基于地震沉積學方法的沉積相研究①——以潿西南凹陷潿洲組三段為例

楊 帥 陳洪德 侯明才 徐勝林 郭 垚

(1.油氣藏地質(zhì)及開發(fā)工程國家重點實驗室(成都理工大學) 成都 610059;2.成都理工大學沉積地質(zhì)研究院 成都 610059;3.浙江大學教育學院 杭州 310013)

0 引言

構(gòu)造沉降控制盆地物質(zhì)聚集分布規(guī)律及沉積特征，盆地類型及沉積特征控制沉積體系與沉積相展布，沉積相帶指示儲層發(fā)育規(guī)模及物性等特征，即構(gòu)造控盆、盆地控相、相控儲層。依據(jù)這一原則，沉積相研究在油氣勘探中必然處于非常重要的位置。具體到一個盆地的某個開發(fā)區(qū)塊，在整個沉積體系沉積相特征的基礎上，進行層序地層格架內(nèi)的最小等時單元沉積相特征研究非常有必要，利用沉積相控制地震儲層預測，對于識別更多的構(gòu)造—巖性油氣藏非常有幫助。

傳統(tǒng)的沉積相研究以沉積學、層序地層學理論為基礎，在等時地層格架內(nèi)做沉積體系沉積相研究。在鉆井資料較少的地區(qū)，沉積相分析主要依靠手工解釋地震相(同相軸反射結(jié)構(gòu)和構(gòu)造)，進而轉(zhuǎn)化為沉積相，這種研究方式基本上限于“三級層序”或“體系域”(多套砂組或準層序組)級別，對于勘探和開發(fā)生產(chǎn)而言，層序地層學尺度太粗，不能解決高頻層序的單砂組沉積相及有利相帶內(nèi)目標砂體預測的問題。

由曾洪流等［1］創(chuàng)立的地震沉積學利用高品質(zhì)的三維地震資料及地質(zhì)資料，以現(xiàn)代沉積學、層序地層學和地震地層學為理論基礎，經(jīng)過層序地層、地層切片、地震屬性分析、巖芯巖性和沉積相刻度研究，確定地層巖石宏觀特征、砂體成因、沉積體系發(fā)育演化、儲層質(zhì)量及油氣分布的地質(zhì)學科。地震沉積學能夠為含油氣盆地精細勘探與開發(fā)提供高分辨率層序地層格架、沉積體系類型以及沉積砂體的精細分布特征。與傳統(tǒng)的地震地層學不同，地震沉積學除了利用盆地規(guī)模的地震反射振幅、連續(xù)性、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部形態(tài)以及地震反射終止關系來進行層序和地震相的研究工作外，更為重要的是利用三維地震資料，進行地震屬性處理和沉積體形態(tài)解釋，有效地識別薄層沉積砂體，在油藏規(guī)模上精細研究薄層砂體。這有望解決四～五級層序的沉積相的問題，對于我國陸上薄互儲層的研究比較實用。

在探討地震沉積學方法的沉積相研究思路的基礎上，以潿西南凹陷研究區(qū)的古近系潿洲組三段7砂組為例，結(jié)合前人沉積體系、沉積環(huán)境及物源研究成果，開展地震沉積學沉積相研究，建立高分辨率層序地層格架，利用屬性、波形及地震地貌特征，精確刻畫出7砂組的沉積相展布形態(tài)。

1 基于地震沉積學方法的沉積相研究

地震沉積學是在層序地層學、沉積學、地震地層學等學科的基礎上發(fā)展起來的一門新學科［2］。無論是層序地層學、沉積學、還是地震地層學，都是在等時的地層格架內(nèi)對沉積相進行研究，地震沉積學也不例外。地震沉積學以高品質(zhì)三維地震資料為基礎，研究等時地層格架內(nèi)的沉積相特征。其技術(shù)體系中的關鍵環(huán)節(jié)是首先在一個研究區(qū)范圍內(nèi)劃定最小等時研究單元，然后研究其巖相、沉積相與地震反射特征的對應關系，在一個相對等時的時窗內(nèi)提取特征地震屬性，作為地震相定量表征的依據(jù)，再結(jié)合單井巖芯描述資料及微相特征，最終編制最小等時單元的沉積相圖。

分頻解釋技術(shù)、地層切片技術(shù)、地震巖性學是地震沉積學的幾個關鍵技術(shù)方法。分頻解釋有助于建立高頻等時層序格架;90度相位化處理使地震反射的同相軸具有巖性意義，可與地質(zhì)上的巖性對應，便于和測井相對比，有助于識別高級層序界面;地層切片改進了地震相分析的技術(shù)(產(chǎn)生等時地層研究單元)，使地震屬性表征的等時意義得到加強;通過尋找能夠反映沉積相的最準確的地震屬性特征，為沉積相刻畫提供了解釋的可靠依據(jù)。

具體研究時主要包括以下幾個方面［3］:

(1)運用地震地層學(Vail)、經(jīng)典層序地層學(Vail)、高分辨率層序地層學(Cross)、或成因?qū)有虻貙訉W(Galloway)原理［4］，綜合地質(zhì)和地球物理資料建立高精度等時層序地層格架。

利用提高分辨率技術(shù)，拓寬地震資料的頻帶范圍;利用分頻資料，識別地震層序界面;在單井層序與沉積相劃分的基礎上，通過合成地震記錄(或VSP資料)完成精細時深標定，使地震與井層序地層劃分一致。

(2)根據(jù)地層產(chǎn)狀，結(jié)合沉積體系的幾何形態(tài)和地貌特征，開展典型沉積體系的地貌特征及其與沉積體系關系研究，確定沉積體系類型和砂體展布形態(tài)。

根據(jù)地震主頻與調(diào)諧厚度的關系，優(yōu)選反映薄層砂體的最佳頻率，以便識別薄層砂體;對地震數(shù)據(jù)進行子波相位調(diào)整(通常為 90°)［2］，建立薄層砂體與反射同相軸的對應關系，建立巖性數(shù)據(jù)體;利用巖性數(shù)據(jù)體，刻畫出薄層砂體的形態(tài)及分布特征。

(3)在地震巖性學研究的基礎上，建立地震數(shù)據(jù)與測井巖性關系。優(yōu)選能夠反映地層巖性、砂體形態(tài)等沉積特征的地震屬性，如均方根振幅、瞬時頻率、瞬時相位及波阻抗等多種地震屬性。利用巖芯資料，建立地震屬性平面特征與關鍵井巖芯之間的沉積對應關系，以便刻度地震屬性切片的沉積相特征。

(4)在層序地層格架內(nèi)，依據(jù)物源方向、沉積體系、砂體類型特征，綜合屬性分析結(jié)果，為油氣勘探開發(fā)提供精細的沉積相展布圖。

圖1 地震沉積學方法沉積相研究技術(shù)路線圖(據(jù)曾洪流，2011，修改)Fig.1 Technology roadmap of sedimentary facies research based on seismic sedimentology(modified from Zeng Hongliu，2011)

圖2 研究區(qū)位置簡圖Fig.2 Location map of the study area

2 實際應用

北部灣盆地中潿西南凹陷古近系屬陸相地層，為多物源湖相沉積，儲層縱、橫向變化較大。潿洲組地層沉積時期，處于潿西南凹陷處于湖盆萎縮階段，在凹陷東北區(qū)、西區(qū)都有大型三角洲發(fā)育，在凹陷中心出現(xiàn)淺湖區(qū)。在研究區(qū)(圖2)的潿洲組三段地層，主要沉積類型為辮狀河三角洲沉積，總體表現(xiàn)為東、西兩側(cè)提供物源。

2.1 建立最小等時地層單元

在地震沉積學研究里，對等時格架內(nèi)的地震信息的客觀反映不再依賴于研究者利用“地震相”特征對沉積格架內(nèi)沉積相的“肉眼觀察和判斷”。強調(diào)的是在小時窗的等時地層內(nèi)，應用地震技術(shù)定量化計算屬性參數(shù)，客觀反映地層沉積相特征。

確定沉積等時面，對于陸相地層而言，并不是一件容易的事情。陸相地層中的地震資料受主頻限制，剖面里面同相軸經(jīng)常發(fā)生分叉合并的現(xiàn)象，往往確定等時面會受到穿層的影響。在地震沉積學理論里面，采用的是一種參考等時面的概念。通常首先需要對原始地震數(shù)據(jù)進行提高分辨率處理，然后采用不同頻率帶對地震剖面進行分頻，在分頻后的剖面上作分析，如果高、低頻剖面上出現(xiàn)反射位置相符、產(chǎn)狀一致的同相軸，就被認為是一個平行于沉積等時面的參考同相軸［2］。

在研究區(qū)，依據(jù)單井層序地層劃分結(jié)果(圖5)和地震地層特征(圖3)，可識別出具等時意義的參考面一共有三個。圖3中，上下兩條棕色層位線分別為潿洲組、流沙港組頂界面，為全區(qū)分布的三級層序界面，與下伏地層都是平行不整合接觸關系，具有很好的等時性。在這兩個界面之間，依據(jù)長期旋回特征與砂組的對應關系，又解釋了一個能全區(qū)追蹤且平行接觸，具有相對等時意義的等時參考面(紅色線)。在井上對應7砂組的頂界面(圖3)。

圖3 等時參考面的選擇(原始地震剖面)Fig.3 Choosing isochronous reference surface(original seismic profile)

圖4 提高分辨率后的地震剖面Fig.4 Seismic profile after improving resolution

圖4為原始地震數(shù)據(jù)采用混合相位反褶積和譜模擬技術(shù)相結(jié)合的方法的提高分辨率處理效果，該方法可以使剖面零相位化。從圖3與圖4左下角的地震頻率分布特征可以看出，在原始地震剖面(圖3)上主頻大約為30 Hz，而提高分辨率后的地震剖面(圖4)主頻被提高到約40 Hz。在提高分辨率效果上，地震剖面上整體波形保持原貌，振幅的相對關系保持較好，有些復波被分開(黃色方框內(nèi))，地震同相軸和原始純波剖面相比更加清晰，局部剖面同相軸數(shù)目有所增加，尤其同相軸相位置及相對關系沒有改變。

從地震剖面上看，研究目的層厚度變化不是很大，潿三段地層接觸關系近似平行接觸，各砂組也為近似平行的整合沉積接觸關系。按照地層切片原理，在7砂組頂界等時面(紅線位置)的控制及選擇合理比例的情況下，內(nèi)插出了7砂組底界控制面(圖3藍色線)，此為研究區(qū)的最小等時單元，在層序上，對應四級層序。潿洲組三段按砂組級別測井解釋可分成12個最小地層單元(圖5)。井上劃分的五級層序，在地震上受分辨率限制，很難和地震同相軸對應。按照現(xiàn)有的地震資料分辨率，可以識別的最小等時地層單元可以達到四級。

2.2 單井層序與沉積相劃分

圖5為研究區(qū)內(nèi)WZH6-10-1井的單井沉積相圖。研究層段潿洲組由兩個三級層序組成，潿洲組三段下部層序，大致由7砂組至12砂組地層組成;而上部層序，大致由6砂組至潿洲組頂界，上部層序地層厚度比下部層序地層厚度要稍大。

從單井看巖性以砂巖或含礫砂巖為主夾深色泥巖沉積，厚層砂巖多表現(xiàn)與泥巖呈突變接觸的箱型與鐘型測井曲線特征，而薄層砂體與泥巖呈現(xiàn)薄互層關系，這說明研究區(qū)是以湖相為背景的辮狀河三角洲前緣沉積。其主要沉積砂體為水下分流河道砂體與薄層席狀砂，另外個別井段可見河口壩與遠砂壩，而泥巖以三角洲前緣分流間泥與前三角洲泥為主。從研究區(qū)連井地震剖面上看(圖6)，井間儲層砂體多表現(xiàn)為多期前積砂體相互疊置，但也基本不連續(xù)橫向發(fā)生尖滅的特征。

2.3 巖性解釋與地震地貌特征分析

圖6為提高分辨率地震剖面的90°相位轉(zhuǎn)換剖面，從圖中可以看出作相位轉(zhuǎn)換后的同相軸與巖性曲線(GR曲線)有很好的對應關系(位于圖6左側(cè)局部放大圖)，所以此剖面可以代表巖性數(shù)據(jù)，利用此數(shù)據(jù)可以勾畫出薄層砂體的形態(tài)及分布特征。在此，依據(jù)砂體透鏡狀反射特征與下伏地層的斜交關系解釋了 WZH6-10-1與 WZH6-10S-1、WZH11-3-1與 WZH6-10S-1兩條井間剖面砂體分布特征(圖6，7)。

圖6 提高分辨率資料90°相位轉(zhuǎn)換砂體關系解釋Fig.6 Interpretation of sandbody after 90°phase shift

圖7 過WZH11-3-1與WZH6-10S-1井90°相位轉(zhuǎn)換地震剖面Fig.7 Seismic profile after 90°phase shift between Well WZH11-3-1 and Well WZH6-10S-1

研究區(qū)沉積相帶分布總體表現(xiàn)為東、西兩側(cè)供源的辮狀河三角洲沉積，從WZH11-3-1與WZH6-10S-1井地震剖面可以發(fā)現(xiàn)在兩口井間沉積體有明顯相互尖滅特征，WZH11-3-1井儲層向下傾方向發(fā)生尖滅，WZH6-10S-1井儲層向上傾方向尖滅，這也表明兩套沉積體的物源方向是不同的。

2.4 平面屬性分析

圖8為研究區(qū)7砂組的頂界面往下10 ms位置(圖6左側(cè)局部放大圖黃色虛線位置)的90度地震資料振幅切片分布特征，圖9為研究區(qū)7砂組的波形分布特征，兩張圖上面都疊合了7砂組頂界面的斷裂解釋成果分布圖。具有巖性意義的90度相位轉(zhuǎn)換資料的振幅切片上可以明顯的反映出來砂體分布特征，即強振幅區(qū)域代表砂體發(fā)育。另外從波形特征上看，波形較對稱的特點也可推測為砂巖發(fā)育的特征，因為砂巖發(fā)育時，由于反射系數(shù)較大，反射波的波形也較為穩(wěn)定。從圖8、圖9兩張平面分布圖也可以看出，在研究區(qū)有東西兩側(cè)分塊的特點，這也與研究層段物源方向來自與東西兩側(cè)相吻合。

圖8 7砂組90度相位轉(zhuǎn)換資料振幅切片F(xiàn)ig.8 90°phase shift amplitude slice of seven sand group

2.5 沉積相展布特征

綜合研究區(qū)內(nèi)目的層段單井沉積相劃分結(jié)果、巖性解釋分布特征、屬性分布特征、波形分布特征、物源方向，可以對研究區(qū)7砂組的沉積相平面分布進行研究。

從圖6、圖7中砂體分布特征解釋中可以看出，研究層段的砂體是相互疊置的，這種三角洲砂體的相互疊置一方面說明各井區(qū)三角洲砂體類型變化不是很大，很可能呈現(xiàn)三角洲繁盛的格局;另一方面說明三角洲向湖盆延伸時可能發(fā)生了多次的分流，這可以形成不同的三角洲朵葉體，其主要營力推測為河道的分流作用。

圖9 7砂組波形分類分布圖Fig.9 Waveform classification of seven sand group

結(jié)合東西兩側(cè)提供物源的特征，精細刻畫出了研究區(qū)7砂組的平面沉積相分布圖(圖10)，圖中測井曲線為GR曲線，代表砂體發(fā)育的主河道與水下分流河道沉積相帶，與強振幅地震信息及對稱波形特征相對應。總體規(guī)律是從東、西兩側(cè)向湖盆推進的辮狀河三角洲前緣占主導，在兩個三角洲沉積體間為湖相區(qū)，而三角洲砂體以水下分流河道向湖盆推進為主，其間有水下分流間的泥質(zhì)沉積物。

圖10 研究區(qū)7砂組沉積相平面分布圖Fig.10 Sedimentary facies diagram of seven sand group in the study area

3 結(jié)論

在鉆井資料較少的研究區(qū)，利用地震沉積學方法可以對沉積相進行精細的劃分。地震沉積學方法研究有一定的基礎條件，一是相對簡單的構(gòu)造背景，二是需要品質(zhì)比較好的三維地震資料。構(gòu)造簡單，地層切片的等時性才更為可靠。通過地震沉積學方法可以賦予地震同相軸及地震屬性的巖性學和沉積學含義，從而有助于在勾畫出地質(zhì)體的平面分布形態(tài)，最終達到精細研究沉積相的目的。

潿西南凹陷古近系潿洲組三段地層7砂組的地震沉積學研究表明，地震沉積學方法可以準確的識別薄層砂巖的分布特征，從而解決了更高級別層序(四～五級)的沉積相的問題，對我國陸相盆地薄互儲層的研究較為實用。

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