地震沉積學在陸相湖盆沉積體系研究中的應用——以江陵凹陷上白堊統(tǒng)漁洋組為例

張尚鋒，劉武波

（ 油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點實驗室 （長江大學））長江大學地球科學學院，湖北 武漢430100

殷一丹 （長江大學地球物理與石油資源學院，湖北 武漢 430100）

尤英 （廣東省地質(zhì)科學研究所，廣東 廣州 510080）

地震沉積學在陸相湖盆沉積體系研究中的應用
——以江陵凹陷上白堊統(tǒng)漁洋組為例

張尚鋒，劉武波

（ 油氣資源與勘探技術(shù)教育部重點實驗室 （長江大學））長江大學地球科學學院，湖北 武漢430100

殷一丹 （長江大學地球物理與石油資源學院，湖北 武漢 430100）

尤英 （廣東省地質(zhì)科學研究所，廣東 廣州 510080）

地震沉積學是利用地震資料研究沉積巖及其形成過程的一門新興學科，是進行沉積體系研究及儲層預測的有效技術(shù)。從單井巖心、測錄井及露頭資料出發(fā)，利用地震反射構(gòu)型、地層切片及多種地震屬性分析技術(shù)，結(jié)合不同沉積體系單元的地貌形態(tài)，在江陵凹陷三維地震資料覆蓋區(qū)的上白堊統(tǒng)漁洋組（K2y）展開了地震沉積學應用研究。根據(jù)江陵凹陷的區(qū)域地質(zhì)背景，以巖心及測錄井地質(zhì)模型與地震反射構(gòu)型、地層切片、多種地震屬性互動反饋為基本思路進行研究，認為研究區(qū)主要發(fā)育河流、三角洲和湖相沉積；通過一系列典型地層切片及地震屬性分析，刻畫了江陵凹陷K2y不同沉積時期各沉積體系的分布。研究顯示地震沉積學在陸相湖盆沉積體系分析及巖性預測方面具有獨特的優(yōu)勢。

地震沉積學；地震反射構(gòu)型；地震屬性；地層切片；沉積體系展布；江陵凹陷；漁洋組

地震沉積學是建立在沉積學、地震地層學、層序地層學及地球物理學等學科的基礎上，以地質(zhì)規(guī)律為指導，利用先進的地球物理技術(shù)和三維地震數(shù)據(jù)進行沉積相平面分布及沉積體系研究的一門新的交叉邊緣學科［1～5］。自20世紀90年代曾洪流等［6］首次提出 “地震沉積學”一詞，經(jīng)過國內(nèi)外學者近20年的研究與實踐，地震沉積學在理論及應用方面均取得了較大的進展。近年來，我國學者開展了一些地震沉積學的相關(guān)研究，主要是應用地震技術(shù)和相關(guān)方法輔助研究沉積體系，但很少將地質(zhì)模型與地震信息相互結(jié)合進行研究，忽略了地質(zhì)模型的指導作用，且由于地震資料解釋的多解性導致解釋結(jié)果不受地質(zhì)工作者的認可［7］。為解決上述問題，該次研究以高精度三維地震資料覆蓋區(qū)的江陵凹陷上白堊統(tǒng)漁洋組（K2y）為目標，以研究區(qū)露頭及測錄井地質(zhì)模型為依據(jù)，運用地震沉積學的理論及研究方法，將地質(zhì)模型與地震信息聯(lián)合互動，充分發(fā)揮二者的優(yōu)勢。以典型井和野外露頭地質(zhì)模型為基礎，指導地震資料的處理與解釋，然后通過地震資料解釋結(jié)果修改完善地質(zhì)模型，從而建立地質(zhì)模型的地震響應特征，最終預測沉積體系的演化特征。筆者通過對研究區(qū)K2y單井沉積相、沉積相的地震反射構(gòu)型及地震平面屬性響應特征分析，結(jié)合地層切片及地震屬性特征精細刻畫了研究區(qū)目的層的沉積相展布特征，基本解決了因K2y沉積受斷裂控制影響、同沉積斷裂發(fā)育而導致的沉積體系識別困難等難題，為該區(qū)的勘探提供了參考。

1 地震沉積學的研究方法

地震沉積學通過現(xiàn)代沉積環(huán)境、野外露頭及鉆測井資料和高精度地震資料相互結(jié)合來綜合分析沉積單元的外部形態(tài)、內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其形成過程［8～10］。目前，地震沉積學的應用研究總體上側(cè)重于應用地球物理相關(guān)方法進行輔助研究，而忽略了地質(zhì)模型在研究中的指導作用及其與地震技術(shù)之間的互動關(guān)系。筆者認為，地震沉積學的研究內(nèi)容和方法主要包括以下幾個方面：①通過現(xiàn)代沉積、野外露頭和測錄井資料的研究，分析區(qū)域沉積相類型及其展布特征；②通過井震結(jié)合分析典型井段地質(zhì)模型的地震響應，確立不同沉積體系的地震響應特征；③在弄清沉積體系地震響應特征的基礎上，充分利用地震分析技術(shù)和成像技術(shù)，結(jié)合鉆測井信息綜合分析區(qū)域沉積體系的展布特征。

在地震沉積學的實際研究中，首先以現(xiàn)代沉積和露頭古沉積及測錄井沉積研究為基礎，建立研究區(qū)沉積體系的地質(zhì)模型；然后以層序地層學理論為指導對單井建立高精度層序地層格架；最后在層序格架內(nèi)部，分析不同沉積體系的地震反射構(gòu)型特征，并應用90°相位轉(zhuǎn)換、地層切片及地震參數(shù)屬性分析等地震解釋技術(shù)，根據(jù)地震平面響應圖上顯示的地震巖性學信息和地震地貌特征，以及巖心-測井相標定結(jié)果輔以剖面地震反射構(gòu)型特征，解釋沉積相、沉積環(huán)境和沉積體系域分布，最終修改、完善地質(zhì)模型。

2 地震沉積學的應用研究

江陵凹陷位于江漢盆地西部，具有8個二級構(gòu)造單元，該盆地自下而上主要沉積了古生界至中三疊世的海相碳酸鹽巖及砂泥巖地層，晚三疊世至侏羅紀的陸相煤系及砂泥巖地層，白堊紀到古近紀的陸相沉積地層，新近紀至第四紀的砂礫巖及黏土層。該盆地經(jīng)歷了斷陷期、斷凹轉(zhuǎn)換期及凹陷期的構(gòu)造演化階段。白堊紀開始，盆地進入斷陷期，盆地內(nèi)各斷層開始活動，相應地形成了一系列沉降規(guī)模不等的箕狀洼陷，沉積了一套較厚的陸相地層，筆者研究的目的層K2y則沉積于該時期。研究區(qū)內(nèi)三維地震資料品質(zhì)較好，沉積現(xiàn)象豐富，除個別斷裂帶附近地層斷裂變形嚴重外地層整體呈發(fā)散狀，非常適合開展地震沉積學研究。筆者通過對研究區(qū)K2y進行單井沉積相分析，識別層序界面，建立三級層序格架，并在層序格架內(nèi)部研究沉積體系的地震反射構(gòu)型及地震屬性響應特征，結(jié)合地層切片及多種地震屬性分析，精細刻畫了該區(qū)的沉積體系展布特征。

2.1 地質(zhì)模型建立

地震沉積學的關(guān)鍵在于建立地質(zhì)模型，指導和驗證地震資料的解釋與分析［11］。根據(jù)前人對江陵凹陷的研究，認為研究區(qū)K2y主要發(fā)育河流、三角洲和湖相沉積體系。筆者根據(jù)區(qū)域露頭資料、鉆井取心和測錄井資料進行地質(zhì)建模，詳細分析了各沉積體系的構(gòu)成單元特征，綜合分析并建立了研究區(qū)陸相湖盆沉積體系的三維地質(zhì)模型。

2.2 地質(zhì)模型的地震剖面反射構(gòu)型特征

地震反射構(gòu)型是指傳統(tǒng)意義上的地震相，它是沉積環(huán)境或沉積相的地震反射響應，其表征參數(shù)主要包括地震反射的外部幾何形態(tài)、內(nèi)部反射結(jié)構(gòu)、振幅、頻率和連續(xù)性等。江陵凹陷K2y地震資料較為清晰，地震反射構(gòu)型類型比較豐富，不同沉積相帶的地震反射構(gòu)型有所差異，該次研究對典型井段沉積相的地震反射構(gòu)型進行了統(tǒng)計分析。

1）河流相沉積特征 河流相在研究區(qū)K2y廣泛發(fā)育，巖性為中厚層－厚層的灰色、棕色砂巖夾礫巖及泥巖，粒度較粗，具板狀、波狀交錯層理及水平層理。自然伽馬曲線表現(xiàn)為箱形、漏斗形、鐘形、指形等形態(tài)的相互組合，多為鋸齒狀波動，反映沉積水體能量不穩(wěn)定，河道頻繁遷移改道。地震剖面上表現(xiàn)為席狀平行反射中間斷續(xù)的、不規(guī)則的短軸狀和透鏡狀反射，振幅強度變化大，橫向不穩(wěn)定。其中小型的河流主要表現(xiàn)為短軸狀的特征，較大型的河流下切會形成頂平底凹的透鏡狀反射特征，透鏡體內(nèi)部見向側(cè)上方側(cè)積反射特征，反映多期河道的橫向遷移和垂向疊加 （圖1）。

2）三角洲相沉積特征 研究區(qū)K2y發(fā)育的三角洲以河控三角洲為主，巖性為砂巖、粉砂巖和泥巖。自然伽馬曲線形態(tài)多為中高幅箱形、齒化箱形-鐘形。地震剖面上表現(xiàn)為席狀中弱振幅差連續(xù)或楔狀中弱振幅好連續(xù)的反射特征，局部見平行斜交型的前積反射特征，頂超和下超現(xiàn)象非常明顯，反應三角洲沉積時期具有穩(wěn)定的相對較高的沉積物供應，沉積水體相對較淺的強水動力特征 （圖2）。

3）湖相沉積特征 研究區(qū)K2y發(fā)育淡水湖泊及咸水湖相沉積，淡水湖泊巖性主要為棕色、灰棕色粉砂質(zhì)泥巖。咸水湖泊主要為含膏泥巖、石膏質(zhì)泥巖。自然伽馬曲線形態(tài)多呈漏斗形或漏斗形-箱形的復合形，曲線異常幅度中等，一般頂部呈漸變或突變接觸，底部呈漸變接觸。地震剖面上表現(xiàn)為席狀、平行的中強振幅、中等頻率好連續(xù)的反射特征，反應安靜水體的沉積特征。其中咸水湖泊沉積地震反射振幅較淡水湖泊強 （圖3）。

圖1 河流相井震對比剖面

圖2 三角洲井震對比剖面

圖3 湖相井震對比剖面

2.3 地質(zhì)模型的地震平面屬性響應特征

研究發(fā)現(xiàn)地震資料的橫向分辨率與垂向分辨率相近，而地質(zhì)體的橫向尺度遠大于其垂向厚度，因此地震平面屬性有利于沉積體系的分析［12］。地震平面屬性包括時間切片屬性、層面屬性和地層切片屬性，該次研究筆者選取最具等時意義的地層切片屬性進行分析。地震參數(shù)屬性是指利用疊前或疊后地震數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)學變換而導出的有關(guān)地震波的幾何形態(tài)、運動學特征、動力學特征和統(tǒng)計學特征的測量［13～16］。地震屬性以其獨特的優(yōu)勢成為各種地層信息及地質(zhì)現(xiàn)象的一種反映技術(shù)。地震屬性種類很多，該次研究選取了對巖性及沉積環(huán)境較敏感的均方根屬性、最大波谷振幅屬性及瞬時頻率屬性結(jié)合地層切片進行綜合分析。為提高地球物理參數(shù)預測巖性的可靠性，該次研究通過關(guān)鍵井的測井曲線統(tǒng)計了目的層段不同巖性與波阻抗的對應關(guān)系。圖4顯示了研究區(qū)目的層段地層具有高波阻抗鹽巖、低波阻抗泥巖及高波阻抗砂巖的特征。

雖然部分鹽巖與砂巖均具有較高的波阻抗特征，但考慮到鹽巖與砂巖不會交互沉積，因此可以對原始地震資料進行90°相位轉(zhuǎn)換，使地震反射極性與巖性具有較好的對應關(guān)系，從而可以直接利用90°相位地震資料制作地層切片并提取相關(guān)屬性分析沉積體的巖性特征［8］，進而結(jié)合平面地震地貌特征進行地震沉積學的分析。

圖4 研究區(qū)波阻抗與自然伽馬關(guān)系圖

圖5 研究區(qū)巖心刻度地層切片

圖5為K2y沉積晚期的巖心刻度地層切片，地層切片顯示，該時期研究區(qū)沉積呈東西分帶的特點。西部鉆井顯示為河流相沉積的區(qū)域，表現(xiàn)為連片的條帶狀黑色強波谷反射，為砂巖的響應特征；黑色條帶之間夾雜灰色到灰白色的弱波峰反射為泥巖的響應特征；條帶狀不連續(xù)的響應特征反映河道側(cè)向遷移頻繁改道的特點。中部和東部鉆井顯示為湖相沉積，地層切片上呈片狀連續(xù)的灰白色弱波峰或是白色強波峰反射，為泥巖的響應特征，較好的連續(xù)性反映了較穩(wěn)定的沉積環(huán)境。在河流相沉積和湖相沉積接觸區(qū)域具有朵葉狀的灰黑色波谷反射特征，鉆井顯示為三角洲沉積，朵狀體內(nèi)部具有條帶狀的黑色強波谷反射，為分流河道的響應特征，河道分支分叉，每個長條狀的河道向下傾方向逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)榛液谏驼穹亩錉铙w，反映三角洲沉積向前推進的特征。

3種不同的地震屬性圖 （圖6）都具有類似于地層切片東西分帶的特征。前2張振幅類屬性圖可以看出，研究區(qū)西部鉆井顯示為河流相的區(qū)域表現(xiàn)為白色的高值，反映該區(qū)域反射能量較強，砂體發(fā)育；中部和東部鉆井顯示為湖相沉積的區(qū)域表現(xiàn)為灰色到黑色的低值，反映砂體不發(fā)育。由第3張瞬時頻率屬性圖可以看出，河流相沉積區(qū)顯示為白色高頻特征，反映沉積水體能量較強；湖相沉積區(qū)顯示為黑色的低頻特征，反映安靜的沉積環(huán)境。由此可以看出，地層切片和地震屬性與沉積體系具有較好的對應關(guān)系，對沉積體展布分析具有很好的作用。

2.4 沉積體系演化分析

該次研究對江陵凹陷K2y分段制作地層切片并提取相應的地震屬性進行分析，從獲得的60張地層切片及對應的地震屬性圖中可以清晰地看到K2y從下至上各時期的沉積體系展布及演化規(guī)律。圖7為選取的3張典型地層切片，可以看出，3個沉積時期的地層切片均具東西分帶的特征。

圖6 研究區(qū)地震屬性響應特征

圖7 研究區(qū)K2y地層3個沉積時期的典型地層切片

1）研究區(qū)西部在地層切片上為連片的條帶狀黑色強負振幅，在地震屬性圖上的對應區(qū)域顯示為連片的白色高值，過該區(qū)域的地震剖面也可以看到明顯的短軸狀和透鏡狀反射特征，綜合區(qū)域沉積特征及測錄井特征解釋為河流相沉積。

2）研究區(qū)中部在地層切片上為大片連續(xù)的灰白色弱振幅波峰反射和白色強波峰反射，在地震屬性圖上顯示為黑色低值，在橫切的地震剖面上顯示為席狀、中強振幅好連續(xù)的反射特征，綜合解釋為湖相泥巖沉積。

3）研究區(qū)東南部K2y沉積早期和K2y沉積中期具有類似于西部的反射特征，為河流相沉積。K2y沉積末期在地層切片上顯示有朵葉狀黑色波谷反射，地震屬性圖上也顯示為扇狀白色高值特征，沿扇形縱向切割的地震剖面上具有明顯的指示三角洲沉積的前積反射特征，綜合分析解釋為三角洲沉積。

從圖7中可以看出，K2y沉積早期氣候干旱，研究區(qū)主要發(fā)育河流相沉積，中心發(fā)育湖相沉積；K2y沉積中期，氣候干旱程度減弱，湖相沉積范圍擴大，河流相沉積向邊緣后退，局部發(fā)育三角洲沉積；K2y沉積末期，河流相沉積進一步減小，湖泊作用加強，研究區(qū)西部由河流相沉積轉(zhuǎn)變?yōu)楹喑练e，東部發(fā)育三角洲沉積，并顯示出多沉積中心的特點。

3 結(jié)語

地震沉積學以地質(zhì)模型為基礎，利用地震剖面的反射構(gòu)型、地層切片及多種地震屬性等地球物理方法分析井間沉積體系特征，具有獨特的優(yōu)勢，顯示了較好的應用效果。對江陵凹陷K2y進行地震沉積學的研究，發(fā)現(xiàn)研究區(qū)主要發(fā)育河流、三角洲和湖相沉積，并得到了K2y不同沉積時期河流、三角洲和湖相沉積體系的展布特征及縱向上的演化規(guī)律。

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［編輯］ 龔丹

App lication of Seism ic Sedim entology in the Study of Continental Lake Basin——By Taking Yuyang Formation in Upper Cretaceous of Jiangling Depression for Exam p le

ZHANG Shangfeng，LIUWubo，YIN Yidan，YOU Ying (First Author's Address:Key Laboratory of Exploration Technologies for Oil and Gas Resources(Yangtze University)，Ministry of Education;Schoolof Geosciences，Yangtze University，Wuhan 430100，Hubei，China)

Seismic sedimentology was a new subject for studying the sedimentary rocks and their forming process using seismic data.Itwas an effective technology for the research of depositional systems and reservoir prediction.On the basis of cores，logging data and field outcrops，by using seismic reflection configurations，strata slice and seismic attribute analysis technologies，combined withmorphologic shapes of different depositional systems，seismic sedimentological studieswere carried out in Upper Cretaceous Yuyang Formation(K2y)of Jiangling Sag.Studies were performed by using the regional geologic background in Jiangling Depression and using cores and geologic logmodel，seismic reflection configuration，geologic slice and interaction and feedback of seismic attributes as basic thought，itwas considered that fluvial，delta and lacustrine sedimentary systems were developed in the studied area.Through the analyses of typical strata slice and seism ic attributes，the distributions of sedimentary systems in different timeswere depicted in Yuyang Formation of Jiangling Depression.Study shows that the seismic sedimentology has its unique advantages in sedimentary system analysis and prediction of lithology.

seismic sedimentology;seismic reflection configuration;seismic attribute;strata slice;distribution of sedimentary system;Jiangling Depression;Yuyang Formation

P631.44

A

1000-9752（2014）05-0059-06

2013-11-13

國家科技重大專項 （2011ZX05030-003-004）。

張尚鋒 （1964-），男，1987年江漢石油學院畢業(yè)，博士，教授，現(xiàn)主要從事沉積學與層序地層學方面的研究工作。

book=119,ebook=213