基于地震資料雙域同步分析的沉積期次劃分方法應(yīng)用研究

畢俊鳳，劉書會(huì)

（1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）地球物理與空間信息學(xué)院，湖北武漢430074；2.中國(guó)石油化工股份有限公司勝利油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院，山東東營(yíng)257015）

1 問(wèn)題的提出

三角洲沉積地層在我國(guó)陸相盆地中廣泛發(fā)育，是重要的油氣儲(chǔ)集類型。該類地層的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)之一是多期次成層性進(jìn)積體相互疊置，地層產(chǎn)狀變化大。長(zhǎng)期以來(lái)，受勘探程度及技術(shù)手段的限制，如何更加有效地開展層序界面的識(shí)別、沉積期次的劃分、層序界面內(nèi)沉積旋回韻律體對(duì)比與自動(dòng)追蹤工作，一直是三角洲沉積地層層序研究所面臨的技術(shù)難題。

對(duì)三角洲、砂礫巖體等地層進(jìn)行期次劃分，目前主要以鉆井取心、分析化驗(yàn)、測(cè)井資料分析為手段。雖然井點(diǎn)處可以識(shí)別高精度的期次界面，但井與井之間橫向?qū)Ρ入y，由點(diǎn)及面外推不確定性強(qiáng)。地震資料的應(yīng)用只是局限于井震標(biāo)定方面，即用于綜合考慮測(cè)井巖性期次劃分結(jié)果與地震反射界面的對(duì)應(yīng)關(guān)系。形成的技術(shù)方法主要有單井相分析、GR曲線小波變換、基于測(cè)井曲線的時(shí)頻分析以及基于井旁地震道單道數(shù)據(jù)的高分辨率時(shí)頻分析等等［1－3］。應(yīng)該說(shuō)，這些方法只是根據(jù)測(cè)井曲線或地震道頻譜特征的旋回性劃分期次，無(wú)法在空間上直接獲得沉積韻律體的展布特征。

針對(duì)這種情況，采用基于地震資料的時(shí)深域與Wheeler域同步分析方法［4］，充分利用三維地震資料所攜帶的構(gòu)造及沉積信息，通過(guò)將時(shí)深域地震數(shù)據(jù)變換到Wheeler域，同步分析不同域中沉積地層在垂向及橫向上的展布特征，進(jìn)行復(fù)雜地層的精細(xì)期次劃分。

2 時(shí)深域與Wheeler域同步分析法及實(shí)施步驟

在時(shí)間（深度）域地震剖面上，構(gòu)造特征是顯而易見(jiàn)的，但其它與沉積有關(guān)的信息大多是隱含的，不能直接獲得。而Wheeler域數(shù)據(jù)體因垂向刻度單位為相對(duì)地質(zhì)年代，等時(shí)意義更加直觀［5－7］。時(shí)深域與Wheeler域同步分析法，指的是對(duì)時(shí)深域地震資料同相軸進(jìn)行小層自動(dòng)追蹤，拉平重排后變換到Wheeler域，從而可以直觀地指示出層序韻律體在垂向上的分布和橫向上隨時(shí)間發(fā)生的遷移規(guī)律，并且可以根據(jù)小層空間組合結(jié)構(gòu)的差異性進(jìn)行期次劃分。通過(guò)實(shí)時(shí)地把代表不同期次的小層投影到時(shí)間域，與單井小層劃分結(jié)果進(jìn)行對(duì)比和同步修正，最大限度地保證了期次劃分結(jié)果在橫向上的一致性。

該方法的基本步驟如下：

1）地震同相軸小層自動(dòng)追蹤。常用的層位自動(dòng)追蹤技術(shù)主要利用地震振幅信息及同相軸的連續(xù)性，對(duì)于全區(qū)穩(wěn)定分布的標(biāo)志層，比較容易實(shí)現(xiàn)。我們針對(duì)復(fù)雜地層結(jié)構(gòu)，運(yùn)用傾角導(dǎo)向體識(shí)別地震同相軸的產(chǎn)狀，自動(dòng)追蹤出沉積體內(nèi)部所有的小層，這些小層也可稱為“年代地層同相軸”。

2）小層拉平，實(shí)現(xiàn) Wheeler變換。拉平每個(gè)年代地層同相軸并將其排列到地層層序中，分別為其指定相對(duì)地質(zhì)時(shí)間（如Ma），即可實(shí)現(xiàn) Wheeler變換。在Wheeler域中，縱向自下至上代表地質(zhì)年代由早到晚，橫向指示的是在某一特定的地質(zhì)年代（相對(duì)）內(nèi)，沉積體由物源區(qū)到盆地中心發(fā)生的遷移距離。

3）在 Wheeler域中確定期次界面劃分依據(jù)。在由相對(duì)地質(zhì)年代（縱軸）和橫向遷移距離（橫軸）確定的平面內(nèi)，所有小層的排列組合、推進(jìn)方式反映了湖平面的升降變化，因而代表著沉積韻律體在空間上的展布特征。根據(jù)小層組合的外包絡(luò)特征，可以將每一次進(jìn)退轉(zhuǎn)換點(diǎn)的位置作為一個(gè)期次的起始位置，該位置附近分布范圍最大的小層即為期次界面。這樣，在Wheeler域中初步完成了期次的劃分。

4）同步分析、實(shí)時(shí)調(diào)整時(shí)間域和 Wheeler域中期次劃分結(jié)果。將Wheeler域中代表不同期次的小層投影到時(shí)間域，通過(guò)與鉆井分層或典型巖性曲線對(duì)比，調(diào)整期次界面的位置使其在Wheeler域中盡量不要對(duì)應(yīng)橫向分布距離短的小層，因?yàn)檫@些小層多代表期次內(nèi)部的界面。

5）綜合各條骨干剖面的期次劃分結(jié)果，建立工區(qū)基于地震資料雙域分析的高分辨率等時(shí)地層格架。

3 應(yīng)用研究及效果分析

東營(yíng)三角洲位于渤海灣盆地濟(jì)陽(yáng)坳陷東營(yíng)凹陷東部。東營(yíng)凹陷沙三段沉積時(shí)期為斷陷活動(dòng)鼎盛期，該時(shí)期同沉積斷裂活動(dòng)幅度明顯增加，湖盆擴(kuò)張。斷裂的頻繁活動(dòng)為凹陷提供了充分的陸源碎屑沉積物，因而大規(guī)模發(fā)育三角洲—濁積巖體系。東營(yíng)三角洲的發(fā)育經(jīng)歷始新統(tǒng)沙三段—沙二段沉積的漫長(zhǎng)地質(zhì)時(shí)期，形成多期發(fā)育的大型復(fù)合三角洲，以沙三中段最為發(fā)育［8］。從總體發(fā)育特征來(lái)看，東營(yíng)三角洲為典型的進(jìn)積三角洲，在地震剖面上顯示為清晰的S型前積特征。在緩坡背景下，三角洲具明顯的3層結(jié)構(gòu)，發(fā)育三角洲平原、三角洲前緣和前三角洲相，以三角洲前緣亞相分布范圍最廣（圖1）。以往研究把沙三中劃分為6個(gè)期次［9］，但隨著巖性油藏勘探程度的不斷深入，需要進(jìn)一步細(xì)分沙三中的沉積期次。

3.1 基于傾角導(dǎo)向體的小層自動(dòng)追蹤

東營(yíng)三角洲沙三中頂、底界面分別對(duì)應(yīng)T4和T6′地震標(biāo)準(zhǔn)反射層。T4界面由于與白云巖下伏地層的巖性特征及厚度有關(guān)，表現(xiàn)為時(shí)強(qiáng)時(shí)弱的變振幅反射特征；T6′界面為一連續(xù)性好的強(qiáng)相位，在整個(gè)區(qū)域中都具有可對(duì)比性。在盆地的大部分區(qū)域，T6′界面的巖性組合一般為油頁(yè)巖－油頁(yè)巖組合和油頁(yè)巖－泥巖組合，以雙油頁(yè)巖組合最為常見(jiàn)，地震剖面上多表現(xiàn)出連續(xù)性好、強(qiáng)振幅的特征。首先在三維數(shù)據(jù)體上對(duì)T4和T6′層進(jìn)行精細(xì)解釋；然后在這兩個(gè)層確定的時(shí)窗內(nèi)，計(jì)算地震數(shù)據(jù)體中每個(gè)采樣點(diǎn)的傾角和方位角信息，以此作為控制，自動(dòng)追蹤出所有的地震同相軸，獲得沉積體內(nèi)部的各個(gè)小層（圖2）。這些小層之間垂向時(shí)間厚度不小于1ms，且嚴(yán)格遵循著地層的產(chǎn)狀。即使對(duì)傾斜度大的前積層，仍能準(zhǔn)確追蹤出地震同相軸，為后續(xù)的研究提供了可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

3.2 Wheeler變換

圖1 東營(yíng)東部疊前偏移三維連井地震剖面

圖2 時(shí)間域小層自動(dòng)追蹤結(jié)果

拉平所有小層，縱向上為其指定相對(duì)地質(zhì)時(shí)間（如0～4.29Ma），實(shí)現(xiàn)由時(shí)間域到 Wheeler域的轉(zhuǎn)換。這些小層的排列特征代表著沉積體宏觀上的展布規(guī)律（圖3）。

圖3 Wheeler域中小層空間組合及沉積等時(shí)面分布

由圖3可以看到，沙三中時(shí)期，東營(yíng)三角洲整體表現(xiàn)為進(jìn)積特征，其時(shí)空展布具有明顯的遷移性，由東部物源區(qū)向西部盆地中心逐漸推進(jìn)。

體系域是同期沉積體系的三維空間組合［10－11］。在Wheeler域中，沙三中可以劃分為3個(gè)體系域：低位體系域、湖侵體系域和高位體系域。沙三中早期，發(fā)育低位體系域砂體，如下切水道、低位扇［12］，以及一套湖侵體系域；之后，三角洲進(jìn)積體大規(guī)模發(fā)育，由物源區(qū)向盆地中心不斷推進(jìn)，高位體系域特征明顯，對(duì)應(yīng)湖平面的持續(xù)下降期。其中，高位體系域的展布反映了東營(yíng)三角洲從東向西不斷推進(jìn)的演化過(guò)程。

3.3 Wheeler域與時(shí)間域同步分析

根據(jù)小層在垂向上的排列組合特征以及體系域的特點(diǎn)，首先在T4和T6′之間識(shí)別出8個(gè)分布范圍相對(duì)較大、連續(xù)性較好的沉積等時(shí)面，如圖3藍(lán)色虛線所示。鉆井資料顯示，這些等時(shí)面多代表穩(wěn)定分布的厚層泥質(zhì)巖類與砂巖間的反射或泥質(zhì)含量明顯變化的砂巖之間的反射界面。8個(gè)等時(shí)面和T4，T6′將沙三中分為9個(gè)地層單元（準(zhǔn)層序），自上而下分別為Z1～Z9。其中Z9，Z8為低位域地層單元，分布范圍有限，僅在盆地東部部分井區(qū)可見(jiàn)，對(duì)應(yīng)的期次界面與T6′非常接近，時(shí)間厚度小。Z7為湖擴(kuò)展體系域，Wheeler域中小層具有明顯的由盆地中心向岸移動(dòng)的特征，發(fā)育油頁(yè)巖、深湖泥巖、濁積巖及濱淺湖相沉積體。Z6到T4地層單元構(gòu)成高位體系域，主要由河控三角洲體系構(gòu)成，三角洲進(jìn)積體大規(guī)模發(fā)育。圖4a中黃色小層為沙三中第3期進(jìn)積單元在Wheeler域與時(shí)間域中的分布。Wheeler域分布清晰刻畫了沉積韻律體橫向上自東向西遷移的特點(diǎn)，圖中虛線框內(nèi)是濁積巖發(fā)育區(qū)。從沉積規(guī)律上來(lái)講，濁積巖發(fā)育在前緣砂體的前方，推進(jìn)距離相對(duì)較大。時(shí)間域剖面上平行—亞平行反射為三角洲遠(yuǎn)端沉積，巖性以泥巖夾粉砂巖為主。前積反射為三角洲前緣河口壩沉積，巖性上對(duì)應(yīng)厚層砂巖。三角洲前緣砂體發(fā)育的地方，地震同相軸明顯增多，地層厚度變大，這也成為三角洲前緣砂體識(shí)別的重要標(biāo)志之一。圖4b中藍(lán)色小層為沙三中第5期進(jìn)積單元在Wheeler域與時(shí)間域中的分布。在整體湖退的條件下，仍然可見(jiàn)期次內(nèi)部短期的湖進(jìn)現(xiàn)象。Wheeler域分布展示了湖平面先升后降的變化特征。時(shí)間域地震剖面上連續(xù)強(qiáng)反射為泥巖和油頁(yè)巖反射，后期可見(jiàn)微弱的 前積反射，為三角洲前緣水下分流河道砂體響應(yīng)。

圖4 不同期次沉積體在時(shí)間域和Wheeler域中的展布特征

3.4 雙域聯(lián)動(dòng)的期次標(biāo)定

將Wheeler域期次劃分結(jié)果實(shí)時(shí)投影到時(shí)間域地震剖面上，將其與單井層序劃分結(jié)果（分層數(shù)據(jù)）進(jìn)行對(duì)比，以橫向上可以連續(xù)追蹤為原則，且遵循沿物源方向從三角洲平原—三角洲前緣—前三角洲的演化規(guī)律，不斷調(diào)整劃分方案。表1為剖面上5口重點(diǎn)井的10個(gè)期次界面調(diào)整后在Wheeler域和時(shí)間域中對(duì)應(yīng)的相對(duì)地質(zhì)年代和時(shí)間值。最終經(jīng)雙域互動(dòng)聯(lián)合修正，完成的期次劃分如圖5所示。

表1 典型井期次界面在時(shí)間域和Wheeler域中的對(duì)應(yīng)關(guān)系

圖5 雙域聯(lián)動(dòng)期次劃分結(jié)果

3.5 等時(shí)地層格架建立

基于地震資料雙域同步分析法可以對(duì)任意骨干剖面進(jìn)行沉積等時(shí)面的識(shí)別和期次劃分。圖6為由線至面建立的研究區(qū)多條骨干剖面的等時(shí)地層格架。在三維空間上對(duì)這些等時(shí)面進(jìn)行追蹤解釋，進(jìn)而可以完成不同地層單元巖性體的預(yù)測(cè)。

分析表明，基于地震資料雙域同步分析的沉積期次劃分結(jié)果與井點(diǎn)吻合良好，特別是為井間期次劃分提供了客觀的參考依據(jù)，從而可以直觀地獲得沉積體在空間上的演化規(guī)律。

圖6 等時(shí)地層格架骨干剖面

4 結(jié)束語(yǔ)

基于地震資料雙域同步分析的沉積期次劃分方法利用了地震資料廣泛的空間覆蓋率，在Wheeler域和時(shí)深域同步分析沉積組合體的時(shí)空展布及橫向遷移規(guī)律，達(dá)到期次劃分的目的，為復(fù)雜地層結(jié)構(gòu)的沉積期次劃分提供了一種新思路。

該方法具有以下優(yōu)勢(shì)：

1）減少了利用測(cè)井資料劃分期次的主觀性，降低了劃分過(guò)程中對(duì)地質(zhì)經(jīng)驗(yàn)的依賴程度，因而在勘探新區(qū)復(fù)雜地層結(jié)構(gòu)中特別適用。

2）充分利用地震資料在空間上的覆蓋率，通過(guò)雙域聯(lián)動(dòng)反復(fù)修正，確保了期次劃分結(jié)果在縱、橫向上的準(zhǔn)確性，特別是為井間提供了可靠的期次劃分依據(jù)。

3）該方法易于實(shí)現(xiàn)，對(duì)資料沒(méi)有過(guò)多的要求。

4）能大大提高在三維數(shù)據(jù)體上進(jìn)行沉積期次劃分的效率。以往在地層構(gòu)造復(fù)雜地區(qū)幾乎不能完成的地震資料小層自動(dòng)追蹤，現(xiàn)在可以通過(guò)傾角導(dǎo)向體追蹤實(shí)現(xiàn)。

需要指出的是，當(dāng)?shù)貙雍穸群鼙r(shí)，測(cè)井資料上或許可以劃分幾米厚的小層，但是受地震分辨率的限制，地震剖面上多套反射界面疊加為一個(gè)同相軸，該方法無(wú)法再細(xì)分出不同的沉積期次。另外，當(dāng)研究區(qū)存在斷距較大的斷層時(shí)，Wheeler變換會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤的結(jié)果，把上、下盤同期沉積的地層歸屬為不同地質(zhì)年代，這是方法本身的局限性所致。因此，該方法在選區(qū)上應(yīng)盡量避開斷裂帶。

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