渤海湾盆地油气勘探走向中后期，大型常规的圈闭多已被勘探发现。随着油气勘探开发理论的发展和技术水平的不断进步，受火成岩发育影响的特殊油气藏正成为勘探开发工作研究的热点和油气“增储上产”的主战场。目前，在渤海湾盆地的辽河凹陷、黄骅凹陷、冀中凹陷和济阳凹陷均发现了新生界火山岩油藏。已有学者针对火山岩发育模式、喷发方式和活动期次对储层、油气运移及成藏、圈闭保护等的影响做了大量研究^[1-3]。

勘探开发实践表明，黄河口凹陷A油田新生界主要含油层为东三段、沙一段和沙二段发育的辫状河三角洲沉积储层，储层岩性为中、细粒岩屑长石砂岩，储层物性较好。研究区火成岩发育对油气储层产生了一定的破坏作用，同时也对后期油气成藏提供了有利条件。火成岩对地震波的强吸收和屏蔽作用严重影响着地震资料品质，给研究带来巨大挑战^[4-5]。本文针对受火成岩影响的特殊油藏开发中储层精细描述及地质建模难题，综合运用地质、测井、地震等资料，利用多学科研究方法，从火成岩识别与解剖出发，开展火成岩类型、发育模式及火成岩对储集层的影响等研究，在此基础上，建立了储层精细三维地质模型，解决了受火山岩影响的特殊油藏的开发地质问题，为该类油藏的高效开发奠定了基础。

A油田作为近年来渤海湾盆地发现的最大规模的新生界火成岩发育区油田，其构造上位于黄河口凹陷中洼南斜坡带（图1），是渤海湾盆地首个受火成岩遮挡的大型油田^[6]。

图  1  A油田区域位置及地层柱状图

Figure 1.  The location and stratigraphic column of the A Oilfield

古近系沉积时期，研究区火山岩发育广泛，以中心式喷发和间歇式喷发为主，纵向上东营组火山活动比沙一段和沙二段强烈，横向上深大断层两侧火山喷发次数多、范围广；新近系沉积时期，岩浆活动和构造运动活跃，造成地质构造极其复杂。研究区多口探井均在古近系钻遇一定厚度的火成岩，其中以东一段和东二段最为发育，主要目的层东三段局部发育火成岩（图1）。

研究区目的层东三段碎屑岩储层埋藏深（约2 800 m），储层单砂体厚度为5～20 m，受上覆火成岩屏蔽，地震分辨率低（厚度＞34.7 m），单砂体在地震剖面上难以识别；同时，目的层内部发育的火山通道相、侵入相及溢流相火成岩严重影响储层分布范围，造成强烈的储层非均质性，储层物性及其连通关系预测困难，给储层精细建模研究增加了一定的难度。

因此，开展储层定量预测及平面非均质性控制因素研究，建立火成岩遮挡下储层发育特征及三维地质建模具有重要意义。

A油田古近系储层主要为砂岩储层，其沉积相主要为三角洲沉积相。研究区构造运动和岩浆活动频繁，发育多期火成岩，火成岩地层与砂岩地层交互分布，接触关系复杂，通过对区内火成岩体精细刻画，明确了研究区内各火成岩相的发育位置、展布形态及结构特征，进而开展火山通道相对目的层段储层及储集性能影响进行研究。

东三段沉积时期，莱北断阶带发育辫状河三角洲沉积，区域物源主要来自西南部垦东低凸起，同时，东北部有来自渤南低凸起的局部物源供给。东三段辫状河三角洲前缘进一步可划分为水下分流河道、河口坝和水下分流河道间共3种沉积微相。

东三段分为Ⅰ油组和Ⅱ油组，对应 2 期反旋回，内部分别划分为 3 期反旋回（图2）。通过相对湖平面变化分析认为，Ⅱ油组沉积时期，水体较浅，水动力强，水下分流河道横向迁移频繁，形成成片分布的砂体，砂体连通性好；Ⅰ油组沉积时期，湖平面上升，可容空间增大，河口坝较发育。纵向上，东三段Ⅱ油组砂岩含量为 34.5%～65.3%，沉积微相以水下分流河道为主，Ⅱ油组全区钻井揭示砂体厚度为11.0～53.5 m；Ⅰ油组砂岩含量为25.4%～44.2%，沉积微相以河口坝为主。Ⅰ油组钻井揭示砂体厚度为13.2～34.7 m，Ⅱ油组储层发育好于Ⅰ油组。平面上，西侧井区砂层发育程度和储层对比关系较其他井区好，油田范围内钻井揭示砂岩含量为33.3%～53.0%，东侧的E-1井区处在三角洲前缘远端，砂岩含量最低。总体上，油田范围内除E-1井区之外，东三段储层横向展布稳定，砂层叠置连片发育，自西向东砂岩厚度减薄（图2）。

图  2  BZ34-9-1井单井相图

Figure 2.  Single-well comprehensive columns of BZ34-9-1

东三段Ⅰ、Ⅱ油组沉积之后，火成岩分布广泛，后期火成岩的发育破坏东营组储层的展布。主要以中心式喷发的爆发相及溢流相火成岩为主，中心式喷发形成的火山口等火山机构贯穿沉积岩层，爆发相及溢流相对储层展布影响更大，占据了更多的储层空间。

前人研究成果表明，研究区古近系存在2期火山活动。东三段和沙河街组为Ⅰ期，该期区域火山活动较局限，火山发育规模较小。东一段和东二段为Ⅱ期，该期区域火山活动强烈，规模较大，多期火山产物叠置发育。2期火山活动在规模和强度上的差别造成2个时期区域火成岩发育特征差异较大^[7-8]。

A油田主要存在中心式和裂隙式2种喷发模式^[8]，划分为5种火山岩相，分别为爆发相、火山通道相、溢流相、次火山岩相和火山沉积相（图3）。

图  3  A油田火成岩地震响应特征及发育模式

Figure 3.  Seismic profile of igneous rocks and the development model of the A Oilfield

测井响应特征是对岩石成分、孔隙发育程度和流体性质等多种因素的综合反映，利用井壁取芯及大量测井资料，定性得出不同火山岩相的测井响应特征（图4）。

图  4  A油田不同火山岩相测井曲线响应特征

Figure 4.  Response characteristics of logging curves of different volcanic facies in the A Oilfield

在单井相识别和井震标定的基础上，开展火成岩地震响应分析，火山通道外形表现为下细上粗的柱状以及锥状。在过探井BZ34-9-5井地震剖面中可见东一段主要为高连续的平行-亚平行地震相；东二段东部靠近断层处发育前积地震相，中部为低振幅、低频、低连续性平行-亚平行地震相，西部为中高振幅、低频、高连续性平行-亚平行地震相；东三段、沙一段和沙二段发育的地震相类型主要是连续性较差的平行-亚平行地震相。在深部发育脉状高振幅、中频、低连续性平行-亚平行地震相。

东一段和东二段表现为爆发相和溢流相的互层，夹厚层沉积岩，横向分布稳定，向西火山岩逐渐减薄，单层火山岩相呈楔状尖灭，东三段、沙一段和沙二段则是以沉积岩为主，其中，BZ34-9-5井两侧发育的火山通道周围分布蘑菇状爆发相；在深部发育脉状辉绿岩，产状多变，分布在火山通道周围。

A构造区受到东一段和东二段火山岩成片分布的影响，造成地震同相轴响应杂乱。在火山岩相岩性、测井响应特征^[9-12]及地震相标志建立的基础上，结合火山岩喷发模式，通过一系列时间切片和地层切片在平面上对火山岩相进行预测，利用多属性提取，优选出对火山岩相响应较好的属性，平剖结合，分别建立火山通道相、火山溢流相、火山爆发相和次火山岩相的平面识别标志^[13-17]。

在明确不同火山岩相平面识别标志后，对目的层段分油组进行火山岩相平面分布特征的预测。从预测结果分析可知，A油田古近系从沙二段到东一段火山活动由弱到强，主断裂（F2）以北火山岩呈点片状分布，发育范围有限；主断裂（F2）以南火山岩连片分布，发育范围广泛。根据火成岩地质模式，利用岩性、地震和测井信息对东三段火山通道进行了精细刻画，刻画出火山通道13个。平面上，以东三段Ⅱ油组为例，主断层F1、F2以北火山通道面积为0.10～0.46 km²，平均值为0.28 km²；火山通道尺寸为160～750 m，平均值为357 m。F1、F2断层以南火山通道面积为0.03～0.11 km²，平均值为0.09 km²；火山通道尺寸为220～430 m，平均值为308 m（图5）。

图  5  A油田火成岩在地震剖面上的响应特征及平面分布范围

Figure 5.  Seismic response characteristics and planar distribution of igneous rocks in the A Oilfield

前文已阐述东三段储层横向展布稳定，砂层叠置连片发育，自西向东砂岩厚度减薄，但同时东三段主要发育了火山通道相及伴生次火山岩相（或溢流相），而后期火成岩的发育占据了更多的储层空间，破坏东营组储层的展布。

火山通道相岩性致密，占据有效储层空间，影响东三段储层分布范围。实钻开发井证实，由于岩脉对围岩烘烤的影响，单井钻遇有效储层厚度在局部小层减薄，火成岩对围岩的影响范围大约为50 m。储层距离火成岩边界＞50 m时，油层厚度和储层物性基本不受火成岩影响。根据研究区砂岩随着距离火成岩侵入的远近所具有的宏观和微观特征，可以总结出火成岩对砂岩储层的影响模式和范围^[18-23]。由于受火成岩和断裂系统因素作用，较大程度地影响着储层物性，在研究区断裂系统复杂带、火山通道发育区，受断层根部低洼区溢流相火成岩及火山通道周边侵入相火成岩影响，储层物性变差。主断裂以南以裂隙式、间歇性喷发为主，受长期火山喷发物作用，物性较差。主断裂以北以中心式喷发为主，属一次性喷发，储层受火山喷发物的作用影响较小，物性较好。通过对各井区砂岩发育层段物性参数进行统计分析，各层段储层孔隙度主要为18%～22%，渗透率主要为（100～1 000）×10⁻³ μm²，纵向上东三段Ⅱ油组物性最好，平面上1/5井区物性最好，6/8Sa井区物性较差（图6）。

图  6  东三段各小层渗透率分布统计直方图

Figure 6.  Statistical histogram of permeability distribution in different layers of the 3th Member of Dongying Formation

A油田构造复杂，沉积岩与火成岩相互融合，区内包含断层21条，7条断层与火成岩体有搭接关系，传统的构造建模方法不能满足本区建模的需要。根据A油田特殊的地质条件，借鉴盐丘的识别及建模方法，利用火山岩体精细识别追踪结果，将火山岩体提取为属性体，最终嵌套进地质模型中，同时在物性模拟过程中，根据火成岩的影响程度分区块进行模拟，建立的三维地质模型不仅准确表征了火成岩的结构形态^[24-26]，同时将火成岩对物性的影响也体现了出来，满足了油藏地质模型的要求，指导了开发方案的实施和指标预测。

本次火山岩相建模从火山岩相识别出发，对火山岩体进行包络面追踪解释，对火成岩开展精细描述，并通过地质体雕刻及网格嵌套技术最后转化为地质模型中的网格。相建模的过程中，为了准确地建立储层相模型，首先应准确构建火成岩构造形态^[27-28]。具体方法为：①将预测的火山分布范围拾取到相应的层面，从而获得初步的火成岩空间形态；②将初步的火成岩空间形态投影到地震体切片上对火成岩形态追踪解释；③将解释完成的火成岩结构形态转成三角网格；④进一步转换为火成岩岩性体，并融合到地质模型中（图7）；⑤按照常规方法，从井点数据出发，垂向上以各岩相在小层中的比例为硬数据，以各小层沉积相图作为平面约束趋势，采用序贯指示算法完成最终的岩相模型（图8）。

图  7  A油田火成岩三维空间构造形态

Figure 7.  The 3D spatial structure of igneous rockin the A Oilfield

图  8  A油田三维储层沉积相及火山岩相模型

Figure 8.  Model of sedimentary and volcanic facies of the A Oilfield

储层物性参数模拟采用序贯高斯模拟，应用数据分析得到的参数统计特征及变差函数，分别模拟了孔隙度、渗透率等储层物性在空间的变化特征（图9、10）。在孔隙度建模过程中，分析了波阻抗属性与孔隙度的相关性，相关系数达到0.85，可以作为孔隙度模拟的协约束条件。根据前述地质研究认识，火成岩不发育区域的物性较好，1/5井区渗透率主要为（100～1 000）×10⁻³ μm²，平均渗透率为823×10⁻³ μm²；火成岩发育区域物性较差，6/8Sa井区渗透率主要为（50～500）×10⁻³ μm²，平均渗透率为363×10⁻³ μm²。根据不同井区物性的分布趋势，在模拟的过程中将渗透率曲线分井区进行网格化，采用序贯高斯算法分别模拟，剖面上灰色锥形区域为火成岩发育区，完成的属性模型与开发井钻后地质认识吻合程度较高（图11），满足了油藏数值模拟的需要。

图  9  A油田三维孔隙度模型

Figure 9.  The porosity model of the A Oilfield

图  10  A油田三维渗透率模型

Figure 10.  The permeability model of the A Oilfield

图  11  A油田8Sa/6井区A31-B9井渗透率模型剖面

Figure 11.  The permeability model profile of Well A31-B9 in the well zone 8Sa/6 of the A Oilfield

结合第1批随钻开发井资料，及时开展火成岩地震相响应特征及平面分布研究，在火成岩精细刻画研究基础上，通过三维地质模型的建立，精细刻画火成岩发育模式和空间分布范围，进一步指导随钻开发井井位优化和调整，尽可能降低火成岩钻遇风险，提高储层钻遇率。通过随钻开发井实钻结果对比，第1批开发井火成岩钻遇厚度为18～205 m，通过优化调整实施的开发井钻遇火成岩厚度为2～16 m，开发井在目的层钻遇火成岩厚度明显减少，大幅度提升了储层钻遇率。

基于火成岩认识的地质建模成果，开展了数值模拟对比研究（图12）。A油田A9井位于火成岩附近，东营组受火成岩影响严重，储层不发育，沙河街组受火成岩影响较弱，储层具有一定展布范围，采用常规方法建模时，火成岩边界不准确，难以精准刻画储层展布情况，无法准确反映火成岩对东营组和沙河街组储层的差异影响情况，拟合精度差（图12a）；基于新的火成岩追踪的建模方法，火成岩边界刻画更准确，对火成岩在东营组及沙河街组的影响范围实现了精准刻画，拟合精度大大提高（图12b）。

图  12  两种建模方法下的A9井数值模拟结果对比

Figure 12.  Comparison of numerical simulation results of Well A9 from two modeling methods

（1）A油田火成岩发育分中心式和裂隙式2种喷发模式，主要沿着中心式火山通道周边发育及断层根部发育，其形成机理和发育规模主要受火山活动期次及频率、构造运动及断裂系统、古地形及地层产状等多重因素控制。

（2）受火成岩和断裂系统因素作用，较大程度地影响着储层物性，在研究区断裂系统复杂带及火山通道发育区，受断层根部低洼区溢流相火成岩和火山通道周边侵入相火成岩影响，储层物性变差。

（3）利用火山岩体精细识别追踪结果，将火山岩体提取为属性体并嵌套进地质模型中，依据火成岩的影响程度分区块进行模拟，建立了既能表征火成岩的机构形态又能体现储层发育的三维地质模型。

（4）物性参数模拟结果表明，受火成岩及储层岩相展布控制，以裂隙式、间歇性喷发为主，6/8Sa井区受火成岩发育影响程度较强，储层物性较差；而1/5井区以中心式喷发为主，属一次性喷发，受火成岩发育影响程度较小，储层物性较好，为开发井部署的有利区域。