利用地震波形—振幅響應(yīng)技術(shù)預(yù)測海相碎屑巖巖性組合
——以北康盆地為例

趙 謙 周江羽* 張 莉 雷振宇 王龍樟 嚴(yán)聰聰

(①中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)構(gòu)造與油氣資源教育部重點實驗室，湖北武漢 430074；②國土資源部廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局，廣東廣州 510760)

·綜合研究·

利用地震波形—振幅響應(yīng)技術(shù)預(yù)測海相碎屑巖巖性組合
——以北康盆地為例

趙 謙①周江羽*①張 莉②雷振宇②王龍樟①嚴(yán)聰聰①

(①中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)構(gòu)造與油氣資源教育部重點實驗室，湖北武漢 430074；②國土資源部廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局，廣東廣州 510760)

利用海相地層的沉積—地震響應(yīng)關(guān)系結(jié)合地震波形—振幅響應(yīng)技術(shù)可對砂、泥巖進(jìn)行識別和精細(xì)解釋，是低勘探程度地區(qū)海相地層巖性判別的重要手段。為此，選取北康盆地上漸新統(tǒng)—下中新統(tǒng)層序，以沉積—地震響應(yīng)關(guān)系為基礎(chǔ)，利用地震波形—振幅響應(yīng)技術(shù)識別碎屑巖巖性組合。結(jié)果表明：①碎屑巖沉積過程與地震響應(yīng)具有較好的耦合關(guān)系。②對于厚層砂、泥巖，地震反射界面較好地對應(yīng)巖性界面，對于薄層砂、泥巖，地震波僅能大致確定砂、泥巖的厚度，地震反射界面與巖性界面不具有對應(yīng)關(guān)系；砂、泥巖薄互層和巖性漸變的碎屑巖的地震響應(yīng)特征容易產(chǎn)生多解性。③在厚度小于1/4波長的情況下，地質(zhì)體頂、底面界面的反射波會產(chǎn)生干涉效應(yīng)，該效應(yīng)是波阻抗與巖層厚度共同作用的結(jié)果，因此應(yīng)區(qū)別對待薄層砂、泥巖和厚層砂、泥巖以及砂泥巖薄互層的地震響應(yīng)特征。④利用地震波形和振幅分析并結(jié)合視波阻抗差在剖面上建立的高精度地震剖面巖相展布，可以為烴源巖和儲層預(yù)測提供可靠依據(jù)。文中方法可為南海海域等低勘探程度地區(qū)的巖性識別、烴源巖和儲層預(yù)測提供可靠依據(jù)。

地震波形 振幅響應(yīng) 碎屑巖 沉積過程 北康盆地

1 引言

地震響應(yīng)是地震反射波對地下地質(zhì)體性質(zhì)的具體響應(yīng)，是地下巖性識別研究的依據(jù)。識別砂、泥巖的方法很多，直接識別方法有鉆井巖心取樣、地質(zhì)露頭觀察等方法；間接識別方法主要利用測井、錄井資料結(jié)合地震資料進(jìn)行分析，也能取得較好的效果，這些方法大多建立在大量鉆井資料和巖心等資料的前提下。但是在低勘探程度地區(qū)，尤其是在沒有井資料、只有少量二維地震資料的研究區(qū)，如何利用地震資料對地層中砂、泥巖進(jìn)行有效識別，一直都沒有一套完善和精確的系統(tǒng)方法。閆桂京等[1]討論了地層巖性和地震波速度之間的聯(lián)系，并嘗試?yán)盟俣阮A(yù)測巖性。劉震等[2]提出了在低勘探程度地區(qū)預(yù)測烴源巖的方法。曹強等[3]、顧禮敬等[4]在低勘探程度地區(qū)利用地震屬性對烴源巖厚度進(jìn)行預(yù)測。彭達(dá)等[5]利用多屬性分析方法對薄砂層的地震屬性敏感性進(jìn)行了定性分析，總結(jié)了扇三角洲薄砂層厚度與地震振幅的定性關(guān)系，取得了一定的效果。但這些方法都普遍存在一個問題，即只能在大的格局上粗略地預(yù)測砂、泥巖的分布范圍和厚度，不能精細(xì)刻畫砂、泥巖。安斯蒂[6]詳細(xì)闡述了巖性和波阻抗的關(guān)系，但是還缺乏實際應(yīng)用。陳志剛等[7]以及田玉昆等[8]利用新的地震反演方法識別了煤系地層中的薄砂層，劉依謀等[9]和曾洪流等[10]也對現(xiàn)有的地震技術(shù)方法進(jìn)行了創(chuàng)新和拓展，這在地層精細(xì)解釋方面具有較大的潛力，但是都依賴于豐富的地質(zhì)資料和良好的地質(zhì)條件，顯然對于低勘探程度地區(qū)并不適用。研究表明，通過分析海相地層巖性和地震響應(yīng)之間的關(guān)系，對不同巖性的波阻抗差異和物性差異進(jìn)行對比，可建立碎屑巖巖性與地震響應(yīng)的耦合關(guān)系。同時綜合利用沉積過程—地震響應(yīng)方法和波形分析方法識別海相泥巖，特別是對厚度為10～20m的砂、泥巖薄互層的識別，能取得非常好的效果。

在物源相對單一的情況下，海相碎屑巖地層受沉積環(huán)境的影響較其他因素更為突出，在巖性上主要表現(xiàn)為不同的水動力條件導(dǎo)致沉積物巖性的根本差異，即巖性和沉積環(huán)境具有較好的相關(guān)性。因此沉積過程—巖性—地震響應(yīng)方法就是根據(jù)海相地層在不同沉積環(huán)境下的巖性差異，對地震剖面上的砂、泥巖進(jìn)行精細(xì)刻畫；波形分析方法就是在此基礎(chǔ)上，結(jié)合物性與地震波動力學(xué)特征分析，在一個或幾個波長范圍內(nèi)識別和刻畫砂、泥巖，極大地提高了砂、泥巖的解釋精度。

2 區(qū)域地質(zhì)概況

北康盆地位于中國南海海域南部，為南沙中部海域大陸坡上的拉張性盆地，大地構(gòu)造位置屬于南沙地塊的西南邊，面積約為6.2×104km2，水深約為1000～2000m[11，12]。北康盆地以北與南薇東和南薇西盆地相鄰，以南則以廷賈斷裂為界和曾母盆地相連，東南與南沙海槽盆地相望，西部與西雅隆起和萬安盆地相鄰[13,14]。北康盆地內(nèi)斷裂主要以NE向和NW向為主，根據(jù)斷裂帶特征和盆地地層構(gòu)造樣式，北康盆地又分為東南隆起、東南坳陷、東北坳陷、中部隆起和西部坳陷等5個二級構(gòu)造單元(圖1)。其中西部坳陷的面積最大，但東北坳陷新生代沉積物厚度較大，斷層控制作用明顯[15]。盆地內(nèi)基底主要以酸性火成巖和中性火成巖為主，主要蓋層為中—上始新統(tǒng)到第四系。

圖1 北康盆地區(qū)劃圖

自中中新世以來主體以淺?！肷詈－h(huán)境為主，構(gòu)造運動不明顯，巖性變化較為單一，下漸新統(tǒng)之前的地層由于受到構(gòu)造運動破壞強烈，難以恢復(fù)古地形，利用上漸新統(tǒng)—下中新統(tǒng)進(jìn)行泥巖相與地震響應(yīng)耦合分析具有代表性，并能指導(dǎo)中、深部地層巖性識別和精細(xì)解釋。

3 沉積環(huán)境—巖性—地震響應(yīng)關(guān)系

地震響應(yīng)是地震波對地下地質(zhì)變化的響應(yīng)，而對沉積巖來說，巖性變化實質(zhì)上是沉積環(huán)境的變化。通過建立沉積環(huán)境—巖性—地震響應(yīng)關(guān)系，結(jié)合地震反射動力學(xué)特征，可識別砂、泥巖(圖2)。根據(jù)地層巖性特征進(jìn)行正演模擬，并結(jié)合地震波形—振幅綜合分析，可以有針對性地制作地震巖性—地震響應(yīng)關(guān)系模板，利用該模板可有效地識別海相地層的巖性組合及巖相。

圖2 利用地震波形—振幅響應(yīng)技術(shù)分析碎屑巖巖性組合流程

碎屑巖的波阻抗值受碎屑巖的巖性、孔滲性、壓力條件和密度等因素的影響，而巖性影響最大。對于海相碎屑巖來說，其沉積離不開水流的影響，因此碎屑巖巖性變化也與水動力條件息息相關(guān)。碎屑巖粒徑d與碎屑巖波阻抗R的對應(yīng)關(guān)系為

R=A(d)·B(φ)·C(f)·F(m)

(1)

式中：φ為碎屑巖的孔隙度；f為碎屑巖地層所受壓力；A、B、C為系數(shù)；F(m)為擬合系數(shù)，以消除成巖和后生作用過程中各種因素的影響。

碎屑巖的粒徑與所處水動力條件具有正相關(guān)關(guān)系，兩者的映射關(guān)系為

d=H(v)

(2)

式中H為系數(shù)，其中v為水流速度。

碎屑巖巖性受水動力條件影響，當(dāng)水動力條件較強時，砂巖巖性的變化速率比泥巖大得多，巖性變化引起波阻抗的相應(yīng)變化，在理想地震剖面上最直觀地表現(xiàn)為某一層段內(nèi)部有利砂巖段振幅較大、有利泥巖段振幅較小。

對于海相地層來說，泥巖一般處于弱水—靜水動力條件下，具有很大的沉積空間，在沒有大的構(gòu)造運動的前提下，即使沉積相帶在后期過程中發(fā)生了變化，在縱、橫向巖性都是漸變的，即波阻抗不會產(chǎn)生突變。

北康盆地A井的巖性以及井旁地震響應(yīng)(圖3)表明，Ⅰ段以碎屑巖夾少量碳酸鹽巖為主，其中碎屑巖以泥巖為主。由于碳酸鹽巖波阻抗值較碎屑巖高很多，而泥巖波阻抗值相對低得多，由此在碳酸鹽巖與泥巖之間產(chǎn)生較大的波阻抗差，是產(chǎn)生碳酸鹽巖—碎屑巖界面強振幅地震反射的根本原因。碳酸鹽巖內(nèi)部連續(xù)性較高，與開闊臺地穩(wěn)定水動力條件等沉積環(huán)境相對應(yīng)；泥巖內(nèi)部以弱反射為主，泥巖內(nèi)部連續(xù)性較高，對應(yīng)于靜水—弱水動力條件，沉積環(huán)境變化較小，沉積空間較大。Ⅱ段主要以砂、泥巖互層為主要特征，地震響應(yīng)特征表現(xiàn)為中—高頻、強振幅反射，強振幅反射能量來源于泥巖與砂巖之間較大的波阻抗差，高頻、強振幅反射反映了水動力條件的循環(huán)變化。Ⅲ段為大套泥巖層段中夾砂層，由于泥巖內(nèi)部波阻抗差很小，砂巖與泥巖波阻抗差相對較大，但遠(yuǎn)小于碳酸鹽巖和碎屑巖之間的波阻抗差，地震響應(yīng)特征表現(xiàn)為振幅較低、連續(xù)性較好，反映了中—弱水動力條件下的淺海碎屑巖沉積環(huán)境。此外，中始新統(tǒng)(T5)及以下地層巖性和井旁地震剖面的對應(yīng)關(guān)系較差，這是由于后期成巖作用和構(gòu)造運動對巖性的破壞較大，同時深層地層信噪比降低造成的。

4 地震波分析方法

地震波分析是根據(jù)地震波的運動學(xué)規(guī)律，對地震波的波形和振幅進(jìn)行綜合分析，以此反向推演地質(zhì)體的空間展布規(guī)律，并與實際地質(zhì)體相對照，以確定地質(zhì)體和地震響應(yīng)之間的耦合關(guān)系。根據(jù)泥巖層的厚度特征和波阻抗的過渡特征，主要分析調(diào)諧振幅與泥巖層段對應(yīng)的耦合關(guān)系。

圖3 北康盆地A井綜合巖性及井旁地震響應(yīng)

4.1 地震波形分析

地震波形分析方法就是根據(jù)不同巖石波阻抗之間的差異，建立砂巖和泥巖之間的波阻抗變化曲線，利用地震振幅與相位變化對巖性進(jìn)行識別。通過建立振幅—波阻抗—沉積過程的相關(guān)關(guān)系，根據(jù)人工鉆井?dāng)M合曲線、不同深度與不同巖性的波阻抗變化曲線、地震波形精細(xì)刻畫等步驟，利用地震波運動學(xué)特征識別碎屑巖(圖4)。

對于厚層砂巖和泥巖段，地震同相軸很好地對應(yīng)巖性分界面(圖4a、圖4b)，由于砂巖和泥巖具有明顯的波阻抗差，因此波峰和波谷對應(yīng)巖性界面。正極性波峰對應(yīng)地震波由低波阻抗巖層進(jìn)入高波阻抗巖層，反射系數(shù)為正，反射波與入射波的相位都為正極性；負(fù)極性波谷對應(yīng)地震波由高波阻抗巖層進(jìn)入低波阻抗巖層，反射系數(shù)為負(fù)，反射波與入射波的相位相反(相差180°)，即“半波損失”。上述反射特征在研究區(qū)主要由兩種沉積過程產(chǎn)生：一種是在沉積過程中由于沉積條件的顯著變化，導(dǎo)致水動力條件等參數(shù)的變化進(jìn)而引起巖性顯著變化，不同巖性界面是良好的反射界面，可產(chǎn)生能量較強的反射波；另一種則是由沉積間斷或剝蝕形成的不整合面，一般也是明顯的波阻抗界面，如研究區(qū)中的T3和T4反射界面為不整合面，伴生一系列削截面等地震反射結(jié)構(gòu)。

薄層砂巖和泥巖夾層的地震反射界面并不一定嚴(yán)格對應(yīng)巖性界面，它實際上是薄層頂、底反射波干涉之后的地震響應(yīng)[16-19](圖4c、圖4d)，與低阻抗差的厚層砂、泥巖具有相同的地震反射特征。烴源巖在沉積過程中水動力條件較弱或處于靜水條件，相對來說，其沉積空間較大，大部分為饑餓沉積，并發(fā)育大套薄層砂巖和泥巖，如在海盆擴(kuò)張時期(T4-T3)發(fā)育的凝縮層，具有厚度很小、高有機(jī)質(zhì)的特點，是海侵最大時期的產(chǎn)物，該時期發(fā)育的薄層泥巖是良好的烴源巖。在陸相湖盆沉積過程中，物源和水動力條件還受季節(jié)性水流的影響，表現(xiàn)為中、深湖和中、深海盆發(fā)育砂、泥巖互層碎屑巖相(圖4e)，此時地震反射界面與巖性變化不具有對應(yīng)關(guān)系，在地震剖面上表現(xiàn)為類似于薄層的地震反射結(jié)構(gòu)。

正序列砂體地震響應(yīng)對應(yīng)兩個較強的反射界面(圖4f)，分別對應(yīng)兩個明顯的巖性界面，在地震變密度剖面上呈“黑橙黑紅”反射樣式，頻率一般較低，對應(yīng)陣發(fā)性水流產(chǎn)生的向上變細(xì)正序列，一般存在于深水濁積砂體等沉積環(huán)境中。

圖4 北康盆地上漸新統(tǒng)—下中新統(tǒng)主要砂、泥巖組合巖性—地震響應(yīng)變密度顯示

4.2 地震振幅分析

前人研究表明，無法單憑地震反射特征判別地層厚度小于λ/4(λ為波長)的地層頂、底界面特征[20-23]。調(diào)諧振幅是在高波阻抗差的巖性界面上，當(dāng)巖層厚度小于λ/4時由地震波干涉產(chǎn)生的(不同于真振幅的)干涉振幅，其大小不完全反映地層波阻抗差。利用振幅的調(diào)諧效應(yīng)能有效識別砂、泥巖薄層和含氣砂巖。

影響地震波振幅的因素有兩類。一類是非地質(zhì)因素，主要有激發(fā)和接收條件、波前擴(kuò)散、介質(zhì)的吸收、透射損失等，一般來說激發(fā)和接收條件對地震記錄的影響是不變的，波前擴(kuò)散、介質(zhì)的吸收、透射損失等體現(xiàn)了地震波的傳播機(jī)制對振幅的影響，經(jīng)由非地質(zhì)因素衰減補償?shù)认鄬φ穹幚?，可以消除非地質(zhì)因素的影響。第二類是地質(zhì)因素，主要與反射系數(shù)有關(guān)，它是由地質(zhì)因素引起的，因為相對振幅只與反射系數(shù)有關(guān)，而反射系數(shù)又與巖性、孔隙中的流體成分有關(guān)，因此相對振幅中包含的地質(zhì)因素是利用振幅信息進(jìn)行巖性解釋和烴類檢測的基礎(chǔ)[24]。

除了上述兩類影響地震波振幅的因素以外，地震波自身的干涉效應(yīng)也會影響地震波振幅，在薄層中尤為明顯。對地震子波而言，不能分辨地層頂、底板反射的地層稱為薄層，薄層厚度Δh滿足

(3)

式中λ為地震波的波長。

砂、泥巖互層的形成一般伴隨沉積環(huán)境的大動蕩，其典型表現(xiàn)樣式為上、下兩套砂巖夾一套泥巖薄層。一般來說是早期高能量態(tài)的沉積環(huán)境由于環(huán)境變遷，水平面升高，沉積物可容納空間增大，處于欠補償沉積環(huán)境，后期又發(fā)生構(gòu)造隆升的產(chǎn)物。在泥巖厚度大于λ/4時，反射界面與巖性界面對應(yīng)較好；在泥巖厚度小于λ/4時，反射界面就不能代表真實的巖性界面(圖6a)，在變密度剖面上顯示為“橙黑紅”的地震響應(yīng)特征。此外，低飽和度的含氣砂巖在泥巖圍巖中也具有類似的地震響應(yīng)特征。

圖5 地震波在薄層中傳播的干涉原理[24,25]

砂巖透鏡體與泥巖薄層的地震響應(yīng)表現(xiàn)為在變密度剖面上極性相反(圖6b)，當(dāng)砂巖厚度足夠大時，地震振幅反映了真實的巖性波阻抗差，反射界面與實際巖性界面對應(yīng)。當(dāng)砂巖厚度等于λ/4時，振幅達(dá)到最大。在砂巖厚度小于λ/4時，波形變化不指示砂巖厚度變化，其波形與厚層粉砂巖和泥巖組合的波形相同，代表季節(jié)性水動力條件的沉積環(huán)境變化或突發(fā)性洪泛結(jié)果，此時振幅變化反映了砂巖厚度變化，表現(xiàn)為振幅大幅降低，在變密度剖面上顯示為“灰紅黑”的地震響應(yīng)特征。

常規(guī)的地震響應(yīng)分析基于理想條件下的單套巖層與圍巖的波阻抗差異，由于沉積環(huán)境的季節(jié)性變遷、氣候性水流變化等因素，海相地層的空間展布樣式并非單一的巖性變化，有時表現(xiàn)為多套厚度很小但波阻抗差明顯的砂、泥巖互層，此時振幅是由多套砂、泥巖互層產(chǎn)生的干涉振幅，與單套薄層的干涉振幅又有所不同[19]。多套砂、泥巖互層形成的視阻抗差并非地層的真實阻抗差，而是多套砂、泥巖互層的綜合阻抗差(圖6c)。當(dāng)多套砂、泥巖互層的厚度等于λ/4時，振幅達(dá)到峰值，在多套砂、泥巖互層的厚度從λ/4逐漸減小的過程中，會產(chǎn)生狹小的空白振幅。基于上述特性，在實際巖性解釋中可以避免視振幅造成的誤差。

若砂、泥巖互層中純泥巖與砂巖總厚度的比值不同，則地層的視阻抗差也不同，導(dǎo)致地震反射振幅差異(圖6d)。當(dāng)泥巖圍巖中夾砂、泥巖互層時，隨著含泥率的增加振幅逐漸減小。特別地， 當(dāng)含泥率分別為0和1時，振幅變化分別與砂巖和泥巖的情況相同。

圖6 不同巖性組合的地震響應(yīng)特征

5 應(yīng)用

在缺少其他地質(zhì)資料、少井甚至無井資料控制的低勘探程度地區(qū)，利用地震資料劃分層序地層，一般認(rèn)為在三級層序及以下具有較好的效果，通過對層序的控制實現(xiàn)對巖性的大體識別，但精度顯然不高；利用地震相分析方法分析沉積相和微相，在沉積體系和空間結(jié)構(gòu)的控制等方面上具有明顯優(yōu)勢，但是沉積相不能完全代表巖相，更不能代表巖性組合，因此很難精細(xì)識別巖性。研究表明，利用海相地層的沉積—地震響應(yīng)關(guān)系結(jié)合地震波形—振幅響應(yīng)技術(shù)可對砂、泥巖進(jìn)行識別和精細(xì)解釋，是低勘探程度地區(qū)海相地層巖性判別的重要手段。

本文選取上漸新統(tǒng)—下中新統(tǒng)層序，以沉積—地震響應(yīng)關(guān)系為基礎(chǔ)，利用地震波形—振幅響應(yīng)技術(shù)識別碎屑巖巖性組合(圖7)。自中新世以來，北康盆地整體上處于半深?！詈－h(huán)境，構(gòu)造變化對沉積環(huán)境的影響較小，由于整體處于海平面之下，且沉積范圍寬闊，避免了由于礦物富集效應(yīng)產(chǎn)生的波阻抗異常，而物源的單一性也有效避開了不同物源沉積礦物的差異。因此，北康盆地海相碎屑巖的波阻抗與密度、孔隙度和壓力等因素有關(guān)，同時還受碎屑巖不同成巖階段的控制。

海相碎屑巖的密度變化一般與巖性變化對應(yīng)較好，在一定范圍內(nèi)，碎屑巖粒度增大導(dǎo)致密度也增大。在勘探早期密度是影響碎屑巖波阻抗的主要因素，基于此可以區(qū)分海相碎屑巖的波阻抗差異，進(jìn)而推斷出密度相對值及其對應(yīng)的巖性組合。孔隙度也是影響碎屑巖波阻抗的因素，孔隙中的流體及巖石骨架均有相應(yīng)的波阻抗值，利用體積分異法可以將巖石分為純孔隙層和純巖石骨架層，以此為模型建立含孔隙流體的碎屑巖波阻抗模型，只有孔隙度達(dá)到一定值以后，才能對碎屑巖的波阻抗產(chǎn)生顯著影響?；谏鲜龇治觯紫抖葘Ρ笨蹬璧厮樾紟r波阻抗的影響并不明顯。在一般情況下，壓力并不會直接改變碎屑巖的波阻抗，而是由于壓力的作用導(dǎo)致海相碎屑巖的密度、孔隙度和滲透率等發(fā)生變化，進(jìn)而影響到波阻抗。在一定深度范圍內(nèi)，壓力對砂巖和泥巖的波阻抗影響趨勢線基本相向，可以認(rèn)為在成巖階段壓力的增加不會引起兩者波阻抗差的異常變化；在壓力繼續(xù)增大的過程中，地層壓力與地?zé)岫紩λ樾紟r波阻抗產(chǎn)生很大影響，導(dǎo)致砂巖和泥巖的波阻抗變化趨勢相差明顯，兩者容易產(chǎn)生較大偏差，因此選取合適深度的地層作為研究對象很重要。為了避免壓力、孔隙度以及不同成巖階段對波阻抗的影響，選取適當(dāng)?shù)膶佣晤A(yù)測碎屑巖巖性組合，可以明顯提高預(yù)測精度，同時也可以減少多解性。

分析表明，北康盆地的地層在整體上以淺?！小⑸詈Ｏ嗟乃樾紟r為主，少有或未見碳酸鹽巖，其地震、地質(zhì)特征表現(xiàn)為：①下中新統(tǒng)A段的地震反射波的旁瓣較大，地震反射界面明顯，且與地質(zhì)界面具有良好的對應(yīng)關(guān)系，能較好地反映巖性變化。整體上巖性變化有序，其中泥巖反射特征明顯，對于砂巖而言，盡管不能具體確定砂巖類型和物性等特征，但整體上能大體對其進(jìn)行刻畫；②下中新統(tǒng)B段的地震反射波的旁瓣較小，反映了巖性的快速變化，但由于單層泥巖厚度小于1/4地震子波的波長，因此地震反射界面并不完全對應(yīng)巖性界面，但能大致確定單套泥巖的厚度范圍(約10～30m)；③下中新統(tǒng)C段呈波阻抗?jié)u變引起的地震反射特征，整體上旁瓣較大，雖然地震反射界面對應(yīng)巖性界面，但具多解性，在解釋時應(yīng)引起注意；④下中新統(tǒng)D段地震波旁瓣較大，地震振幅小，主要反映了砂、泥巖互層和漸變碎屑巖的干涉效應(yīng)，地震反射界面反映了實際巖性突變界面，可以大致識別富含泥巖層段，雖然不能判別泥巖的具體發(fā)育位置及其波阻抗值，但仍可識別烴源巖和砂體。

為了利用地震波形—地震振幅響應(yīng)關(guān)系識別地震巖性組合，選取北康盆地M剖面的T3-T4海相地層進(jìn)行巖性識別(圖8)。根據(jù)地震反射波形分析，北康盆地M剖面主要反映了三次大規(guī)模的沉積間斷過程，對應(yīng)于T3、T4和T5等3個主要的地層界面，且都為碎屑巖沉積。通過對比地震波形和振幅擬合視阻抗差曲線，并根據(jù)視阻抗差曲線將剖面地層劃分為三大類巖相，即砂巖相(含砂率>80%)、砂、泥巖互層相(含砂率為20%～80%)和泥巖相(含砂率<20%)，其中砂巖和泥巖的地震反射振幅較大，且振幅在橫向上變化小，波形相對單一，砂、泥巖互層的地震反射振幅表現(xiàn)出多樣性和漸變性，波形變化也較為復(fù)雜，整體上旁瓣較大。根據(jù)地震波形特征和振幅差異，識別了A段砂巖透鏡體和B段泥巖尖滅線的地震反射特征；在排除其他地質(zhì)因素的干擾下，它們都具有波形向某一方向或兩邊同時尖滅的特征，在一定厚度內(nèi)地震反射振幅隨巖層厚度的增加而增大，當(dāng)達(dá)到一定厚度后地震同相軸分叉，振幅變化不明顯。因此地震M剖面精確地反映了巖相展布規(guī)律，在此基礎(chǔ)上可進(jìn)行烴源巖或儲層精細(xì)描述。

圖7 北康盆地下中新統(tǒng)巖性地震解釋

圖8 北康盆地M剖面地層巖相解釋

6 結(jié)論

(1)沉積過程—巖性—地震響應(yīng)分析表明，泥巖的發(fā)育環(huán)境對應(yīng)于低能環(huán)境，是弱水動力條件下的產(chǎn)物，構(gòu)造運動對其沉積的破壞性較小。在縱向上泥巖的波阻抗差較小，在橫向上巖性連續(xù)性高，泥巖內(nèi)部明顯表現(xiàn)為弱振幅、連續(xù)性好的反射特征。根據(jù)上述反射特征結(jié)合鉆井巖心分析認(rèn)為，碎屑巖沉積過程與地震響應(yīng)具有較好的耦合關(guān)系。

(2)地震波形分析方法能在一個或數(shù)個波長范圍內(nèi)對地震反射波進(jìn)行分析。對于厚層砂、泥巖，地震反射界面較好地對應(yīng)巖性界面，而對于薄層砂、泥巖，地震波僅能大致確定砂、泥巖的厚度，地震反射界面與巖性界面不具有對應(yīng)關(guān)系；砂、泥巖薄互層和巖性漸變的碎屑巖的地震響應(yīng)特征容易產(chǎn)生多解性，降低了巖性解釋的精度。

(3)地震振幅分析指出，在厚度小于λ/4的情況下，地質(zhì)體頂、底面界面的反射波會產(chǎn)生干涉效應(yīng)，該效應(yīng)是波阻抗與巖層厚度共同作用的結(jié)果。砂、泥巖互層在地震剖面上出現(xiàn)視波阻抗差和狹小空白反射帶，含泥率不同地層的地震振幅也不同。因此應(yīng)區(qū)別對待薄層砂、泥巖和厚層砂、泥巖以及砂、泥巖薄互層的地震響應(yīng)特征。

(4)對于淺海—中、深海沉積環(huán)境，沉積物主要以碎屑巖為主，利用沉積—地震響應(yīng)關(guān)系進(jìn)行砂、泥巖識別時，巖性的漸變過程對應(yīng)的地震反射特征具有多解性，在分析時應(yīng)足夠警惕。利用地震波波形和振幅分析并結(jié)合視波阻抗差在剖面上建立的高精度地震剖面巖相展布，可以為烴源巖和儲層預(yù)測提供可靠依據(jù)。

[1] 閆桂京,陳建文,吳志強.地層巖性與地震波速度的關(guān)系分析.海洋地質(zhì)動態(tài),2005,21(9):17-21.

Yan Guijing,Chen Jianwen,Wu Zhiqiang.Relationship between formation lithology and seismic wave velocity.Marine Geology Letters,2005,21(9):17-21.

[2] 劉震,常邁,趙陽等.低勘探程度盆地?zé)N源巖早期預(yù)測方法研究.地學(xué)前緣,2007,14(4):159-167.

Liu Zhen,Chang Mai,Zhao Yang et al.Early prediction method of hydrocarbon source rocks in low exploration degree basin.Earth Science Frontiers,2007,14(4):159-167.

[3] 曹強,葉加仁,石萬忠.地震屬性法在南黃海北部盆地勘探新區(qū)烴源巖厚度預(yù)測中的應(yīng)用.海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì),2008,28(5):109-114.

Cao Qiang,Ye Jiaren,Shi Wanzhong.Application of the method of seismic attribution to prediction of source rock thickness in new exploration areas of north depression in south yellow sea basin.Marine Geology & Quaternary Geology,2008,28(5):109-114.

[4] 顧禮敬,徐守余,蘇勁等.利用地震資料預(yù)測和評價烴源巖.天然氣地球科學(xué),2011,22(3)：554-560.

Gu Lijing,Xu Shouyu,Su Jin et al.Muddy hydrocarbon source rock prediction and evaluation with seismic data.Natural Gas Geoscience,2011,22(3):554-560

[5] 彭達(dá),尹成,朱永才等.扇三角洲前緣薄互層疊置砂體的敏感屬性分析.石油地球物理勘探,2015,50(4):714-722.

Peng Da,Yin Cheng,Zhu Yongcai et al.Sensitive seismic attribute analysis on thin interbed overlapped sandbodies in fan-delta front.OGP,2015,50(4):714-722.

[6] 安斯蒂·N A.砂巖油氣藏的地震勘探.北京:石油工業(yè)出版社,1987.

[7] 陳志剛,劉雷頌,劉雅琴等.煤系地層中薄砂巖儲層預(yù)測.石油地球物理勘探,2016,51(增刊1):52-57.

Chen Zhigang,Liu Leisong,Liu Yaqin et al.Thin-sandstone reservoir prediction in coal-bearing strata.OGP,2016,51(S1):52-57.

[8] 田玉昆,周輝，袁三一.基于馬爾科夫隨機(jī)場的巖性識別方法.地球物理學(xué)報,2013,56(4):1360-1368.

Tian Yukun,Zhou Hui,Yuan Sanyi.Lithological discrimination method based on Markov random-field.Chinese Journal of Geophysics,2013,56(4):1360-1368.

[9] 劉依謀,印興耀,張三元等.寬方位地震勘探技術(shù)新進(jìn)展.石油地球物理勘探,2014,49(3):596-610.

Liu Yimou,Yin Xingyao,Zhang Sanyuan et al.Recent advances in wide-azimuth seismic exploration.OGP,2014,49(3):596-610.

[10] Zeng Hongliu,Backus M M,Barrow K T et al.Facies mapping from three-dimensional seismic data:potential and guidelines from a Tertiary sandstone-shale sequence model,Powderhom field,Calhoun County,Texas.AAPG Bulletin,1996,80(1):16-46.

[11] 王嘹亮,梁金強,曾繁彩.北康盆地新生代沉積特征.南海地質(zhì)研究,2000,(12):58-72.

Wang Liaoliang,Liang Jinqiang,Zeng Fancai.Cenozoic sedimentation of Beikang Basin.Geological Research of South China Sea,2000,(1):58-72.

[12] 張莉,王嘹亮,易海.北康盆地的形成與演化.中國海上油氣地質(zhì),2003,17(4):23-26.

Zhang Li,Wang Liaoliang,Yi Hai.The formation and evolution of Beikang basin.China Offshore Oil and Gas (Geology),2003,17(4):23-26.

[13] 王宏斌,姚伯初,梁金強等.北康盆地構(gòu)造特征及其構(gòu)造區(qū)劃.海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì),2001,21(2):49-54.

Wang Hongbin,Yao Bochu,Liang Jinqiang et al.Tectonic characteristics and division of the Beikang basin.Marine Geology & Quaternary Geology,2001,21(2):49-54.

[14] 劉振湖,郭麗華.北康盆地沉降作用與構(gòu)造運動.海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì),2003,23(2):51-57.

Liu Zhenhu,Guo Lihua.Subsidence and tectonic evolution of the Beikang basin,the South China sea.Marine Geology & Quaternary Geology,2003,23(2):51-57.

[15] 劉振湖.北康盆地古地?zé)釄雠c油氣遠(yuǎn)景.海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì),2004,24(2):79-84.

Liu Zhenhu.Paleogeothermal field and petroleum prospect of the Beikang basin,South China Sea.Marine Geology & Quaternary Geology,2004,24(2):79-84.

[16] 董春梅,張憲國,林承焰.有關(guān)地震沉積學(xué)若干問題的探討.石油地球物理勘探,2006,41(4):405-409.

Dong Chunmei,Zhang Xianguo,Lin Chengyan.Discussion on several issues about seismic sedimentology.OGP,2006,41(4):405-409.

[17] 李慧勇,徐長貴,劉廷海等.陸相盆地薄層泥巖蓋層形成機(jī)制、特征與油氣成藏關(guān)系——以遼東灣地區(qū)中南部為例.石油實驗地質(zhì),2010,32(1):19-23.

Li Huiyong,Xu Changgui,Liu Tinghai et al.The formation machanisms and characteristics of thin-layer mudstone caprock and its relationship with hydrocarbon accumulation in the terrestrial basin-an example of thin-layer mudstone caprock in the South-Central Liaodong bay.Petroleum Geology & Experiment,2010,32(1):19-23.

[18] 李世杰,師素珍.薄層地震響應(yīng)的時間與振幅分析.煤炭技術(shù),2016,35(5):137-139.

Li Shijie,Shi Suzhen.Thin layer seismic response analysis of time and amplitude.Coal Technology,2016,35(5):137-139.

[19] Widess M B.How thin is a thin bed?Geophysics,1973,38(6):1176-1180.

[20] 姚伯初,萬玲,劉振湖.南海海域新生代沉積盆地構(gòu)造演化的動力學(xué)特征及其油氣資源.地球科學(xué),2004,29(5):543-549.

Yao Bochu,Wan Ling,Liu Zhenhu.Tectonic dynamics of Cenozoic sedimentary basins and hydrocarbon resources in the South China Sea.Earth Science,2004,29(5):543-549.

[21] 黃文鋒,姚逢昌,李宏兵.薄互層調(diào)諧規(guī)律研究與凈厚度估算.石油地球物理勘探,2012,47(4):584-591.

Huang Wenfeng,Yao Fengchang,Li Hongbing.Regularities of tuning effects of thin interbedded layers and their net thickness determination.OGP,2012,47(4):584-591.

[22] Nowak E J,Swan H W,Lane D.Quantitative thickness estimates from the spectral response of AVO measurements.Geophysics,2008,73(1):1-6.

[23] 孫成禹.過渡層反射特征及脈沖波的振幅調(diào)諧現(xiàn)象.石油物探,2001,40(3):1-7.

Sun Chengyu.Reflectance signatures of transitional layer and its tuning effects to the amplitudes of pulsating waves.GPP,2001,40(3):1-7.

[24] 張玉芬.反射波地震勘探原理和資料解釋.北京:地質(zhì)出版社,2007,186-187.

[25] 張玉芬.薄互層地震反射特征研究[學(xué)位論文].湖北武漢:中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)，2002.

Zhang Yufen.Study on Seismic Reflection Characteristics of Thin Layers[D].China University of Geoscience(Wuhan),Wuhan,Hubei,2002.

*湖北省武漢市洪山區(qū)魯磨路388號中國地質(zhì)大學(xué)資源學(xué)院，430074。Email：zjy522@163.com

本文于2016年12月8日收到，最終修改稿于2016年8月27日收到。

本項研究受中國地質(zhì)調(diào)查局南海某部油氣資源調(diào)查重點項目(DD20160211)和國家自然科學(xué)基金項目(41372112)聯(lián)合資助。

1000-7210(2017)06-1280-10

趙謙,周江羽,張莉,雷振宇,王龍樟,嚴(yán)聰聰.利用地震波形—振幅響應(yīng)技術(shù)預(yù)測海相碎屑巖巖性組合——以北康盆地為例.石油地球物理勘探，2017,52(6):1280-1289.

P631

A

10.13810/j.cnki.issn.1000-7210.2017.06.019

(本文編輯：劉勇)

趙謙 碩士研究生，1991年生；2015年獲中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)資源勘查工程(油氣方向)專業(yè)學(xué)士學(xué)位；現(xiàn)為中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè)在讀碩士，主要從事地震資料處理、地震沉積學(xué)技術(shù)方法研究。