地震相分析中国地质大学石万忠.docx

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地震相分析中国地质大学石万忠

第二节地震相分析

地震相是由地震反射参数（振幅、频率、相位、同相轴以及反射结构等）所限定的三维地震反射单元，它是特定沉积相或地质体的地震响应。

从研究层次上来看，地震相是地震层序或体系域的次一级单元，一个层序可以包含若干种地震相，这些地震相往往是特定沉积相的地震响应，因此对地震相的理解是应用地震相推断和划分沉积相的基础。

地震相的分析和识别有两种方法，第一种方法是通过肉眼来观测地震反射特征，并与所建立的标准地震相特征进行比较，判别属于何种地震相，俗称“相面法”。

这种方法一般应用于局部的地震资料解释和分析中，解释和识别精度较低。

第二种方法是应用地震数据处理技术、计算机技术以及一定的数学方法对地震数据体进行分析和计算，提取出能够反映沉积相变化的属性参数，依据地震属性参数的空间变化划分地震相，这种方法被称为定量地震相分析方法。

由于该方法能够对整个地震数据的属性参数进行精确分析和计算，因此是一种高效、先进的分析方法。

在本节主要介绍第一种地震相识别方法，定量地震相识别方法在地震属性分析一节中介绍。

一、地震相划分参数及地质意义

（一）地震相分析参数

地震相分析就是利用地震反射结构、连续性、振幅、频率、层速度和外部几何形态等参数解释和分析不同参数组合所反映的地质意义，从而推断可能的沉积相。

这些地震参数及其地质解释如表11-1所示。

表11-1地震相参数及其地质意义

地震相参数

地质解释

反射结构

反映层理类型、沉积作用、剥蚀及古地貌以及流体类型。

反射连续性

直接反映地层本身的连续性，与沉积作用有关。

连续性越好，表明地层越是与相对较低的能量级有关。

连续性越差，反映地层横向变化越快，沉积能量越高。

反射振幅

与波阻抗差有关，反映界面速度—密度差、地层间隔及流体成分和岩性变化。

大面积的振幅稳定揭示上覆、下伏地层的良好连续性，反映低能级沉积；振幅快速变化，表示上覆和（或）下伏地层岩性快速变化，是高能环境的反映。

反射频率

受多种因素的影响，如地层厚度、流体成分、埋深、岩性组合、资料处理参数等。

视频率的快速变化往往说明岩性的快速变化，因而是高能环境的产物。

层速度

反映岩性、孔隙度、流体成分和地层压力。

外形及平面分布关系

不同沉积环境下形成的岩相组合有特定的层理模式和形态模式，导致反射结构和外形的特定组合，从而反映沉积环境、沉积物源、地质背景。

（二）内部反射结构

反射结构是指层序内部反射同相轴的横向变化情况及同相轴之间的关系。

根据内部反射结构的形态可以分为平行与亚平行反射结构，发散反射结构，前积反射结构，乱岗状反射结构，杂乱状反射结构和无反射。

1．平行与亚平行反射结构

反射层由一组平行和亚平行的地震反射同相轴构成，地震相以中强振幅、中高连续性、近平行反射结构为特征，它往往出现在席状、披盖及充填型单元中。

平行与亚平行反射代表均匀沉降的陆架三角洲台地或稳定的盆地平原背景上的匀速沉积作用（图11－7a,7b）。

2．发散型反射结构

反射层呈现向湖盆方向增多并加厚而向盆地边缘厚度减薄并出现非系统性终止的反射，发散地震相反射振幅强，连续性好（图11－7c）。

发散结构一般出现在楔状单元中，表明沉降速度差异不均衡沉积。

在滚动背斜上，三角洲前缘砂岩和页岩反射层系向同期形成的同生断层方向有明显的发散现象，是油气聚集的有利地带。

3．前积反射结构

前积反射结构是由一组向同方向倾斜的同相轴组成，在前积反射的上部和下部常有水平或微倾斜的顶积层和底积层。

前积反射结构通常反映某种携带沉积物的水流在向盆地推进（前积）的过程中由前积作用产生的反射结构，这种反射结构在地震剖面上较容易识别。

根据其内部形态上的差别，可以进一步划分为S型前积、S复合斜交型前积、斜交型前积、叠瓦状前积四种类型（图11-8）。

在这里需要指出的是：

前积结构在不同方向的测线上表现形式不同。

在倾向方向上呈前积型，在走向方向则呈丘形。

①S型前积是由一系列相互叠置的S形反射同相轴组成，以中等振幅、中等连续性为特征，在剖面上表现为中间厚、两端薄的特点（图11－8c）。

它意味着较低的沉积物供给速度及较快的盆地沉降，或快速的水面上升，是一种代表较低水流能量的前积结构，如代表较低能的富泥河控三角洲或三角洲朵状体间沉积。

②S复合斜交型前积是由中等振幅、中等连续性的S形与斜交型前积反射相互交替构成，是由物源供给充足的高能沉积与物源供给较少的低能沉积相互交替形成，顶积层不发育。

该种前积结构代表的水流能量高于S形，但低于斜交形（图11－8d）。

③斜交型前积是由一组相对平直倾斜的同相轴组成，上倾方向与上覆层顶超，顶超点不断向湖盆中心迁移，下倾方向反射层倾角逐渐变缓。

这种结构一般反映沉积物供给速度快的强水流环境。

斜交型前积包括切线斜交和平行斜交两种。

切线斜交无顶积层，只保留底积层，具有低角度切线状下超（图11－8a）。

平行斜交既无顶积层又无底积层，具有高角度下超。

两种斜交形前积反射的视倾角为5°～２０°，振幅中到高，连续性中到好（11－8b）。

它们都代表沉积物供给速度快的强水流环境。

④叠瓦状前积是由一组相对平直倾斜的反射同相轴相互叠置形成，倾斜同相轴的上倾和下倾端分别与上覆层和下覆层呈顶超和下超结构（11－8e）。

4．乱岗状反射结构

乱岗状反射结构由不规则的、不连续亚平行的反射组成（图11-9a）。

该反射结构常出现在丘形或透镜状反射单元中，代表一种分散性弱水流或河流之间的堆积，解释为前三角洲或三角洲之间的指状交互的较小的斜坡朵叶地层。

5．杂乱状反射结构

杂乱状反射是由不连续的、不规则的反射构成，振幅短而强（图11-9b）。

这种结构可以是先前沉积的地层受到剧烈变形，破坏了地层连续性之后形成的，也可以是在高能不稳定环境下沉积的。

在滑塌、浊流、泥石流、河道及峡谷充填内部，高度断裂的、褶皱的或扭曲的地层，都可能产生这种反射结构。

另外，许多火成岩侵入体、泥丘（盐岩）刺穿以及深部地层都可能出现杂乱反射结构。

这些地质体本身可能是均质的或成层的，但因为反射能量太弱，低于随机噪声的水平而呈现不规则的杂乱结构。

6．无反射（或空白反射）

无反射结构（也称空白反射结构）是由于地层呈现相对的均一性，内部没有形成反射界面，显示一种无反射或空白反射结构（图11－

9c）。

快速堆积的厚层砂岩或泥岩、厚层碳酸盐岩、礁体和火成岩体等都能够形成无反射。

（三）外部几何形态

外部形态是一个重要的地震相标志。

不同的沉积体或沉积体系，在外形上是有差别的。

即使是相似的反射结构，因为外形的不同，也往往反映了完全不同的沉积环境。

外部形态可分为席状、席状披盖、楔形、滩形、透镜状、丘形和充填型等（图11-10）。

1．席状

席状反射是由一组平行和亚平行的地震反射同相轴组成，其主要特点是上下界面接近平行，厚度相对稳定。

一般多为均匀稳定的深水沉积，主要为质纯、层厚的泥岩夹薄层粉砂岩。

2．席状披盖

反射层上下界面平行，但弯曲地盖在下伏沉积的不整合地形之上。

一般沉积规模不大，往往出现在礁、盐丘、泥岩刺穿或其它古地貌之上。

它代表一种均一、低能量、与水底起伏无关的沉积作用。

3．楔状

由一系列反射振幅较强、连续性中等的反射同相轴组成。

厚度一般向盆地方向变薄，剖面形态呈楔状。

楔状代表一种快速、不均匀下沉作用，往往出现在同生断层下降盘、大陆斜坡侧壁的三角洲、浊积扇和海底扇中，是陆相断陷湖盆最常见的地震相单元。

楔状相单元内部如为前积反射结构，常代表扇三角洲；如分布在同生断层下降盘，而且内部为杂乱、空白、杂乱前积或帚状前积，则是近岸水下扇、冲积扇或其它近源沉积体的较好反映。

4．丘形

丘形是由一组披覆状的同相轴组成，剖面显示中间厚两侧薄的上凸丘形特征，上覆地层上超于丘形之上。

大多数丘形是碎屑岩或火山碎屑岩的快速堆积或生物生长形成的正地形。

不同成因的丘形体具有不同的外形，根据外形上的差异，可以分为简单扇形复合体（如水下扇、三角洲朵叶）、重力滑塌块体、等高流丘、碳酸盐岩岩隆（滩和礁）。

丘状外形在断陷盆地边界也很常见。

近岸水下扇、冲积扇等的走向剖面也常显示丘状。

湖盆内部的中、小型三维丘状体，特别是在其顶面有披盖反射出现时，是浊积扇的标志。

5．透镜状

透镜状是一组亚平行反射中存在的较强振幅、延伸较短的地震反射同相轴，向两侧振幅减弱，直至尖灭。

特点是中部厚度大，向两侧尖灭，外形呈透镜体。

一般出现在古河床、沿岸砂坝处，有时在沉积斜坡上也可见到透镜体，是典型的河流相沉积体。

6．滩状

滩状是楔形的一种，顶部平坦而在边缘一侧反射层的上界面微微下倾，厚度小，面积大。

一般出现在陆架边缘、地台边缘和碳酸盐岩台边缘。

7．充填型

充填形是一组平坦、倾斜及上凸的反射同相轴充填在明显下凹的沉积界面之上。

根据外形的差别可划分为河道充填、海槽充填、盆地充填和斜坡前缘充填等（图11-10）。

根据内部结构还可以划分为上超充填、丘形上超充填、前积充填、发散充填、杂乱充填和复合充填等等（图11-11），其中以前3种为主。

充填型代表各种成因的沉积体，如侵蚀河道、海底峡谷、海沟、水下扇、滑塌堆积等。

钻井揭示：

囚状充填岩性为泥岩与砂岩互层，是浊积扇的响应；前积式充填是同一方向倾斜的地层超覆在下凹沉积界面之上，为深水沉积的席状反射；上超式充填是平坦的反射同相轴双向上超在底凹的沉积界面之上，为深水浊积扇水道或深切谷的地震响应。

（四）连续性

反射同相轴的连续性反映了不同沉积条件下地层的连续程度及沉积条件变化，它与地层本身的连续性有关。

一般情况下，反射波连续性好，表明地层连续性好，为沉积条件稳定的较低能环境；反射波连续性差代表较高能的不稳定沉积环境。

衡量连续性的标准包括长度标准和丰度标准，具体情况如下：

（1）连续性好—同相轴连续性长度大于600米，且在地震相单元中占70％以上。

（2）连续中等—同相轴连续性长度接近300米；介于之间。

（3）连续性差—同相轴长度小于200米，连续性差的同相轴在地震相单元中占70％以上。

（五）振幅

振幅与界面的反射系数成正比，反射系数越大，振幅越强。

由于振幅中包括反射介面上、下层岩性，岩层厚度，孔隙度及所含流体性质等方面信息，因此可用振幅信息来预测岩性横向变化和直接检测烃类。

应用振幅信息判别岩性及沉积环境主要依据振幅的强度与丰度标准（图11-12）。

（1）强度标准

强振幅——时间剖面上相邻地震道振幅值重迭在一起，无法分辨；

中振幅——相邻地震道部分重迭，但可用肉眼分辨；

弱振幅——相邻地震道相互分离。

（2）丰度标准

在一个地震相中，强振幅同相轴占70％以上称强振幅地震相；弱振幅占70％以上时称弱振幅地震相；两者之间为中振幅地震相。

（六）频率

影响频率的因数很多，如激发条件、埋藏深度、处理条件等；在一定程度上频率与地层结构、反射层厚度、层速度变化等地质因素有关。

因此在地震相分析中频率特性也可做为辅助参数。

频率可按波形和排列疏密程度分为高、中、低三级（图11-12）。

频率横向变化快，一般反映岩性变化大；频率稳定，反映地层变化较稳定，属低能稳定沉积环境。

在上述地震相参数中，反射结构和外形最为可靠，其次为连续性和振幅、频率可靠性相对较差。

因此，在地震相命名时以反射结构或外形为主，辅以连续性、振幅、频率等。

二、陆相湖盆主要砂岩沉积体地震相特征

陆相湖盆是我国目前主要的油气产出盆地，经过多年的实践与探索，以层序地层学和沉积学为理论，以地球物理方法为手段，系统地研究了陆相湖盆的沉积体系与砂体类型，总结出了不同类型砂岩沉积体的地震识别方法。

在陆相湖盆中常见的富砂沉积体有冲积扇、扇三角洲、辫状河三角洲、曲流河三角洲、河道沉积体、水下扇体。

如果按照沉积相分类体系划分，扇三角洲、辫状河三角洲、曲流河三角洲可以归为湖泊三角洲沉积体系，它们在地震相特征上具有非常好的相似性，可以归类统一描述。

（一）冲积扇地震相

冲积扇主要发育于断陷初期，通常分布在湖盆陡坡带一侧近物源区的峡谷出口处，其分布的位置常受大的同沉积断裂控制。

冲积扇常常是由携带大量的沉积物的河流或洪水从狭窄的山谷流出并注入到宽阔的山前冲积平面上而形成。

冲积扇的特点是直接沉积于邻近剥蚀区，沉积物混杂堆积，分选性差。

在平面上可分为扇根、扇中和扇端三个亚相，这三个亚相带内岩石相、沉积微相、沉积序列等沉积特征有显著的差异，因此使得冲积扇在不同的部位，地震相特征也不同。

在顺物源方向的地震剖面上，其反射外形呈宽缓的丘状反射，内部反射结构在扇体的不同亚相特征又有所不同，其中扇根和扇端亚相为空白和杂乱反射，而扇中亚相为低频的亚平行或发散结构（图11-13）；在垂直物源方向的地震剖面上，其反射外形为倾角较陡的丘状反射，内部为杂乱-短波状反射结构，同相轴连续性差，反射振幅较强

。

（二）三角洲地震相

三角洲是指河流携带的沉积物进入开阔水体后，堆积形成似三角形的沉积体。

在陆相湖盆中，三角洲常常可以区分为扇三角洲、辫状河三角洲与曲流河三角洲。

下面分述之。

1．扇三角洲地震相

扇三角洲是成因类型名词，不是指形状似扇形的扇状三角洲，是三角洲的一种特殊类型。

Holmes（1965）把扇三角洲定义为“从邻近高地推进到稳定水体（海、湖）中去的冲积扇”。

经过对国内外大量扇三角洲的研究，蔡希源（2004）认为扇三角洲具有如下4个特点：

①在陆相湖盆，扇三角洲常发育于断陷盆地的边缘，其近端部分紧邻盆缘控制性断裂；②多数扇三角洲都有水上和水下部分，但以水下部分为主，这是与冲积扇的根本区别；③扇三角洲平原及前缘均发育有粗粒碎屑充填的水道沉积；④扇三角洲孕体形状多为扇体。

扇三角洲一般都具有粒度粗、厚度大的特点，其前方紧靠生油凹陷区，油源充足，尤其是起前缘部分，砂体物性较好，具备良好的油气储集条件。

扇三角洲平面上扇三角洲可分为三个亚相，即扇三角洲平原、扇三角洲前缘和前扇三角洲。

扇三角洲的平原就是陆上部分的冲积扇，扇三角洲前缘（也称过度带）以较陡的前积相为特征，牵引流构造很发育，常见大中型交错层理，向下方渐变为前三角洲沉积。

从地震反射特征上来看，扇三角洲具有典型的前积特征，一般呈斜交型前积结构（图11－14），代表着水动力较强、物源供应充足的沉积环境。

在垂直物源方向上，一般为宽缓的丘状反射，内部为低频的平行或亚平行结构，同相轴为连续性较好的强振幅反射。

2．辫状河三角洲地震相

辫状河三角洲的概念最早由McPherson（1987）提出，他定义辫状河三角洲为“由辫状河体系前积到静水体中形成的富含砂和砾石的三角洲”。

在此之前，辫状河三角洲归属于扇三角洲范畴，McPherson等认为辫状河三角洲是介于粗碎屑的扇三角洲和细碎屑的曲流河三角洲的一种独特属性的三角洲，从而将辫状河三角洲从扇三角洲中分离出来。

辫状河三角洲主要在断陷盆地的陡坡带发育，如在渤海湾盆地济阳坳陷、辽河坳陷古近纪中都很发育（蔡希源等，2004）。

其主要特点是短流程辫状河流携带粗碎屑物入湖，河口处坡降较大，碎屑物卸载快，前积作用明显。

辫状河三角洲与曲流河三角洲最大的区别在于碎屑沉积粒度较粗，三角洲平原以发育辫状分流河道沉积为主。

与扇三角洲的区别是辫状三角洲发育在盆地缓坡浅水区，缺乏扇三角洲常见的水下碎屑流沉积。

辫状河三角洲距源区距离介于扇三角洲和曲流河三角洲之间。

辫状河三角洲与扇三角洲同属粗碎屑三角洲，但由于辫状河三角洲岩石分选较好，杂基含量较低，砂砾岩体的连续性和连通性都较好，因而具有更好的油气储集性能。

辫状河三角洲可分为三角洲平原、三角洲前缘、前三角洲三个亚相。

在地震剖面上，三角洲中间为斜交前积反射，前积反射一般代表辫状河三角洲前缘和前三角洲，顶积层一般代表着辫状河三角洲平原相沉积，地震剖面上多为中弱振幅反射同相轴，其产状为发散或亚平行；底积层地震剖面上表现为中弱振幅、低到中等连续性，为亚平行或发散结构。

在垂直物源方向剖面上为席状反射，内部为平行结构，反射振幅有变化。

3．曲流河三角洲砂体地震相

曲流河三角洲一般指较长源的河流入湖形成的三角洲，因此有时也称为正常三角洲。

曲流河三角洲一般发育在湖盆缓坡带或湖盆的长轴方向，多出现于湖盆深陷后的抬升期，如我国松辽盆地大庆长垣三角洲、东营凹陷东营三角洲等著名含油气三角洲均发育于该时期（中石油勘探与生产分公司，2005）。

湖泊三角洲的形状决定于河流和湖泊能量强弱的对比，当河流能量大于湖泊能量时，常形成鸟足状三角洲；当湖泊能量大于河流能量时，常形成席状三角洲；当河流能量和湖泊能量接近时，沉积的三角洲介于以上二者之间，常形成朵叶状三角洲。

曲流河三角洲具有典型的三层结构，即顶积层、前积层和底积层，在地震剖面上，三角洲顶底是具有近水平的顶积层和底积层，中间为斜交前积反射，前积反射的最下部由于多发育有浊积砂体，常见局部地层加厚，同相轴增多现象（图11-15）。

前积反射一般代表三角洲前缘和前三角洲，三角洲前缘砂体主要位于斜交前积反射的上倾端；顶积层一般代表着三角洲平原相沉积，地震剖面上多为强振幅中等连续反射同相轴，其产状为平行或亚平行；底积层地震剖面上表现为弱振幅、低到中等连续性，为亚平行或发散结构。

（三）河道砂体地震相

河流沉积是陆相盆地中最常见的沉积体系，与之相关的砂体，如河道充填砂体、点砂坝、心滩砂体和决口扇都是油气储集的良好场所。

目前已在我国的多个盆地发现了以河道砂体为储集空间的油气田，如鄂尔多斯盆地延安组底部的河流相储集层，渤海湾盆地馆陶组中的河流相储集层。

在与河道砂体相关的体系中，规模较大的河道砂体在地震剖面上常具有典型的反射特征，内部反射平行—亚平行或前积，强振幅、低频，向边缘上超，边界清楚。

其外形为顶平底凹或顶凸底凹的透镜体状，内部杂乱或无反射，或为上超式充填反射（图11-16）。

规模较小的河道砂体，由于厚度小于地震分辨率，一般表现为短轴状的振幅异常。

在中浅层，分辨率较高的情况下，可与周围的泛滥平原等泥质沉积在地震反射结构上有较大差别，容易识别。

利用地震属性技术和地震反演技术能够有效地识别和表现河道砂体的平面分布特征。

（四）水下扇体

水下扇体形成于水下，没有陆上部分，其物源主要是通过水下河道或水下峡谷将沉积物带到湖底形成的扇体。

按照扇体的分布位置、物质来源以及形成机制，具体可以分为：

近岸水下扇、湖底扇和滑塌浊积扇等。

由于这些扇体在地震剖面上的地震相特征类似，因此在这里统一论述。

水下扇体在平面上也分为扇根、扇中和扇端三个亚相，水下扇由于它整体没于水下，地震反射成层性、连续性好，通常在顺延物源方向的剖面上，由于与上覆地层岩性差异较大，扇体包络面反射振幅较强，其反射外形一般呈逐渐收敛的楔状体，内部反射呈小角度的发散结构；在垂直物源方向的地震剖面上，扇体大都为丘状反射，内部反射为亚平行结构，同相轴为中等连续的中强振幅（图11-17）。

三、地震相解释方法

无论是应用传统的地震相分析方法还是定量地震相分析方法，由于地震资料本身固有的多解性，对地震相解释需要结合其它的资料，比如测井资料、取芯资料、地球物理处理资料等，除此之外，还需要从地震相的空间配置上分析和解释，以减少地震相的多解性。

下面简单介绍一些常用的地震相解释方法或解释准则。

1．井—震相结合的解释方法

在有钻井资料的地区，通过合成地震记录的标定，把钻井资料的地质信息（取芯资料、测井资料、录井资料）标定到地震资料上，应用确定的钻井信息验证和约束地震相的解释。

这是一种最准确的解释方法。

2．地震资料处理方法

在无井区，应用一些地震特殊处理方法对地震相重新处理，突出地震相的标志特征或者直接反演出地震相所代表的岩性和岩相。

这对于前者来说，能够清楚地反映出地震相的内部和外部特征，对照标准地震相进行解释能够减小多解性，对于后者来说，直接反演出地震相所代表的沉积相的岩性和岩相，自然是最直接的方法。

3．沉积体系匹配准则

沉积体系指成因上有联系的沉积相的共生组合，是平面相序模式。

平面上一组地震相分布受沉积体系的控制，这种控制包括沉积相类型的排列方式，相邻相序关系，展布方向性。

受沉积盆地边界条件和构造背景的制约，从不同的边界向盆地内部延伸时，有些沉积相可以重复出现，有些则不能再出现。

如在盆地发育期，在陡坡区向盆地方向，陡岸处的近岸水下扇体一般不会在深湖区和缓坡区出现。

这种沉积体系的方向性有助于地震相的正确解释。

4．能量匹配准则

地震相参数中的反射结构和几何外形具有明显的沉积环境能量标志，而同一沉积体的反射结构和外形，必须是同一能量级。

代表高能环境的反射结构和外形不能与代表低能环境的反射结构和外形匹配，反之亦然。

例如，平行反射结构一般代表低能环境，发散结构代表从高能到低能变化，而前积结构表示高能环境。

5．沉积演化匹配准则

沉积相的类型具有明显的地质时代特征，盆地不同发育期所产生的相模式和沉积体系可能有巨大的差别。

根据沉积相律原则，只有在平面上能够彼此相邻的相，才有可能在垂向上（地质年代中）依次叠置。

很显然，地震相从一个层序（或亚层序）到另一个层序（或亚层序）的分布也应遵循沉积相律原则。

（注：

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