岩石物理特征

一、火山岩樣品彈性參數敏感因素分析

二、火山岩彈性參數組合分類

三、火山岩岩性敏感參數分析

四、火山岩儲層含流體敏感參數分析

第三節小結

第四章火山岩儲層測井岩石物理特征

節火山岩測井響應特征

第二節基於岩石物理分析的橫波預測技術

一、橫波預測研究

二、估算干岩石體積模量的經驗公式

三、干岩石體積模量和剪切模量間的經驗公式

四、橫波速度預測

五、火山岩橫波速度預測實例

第三節流體置換和岩石物理解釋模板

第四節測井信息的交會圖版研究

一、彈性參數區分岩性

二、儲層彈性參數敏感性分析

三、流體彈性參數敏感性分析

第五節小結

第五章火山岩數字化模型建立與地震波場模擬

節火山岩地質建模

一、火山岩地質模型的設計

二、火山岩地質模型的數字化

第二節火山岩地震波場正演模擬與地震響應分析

一、復雜介質彈性波場數值模擬理論研究

二、火山機構模型的地震波場正演模擬方法與地震響應分析

三、復雜火山岩地層模型的地震波場正演模擬與響應分析

四、火山岩儲層、裂縫和流體的綜合特征的地震波場模擬與響應分析

第三節小結

第六章火山岩及其儲層分布特征與地震識別

節火山岩及其儲層發育特征與分布規律

一、區域構造及斷裂對火山岩活動的控制作用

二、火山岩岩性與岩相

三、火山岩儲集空間

第二節火山岩地層、機構特征與地震識別

一、火山岩地層特征及旋回、期次

二、火山岩地層分期次地震解釋

三、火山岩機構類型、特征與地震識別

第三節火山岩相的劃分及地震特征

一、火山岩相劃分

二、火山岩相地震反射特征

第四節小結

第七章火山岩儲層地震預測

節火山岩儲層地震預測思路

一、火山岩儲層預測的難點

二、火山岩儲層地震預測思路

第二節火山岩儲層地震預測

一、基於地震屬性火山岩儲層定性預測

二、基於地震疊後反演火山岩儲層預測

三、基於地震疊前反演火山岩儲層預測

第三節火山岩儲層裂縫特征與地震預測技術

一、火山岩裂縫形成機理

二、火山岩疊後地震裂縫預測技術

三、疊前地震裂縫預測技術

第四節小結

第八章火山岩儲層預測的井震聯合新技術探索

節徐深21-1開發區塊概況

第二節3D-VSP+全方位地面地震資料采集

一、井-地聯合地震觀測方法技術優勢

二、井-地聯合地震采集繫統設計

第三節3D-VSP+全方位地面地震資料聯合處理

一、零井源距VSP+全方位地面地震資料的處理

二、零井源距VSP、非零井源距VSP和3D-VSP資料的聯合處理

三、針對各向異性的地震成像技術

第四節火山岩儲層3D-VSP+全方位地面地震聯合預測及應用前景

一、井-地聯合解釋預測火山岩儲層

二、3D-VSP+全方位地面地震聯合火山岩預測應用前景

參考文獻

在線試讀

章緒論
節盆地火山岩油氣藏地球物理研究現狀
目前，全球主要含油氣盆地多數已經進入高勘探成熟期，總的趨勢是逐漸向深層和非常規儲層發展。火山岩作為盆地早期充填的重要組成部分，火山岩油氣藏已在世界20多個國家300餘個盆地或區塊中被發現。但是，由於火山岩儲層成因復雜，分布規律性差，已發現火山岩油氣儲量隻占世界總儲量的1%，因此，火山岩油氣藏在世界範圍內沒有引起足夠重視，尤其在基礎地質研究方面相對薄弱，基本上借鋻常規沉積岩油氣藏的研究思路。但是，隨著能源需求的不斷攀升與石油工程技術的日益進步，尤其是近10年來國家層面組織重大基礎研究計劃973項目的實施以及中國東部松遼盆地火山岩勘探和西部準噶爾、三塘湖火山岩油氣藏勘探的突破，火山岩油氣藏必將成為油氣資源勘探開發的一個新領域（圖1-1）。
圖1-1全球火山岩油氣顯示及火山岩油氣田分布圖（Schutter，2003，修改）
一、國內外研究現狀
1 國外火山岩油氣藏研究歷程
自1887年在美國加利福尼亞州的聖華金盆地首次發現火山岩油氣藏，至今已經過120多年的勘探歷程。火山岩油氣藏勘探分為三個階段。
階段（1950年以前）：在淺層勘探其他類型油氣藏時偶然發現火山岩油氣藏，但未對其進行關注及評價研究。
第二階段（1950～1970年）：1953年，委內瑞拉勘探並發現了世界上首個火山岩油田——拉帕斯火山岩油田，標志著火山岩油氣藏的研究認識上升到一個新的階段，開始在局部地區進行有目的的火山岩油氣藏勘探。
第三階段（1971年至今）：局部地區進入規模勘探開發階段。在美國、墨西哥、古巴、委內瑞拉、阿根廷、原蘇聯、日本、印度尼西亞及越南等國家相繼發現了多個火山岩油氣藏。其中較著名的有美國亞利桑那州的比聶赫-比肯亞正長岩油氣藏，格魯吉亞的薩姆戈裡-帕塔爾祖裡凝灰岩油氣藏，印度尼西亞的賈蒂巴朗安山岩油氣藏，日本的吉井-東柏崎流紋岩油氣藏等。作為油氣勘探的新領域，火山岩油氣藏目前已引起全球石油界學者的普遍關注。
截至目前，國外火山岩研究具有下述特點。章緒論

節盆地火山岩油氣藏地球物理研究現狀

目前，全球主要含油氣盆地多數已經進入高勘探成熟期，總的趨勢是逐漸向深層和非常規儲層發展。火山岩作為盆地早期充填的重要組成部分，火山岩油氣藏已在世界20多個國家300餘個盆地或區塊中被發現。但是，由於火山岩儲層成因復雜，分布規律性差，已發現火山岩油氣儲量隻占世界總儲量的1%，因此，火山岩油氣藏在世界範圍內沒有引起足夠重視，尤其在基礎地質研究方面相對薄弱，基本上借鋻常規沉積岩油氣藏的研究思路。但是，隨著能源需求的不斷攀升與石油工程技術的日益進步，尤其是近10年來國家層面組織重大基礎研究計劃973項目的實施以及中國東部松遼盆地火山岩勘探和西部準噶爾、三塘湖火山岩油氣藏勘探的突破，火山岩油氣藏必將成為油氣資源勘探開發的一個新領域（圖1-1）。

圖1-1全球火山岩油氣顯示及火山岩油氣田分布圖（Schutter，2003，修改）

一、國內外研究現狀

1 國外火山岩油氣藏研究歷程

自1887年在美國加利福尼亞州的聖華金盆地首次發現火山岩油氣藏，至今已經過120多年的勘探歷程。火山岩油氣藏勘探分為三個階段。

階段（1950年以前）：在淺層勘探其他類型油氣藏時偶然發現火山岩油氣藏，但未對其進行關注及評價研究。

第二階段（1950～1970年）：1953年，委內瑞拉勘探並發現了世界上首個火山岩油田——拉帕斯火山岩油田，標志著火山岩油氣藏的研究認識上升到一個新的階段，開始在局部地區進行有目的的火山岩油氣藏勘探。

第三階段（1971年至今）：局部地區進入規模勘探開發階段。在美國、墨西哥、古巴、委內瑞拉、阿根廷、原蘇聯、日本、印度尼西亞及越南等國家相繼發現了多個火山岩油氣藏。其中較著名的有美國亞利桑那州的比聶赫-比肯亞正長岩油氣藏，格魯吉亞的薩姆戈裡-帕塔爾祖裡凝灰岩油氣藏，印度尼西亞的賈蒂巴朗安山岩油氣藏，日本的吉井-東柏崎流紋岩油氣藏等。作為油氣勘探的新領域，火山岩油氣藏目前已引起全球石油界學者的普遍關注。

截至目前，國外火山岩研究具有下述特點。

（1）局部發現，研究程度較低。目前全球火山岩油氣藏探明儲量僅占總儲量的1%左右，尚未作為主要領域進行全面勘探及深入研究。有關火山岩油氣藏的論著較少，缺乏權威性觀點和認識。

(2)日本對於火山岩儲層形成機制研究相對較早且比較深入，但是多為描述性研究。

(3)各國火山岩勘探方法僅限於宏觀尋找火山岩體，主要綜合應用重力勘探、磁法勘探、聲頻磁場法、復合道的振幅、相位及頻率分析等技術進行火山岩厚度分布、岩相及物性的研究。

(4)各個油氣公司大多是利用上述勘探技術，從幾何形態角度尋找火山口，在其分布區進行鑽探，而針對火山岩這種特殊油氣藏的地震特征分析和儲層預測研究經驗較少。

(5)國外對火山岩成藏進行了初步探討，認為其成藏主要取決於近油源、有利岩相帶及有利裂縫發育區三項因素。

(6)國外學者更關注現代火山地質研究，目前應用地震資料解釋識別火山岩及有利儲層仍是世界性難題。

2 國內火山岩油氣藏研究歷程

國內火山岩油氣藏勘探盡管起步較晚，但是投入繫統研究較早，在進入21世紀後發展迅猛，目前我國陸上幾乎所有的含油氣盆地內都發現了火山岩油氣藏（圖1-2）。自20世紀50年代至今，大致可以分成以下四個階段。

階段（1950～1990年偶然發現階段）：1957年在準噶爾盆地西北緣首次發現火山岩油藏。從20世紀70～80年代開始，在渤海灣盆地遼河、濟陽等凹陷相繼發現火山岩油氣藏。

第二階段（1991～2001年局部勘探——“九五油儲”啟動實施階段）：隨著地質認識的不斷提高和勘探技術的日益進步，20世紀90年代相繼在渤海灣發現紅山嘴火山岩油藏，在準噶爾盆地的西北緣發現車排子火山岩油藏、石西火山岩油藏，至此，開始對火山岩油氣藏開展有針對性的勘探研究。

圖1-2中國含油氣盆地火山岩分布圖（據鄒纔能，2008）

此階段也是“陸相油儲地球物理理論及三維地質圖像成圖方法”（簡稱“九五油儲”）啟動實施的重要階段。1998年大慶油田與國家自然科學基金委員會聯合資助“九五油儲”重大項目，以深層火山岩、砂礫岩等非常規油氣儲層為主要目標，開展地質、地球物理一體化的研究，提出地質框架模型、地震波場構造模型、綜合地球物理場參數模型和地質地球物理填圖綜合模型的地質地球物理高層次綜合的地球物理油儲刻畫的科學思路。“九五油儲”現場實驗基地位於大慶油田長垣東部的徐家圍子地區，旨在開展針對火山岩非常規油氣儲集體的各級儲量規模及圈閉狀況研究，提煉出了以構建“四個模型”為中心的研究流程：初始宏觀地質模型、精細構造波場成像模型、綜合地球物理模型和地質圖像成圖。終針對徐家圍子火山岩研究取得了下述重要的成果（李幼銘，2006）。

(1)建立了徐家圍子地區深層三維層序地層框架，應用地球物理方法對火山岩岩相、噴發期次、旋回變化、儲層層位和發育規模等進行開拓性研究。

(2)開展了我國東部火山岩幾何形態、尺度規模、內部結構和時空邏輯關繫的量化表達，並首次提出我國陸相斷陷火山岩油儲地球物理模型。

(3)提出地震波傳播的辛幾何算法和波場延拓的李群算法，研制成功三維波動方程疊前深度偏移軟件，形成一套完整的復雜構造地震波疊前成像理論與技術繫列。“油儲”聯合研究組對徐家圍子斷陷采集的150km二維地震測線，采用二維波動方程疊前深度偏移辛幾何算法軟件進行處理，在82測線的深度域剖面上，準確識別出“凹中隆”的內部復雜反射結構和斷裂特征及地層接觸關繫，為大慶徐深1井的部署奠定了堅實的技術基礎。

(4)總結了徐家圍子地區不同火山岩地層的測井響應，建立了火山岩地層岩性識別方法。基於QAPF多礦物模型進行儲層參數評價和岩石定名，為火山岩氣藏的儲量計算提供基礎數據。

(5)論證了位場對油氣儲層的刻畫能力，研究發展了填圖式位場參數反演、高精度有限差分法MT偏移成像、由MT數據同時反演介質電阻率和磁化率等方法，發展了儲層預測的綜合地球物理方法。

(6)針對升平2井區首塊經過三維波動方程深度偏移處理和火山岩內部結構處理的研究區，基於模型約束下的火山岩地震波阻抗反演研究方法，實現了火山岩體內部儲層的橫向預測及火山岩含氣範圍預測，為認識火山岩復雜結構油氣藏進行了開創性探索。

第三階段（2002～2008年技術應用重大突破階段——大慶火山岩預測技術探索與實踐階段）：在此期間，松遼盆地、渤海灣盆地和準噶爾盆地等全面開展火山岩油氣藏的勘探部署，取得重大進展和突破。2002年以後，我國幾乎所有的主要油氣盆地內都發現了火山岩油氣儲層。

此階段為大慶火山岩預測技術探索與實踐階段。2002年5月7日在松遼盆地徐家圍子斷陷完鑽的徐深1井，鑽遇火山岩氣層厚度達198m，獲得了自然產能53 9×104m3/d，無阻流量超百萬立方米的高產工業氣流。由此發現了東部火山岩天然氣藏——慶深氣田，從而拉開中國火山岩大規模勘探開發的序幕。隨著火山岩油氣藏勘探開發的不斷研究與實踐，在三維地震疊前深度偏移、火山岩地層對比、水平切片、相干體及趨勢面分析法識別火山岩機構、層序結構約束岩性密度反演預測儲層等方面取得了重要技術突破。

(1)陳樹民、張爾華在“九五油儲”項目研究的基礎上，建立了火山岩地震特征識別和提取方法，形成了適合火山岩復雜結構的小波分頻、分頻Q補償、廣義S變換方法；陳樹民、姜傳金等研究了頻譜成像解釋方法、地震岩性反演方法和相干體、水平切片火山機構異常提取方法，實現了火山岩儲層有效識別，經已鑽探的40口探井和開發井驗證，其火山岩預測的符合率高達90%以上。

(2)張殿成等(2000)在松遼盆地汪家屯地區火山岩儲層預測中，根據火山岩的地震反射特征（包括頂面反射特征、內部反射結構特征），水平切片上火山岩的反射特征識別火山岩。通過地震岩性地層模擬、地震相解釋、合成記錄反射特征、瞬時信息特征、儲層反演、三維可視化、屬性聚類分析、層位綜合標定、協調振幅和瞬時振幅等地震技術識別“高波阻抗”火山岩相與“低波阻抗”陸源沉積相。

(3)陳建文等(2000)對松遼盆地徐家圍子斷陷營城組火山岩相和火山機構進行了分析，識別出五種火山岩相和三種火山機構。徐正順等（2006）總結了火山岩氣藏儲集層的特征及識別與評價方法。

(4)王璞珺等(2003a，b)從儲層地質角度將火山岩相劃分為五種相和十五種亞相，總結歸納了松遼盆地露頭區和鑽井取心火山岩不同相、亞相的特征和識別標志，並著重探討了火山岩相與有利儲層之間的關繫，使火山岩相研究更加貼近油氣藏勘探與開發的實際。唐華風等（2007;2011;2012）根據火山機構的內部結構和構造不隨火山錐體形狀變化而改變的特征，利用傾角和相干屬性識別遭受嚴重剝蝕的隱伏火山機構。

(5)陳樹民等(2011)、張爾華等(2010)通過開展徐家圍子6000km2三維地震資料連片疊前時間偏移處理解釋，繫統開展了盆地演化、深大斷裂作用和火山岩時空分布的關繫研究，並根據火山活動特征和火山機構的疊置關繫，實現了火山口疊合發育區單個火山機構的地震識別。姜傳金等（2007;2010a，b）根據井-震聯合儲層反演和地震衰減屬性進行含氣性檢測，有利儲層預測結果與後期鑽探成果符合率達到75%，進一步提高了地震資料的解釋精度。

(6)陳樹民等(2010)依托中國石油天然氣股份有限公司物探技術攻關項目，從岩石物理、地震處理和解釋等方面，進行了繫統的研究。在充分應用經過優化處理後的地震道集資料基礎上，進行基於岩石物理理論基礎的疊前反演研究，以突破火山岩有效儲層預測的技術瓶頸。針對徐家圍子火山岩地震儲層預測的需求，開展岩石物理建模和彈性屬性正演研究，應用岩石物理解釋模板對地震反演成果進行定量解釋，成功雕刻出了火山岩有利儲層含氣儲層在空間上的展布，與實際鑽探對應較好，表明疊前同步反演技術在火山岩儲層預測中具有較好的應用效果。

上述研究成果的實踐應用，使得火山機構符合率達到80%以上，為徐深氣田的快速探明發揮了關鍵作用。

第四階段（2009年至今深化勘探階段——國家973項目基礎研究與理論創新和技術升華階段）：松遼盆地、準噶爾盆地和三塘湖盆地均發現了多個億噸級油氣當量的火山岩油氣藏，目前已經建成一大批具有一定儲量和產量規模的火山岩油氣田，逐漸成為油氣資源勘探開發的重要接替新領域。隨著火山岩油氣藏勘探的不斷深入，“火山岩岩性圈閉和油氣藏的準確地球物理刻畫”日益成為勘探研究重點，氣田開發也提出識別火山岩有效儲層技術迫切要求。同時伴隨國內其他盆地火山岩油氣藏的相繼發現，火山岩儲層預測技術如何更具有普遍適用性成為需要迫切解決的重要技術課題。

通過調研表明火山岩岩石物理基礎研究及地震響應機理研究薄弱，嚴重制約了火山岩儲層內部結構的刻畫和火山岩氣藏描述的方法和技術的創新。國家重大基礎研究計劃973項目“火山岩油氣藏的形成機制與分布規律”瞄準國家日益緊張的能源需求，旨在通過火山岩油氣成藏模式、形成機理和分布規律等理論研究與實踐應用，開拓油氣勘探新領域，從而提供大型油氣田後備基地。其中火山岩油氣地球物理響應特征研究是解決上述重大科學問題的重要技術支撐。由於火山岩成分、成因和分布規律都較沉積岩復雜，導致火山岩地震響應特征十分復雜。因此，設立“火山岩及油氣藏地球物理響應和評價技術”課題，通過地質、岩石物理、地球物理等多學科交叉和復合尺度解析研究，以解決火山岩油氣藏地球物理響應科學問題和預測技術的創新。

歷時五年，在原有火山岩勘探開發技術應用的基礎上，開展了大量的基礎實驗、理論模型試算、實際生產區塊的驗證等，從理論上搞清了火山岩油氣藏的地球物理響應規律，在應用方面形成了火山岩地層、岩性、岩相和儲層預測的技術繫列，並在勘探實踐中見到了明顯的效果。中國東部松遼盆地以及西部準噶爾等盆地火山岩油氣勘探取得了突破性的進展，形成了三項創新認識：一是細分期次的火山口-近火山口爆發相、廣泛分布的基性岩、酸性岩溢流相均可為致密火山岩優質儲層；二是岩相和噴發界面、噴發間斷期控制的火山岩風化殼致密儲層；三是“相面控儲、斷殼運移、復式聚集”的甜點富集規律。建立了基於細分噴發期次和層控的岩石物理特征的火山機構和火山岩相、岩性地震解釋方法，創新

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