基于深水沉積學(xué)原理的地震屬性分析新思路

藺 鵬

(1.中國石油遼河油田分公司，遼寧 盤錦 124010；2.中國石油大學(xué)(北京)，北京 102249)

0 引 言

深水通常是指水深大于500 m的環(huán)境，包括陸坡和深海平原。深水區(qū)油氣資源非常豐富，已成為當(dāng)今世界油氣勘探開發(fā)的熱點(diǎn)領(lǐng)域[1-3]。然而深水環(huán)境的特殊性使得深水作業(yè)具有資金投入大、技術(shù)要求高等一系列特征，導(dǎo)致深水油氣勘探具有很大的風(fēng)險(xiǎn)。因此，針對(duì)于勘探階段，如何在鉆井及測(cè)井資料不足的情況下，充分利用地震資料盡可能實(shí)現(xiàn)對(duì)深水沉積單元的表征，并完成對(duì)巖性圈閉的預(yù)測(cè)，成為了深水油氣地質(zhì)研究的重點(diǎn)。

地震屬性分析作為一種高效、簡便的巖性圈閉預(yù)測(cè)技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用[4]。針對(duì)深水沉積，前人曾使用地震屬性識(shí)別特定的沉積單元。然而，由于深水沉積過程的復(fù)雜性，同一類型沉積單元可表現(xiàn)出不同的沉積特征，例如水道存在多種不同類型，特定的地震屬性并非對(duì)所有類型水道都有良好的響應(yīng)，而對(duì)于塊體搬運(yùn)沉積這類自身特征不明顯的沉積單元?jiǎng)t往往要以手工勾繪的方式確定其平面展布范圍。針對(duì)以上問題，從深水沉積學(xué)原理入手，明確不同類型沉積單元的典型識(shí)別特征，再從這些典型識(shí)別特征出發(fā)，優(yōu)選出對(duì)識(shí)別特征最為敏感的地震屬性并賦予地震屬性明確的地質(zhì)意義，實(shí)現(xiàn)對(duì)深水沉積單元的高效、高精度表征，以期為深水油氣勘探提供有效指導(dǎo)。

1 深水沉積單元類型及特征

深水沉積體系通常由水道、天然堤、朵葉、塊體搬運(yùn)沉積和泥質(zhì)披覆沉積5種沉積單元組成。

1.1 水道

深水水道為深水環(huán)境下的條帶狀負(fù)向地貌單元，既是陸源碎屑沉積物向深海搬運(yùn)的通道，又可作為重力流沉積的重要場(chǎng)所[5-6]。深水水道通常由重力流下切侵蝕下伏地層而成，主要形成于海退期。水道沉積是重要的富砂質(zhì)深水沉積單元，具有形成良好儲(chǔ)層的潛力。水道通常受到沉積作用和侵蝕作用的共同控制，可分為加積型和侵蝕型2種不同的類型[6]。

在物源剖面上，水道以具有“U”形或“V”形的外形作為識(shí)別特征，底部常與下伏地層侵蝕接觸，內(nèi)部充填物復(fù)雜多變，可為泥質(zhì)、砂質(zhì)及沿水道側(cè)壁滑塌的塊體搬運(yùn)沉積。平面上，水道常表現(xiàn)為相對(duì)順直或高彎度的條帶。

1.2 天然堤

天然堤發(fā)育于水道兩側(cè)，由重力流內(nèi)部細(xì)粒沉積物溢出水道而成，其發(fā)育程度受控于重力流內(nèi)部細(xì)粒物質(zhì)含量[6]。天然堤巖性主要為泥巖和粉砂巖，通常不能形成良好的儲(chǔ)層。剖面上，天然堤具有楔狀外形，向遠(yuǎn)離水道方向厚度逐漸減薄。水道與天然堤的復(fù)合體整體上呈海鷗翼狀外形。

1.3 朵葉

朵葉通常由于重力流能量的降低導(dǎo)致沉積物發(fā)生堆積而形成，其主體為富砂質(zhì)沉積，橫向延伸范圍廣且連續(xù)性好，內(nèi)部由泥巖夾層分隔，通常在海退背景下發(fā)育。朵葉是形成于深水環(huán)境下的高產(chǎn)能、高采收率儲(chǔ)層，目前已成為深水油氣勘探開發(fā)的主要目標(biāo)之一，具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，受到了廣泛關(guān)注[5，7]。

剖面上，朵葉具有強(qiáng)振幅、高連續(xù)性丘狀或透鏡狀外形；平面上，根據(jù)地貌限制程度的強(qiáng)弱可為扇狀、舌狀、帚狀和梭狀等形狀。

1.4 塊體搬運(yùn)沉積

塊體搬運(yùn)沉積(MTD)是在陸坡處廣泛發(fā)育的一種碎屑懸浮在泥巖基質(zhì)中的沉積物，具有塑性流體特征，成因類型包括滑動(dòng)、滑塌和碎屑流等[8-9]。塊體搬運(yùn)沉積是深水地層的重要組成部分，約占深水沉積的50%以上[9]。塊體搬運(yùn)沉積主要由事件性再搬運(yùn)沉積物組成，在成因上受海平面升降、火山、地震、海嘯等多種因素控制[9-10]。塊體搬運(yùn)沉積內(nèi)部包含較多的細(xì)粒沉積物，通常不能作為儲(chǔ)層，但由于其低孔低滲的特征，可作為滲流隔擋體來控制油氣的分布[11]。同時(shí)，研究塊體搬運(yùn)沉積有利于預(yù)防地質(zhì)工程事故[11]。

塊體搬運(yùn)沉積在平面上呈現(xiàn)為席狀連片分布，其分布特征主要受控于海底地貌形態(tài)[6，9]。在地震反射剖面上為低振幅、中—低連續(xù)性、雜亂、半透明反射。

1.5 泥質(zhì)披覆沉積

泥質(zhì)披覆沉積由暗色泥巖組成，與下伏地層整合接觸，主要形成于海侵期與高位正常海退期，是凝縮段的主要組成部分。其內(nèi)部可能存在少量的砂泥薄互層，不能形成有效的儲(chǔ)層，可作為垂向滲流隔擋體。深水泥質(zhì)披覆沉積內(nèi)部富含有機(jī)物且長期處于還原環(huán)境，可形成優(yōu)質(zhì)的烴源巖。泥質(zhì)披覆沉積的沉積速率通常很低(遠(yuǎn)低于重力流沉積)，厚度較薄且在不同部位差異不大。

2 地震屬性優(yōu)選

確定深水沉積單元平面展布范圍的關(guān)鍵是如何清晰地刻畫沉積單元的橫向邊界。深水沉積單元的橫向邊界可劃分為漸變型、突變型和標(biāo)志物型3種類型。

2.1 漸變邊界

漸變邊界是指富砂質(zhì)沉積單元(具備形成深水巖性油氣藏潛力)與富泥質(zhì)沉積單元之間砂質(zhì)成分含量發(fā)生遞變的過渡帶。界面兩側(cè)沉積單元的形成大致開始于同一時(shí)期，但由于沉積速率相差懸殊(泥質(zhì)披覆沉積速率遠(yuǎn)低于重力流沉積速率)而導(dǎo)致界面兩側(cè)等厚地層時(shí)間跨度有所不同，朵葉與泥質(zhì)披覆沉積之間的側(cè)向邊界即屬此類。對(duì)于富砂質(zhì)沉積單元，其砂質(zhì)含量向邊界處逐漸降低即為此類沉積單元邊界的特征識(shí)別標(biāo)志。

深水層序地層學(xué)理論指出，富砂質(zhì)的重力流沉積總是在強(qiáng)制海退期和低位期進(jìn)入深水環(huán)境，而在海侵—高位期，由于陸源碎屑沉積物在陸架處被捕獲導(dǎo)致物源供給量減少，深水區(qū)主要發(fā)育泥質(zhì)披覆沉積[12]。富砂質(zhì)深水沉積單元(水道/朵葉)通常由不同期次的重力流沉積復(fù)合而成，其內(nèi)部多發(fā)育形成于海侵—高位期的泥質(zhì)隔夾層并由此產(chǎn)生多個(gè)波阻抗差異界面。相對(duì)而言，泥質(zhì)披覆沉積內(nèi)部巖性相對(duì)單一而缺少波阻抗界面，故富砂質(zhì)深水沉積單元在地震反射剖面上常對(duì)應(yīng)強(qiáng)振幅反射，不同地區(qū)深水沉積地震反射特征的描述多次證明了這一點(diǎn)，可見，深水環(huán)境下振幅類屬性與砂質(zhì)含量之間多存在正相關(guān)關(guān)系[7，13-14]。經(jīng)過測(cè)井巖性信息的標(biāo)定與相關(guān)性統(tǒng)計(jì)分析后優(yōu)選出的某一種振幅類屬性，可用于該研究區(qū)富砂質(zhì)深水沉積單元漸變邊界的識(shí)別。

2.2 突變邊界

突變邊界是指界面兩側(cè)沉積單元的類型存在突變的界面，這種邊界的形成與重力流的下切侵蝕作用有關(guān)。在重力流的沖刷下，早期地層表面形成下凹的負(fù)向地貌單元，界面兩側(cè)沉積物的地質(zhì)年代存在一定的差異，而這種差異性會(huì)導(dǎo)致地震反射同相軸的扭動(dòng)與錯(cuò)斷。侵蝕型水道內(nèi)部充填物與兩側(cè)被侵蝕地層間的側(cè)向邊界即屬此類，故侵蝕型水道兩側(cè)的突變邊界即為其特征識(shí)別標(biāo)志。

相干體(COH)技術(shù)是通過對(duì)局部地震波形相似性的分析，以實(shí)現(xiàn)在求同存異原則下識(shí)別斷層和地層特征[15]。低相干值指示了地質(zhì)不連續(xù)性存在的位置，而侵蝕邊界兩側(cè)存在地震反射特征的不連續(xù)，故利用沿沉積界面的相干屬性瞬時(shí)切片能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)侵蝕型邊界的識(shí)別。

2.3 標(biāo)志物邊界

某些深水沉積單元會(huì)在其下表面處留下特殊標(biāo)志，這種特殊標(biāo)志在橫向上的突然缺失處即為沉積單元的側(cè)向邊界。深水環(huán)境下，形成于強(qiáng)制海退早期的高速塊體搬運(yùn)沉積能夠強(qiáng)烈地侵蝕下伏尚未固結(jié)成巖的泥質(zhì)披覆沉積，并在泥質(zhì)披覆沉積表面留下大量順搬運(yùn)方向的侵蝕擦痕，這些擦痕即為塊體搬運(yùn)沉積的標(biāo)志物，通過對(duì)侵蝕擦痕的識(shí)別即可確定塊體搬運(yùn)沉積的平面展布范圍。

方位角(AZI)屬性是一種幾何學(xué)地震屬性。通過對(duì)不同地震道進(jìn)行波形相似性掃描，根據(jù)相似波形的位置擬合出三維趨勢(shì)面，最終實(shí)現(xiàn)計(jì)算每一點(diǎn)處地層傾向的目的。可見，方位角屬性能夠精確刻畫出某一界面的幾何形態(tài)，故利用沿塊體搬運(yùn)沉積底界面的瞬時(shí)方位角屬性切片能夠刻畫侵蝕擦痕這一標(biāo)志物的平面展布范圍，并確定塊體搬運(yùn)沉積的側(cè)向邊界。

3 實(shí)例應(yīng)用

以某深水研究區(qū)為例，采用基于深水沉積學(xué)原理的地震屬性分析方法實(shí)現(xiàn)對(duì)沉積單元的表征。

3.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于西非幾內(nèi)亞灣下陸坡處的深水區(qū)，現(xiàn)今水深為1 250～1 750 m，距尼日利亞海岸約150～190 km(圖1，據(jù)文獻(xiàn)[16])。自上中新世至今，研究區(qū)一直處于陸坡深水環(huán)境(陸坡傾向?yàn)槟?，現(xiàn)今傾角約為0.9 °)。在北部尼日爾水系的供源下，研究區(qū)內(nèi)廣泛發(fā)育水道、朵葉和塊體搬運(yùn)沉積[17-18]。

研究區(qū)全區(qū)覆蓋有良好的三維地震資料，地震數(shù)據(jù)處理面元為12.5 m×12.5 m，垂向采樣率為3 ms，近海底處主頻接近70 Hz，垂向分辨率約為12 m，目的層最深處主頻約為35 Hz，垂向分辨率約為20 m，能夠滿足該研究的需要。

圖1 研究區(qū)地理位置

3.2 基于深水沉積學(xué)原理的地震屬性分析

3.2.1 水道地震屬性分析

(1) 加積型水道。加積型水道的形成主要受控于沉積作用，其主要特征為水道兩側(cè)發(fā)育規(guī)模較大的天然堤且對(duì)下伏地層的侵蝕能力較弱。根據(jù)水道和天然堤砂質(zhì)含量的相對(duì)高低可進(jìn)一步細(xì)分為富砂型和富泥型2種。

富砂型水道內(nèi)部充填多期砂質(zhì)重力流沉積，因泥質(zhì)隔夾層的存在而形成多個(gè)波阻抗界面，故對(duì)應(yīng)強(qiáng)振幅地震反射；而其兩側(cè)的天然堤主要由溢出水道的細(xì)粒沉積物組成，內(nèi)部波阻抗差異較小，振幅相對(duì)較弱(圖2a)。如前所述，水道和天然堤之間的側(cè)向邊界為砂質(zhì)含量逐漸降低的漸變邊界，可利用振幅類屬性與砂質(zhì)含量間的對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行識(shí)別(圖2b)。對(duì)振幅類屬性的統(tǒng)計(jì)分析表明，研究區(qū)內(nèi)RMS(均方根)振幅屬性與自然伽馬相關(guān)性最高，故選擇RMS振幅屬性作為反映砂質(zhì)含量的指標(biāo)。在完成對(duì)水道天然堤復(fù)合體底界解釋的基礎(chǔ)上，根據(jù)沉積單元的規(guī)模，以底界上100 ms的時(shí)窗提取RMS振幅屬性。結(jié)果表明，所得屬性圖能夠較好地確定沉積單元的側(cè)向邊界并反映水道的平面形態(tài)(圖2c)。

富泥型水道是指被泥質(zhì)披覆沉積所充填的重力流水道。由于富泥質(zhì)水道內(nèi)部缺少波阻抗界面，故表現(xiàn)出比其兩側(cè)由粉砂和泥質(zhì)互層而成的天然堤更低的振幅(圖2d)。水道和天然堤間的邊界同樣為漸變邊界(圖2e)，根據(jù)沉積單元規(guī)模以水道天然堤底界向上50 ms作為時(shí)窗提取均方根振幅屬性。結(jié)果表明，相對(duì)強(qiáng)振幅的天然堤表現(xiàn)為高值條帶，其內(nèi)部彎曲的低值窄條帶很好地反映了富泥型水道的平面形態(tài)(圖2f)。

(2) 侵蝕型水道。侵蝕型水道的主要特征是對(duì)下伏地層的強(qiáng)烈侵蝕。無論水道內(nèi)部為何種物質(zhì)所充填，與兩側(cè)被侵蝕地層均形成于不同的時(shí)代，在地震反射剖面上其側(cè)向邊界兩側(cè)必然存在地震反射特征的不連續(xù)(圖2g、h)。沿水道底界提取相干屬性瞬時(shí)切片可見由黑色低相干性線條所反映的突變邊界，除突變邊界與斷層外的其他部位均具有高相干性特征(圖2i)。對(duì)突變邊界的識(shí)別較好地實(shí)現(xiàn)了對(duì)侵蝕性水道形態(tài)的表征。

3.2.2 朵葉地震屬性分析

朵葉由板狀砂巖垂向加積而成，內(nèi)部被泥質(zhì)隔夾層所分隔，在地震反射剖面上為平行、高連續(xù)性、強(qiáng)振幅丘狀反射(圖3a、b)。由朵葉主體向邊緣，砂巖厚度逐漸減小并最終過渡為泥質(zhì)披覆沉積。以朵葉2底界作為約束，根據(jù)朵葉垂向規(guī)模，選擇底界向上100 ms的時(shí)窗提取均方根振幅屬性。結(jié)果表明，均方根振幅屬性平面圖較好地反映了朵葉2的平面展布范圍，而靠近邊緣處均方根振幅屬性值的降低指示了漸變邊界的存在(圖3c)。

3.2.3 塊體搬運(yùn)沉積地震屬性分析

塊體搬運(yùn)沉積在地震反射剖面上對(duì)應(yīng)低振幅、低連續(xù)性、雜亂半透明不規(guī)則反射(圖4a)。這種沉積單元通常為富泥質(zhì)沉積，無漸變邊界，故難以通過振幅類屬性加以識(shí)別；又由于其不具備局部深切特征，即不存在側(cè)向突變邊界，故無法通過相干屬性刻畫邊界。在這種情況下，只有通過識(shí)別塊體搬運(yùn)過程中在下伏地層表面殘留的侵蝕擦痕來確定塊體搬運(yùn)沉積的平面展布特征(圖4b)。沿塊體搬運(yùn)沉積底界提取瞬時(shí)方位角屬性切片可見大量與搬運(yùn)方向一致的順直窄條帶，即侵蝕擦痕(圖4c)。結(jié)合剖面分析表明，這些侵蝕擦痕的平面展布范圍與塊體搬運(yùn)沉積基本一致，故通過識(shí)別侵蝕擦痕邊界來刻畫塊體搬運(yùn)沉積平面幾何形態(tài)的方法是可行的。

圖2 水道地震屬性分析

4 結(jié) 論

(1) 將深水沉積單元的側(cè)向邊界劃分為漸變型、突變型和標(biāo)志物型3種不同的類型。為實(shí)現(xiàn)對(duì)側(cè)向邊界的識(shí)別，根據(jù)地震屬性的數(shù)理意義進(jìn)行屬性優(yōu)選并為特定地震屬性賦予地質(zhì)意義。

(2) 漸變邊界處砂質(zhì)含量的逐漸降低即為此類沉積單元邊界的特有識(shí)別特征，可通過振幅類屬性加以識(shí)別；突變邊界兩側(cè)地震反射特征具有不連續(xù)性，可根據(jù)相干屬性加以識(shí)別；標(biāo)志物邊界如沉積單元底界處的侵蝕擦痕邊界，可通過方位角屬性加以識(shí)別。

圖3 朵葉地震屬性分析

圖4 塊體搬運(yùn)沉積地震屬性分析

(3) 水道可分為加積型和侵蝕型2種不同類型，加積型水道又可進(jìn)一步分為富砂型和富泥型2種，水道與天然堤間因振幅強(qiáng)弱差異而具有漸變邊界，侵蝕型水道充填物與兩側(cè)被侵蝕地層間存在侵蝕邊界；朵葉由于向邊緣處砂質(zhì)含量的逐漸降低而具有漸變邊界；塊體搬運(yùn)沉積可通過對(duì)其底部侵蝕擦痕這一標(biāo)志物邊界的識(shí)別刻畫其平面展布特征。

致謝：本研究得到了北京ROCKSTAR公司在軟件與技術(shù)方面的幫助和支持，在此致以誠摯的謝意。