利用地震信息研究沉積體系平面分布特征
——以鄂爾多斯盆地延長探區(qū)高家河三維區(qū)盒八段為例

賴生華，柳偉明，趙永剛，丁 熙

(1.西安石油大學(xué)，西安 710065； 2.中國石油 長慶油田分公司 第二采氣廠，陜西 榆林 719000)

利用地震信息研究沉積體系平面分布特征
——以鄂爾多斯盆地延長探區(qū)高家河三維區(qū)盒八段為例

賴生華1，柳偉明1，趙永剛1，丁 熙2

(1.西安石油大學(xué)，西安 710065； 2.中國石油 長慶油田分公司 第二采氣廠，陜西 榆林 719000)

以鄂爾多斯盆地延長探區(qū)高家河三維區(qū)二疊系下石盒子組盒八段為例，闡明了利用地震信息研究沉積體系平面分布特征的方法。研究表明，巖石物性是地震資料進(jìn)行沉積學(xué)解釋的基礎(chǔ)?；?0°相位地震數(shù)據(jù)體，利用時頻分析技術(shù)，分析砂層地震反射頻率；結(jié)合地震濾波，壓制砂層地震干涉作用。地質(zhì)、測井及地震相結(jié)合，對不同主頻的地層切片進(jìn)行沉積學(xué)解釋，該方法有助于提高預(yù)測沉積體系的精度。研究區(qū)三角洲前緣亞相是盒八段的主要沉積亞相，其主要沉積微相為具有較大規(guī)模的2條分流河道。一條水下分流河道呈南東—北西向，沿S228、S232、S204、S205、Yq2和S216井展布；另一條分流水道近東西向，沿Y218 、S222、 Y120 和 S226井分布。這些水下分流水道充填砂體自然伽馬曲線呈鐘形、齒狀鐘形或箱形，在地層切片上表現(xiàn)為中、強(qiáng)能量帶狀反射模式。此外，一較小規(guī)模水下分流河道見于研究區(qū)西緣S212、Y217、S211、S210、S246及S247井區(qū)，在地層切片上表現(xiàn)為中弱能量蠕蟲狀、小斑塊地震反射模式。

時頻分析；地層切片；下石盒子組；二疊系；鄂爾多斯盆地

早二疊世以后，海水逐漸遠(yuǎn)離鄂爾多斯盆地高家河三維區(qū)(圖1)，氣候越來越干燥。該區(qū)二疊系上石盒子組可分為盒1—盒4段，下石盒子組分為盒5—盒8段。下石盒子組沉積以后，該區(qū)基本不再沉積煤層。鄂爾多斯盆地上、下石盒子組主要為正常河流三角洲相，高家河三維區(qū)內(nèi)盒8段主要沉積亞相是三角洲前緣；主要沉積微相為水下分流河道，次為分流間灣及河口砂壩等。目前研究表明，由于該區(qū)地震反射品質(zhì)差，砂泥巖的聲波速度差異較小，砂巖層薄，地震干涉作用強(qiáng)烈，使得常規(guī)的地震方法，如地震地層學(xué)[1-3]、地震屬性提取[4-7]、地震沉積學(xué)[8-23]等，在預(yù)測沉積體系空間分布時精度較低，因此，給天然氣勘探成功率造成了不良影響。

圖1 鄂爾多斯盆地延長探區(qū)高家河三維區(qū)位置

針對上述問題，本文通過對盒八段進(jìn)行巖石物性研究，建立巖性識別標(biāo)準(zhǔn)；然后，基于90°相位地震數(shù)據(jù)體[22～23]，利用時頻分析技術(shù)，分析砂巖地震反射頻率；結(jié)合地震濾波，壓制地震干涉作用，將地質(zhì)、測井及地震相結(jié)合，對不同主頻的地層切片進(jìn)行沉積學(xué)解釋，確定沉積體系平面分布特征。

1 盒八段巖石物性特征研究

高家河三維區(qū)盒八段厚度多介于40～60 m，最厚可達(dá)69.64 m(Y127井)。砂巖發(fā)育程度變化較大，主要集中在盒八段中、下部，單井累積砂巖厚度在S209井最薄，僅1.00 m；而在Y218井砂巖最發(fā)育，累積厚度達(dá)到47.75m，砂巖平均聲波速度為4 654 m/s。泥巖累積厚度在S229井最薄，為12.42 m；而在S209井，盒八段泥巖最發(fā)育，累積厚度達(dá)到54.6 m。泥巖聲波平均速度為4 409 m/s，稍低于砂巖速度。

圖2 鄂爾多斯盆地延長探區(qū)盒八段聲波時差—自然伽馬—孔隙度交會圖

通過統(tǒng)計(jì)盒八段巖石物性特征，砂巖自然伽馬(GR)一般低于130 API。從盒八段聲波時差—自然伽馬—孔隙度交會圖(圖2)可知，砂、泥巖聲波速度范圍重疊較大，砂巖速度整體上略高于泥巖速度。在砂巖中，孔隙度發(fā)育可以導(dǎo)致聲波速度降低，高孔隙砂巖的聲波傳播速度一般高于3 700 m/s，但最低可以達(dá)到3 200 m/s。

2 盒八段砂巖地震反射頻率分析

通過對S232井旁地震道進(jìn)行時頻分析(圖3)，盒八段受山西組煤層地震反射波干涉作用影響強(qiáng)烈[24-25]。在盒八段中，低于40 Hz的頻率成分，地層間地震反射波的干涉作用強(qiáng)烈，高于100 Hz的頻率成分主要為噪音引起。因此，能夠用來研究盒八段砂巖分布的最佳地震頻帶為40～100 Hz。S232井盒八段中下部，深度介于2 583～2 608 m、厚度25 m的塊狀砂巖，平均有效孔隙度為7%，平均聲波傳播速度4 116 m/s，對應(yīng)于地震波峰反射同相軸，調(diào)諧頻率為46 Hz(圖3中B砂巖)。分析表明，對于S232井，盒八段砂巖調(diào)諧頻率介于45～50 Hz。從振幅譜可知，低孔隙度致密砂巖速度高，對應(yīng)于波谷反射同相軸(圖3中A砂巖)；高孔隙度砂巖速度低，對應(yīng)于波峰反射同相軸(圖3中B砂巖)。能量譜分析表明，不論是致密砂巖或高孔隙度砂巖，雖然其地震反射特征不同，但從能量的角度看，二者在調(diào)諧頻率附近均達(dá)到最大地震反射能量，形成強(qiáng)能量反射團(tuán)(圖3)。因此，用地震能量代替振幅，可以消除砂巖孔隙度變化引起的速度變化所導(dǎo)致的地震反射特征的差異，這有利于區(qū)分砂、泥巖，降低巖性解釋的難度。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合振幅特征，就可以進(jìn)一步區(qū)分出致密砂巖和高孔隙度砂巖。如，高能量、負(fù)振幅代表致密砂巖；而高能量、正振幅代表高孔隙度砂巖。

圖3 鄂爾多斯盆地延長探區(qū)S232井旁地震道時頻分析

3 盒八段地層切片沉積體系解釋

研究表明，盒八段對應(yīng)于Slice209-230地層切片，本文選擇位于盒八段底部的地層切片Slice229來代表研究目的層，以進(jìn)行沉積學(xué)解釋。

前已述及，盒八段砂巖中低于40 Hz的頻率成分干涉作用強(qiáng)烈，能夠用來研究盒八段砂巖分布的最佳地震頻帶介于40～100 Hz之間。不同規(guī)模的沉積體，具有不同的調(diào)諧頻率[26]。因此，本次研究利用分頻技術(shù)，選擇45，50，60 Hz能量地層切片，來分次解釋規(guī)模大小各異的沉積體系。這樣可更好地預(yù)測不同規(guī)模沉積體系的展布規(guī)律。

45 Hz能量切片Slice229反映了研究區(qū)內(nèi)盒八段存在大規(guī)模的沉積體系，地層切片上存在一南東—北西向強(qiáng)能量彎曲地震反射條帶，S232、S205、S228、Yq2及S216位于該反射帶內(nèi)(圖4a)。通過鉆井資料分析，這些井盒八段主要由塊狀砂巖組成，夾少量泥巖(圖4a中各測井曲線)。GR曲線表現(xiàn)為箱形(S205、S216)，代表了水動力條件穩(wěn)定，沉積速率快的特點(diǎn)；齒狀箱形(S232)測井相說明了水動力能量波動大、不穩(wěn)定的特點(diǎn)；漏斗形+箱形(Yq2)測井相表明下部為河口砂壩，上部為水道沉積，這反映了分流水道水動力能量強(qiáng)，河流切割河口砂壩，形成指狀砂壩；鐘形( S228)測井相表明水動力能量不斷減弱(圖4a)。鉆井和地震資料結(jié)合，說明該地震反射帶反映水下分流河道沉積。該分流河道代表疊置砂體(拼合砂體)，不同位置水動力條件不同。

研究區(qū)南部Y120、S222、S226及Y218井區(qū)為中—強(qiáng)能量帶狀反射模式，近東西向展布，內(nèi)部具有斑塊狀或蠕蟲狀地震反射樣式(圖4a)，該帶巖性組合變化較大。Y120井為泥巖夾砂巖，GR曲線表現(xiàn)為低背景上的尖峰特征，可能代表了水道邊緣沉積；S226下部為砂巖，GR具箱狀測井相，中、上部為泥巖，可能代表小水道沉積；S222井幾乎全由砂巖組成，GR曲線表現(xiàn)為疊置鐘形測井相，說明該井位置至少存在2期水道事件，形成拼合砂體(完全可分型復(fù)合砂體)；Y218全為塊狀砂巖，GR曲線為箱形測井相，說明沉積速率快，代表接近河道中心或拼合砂體沉積(完全不可分型復(fù)合砂體)(圖4a中各測井曲線)。總之，該水道帶內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，非均質(zhì)性強(qiáng)，巖性變化劇烈。

通過50 Hz能量地層切片Slice229的研究，該區(qū)盒八段中等規(guī)模水下分流水道、邊灘的分布特征十分明顯(圖4b)。在S215井區(qū)，強(qiáng)能量斑塊狀地震反射十分明顯，具有清晰的邊界，位于45 Hz能量地層切片中的主水道的凸側(cè)。S215井的巖性特征表現(xiàn)為具有“夾心餅干”狀的三層結(jié)構(gòu)，中間主要為泥巖，而上、下地層主要是砂巖；自然伽馬曲線呈箱形測井相，為上、下層砂巖在測井曲線上的主要特征(圖4b中測井曲線)。這種特征代表了高能水動力條件下的沉積過程，反映了河曲凹岸在離心力作用下發(fā)生側(cè)向侵蝕，而在凸岸不斷側(cè)向加積形成的沉積體；中間的泥質(zhì)披蓋是水動力較弱時期垂向加積而形成的。在切片上，曲流河邊灘可以細(xì)分為3個側(cè)向加積體，指明了河曲的遷移方向是從北東向南西。

中—弱能量蠕蟲狀、小斑塊地震反射出現(xiàn)在研究區(qū)西邊緣S212、Y127、S210、S246及S247井區(qū)(圖4b)。該區(qū)巖性組合為砂巖和泥巖不等厚互層，盒八段底部主要為砂巖沉積，自然伽馬曲線上主要表現(xiàn)為具有齒狀的鐘形測井相，其次為箱狀相(圖4b中測井曲線)。這反映了次級小水道的沉積特征。

圖4 鄂爾多斯盆地延長探區(qū)盒八段能量地層切片Slice229沉積體系解釋

此外，與主水道高角度相交的3個強(qiáng)能量短帶狀地震反射發(fā)育在該區(qū)近東緣，可能反映了水道分叉的特征(圖4b)。

隨著頻率增加，地震分辨率提高，60 Hz能量地層切片Slice229能分辨出主水道帶內(nèi)部沉積單元(圖4c)。S229井區(qū)為強(qiáng)能量彎曲短帶狀地震反射，位于主水道凸側(cè)，其彎曲方向與主水道彎曲方向相反；巖性組合主要為泥巖夾砂巖，說明該區(qū)為廢棄水道沉積(圖4c中測井曲線)。這是由于水道在S231井附近形成河曲，彎曲度不斷加大，最終裁彎取直所致，其頂部的砂巖說明該區(qū)廢棄水道在晚期可能還有河水流過。該廢棄水道的存在表明河曲自北而南遷移。

S208、Y161及S207井區(qū)為強(qiáng)能量斑狀地震反射，位于主水道凹側(cè)，邊界清晰，內(nèi)部反射結(jié)構(gòu)不均勻；巖性組合以泥巖為主夾砂巖，GR曲線表現(xiàn)為低背景下的尖峰狀、小漏斗狀特征，應(yīng)是河水溢出堤岸形成的水下天然堤沉積(圖4c)。

需要注意的是，該地震數(shù)據(jù)體東北角出現(xiàn)了強(qiáng)能量地震反射。通過分析，該強(qiáng)反射不具地質(zhì)意義，疑似地震資料的問題，有待進(jìn)一步查明。

4 盒八段沉積體系平面分布

根據(jù)巖心和野外露頭研究，該區(qū)盒八段的沉積亞相主要是正常河流三角洲前緣；主要沉積微相為水下分流河道，次為分流間灣及河口砂壩等。

通過連井剖面分析，在90°相位振幅地層切片數(shù)據(jù)體Inline507測線上，可見盒八段具有自南而北的前積特征(圖5)。盒8段下部主要為水下分流河道淺灰色中厚層含礫粗砂巖、中砂巖夾薄層灰色泥巖和粉砂質(zhì)泥巖，砂體較厚，連通性較好；上部以水道間灰色泥巖為主夾薄層砂巖，砂體較薄，呈透鏡狀，連通性差。水下分流水道自然伽馬曲線為中—高幅的鐘形；水道間自然伽馬曲線為低幅微齒化的泥巖基線，局部有低幅度起伏(圖5)。

結(jié)合地質(zhì)、測井、90°相位地震信息，綜合利用地震沉積學(xué)、時頻分析等技術(shù)方法，確定了盒八段沉積體系的平面分布規(guī)律。

圖5 鄂爾多斯盆地延長探區(qū)盒八段沉積相對比剖面

盒八段三角洲沉積期，其主要沉積微相為具有較大規(guī)模的2條分流河道(圖6)。其一為呈南東—北西向，沿S228、S232、S204、S205、Yq2及S216井區(qū)展布，在地層切片上表現(xiàn)為強(qiáng)能量彎曲地震反射條帶。在河道一側(cè)，于S215井區(qū)發(fā)育河道遷移形成的邊灘，在地層切片上表現(xiàn)為強(qiáng)能量斑狀反射。廢棄河道主要發(fā)育在S229井區(qū)，河道溢流形成的水下天然堤見于S207井區(qū)。該河道南段可能分叉，形成2條水下分流河道。其二為近東西向，沿Y218、S222 、Y120和S226井區(qū)分布的水下分流河道，在地層切片上表現(xiàn)為中—強(qiáng)能量帶狀反射模式。該河道帶巖性特征復(fù)雜，非均一性強(qiáng)，具有復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

此外，一規(guī)模較小的水下分流河道發(fā)育在該區(qū)西緣S212、Y217、S211、S210、S246及S247井區(qū)。該水道具有向北走向，最終與南東—北西主水道交匯(圖6)。在地層切片上表現(xiàn)為中弱能量蠕蟲狀、小斑塊地震反射模式。

5 結(jié)論

(1)盒八段砂、泥巖聲波速度范圍重疊較大，砂巖速度整體上略高于泥巖速度。在砂巖中，孔隙度發(fā)育可以導(dǎo)致聲波速度降低。高孔隙砂巖的聲波傳播速度一般高于3 700 m/s，但最低可以達(dá)到3 200 m/s。

(2)盒八段砂巖中低于40Hz的頻率成分地震干涉作用強(qiáng)烈，能夠用來研究盒八段砂巖分布的最佳地震頻帶介于40～100 Hz之間。低孔隙度致密砂巖對應(yīng)于波谷反射反相軸；高孔隙度砂巖對應(yīng)于波峰反射同相軸。

圖6 鄂爾多斯盆地延長探區(qū)盒八段沉積體系平面分布

(3)利用分頻技術(shù)，選擇45，50，60 Hz能量地層切片，來分層次解釋規(guī)模大小各異的沉積體系。地質(zhì)、測井及地震相結(jié)合，對不同主頻的地層切片進(jìn)行沉積學(xué)解釋。研究表明，三角洲前緣是該區(qū)盒八段的主要沉積亞相，其主要沉積微相為具有較大規(guī)模的2條分流河道。

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(編輯 徐文明)

Depositional facies mapping based on seismic data:A case study of the 8th member of Shihezi Formation,Gaojiahe 3D block, Yanchang exploration zone, Ordos Basin

Lai Shenghua1, Liu Weiming1, Zhao Yonggang1, Ding Xi2

(1.Xi’anShiyouUniversity,Xi’an,Shaanxi, 710065,China;2.No.2GasProductionPlant,ChangqingOilfield,PetroChina,Xi’an,Shaanxi719000,China)

Seismic data were applied in the study of sedimentary facies distributions in the 8th member of Shihezi Formation in Gaojiahe 3D block in Yanchang exploration area, the Ordos Basin. Rock properties are the basis for the application of seismic data in sedimentological interpretation. The seismic reflection frequency in sand layers was analyzed using a time-frequency technique and based on 90° phase seismic data body. Seismic wave interfe-rence in sand layers was reduced using filtering techniques. Combining geological, well logging and seismic data, a sedimentological interpretation of strata slices with different principal frequencies was made, which helped improve the accuracy of sedimentary facies prediction. The 8th member of Shihezi Formation is mainly delta front subfacies arising from two large rivers. One underwater distributary channel goes from southeast to northwest along wells S228, S232, S204, S205, Yq2 and S216, and the other goes from east to west along wells Y218, S222, Y120 and S226. The gamma curves of sand bodies in these underwater distributary channels are bell-shaped, dentate-like or box-shaped, and are shown in the stratigraphic section as a medium-strong energy band reflection pattern. In addition, a smaller-scale underwater distributary channel was found along wells S212, Y217, S211, S210, S246 and S247 on the western margin of the study area, and featured a medium to weak energy worm-like and small patch seismic reflection pattern on a stratigraphic section.

time-frequency analysis; stratigraphic section; lower Shihezi Formation; Permian; Ordos Basin

2016-08-15；

2017-03-01。

賴生華(1966—)，男，教授，從事沉積學(xué)、地震沉積學(xué)研究。E-mail：laishenghua@126.com。

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41372118)及陜西省科技計(jì)劃項(xiàng)目(2014K10-12)資助。

1001-6112(2017)02-0272-06

10.11781/sysydz201702272

TE121.3

A