揭開地震沉積學(xué)的神秘外衣

■ 激 揚(yáng)

seismic sedimentology

石油天然氣的勘探開發(fā)是技術(shù)密集型領(lǐng)域，隨著勘探開發(fā)難度的提高，催生了大批新技術(shù)，尤其是邊緣學(xué)科的發(fā)展與應(yīng)用，融合了地震科學(xué)與沉積學(xué)的“地震沉積學(xué)”就是其中之一。一提起地震沉積學(xué)，很多人感覺十分神秘，其實(shí)不然。下面，我們不妨揭開她的神秘外衣，簡單了解一下。

什么是地震沉積學(xué)

簡單地講，地震沉積學(xué)是應(yīng)用地震信息研究沉積巖及其形成過程的學(xué)科，是繼地震地層學(xué)、層序地層學(xué)之后的又一門新的邊緣交叉學(xué)科。其研究內(nèi)容、方法和技術(shù)與地震地層學(xué)、層序地層學(xué)和沉積學(xué)等其他學(xué)科都有所不同，地震沉積學(xué)最大的理論突破在于對地震同相軸穿時(shí)性的重新認(rèn)識(shí)。但它是沉積學(xué)的發(fā)展而不是替代，地震沉積學(xué)研究要以地質(zhì)研究為基礎(chǔ)，在沉積學(xué)規(guī)律的指導(dǎo)下進(jìn)行。90°相位轉(zhuǎn)換、地層切片和分頻解釋是地震沉積學(xué)中的三項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。相位轉(zhuǎn)換使地震相位具有了地層意義，可以用于高頻層序地層的地震解釋；地層切片是沿兩個(gè)等時(shí)界面間等比例內(nèi)插出的一系列層面進(jìn)行切片來研究沉積體系和沉積相平面展布的技術(shù)?；诓煌l率地震資料反映地質(zhì)信息的不同，采用分頻解釋的方法，使得地震解釋結(jié)果的地質(zhì)意義更加明確。

為了更好的發(fā)揮地震沉積學(xué)的優(yōu)勢，系統(tǒng)的沉積地質(zhì)研究和精細(xì)的單井/剖面沉積相解釋是前提，充分發(fā)揮測井曲線（尤其是聲波與自然伽馬曲線）的橋梁作用，井-震聯(lián)合（wellseism combination）的層位劃分與解釋互動(dòng)是關(guān)鍵，鉆井地質(zhì)信息的校驗(yàn)是保障，以井為骨架，靠地震展開的細(xì)分層序平面沉積相圖為最終成果。

地震沉積學(xué)：千呼萬喚始出來

地震沉積學(xué)討論的是運(yùn)用地震資料研究沉積巖及其形成過程的研究思路與方法，它包括地震巖石學(xué)和地震地貌學(xué)兩個(gè)組成部分。地震巖石學(xué)主要依據(jù)地震屬性與巖石特征之間的關(guān)系，進(jìn)行儲(chǔ)層巖性預(yù)測等研究；地震地貌學(xué)則主要依據(jù)年代地層框架模型，進(jìn)行參考等時(shí)界面的拉平，從而研究區(qū)域的古地貌特征。地震沉積學(xué)研究強(qiáng)調(diào)地震同相軸并不一定是等時(shí)的，由于它以90°相位轉(zhuǎn)換、地層切片和分頻解釋為主要研究手段，結(jié)合其他地球物理技術(shù)進(jìn)行等時(shí)地層格架下的沉積微相研究。

隨著地球物理技術(shù)的發(fā)展及其在石油地質(zhì)研究中的廣泛應(yīng)用，出現(xiàn)了一種新的分支學(xué)科——地震沉積學(xué)，地震沉積學(xué)在國內(nèi)外的地震地質(zhì)綜合研究中得到了廣泛的應(yīng)用，也取得了較好的應(yīng)用效果。目前，地震沉積學(xué)的應(yīng)用多是從幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用角度出發(fā)，比如，通過90°相位轉(zhuǎn)換技術(shù)來解決地層巖性估計(jì)問題、通過地層切片技術(shù)來解決地層的等時(shí)性分析問題、采用分頻解釋的方法使得地震解釋結(jié)果的地質(zhì)意義更加明確，因此常常將這三種技術(shù)稱為地震沉積學(xué)的關(guān)鍵技術(shù)。

利用地震資料進(jìn)行沉積研究和巖性識(shí)別在地震沉積學(xué)出現(xiàn)之前就已經(jīng)得到了廣泛的使用。早在1981年，Brown等就提出了基于三維地震水平切片進(jìn)行沉積相解釋的理論。中國訪美學(xué)者曾洪流等1996年在《根據(jù)三維地震資料進(jìn)行相成圖》一文中指出，沿著或平行于追蹤地震同相軸所得的層位進(jìn)行沿層切片，更具有實(shí)際的地質(zhì)意義和地球物理意義。1998年，它提出了“地震沉積學(xué)”這個(gè)概念。2000年Schlager指出，地震沉積學(xué)將作為沉積學(xué)的一個(gè)新興的分支學(xué)科而發(fā)展。2001年，Posamentier提出了地震地貌學(xué)的概念。2001年，曾洪流教授連續(xù)發(fā)表了幾篇關(guān)于地震沉積學(xué)的文章，從此，越來越多的人開始認(rèn)識(shí)地震沉積學(xué)。2004年，曾洪流教授等提出了地震沉積學(xué)的詳細(xì)定義，指出地震沉積學(xué)是用地震資料研究沉積巖及其作用的一門學(xué)科，在當(dāng)前條件下體現(xiàn)為地震巖石學(xué)和地震地貌學(xué)的綜合。2005年2月，地震沉積學(xué)國際會(huì)議在休斯敦召開，標(biāo)志著這門新學(xué)科的發(fā)展進(jìn)入了一個(gè)新的階段。2011年6月，曾洪流教授發(fā)表文章對地震沉積學(xué)進(jìn)行了回顧和展望，并指出了陸相沉積盆地地震沉積學(xué)的發(fā)展方向。

適用于中國陸相斷陷盆地地震沉積學(xué)關(guān)鍵技術(shù)

針對陸相斷陷盆地地震沉積學(xué)研究的特點(diǎn)，首先進(jìn)行了陸相斷陷盆地地震沉積學(xué)關(guān)鍵技術(shù)的開發(fā)，形成了相應(yīng)的專利技術(shù)和自主軟件產(chǎn)品。

到目前為止，S變換技術(shù)在地震勘探中得到了廣泛的應(yīng)用，但主要是用于地震信號(hào)的譜分解方面，中國的石油科技人員主要使用的有VVA軟件、SpecMAN軟件等，這種譜分解方法與分頻技術(shù)還是有一定區(qū)別的，可以說，目前能夠用于對地震信號(hào)進(jìn)行分頻處理的方法軟件還相對缺乏。S變換分頻技術(shù)相對于傅立葉變換分頻技術(shù)來說，在對非平穩(wěn)的信號(hào)進(jìn)行分頻處理時(shí)，就顯得十分的靈活。

在我國陸相地層的油氣勘探中，還采用了巖性估計(jì)技術(shù)。巖性估計(jì)技術(shù)通過對地震子波的精確估計(jì)，結(jié)合貝葉斯參數(shù)估計(jì)理論來進(jìn)一步消除子波的影響，可以較好地識(shí)別薄層以及巖性，由于該方法充分考慮了地震數(shù)據(jù)中的相位信息，因此估計(jì)結(jié)果更加準(zhǔn)確可靠。該技術(shù)對于任意相位子波的地震資料都適用，因此可以作為90°相位轉(zhuǎn)換的替代技術(shù)。與地震正演記錄相比，90°相位轉(zhuǎn)換結(jié)果并沒有發(fā)生很大的改變，它只是將地震波形延遲了90°，因此對于0.1秒處的楔形體、0.5秒左右的濁積巖以及層序的邊界無法有效的識(shí)別；與之相反，巖性估計(jì)方法對于楔形體、濁積巖以及層序的識(shí)別有比較好的效果。

非線性地層切片可以進(jìn)行更為精細(xì)的等時(shí)分析。非線性地層切片技術(shù)是對傳統(tǒng)的地層切片技術(shù)的一種擴(kuò)展，傳統(tǒng)的地層切片技術(shù)只是考慮了沉積速率隨等時(shí)參考面的變化，比時(shí)間切片和沿層切片更加合理而且更接近于等時(shí)沉積界面，而非線性地層切片技術(shù)不僅考慮了沉積速率隨等時(shí)參考面的變化，而且還考慮了等時(shí)參考面終止位置變化對地層切片的影響，因此能夠更好的實(shí)現(xiàn)等時(shí)切片的拾取。

目前已有軟件能夠?qū)崿F(xiàn)二維的非線性地層切片技術(shù)，但是由于地球物理技術(shù)水平的局限性，還無法有效的實(shí)現(xiàn)三維上的非線性地層切片技術(shù)，從而也使得這種方法從目前的角度來說更多的具有理論上意義。國外已有專家學(xué)者嘗試如何進(jìn)一步改善地層切片方法，但是還未能在實(shí)際過程中進(jìn)行有效的應(yīng)用。

我國地震沉積學(xué)科研人員將陸相斷陷盆地地震沉積學(xué)關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用于典型的陸相沉積東營三角洲的地震沉積學(xué)研究中，他們首先應(yīng)用地震Wheeler轉(zhuǎn)換技術(shù)、高分辨率時(shí)頻分析技術(shù)輔助建立精細(xì)的等時(shí)地層格架；其次通過S變換分頻技術(shù)提高地震資料的分辨率，最大程度上保持地震同相軸的等時(shí)性；然后應(yīng)用巖性估計(jì)技術(shù)對東營三角洲地層的巖性進(jìn)行估計(jì)，進(jìn)而得到地層巖性體；最后對地層巖性體進(jìn)行非線性地層切片分析，并輔助以地震屬性分析技術(shù)，最終實(shí)現(xiàn)了東營三角洲的更為精細(xì)的地震沉積學(xué)分析。

地震沉積學(xué)視為與地震地層學(xué)平行的學(xué)科，主要研究用地震資料預(yù)測沉積體系中沉積巖分布和沉積作用，目前，地震沉積學(xué)在國內(nèi)外的地震地質(zhì)綜合研究中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，并取得了較好的應(yīng)用效果。針對我國油氣區(qū)由陸相沉積地層往往具有橫向上相變快、縱向上相帶窄的特點(diǎn)，使得地震沉積學(xué)關(guān)鍵技術(shù)的直接套用會(huì)出現(xiàn)很多問題，因此需要發(fā)展適用于陸相沉積盆地的地震沉積學(xué)理論和方法。