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地震沉积学概念方法及其应用研究

地震沉积学概念、方法及其应用研究

利用地震资料进行沉积研究和岩性识别在地震沉积学出现之前,已经得到了广泛的使用。

早在1981年,Brown等在利用暹罗湾三维地震资料进行地层解释的过程中,就提出了基于三维地震水平切片进行沉积相解释的理论;曾洪流等1996年在“根据三维地震资料进行相成图”一文中指出,沿着或平行于追踪地震同相轴所得的层位进行沿层切片,更具有实际的地质意义和地球物理意义,从地震切片的提取和应用上来看,地震资料关注点发生了变化,分析的对象也发生了变化。

1998年,曾洪流等在Geophysics上连续发表两篇有关地层切片（Stratalslicing）的文章,第1篇文章主要介绍了方法和理论模型研究;第2篇文章是实际地震资料的解释与应用。

这两篇文章发表以后,在2001年,曾洪流等先后在“TheLeadingEdge”上又发表了几篇文章,并在当年TheleadingEdge第11期上发表的文章中使用了“地震沉积学”这个名称。

从此,越来越多的人开始认识地震沉积学。

2005年2月,地震沉积学国际会议在休斯敦召开,地震沉积学越来越受到人们的关注。

根据李思田教授的观点,地震沉积学的内涵可以全面准确地概括为:

基于高精度的地震资料、现代沉积环境和露头古沉积环境模式的联合反馈,以识别沉积单元的三维几何形态、内部结构和沉积过程。

也就是说,地震沉积学是一门应用地球物理与沉积学相融合的交叉学科,它以地震技术为辅助手段,将地球物理与沉积学结合起来,优势互补,并对各自所得到的信息相互印证、互动反馈及综合分析,从而实现对地下地质准确全面的认识。

1地震沉积学的主要研究思路

地震沉积学的主导思想是利用高精度现代地震技术与沉积学研究进行互动反馈、相互印证。

研究思路主要是在沉积学及沉积模式指导下,利用高分辨率三维地震资料提供的影像揭示沉积体的展布形态及其内部结构,从而实现对古沉积体系的精细刻画。

主要包括以下内容:

通过现代沉积和露头研究,建立地质模型;通过建立的地质模型进行正演研究,确立模型的地震响应;在正演基础上,对地震资料进行高精度层序地层学分析,建立沉积体系的空间分布规律;④充分利用地震分析技术和成像技术对储集体进行精细描述,从而得出全面准确的沉积学认识,进而指导对有利区带的预测。

因此,进行地震沉积学研究需要将现代地震技术与传统的地质学研究方法进行综合研究与应用,具体研究框架如图1所示。

图1地震沉积学研究框图

地震沉积学既继承了地震地层学与层序地层学的思想与基础,又在地震地层学与层序地层学的基础之上,有更深刻的内涵和更广的外延。

地震地层学和层序地层学都是以地震资料为基础,并在此基础之上进行宏观的地层等时对比与沉积相解释。

层序地层学继承了地震地层学的部分思想与方法,但更多地融合了沉积学思想。

应用层序地层学方法可以进一步带着沉积学思想对地震资料给予合理的沉积模式解释。

层序地层学的主要优势局限于区域地层格架的建立及宏观的沉积体系的展布与预测研究,而地震沉积学却可以结合层序地层学的优势,并在此基础之上进一步结合地质、测井资料,通过各种地震资料处理与解释技术来深化利用地震资料（比如形成各种属性体及各种属性切片等）,从而更充分全面地认识地层或地质体的岩性、沉积过程、沉积特征及属性（比如孔隙度、渗透率等）。

地震地层学及层序地层学研究主要利用纵向的地震剖面与信息,而地震沉积学则综合利用纵向的地震剖面信息及水平方向的各种属性切片信息。

2地震沉积学的主要研究内容及方法

地震地层学主要是在井点信息的约束下研究地震剖面上的反射结构样式,从中获取层序地层信息,它的研究手段和研究内容相对比较单一。

地震沉积学在井资料、基础地质研究成果及地质规律指导下更多的运用地震资料和地震的研究方法,目前采用的关键技术主要包括90o相位转换技术、地层切片技术和分频解释技术等。

2.1900相位转换技术

波形和测量振幅是地震相位谱的函数。

标准的地震处理通常把零相位的地震数据体作为提供给解释者的最终结果。

零相位数据体在地震解释中具有很多优点,包括子波的对称性、主瓣中心（最大振幅）与反射界面一致以及较高的分辨率等。

但是只有海底、主要不整合面、厚层块状砂岩顶面等单一反射界面得到的地震反射零相位数据才具有这些优点。

而且,零相位地震数据中,波峰、波谷对应地层界面,岩性地层与地震相位间不存在必然的关系,要建立地震数据和岩性测井曲线间的联系很困难,尤其是在许多薄地层互层的情况下。

900相位转换的方法通过将地震相位旋转90将反射波主瓣提到薄层中心,以此来克服了零相位波的缺点。

地震反射相对于砂岩层对称而不是相对于地层顶底界面对称,这使得地震反射的同相轴与地质上的岩层对应,地震相位也就具有了岩性地层意义。

这样地震相位在一个波长的厚度范围内与岩性唯一对应。

从秘鲁Dorissa油田的实例（图2）可以看到,经过900相位转换后地层界面由蓝轴（正相位）内变到了零相位上,在层位追踪时减小了视觉误差造成的追踪位置的不准确,而且地震相位与岩性测井曲线更加吻合,使地震相位具有了岩性地层意义。

图2900相位转换前后岩性测井与地震同相轴对应关系的对比（秘鲁Dorissa油田）

2.2地层切片体

地层切片体是地震沉积学研究的基本手段。

在地震地层学研究中,Vail曾经围绕地震层序和地震相解释给出了地震地层学解释的3步骤,对于地震沉积学研究中的重要数据体——地层切片体,曾洪流也给出了创建地层切片体的3个步骤。

1）选取与地质等时界面相当或平行的参考地震同相轴,一般情况下,可以选择对应于最大洪泛面和层序边界的地震反射同相轴,进行区域性地质界面的拾取和追踪,构成年代地层的几何框架模型（图3）。

2）在年代地层的几何框架模型中使用线性内插函数作内插,以建立一个地层时代模型来近似表述真实的地层时代构造。

地层时代模型的x-y坐标系与原始三维地震数据体相同,其z坐标是相对地质年代。

在这个新的数据体中,所有的等时界面对应的地震同相轴都是水平的。

所有时代切片对应的地质年代面总是上面的较之下面的新。

3）从正常的三维地震数据体中提取年代地层模型中每个等时切片对应的振幅（或其他属性）值,生成地震属性的地层切片体（图4）。

该数据体等价于在年代地层模型的控制下对正常地震道进行拉伸或挤压而形成的数据体,在此新数据体中,相同的地质年代间隔具有相同的数据长度或“厚度”。

图3正常的地震数据体和拾取的等时地质界面

图4地层切片数据体（根据图3的解释和数据得到）

图5给出了时间切片（TimeSlicing）、沿层切片（HorizonSlicing）和地层切片（StratalSlicing）3种地震属性切片提取方式的差异,结合高分辨率层序地层学的有关理论,可以对地层切片的提取方式进行技术的探讨。

图5三维地震属性切片的比较

a时间切片;b沿层切片;c地层切片

油气勘探开发的地震解释实践证明,地震属性的时间切片可以辅助地层岩性解释和沉积相的解释,但是,存在诸多的局限性,并且应用条件十分苛刻,一般情况下,实际地震数据几乎难于满足要求。

沿层切片在某些情况下贴近于真实的属性提取方式,这种方式除了图5中表示的平行于顶界面的方式,还有平行于底界面的方式,这种提取属性切片的方式与三维地质建模过程中定义层间地层产状的方式相近。

如果,我们在层序地层学解释过程中仅仅解释了层序边界这样一些主要地质界面,那么,年代地层框架的精度（等时界面的时间跨度）就不能满足生成地层切片的需要。

但是,沿层切片仍然是属性切片的主要手段。

地层切片的优势在于对目的层段进行精细的沉积研究,其技术关键并不是生成地层切片体,而是如何建立年代地层的框架模型。

在建立年代地层框架的过程中,需要确定选择哪些地质等时界面进行拾取和追踪;在等时界面的解释过程中,始终不要忘记复杂的地质特征（断层、上超、下超、底超和角度不整合等）的定义;对于构造和地层关系越复杂的地区,越需要在年代地层框架模型中加入更多的等时界面。

换句话说,就是“只有在年代地层框架模型包括了所有沉积控制作用的地质等时界面的情况下,才能使用地层切片提取”。

根据地层切片的定义,结合高分辨率层序地层学的相关理论,我们认为同一地质时期沉积的地层厚度的变化往往与沉积物体积分配作用和相分异作用有关,而地震沉积学正是研究地层的沉积演化规律的,所以,遵循这个规律提取的地层切片体对地震沉积学研究至关重要。

2.3分频解释技术

地震沉积学中使用的分频解释技术是基于“地震资料的频率成分控制了地震反射同相轴的倾角和内部反射结构”（Brownetal,1981）这一认识。

在高、低频档上出现反射位置相符,产状一致的同相轴,被认为可能是一个平行于沉积等时面的参考同相轴,可以用于地震层序边界的追踪。

同时结合井上的层序分析和井震标定,就可以建立精细井震格架和地震层序的解释。

实际应用时,往往采用小波分频的方法,把地震资料分为高、中、低3个频段,根据实际工作的需要选择相应频率段的地震数据体。

在建立等时地层格架的分频解释中,通常采用频率较高的数据体,用于层序追踪闭合。

由于D气田地区地震资料分辨率低,从图6a可以看出有些层位（下石盒组一段）在剖面上局部较难分辨,而在图6b分频剖面（30Hz）上地震同相轴连续性增强,地层产状明显,为地震层位的划分和井间等时地层格架建立提供直接证据,也为后期地震属性提取打下了坚实的基础。

图6联井等时地层格架

（a）原始地震剖面;（b）30HZ分频剖面

3地震沉积学在油气勘探与开发中的初步应用

3.1沉积微相研究

将地球物理技术与沉积学研究相结合进行沉积相分析是近几年地震沉积学应用领域中被普遍认可和使用的方法。

沉积相识别技术主要有两类:

一类是基于切片的技术;另一类是基于属性分析的地震相识别技术。

识别沉积相的关键有两方面:

一是通过单井沉积相来标定地震相,建立二者的联系;二是由单井相推断研究区沉积环境,并建立此沉积环境下的一般沉积相模式,在沉积相模式的指导下将地震属性的响应转化成沉积相的平面展布。

以地震沉积学原理为基础,在大港油田滩海关家堡地区运用地震波形分类技术进行了沉积微相分析。

首先在研究区依据地震波形建立了6类模型道,然后逐道计算与模型道的相关性,从而实现对整个研究区的地震特征分类。

从图2可以看出,地震微相与利用井资料（包括测井相）得到的沉积微相分布具有良好的相关性,这也充分说明了利用地震沉积学理论和方法进行沉积相分析的合理性与可靠性。

、

3.2构造精细解释

地震剖面上的层位追踪精度受层位拾取误差和地震资料分辨率的影响,不能满足精细构造解释的要求。

在秘鲁S油田构造解释中,利用地震沉积学研究方法,较好地解决了这方面的问题。

采用90o相位转换技术,可以提高由视觉误差引起的层位拾取的精度。

从图3可以看到,相位转换后地层界面的位置由蓝轴（正相位）内转换到了零相位的位置,这使得层位的追踪更加准确,而且地震相位与岩性测井曲线更加吻合,使地震相位具有岩性地层意义。

对于低幅度构造解释,纵向分辨率是影响解释精度的主要因素。

地震资料的纵向分辨尺度与频率成反比关系,所以提高地震资料的分辨率可以使解释更加精细。

在S油田构造解释中,先通过预处理适当增加高频成分,然后利用处理后的数据体进行构造解释,使纵向解释精度达到了5m（图7）,发现了一些原来被略的构造幅度在5m左右的低幅度构造,如C层构造图上的SANJ-11D井南构造等。

图7大港油田关家堡地区东营组地震微相和沉积微相

4结论和认识

地震沉积学是一门新兴的边缘学科,我们应该看到它的技术、方法和思路的创新性。

地震沉积学的技术方法在一些解释研究实例中取得了成功,证明了该方法的合理性和实用性,但是,就目前的发展现状而言,地震沉积学的技术方法尚存在某些问题,需要通过针对性的研究,不断充实地震沉积学的技术方法和思想,使得地震沉积学这一新兴学科得以健康的发展。

1.地震沉积学借助于地震手段进行井间沉积相和地层岩性预测,为建立客观的储层地质模型奠定了基础;它是地震地层学、层序地层学及沉积学的进一步发展,强调在等时地层格架下的沉积相研究要以基础地质研究和沉积学规律（尤其是沉积环境及其沉积相模式）为指导。

2.地震沉积学由于受到地震资料分辨率和技术手段的影响,它并不能对沉积岩及沉积过程进行全面的研究,只能揭示地层岩石宏观性质、沉积史、沉积构造、沉积相和沉积体系平面展布范围。

3.不要滥用地层切片体,在生成地层切片体时,必须根据研究地区的实际地质情况,选好参考层（等时界面）。

无节制的过密（或过疏）地提取地层切片,是不可取的。

同时需要注意地层切片体的基本假设条件,对于不符合假设条件的地区,慎重使用地层切片体。

4.对于构造复杂地区,应该考虑三维构造恢复以后的地震沉积学研究,地震响应是年代地层沉积样式和地层构造样式的联合反映,通过构造恢复,消除了构造运动的影响,使沉积研究更接近于沉积的原生状态,但是当对三维地震数据体实施构造恢复以后,数据体的范围就发生了变化,因此要处理好构造恢复前和恢复后的对应关系。

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