地震資料在碳酸鹽巖沉積相分析中的應用——以某區(qū)二疊系長興組為例

何金海 彭 博 李 麗 田 甜 吳齊勝

(1.成都理工大學能源學院，成都 610059;2.中國石化集團西南石油局第五物探大隊，湖南湘潭 411104)

沉積相分析通常是應用野外露頭、井下巖芯、錄井巖屑、測井曲線、地球化學數據等資料的綜合研究過程。露頭和鉆井資料難以推測整個研究區(qū)的沉積相平面展布特征，而地震資料很難識別碳酸鹽巖的巖性［1］，地震沉積學地層切片也很難進行碳酸鹽巖沉積相平面展布特征分析［2］。但是，由于碳酸鹽巖沉積后巖石體積受壓實作用影響很小，故在碳酸鹽巖沉積相分析中采用古地貌相帶分析方法(地震拉平體的地層切片)，結合精細地震相解釋和地震相向沉積相轉化來分析沉積相平面展布特征，不失為一種很好的嘗試。

1 地質概況

研究區(qū)二疊紀地層發(fā)育較齊全，自下而上包括下二疊統(tǒng)梁山組、中二疊統(tǒng)棲霞與茅口組和上二疊統(tǒng)吳家坪與長興組。中二疊統(tǒng)與上二疊統(tǒng)之間存在東吳運動形成的假整合面［3－4］。吳家坪組沉積時，研究區(qū)為碳酸鹽巖臺地內部沉積環(huán)境［5］，沉積相分異不明顯，研究區(qū)為一個平臺;到長興組沉積時期，逐漸由碳酸鹽巖緩坡環(huán)境過渡到碳酸鹽巖臺地環(huán)境，并且后期碳酸鹽巖臺地分異明顯，分異出臺地內部、臺地邊緣、臺緣斜坡和陸棚環(huán)境。運用研究區(qū)的野外露頭、取芯資料、錄井資料和測井曲線對本區(qū)的沉積相進行分析，發(fā)現本區(qū)長興組主要發(fā)育的沉積相有:生物礁、顆粒灘、灘間、瀉湖、潮坪、斜坡和陸棚相等。本區(qū)后期構造活動造成盆地局部地層掀斜，古構造高點成為今構造低部位，為沉積相的平面刻畫帶來一定困難。

2 古地貌相帶分析

前人在研究區(qū)礁灘相帶識別中做了很多嘗試，但效果不夠理想。賀振華等人對研究區(qū)單條地震剖面的礁灘體特征作了精細刻畫，但礁灘體的平面展布特征和相帶邊界刻畫不理想［6］。胡偉光等人在對研究區(qū)生物礁識別中，應用了多種地震技術和古地貌分析方法［7］，但由于地震屬性切片前期沒做層拉平處理，而古地貌分析方法由于參考面選擇不夠理想和僅僅停留在生物礁的形態(tài)刻畫上而效果欠佳。其他研究者也做過類似研究［8－10］，但同樣存在上述問題。嘗試用地層切片的方式來進行沉積相帶分析，仍收效甚微?？紤]到碳酸鹽巖沉積成巖特征，因此首次應用古地貌相帶分析方法來解決該問題。

2.1 碳酸鹽巖古地貌相帶分析原理

碳酸鹽巖沉積主要是生物化學沉積，以原地和近地沉積為主，沉積物的沉積厚度基本反映了當時的沉積環(huán)境，即深水區(qū)沉積厚度薄，淺水區(qū)沉積厚度厚，因而碳酸鹽巖沉積后古地貌特征可以反應當時的沉積環(huán)境。碳酸鹽巖沉積同生期固結成巖，后期壓實作用對巖石體積影響很小，即便是考慮壓溶作用會影響碳酸鹽巖沉積層厚度，但由于壓溶作用只會改變地層的絕對厚度，不會改變地層的相對厚度，故不會影響沉積古地貌特征。而后期構造運動的影響將在古地貌恢復(層拉平處理)中消除。因此，古地貌特征研究可以幫助界定沉積相帶的分布范圍。

古地貌相帶分析方法(地震拉平體的地層切片)是選擇一個臨近目的層、沉積期近水平的地層界面作為層拉平面，通過層拉平處理創(chuàng)建一個地震拉平體，在地震拉平體數據內提取的地層切片(古地層切片)即可近似看做古地貌圖［11－12］，通過與地震剖面的對比，即可調整到合適的色標范圍，用古地貌圖來進行沉積相帶分析。

2.2 研究區(qū)古地貌相帶分析

結合研究區(qū)地質構造特點，東吳運動面(即中二疊和上二疊之間的界面)為一個假整合面，界面之上吳家坪組沉積時，整個研究區(qū)為碳酸鹽巖臺地內部沉積環(huán)境，沉積分異不明顯，可近視為水平面。為此可將東吳運動面(吳家坪組底面)作為層拉平面，用層拉平面之上的沉積厚度作為沉積古地貌來分析沉積相帶，同時后期構造運動對長興組沉積地層的產狀改變也將在層拉平處理中予以消除。通過對東吳運動面的拉平，創(chuàng)建地震拉平數據體，然后在拉平體中提取地層切片，通過提取的地層切片(圖1為長興組頂面古地貌圖)來分析沉積相帶。各個相帶大體呈北西向展布，臺地內部—臺地邊緣—臺緣斜坡—陸棚相帶，各相帶分布范圍清晰可見，界限明晰。通過與鉆井和地震相解釋的成果對比，相帶邊界和沉積相分布范圍都能很好吻合，并在一定程度上指導了地震相的解釋和沉積相的平面成圖。

3 地震相分析

在古地貌相帶分析的基礎上，開展地震相分析。根據碳酸鹽巖的沉積特征分析其地震反射特征，并結合地震正演模型，分析地質體在地震剖面上的外部反射構型和內部反射形態(tài)，并通過單井標定實現地震相轉沉積相。

圖1 長興組頂面古地貌圖

3.1 礁地震相

臺地邊緣，波浪潮汐作用最強烈，洋流帶來的營養(yǎng)物質最豐盛，最適宜造礁生物的生長，是生物礁發(fā)育的最有利地帶。臺地內部條件適宜，零星可見點礁的發(fā)育。生物礁的生長以原地建隆為特征，地貌上為丘狀隆起。針對生物礁的地質特征，前人在不同地區(qū)研究過生物礁的地震反射特征［13－18］，但特征基本一致。研究區(qū)礁地震相反射特征為丘狀外形，內部近空白反射。結合單井相的標定和古地貌對礁相帶的范圍界定，可以精細刻畫研究區(qū)的礁的平面展布。

3.2 灘地震相

碳酸鹽巖盆內顆粒(內碎屑、生物顆粒、鮞粒等)在波浪、潮汐等水流作用下沖刷、破碎或搬運再沉積形成灘。灘體頂面呈平臺狀，平面上呈條帶狀展布。由于波浪的沖洗和分選作用，顆粒灘往往孔隙發(fā)育或是易于白云巖化，速度和密度通常低于圍巖。由此建立長興組灘體的地質模型，圖2(a)中灘體發(fā)育區(qū)的速度和密度小于圍巖。相應的地震反射圖如圖2(b)所示，灘體的地震反射特征表現為:頂面低幅丘狀波谷反射，底面波峰反射振幅明顯增強。據此地質體地震反射特征如圖3所示。層拉平剖面上，灘體的低幅丘狀反射特征明顯，沉積厚度明顯大于瀉湖和灘間微相。

3.3 灘間地震相

由于灘體對水動力的阻礙作用，灘間是淺水低能沉積區(qū)，通常發(fā)育微晶灰?guī)r，巖性穩(wěn)定，橫向變化小，地震剖面上表現為中等振幅、低—中等頻率、連續(xù)反射特征。由于灘間灰泥的沉積速率慢，沉積的總厚度比相鄰灘體薄，在地震剖面上比灘體相對位置低。如圖3(a)所示，A井地震合成記錄驗證了灘間微相的地震反射特征，同時為灘間地震相轉沉積相提供依據。

圖2 灘體地質模型及地震反射圖

3.4 瀉湖地震相

由于臺緣礁灘的遮擋，海水循環(huán)受限，水動力減弱，臺地內部的較深水區(qū)形成瀉湖環(huán)境。瀉湖微相以發(fā)育黑灰色灰?guī)r和灰黑色灰?guī)r為主，偶見生物碎屑的發(fā)育。瀉湖在地震剖面上表現為中等振幅、中等頻率及弱連續(xù)反射的特征。B井地震合成記錄驗證了瀉湖微相的地震反射特征，地震同相軸的連續(xù)性變差，說明沉積物橫向上有差異。層拉平剖面上，瀉湖微相的沉積厚度明顯較灘體薄，如圖3(b)所示。

3.5 斜坡地震相

斜坡是碳酸鹽巖臺地向陸棚環(huán)境過渡的過渡相類型，總體為低能深水沉積，夾雜有碎屑流(重力流)沉積，發(fā)育深灰色—灰黑色硅質灰?guī)r、含泥灰?guī)r、泥灰?guī)r夾生屑灰?guī)r。由于沉積物的不均一性，地震剖面上表現為強振幅、低頻、連續(xù)反射背景，隨著碎屑流的混入表現為中等振幅、中等—高頻率及弱連續(xù)反射的特征，如圖3(c)所示，研究區(qū)C井地震合成記錄驗證了斜坡相的地震反射的特征。層拉平剖面上，斜坡地震相表現為有一定傾角，從臺緣向陸棚，地層沉積厚度逐漸變薄。

3.6 陸棚地震相

陸棚為低能、安靜、深水的沉積環(huán)境，發(fā)育低能細粒沉積物，主要有泥灰?guī)r、含泥灰?guī)r、微晶灰?guī)r和硅質灰?guī)r，巖性均一，橫向上分布穩(wěn)定，故地震剖面上表現為強振幅、低頻及連續(xù)反射的特征，如圖3(c)所示。層拉平剖面上陸棚地震相表現為近水平薄沉積層。

圖3 地質體地震反射特征圖

4 結語

(1)首次嘗試用古地貌相帶分析方法來研究碳酸鹽巖沉積相展布特征和界定沉積相帶邊界，與資料吻合性好。

(2)創(chuàng)新性的應用地震拉平體地層切片(古地層切片)，使其突破碳酸鹽巖研究的禁區(qū)，具有更強的實用性;同時古地層切片可以清楚呈現不同地質體平面展布特征，并用于沉積相平面演化特征分析。

(3)古地貌相帶分析方法不僅可以用于沉積相分析，也可以用于古地貌與礁灘體發(fā)育分布關系的研究。

(4)考慮到壓溶作用，進行地層的真厚度校正，古地貌對沉積相帶的界定效果將更加理想。

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