地震沉積學(xué)在三角洲沉積體系分析中的應(yīng)用
——以遼河?xùn)|部凹陷牛居地區(qū)為例

陳 松，邢 磊,2，李倩倩，郭 強(qiáng)，關(guān) 欣，高偉強(qiáng)

(1.中國海洋大學(xué) 海底科學(xué)與探測技術(shù)教育部重點實驗室，山東 青島 266100；2.青島海洋科學(xué)與技術(shù)國家實驗室 海洋礦產(chǎn)資源評價與探測技術(shù)功能實驗室，山東 青島 266237；3.中石油遼河油田分公司 勘探開發(fā)研究院，遼寧 盤錦 124010)

1 引 言

地震沉積學(xué)是在地震地層學(xué)和層序地層學(xué)基礎(chǔ)之上發(fā)展起來的一門交叉學(xué)科，由曾洪流等于1998年提出并創(chuàng)立，2001年這些學(xué)者又對地震沉積學(xué)進(jìn)行系統(tǒng)描述及定義[1]，給出了地震沉積學(xué)是基于沉積體系的地震反射特征與沉積體系的映射關(guān)系來對沉積相、沉積巖等相關(guān)問題進(jìn)行研究的學(xué)科定義。2009年朱筱敏將地震沉積學(xué)解釋為以現(xiàn)代沉積學(xué)、層序地層學(xué)和地震地層學(xué)為理論指導(dǎo)，利用三維地震資料及地質(zhì)資料，經(jīng)過層序地層、地層切片、地震屬性與巖心刻度的相關(guān)巖性研究，以及地貌形態(tài)特征研究，確定巖性、沉積成因、儲層形態(tài)及油氣分布的地質(zhì)學(xué)科。

對地震沉積學(xué)而言，其主要的研究內(nèi)容是挖掘地震資料中的信息來落實沉積地貌與巖石儲層，其中包括針對地層地貌，沉積體系，沉積相劃分，巖性描述，儲層預(yù)測等多方面內(nèi)容，其關(guān)鍵技術(shù)包括90°相位轉(zhuǎn)換、等時切片技術(shù)[2-3]，這兩項技術(shù)適用于大多數(shù)的地質(zhì)與地震資料條件。近年來隨著高分辨率采集技術(shù)的進(jìn)步，儲層預(yù)測方法的多樣發(fā)展，地震沉積學(xué)的研究方法逐漸豐富，三維可視化、RGB屬性融合、相控反演、地質(zhì)統(tǒng)計學(xué)等技術(shù)也逐步得到應(yīng)用。技術(shù)方法的進(jìn)步與應(yīng)用，增加了地震沉積學(xué)的可靠程度，預(yù)測的準(zhǔn)確率與精度也進(jìn)一步提高[4-6]。

地震沉積學(xué)在近幾年的推廣及發(fā)展，對沉積相描述及儲層預(yù)測工作起著非常重要的支撐作用, 并成為沉積儲層研究的關(guān)鍵手段。地震沉積學(xué)與沉積地貌學(xué)已在陸相盆地及海相地層得到廣泛應(yīng)用,對于河流、三角洲、淺海陸棚、生物礁灘、重力流等沉積體系的研究取得了較好效果[7-12]，同時，在薄儲層、致密油氣、煤系地層等領(lǐng)域也開展了探索應(yīng)用，形成了一定的認(rèn)識與經(jīng)驗[13-16]。本文針對遼河?xùn)|部凹陷牛居地區(qū)水體的升降變化快、差異性物源體系匯入多、砂泥的組合復(fù)雜、優(yōu)勢相帶落實難度大等問題，利用地震沉積學(xué)的一系列技術(shù)方法對沙三上亞段的沉積相分布進(jìn)行刻畫，較好的預(yù)測了各砂組沉積體系與有利相帶的分布特點。

2 區(qū)域地質(zhì)概況

研究區(qū)位于遼河?xùn)|部凹陷北部(圖1)，南起媽媽街?jǐn)鄬樱敝令^臺子潛山，西起茨東斷層，東到營口-佟二堡斷層，呈北東向狹長展布，長約40 km，寬5～9 km，面積約280 km2。

圖1 研究區(qū)分布位置Fig.1 The structural distribution map of study area

牛居地區(qū)位于東部凹陷最大的生烴洼陷(牛居—長灘洼陷)主體部位，沙三段沉積早期(沙三中下亞段)，湖盆處于初始裂陷期，基底大幅度沉陷，全區(qū)處于深湖—半深湖沉積環(huán)境，沉積的厚層暗色泥巖是本區(qū)主要的烴源巖。沙三段沉積晚期(沙三上亞段)，斷裂活動減弱，該時期以辮狀河三角洲、扇三角洲沉積為主，其優(yōu)勢相帶為前緣亞相中的水下分流河道微相，河道砂體為主要的儲層。研究區(qū)沙三上亞段相帶變化快，發(fā)育多套扇體，同時砂體分布變化快,有利相帶預(yù)測難度大，傳統(tǒng)的地震預(yù)測方法應(yīng)用難以對這種復(fù)雜的沉積相進(jìn)行預(yù)測，因此嘗試?yán)玫卣鸪练e學(xué)的技術(shù)方法來解決該區(qū)的沉積相的精細(xì)研究問題。

3 基于地震沉積學(xué)的沉積相刻畫

識別沉積相的關(guān)鍵有兩方面: 一是由單井出發(fā)，通過單井相及連井相分析推斷研究區(qū)沉積環(huán)境，建立符合工區(qū)實際情況的沉積相模式；二是在沉積相模式的指導(dǎo)下將地震屬性及地震相的響應(yīng)轉(zhuǎn)化成沉積相的平面展布[17]。

牛居地區(qū)沙三上亞段勘探程度較低，洼陷內(nèi)部深層鉆井少，無法通過單井分析工作實現(xiàn)區(qū)域上沉積相的控制劃分，更無法實現(xiàn)對于沉積微相的精細(xì)刻畫，同時，該區(qū)地震資料分辨率較低，無法實現(xiàn)通過地震反射特征的直觀解釋完成沉積微相的劃分。因此，面對這種低井控條件下的沉積微相，基于區(qū)域內(nèi)以往的沉積和構(gòu)造背景研究，本次研究采用地震沉積學(xué)研究方法，刻畫牛居地區(qū)沙三段上亞段內(nèi)部沉積微相的展布及演化特征，預(yù)測有利相帶的展布范圍。

近年來，國內(nèi)學(xué)者在針對低井控區(qū)條件下使用三維地震資料作為研究沉積微相與地層巖性手段的工作中取得了廣泛的應(yīng)用與深入認(rèn)識[18-20]。結(jié)合前人的研究應(yīng)用與總結(jié)，提出針對本區(qū)的地震沉積學(xué)的研究內(nèi)容和思路，共包含五個方面：①通過單井層序及砂組劃分，通過井震結(jié)合標(biāo)定，建立等時地層格架；②用90°相位轉(zhuǎn)換技術(shù)，賦予地震反射巖性意義；③在相位轉(zhuǎn)換地震數(shù)據(jù)體的基礎(chǔ)上，應(yīng)用地震屬性地層切片技術(shù)識別相邊界；④應(yīng)通過不同巖性組合的地震頻率特性，通過分頻技術(shù)識別主河道發(fā)育位置；⑤地震地質(zhì)結(jié)合刻畫沉積相展布特征，充分發(fā)揮地震分析方法與地質(zhì)信息結(jié)合互補(bǔ)的優(yōu)勢對目標(biāo)相帶或是儲層進(jìn)行細(xì)致地描繪，這也是地震沉積學(xué)的主要部分。

3.1 建立井震統(tǒng)一的等時地層格架

井震統(tǒng)一等時地層格架的建立是單井地質(zhì)分層與地震層位解釋統(tǒng)一的過程，是層序地層分析、沉積體系研究、構(gòu)造精細(xì)解釋的基礎(chǔ)。井震統(tǒng)一就是使時間域的地震信息與深度域的單井層序分層建立關(guān)系，實現(xiàn)一致對應(yīng)性。同時，由于井震分辨率較低，在井震結(jié)合時需要找到一個將井震資料最大限度利用的合適研究尺度。要想最大限度的利用地震資料，分頻技術(shù)是一項十分有效的地震解釋技術(shù)，該方法將地震資料中包含的時間域信息轉(zhuǎn)換為頻率域數(shù)據(jù)，尋找其頻率特征與實際地質(zhì)體的映射關(guān)系，利用頻率特征在空間上的變化來反映不同類型沉積旋回的研究。

根據(jù)本區(qū)層序地層的研究成果，沙三上亞段屬高位體系域，沉積物由下至上逐漸呈由細(xì)到粗的變化特點，整體呈反旋回的沉積特點。沙三上亞段內(nèi)部又可細(xì)分為四個短期的反旋回，據(jù)此可將其細(xì)分為四個砂組(圖2)。在單井分析基礎(chǔ)上，利用分頻技術(shù)，進(jìn)行合理的層序劃分，從分頻數(shù)據(jù)體上可見明顯的旋回界面，這與單井上的層序分析是一致的，最終通過井震標(biāo)定建立了等時地層格架下的研究單元。

圖2 牛94井單井相與層序劃分圖Fig.2 Single well facies and sequence division of well Niu 94

3.2 90°相位轉(zhuǎn)換，賦予地震反射巖性意義

在零相位地震數(shù)據(jù)中,地層界面往往與地震波的波峰或波谷相對應(yīng)，地層的巖性與地震相位間不存在確定性的對應(yīng)關(guān)系，而經(jīng)90°相位轉(zhuǎn)換后，反射波主峰被移位與巖層中心對應(yīng)，使得地震反射與巖層相一致，建立起地震反射同相軸與巖層之間的對應(yīng)關(guān)系，賦予了地震相位巖性的意義。

90°相位轉(zhuǎn)換技術(shù)在本工區(qū)的適用性需要通過實驗驗證其可靠性，合成地震記錄可以將測井曲線與地震信息形成對應(yīng)關(guān)系，正是利用這種對應(yīng)關(guān)系，選用能夠反映該區(qū)巖性變化的電阻率測井曲線進(jìn)行井震對比試驗。通過牛5井的標(biāo)定可以看出(圖3)，零相位剖面上高電阻率反應(yīng)的砂巖條帶與地震相位沒有一致的對應(yīng)關(guān)系，而在90°相位轉(zhuǎn)換剖面上高電阻所反映的砂巖條帶均與波形主峰有著很好的對應(yīng)關(guān)系。

圖3 過牛5井零相位剖面與90°相位轉(zhuǎn)換剖面的井震對比關(guān)系Fig.3 The relationship of well-seismic data between zero phase profile and 90°phase shift profile through well Niu 5

研究表明在沙三上亞段存在多套巖性上傾尖滅體，以往認(rèn)為的大套連續(xù)性砂體在相位轉(zhuǎn)換后表現(xiàn)出多套砂體疊合的特征(圖4)，這也反應(yīng)出本區(qū)沙三上亞段辮狀河三角洲沉積環(huán)境下的砂體變化特點，其數(shù)據(jù)體更能反映出相帶的變化特點。

圖4 原始地震剖面與90°相位轉(zhuǎn)換剖面對比Fig.4 Comparison of original seismic profile and 90°phase shift profile

3.3 地震屬性的地層切片分析技術(shù)識別相邊界

層序格架內(nèi)的屬性分析也是地震沉積學(xué)范疇，由于地震垂向分辨率較低，利用地震同向軸追蹤相邊界的變化是難以實現(xiàn)的，等時格架下的地層切片屬性分析技術(shù)利用平面上的地震屬性變化識別相帶變化，通過這種手段可以在平面上彌補(bǔ)垂向分辨率的不足。對于牛居沙三上亞段而言,在等時地層格架劃分的基礎(chǔ)上, 應(yīng)用等時地層切片掃描技術(shù)可實現(xiàn)對沉積體系演化過程與相帶展布的分析。

研究表明，地震屬性分析技術(shù)對于儲層及沉積相的刻畫最為準(zhǔn)確[21-22]，以90°相位地震資料為基礎(chǔ)，均方根振幅地層切片屬性可以很好的反映研究區(qū)內(nèi)沉積微相的分布范圍與邊界(圖5)，尤其是對分流河道主體、河口壩、席狀砂的分布響應(yīng)特征較清晰。本次研究分別就沙三上亞段四個砂組進(jìn)行了均方根屬性提取分析，預(yù)測結(jié)果表明，牛居地區(qū)發(fā)育多套扇體，兩側(cè)扇體在洼陷中部交匯。

圖5 牛居地區(qū)沙三上Ⅰ砂組均方根振幅屬性圖Fig.5 Root mean square amplitude ofⅠ sand group in Sha 3 upper subinterval in Niuju area

3.4 分頻技術(shù)識別主河道位置

頻譜分解技術(shù)實際上就是將各地震道信號分解成不同的頻率成分，利用高頻成分對薄層有調(diào)諧響應(yīng)、低頻成分對厚層有調(diào)諧響應(yīng)的特性，來識別地震數(shù)據(jù)的“局部”巖性特征(如河道砂體)。在分頻處理解釋過程中，首先從地震數(shù)據(jù)體中提取已知井的頻率信息，分析各沉積相帶及巖性組合對應(yīng)的頻率范圍。分析結(jié)果表明，研究區(qū)主河道沉積相帶主要表現(xiàn)低頻特征，頻率在9～14 Hz(地震頻率，赫茲)之間，巖性以砂礫巖、含礫不等粒砂巖為主、單層厚度在20 m左右。河道間及前緣席狀砂等相帶對應(yīng)頻率相對較高，在18～22 Hz 之間，巖性以細(xì)砂巖、粉砂巖與泥巖頻繁互層為主、單層厚度在2～8 m之間。

由于不同深度的地震資料頻率特征存在差異性，所以在分頻資料分析的過程中，要根據(jù)地層的特點與地震資料情況選擇合適的頻率，通過對多個單頻資料的聯(lián)合分析才能了解儲層的整體分布情況。以Ⅰ砂組、Ⅱ砂組為例，通過與已知井對比分析后，分別選用10 Hz、13 Hz為主頻的分頻屬性進(jìn)行層間屬性提取，可以看到，分頻地震資料對河道位置的成像較清晰。研究表明，牛89井與玉1井區(qū)一直存在兩條繼承性發(fā)育的主河道，隨著河道的擺動，主河道位置在不同砂組沉積期發(fā)育位置出現(xiàn)了變化(圖6)。

圖6 牛居北部分頻層間屬性預(yù)測圖Fig.6 Frequency-divided interlaminar attribute graphs of Niuju’s northern area

4 應(yīng)用效果及分析

牛居地區(qū)沙三上亞段下部的沙三中下亞段湖相泥巖為主力源巖層，上部沙一段下部泥巖層厚度達(dá)200～300 m為區(qū)域蓋層，沙三上亞段為下生上儲的成藏組合。本區(qū)勘探發(fā)現(xiàn)均集中在茨東斷層西側(cè)埋藏較淺的斜坡帶，而牛居洼陷沙三上亞段埋深較大(大于3 000 m)，以往探井部署以構(gòu)造圈閉為主，構(gòu)造高點在牛深3井-牛深2井一帶，牛深3井鉆遇巖性細(xì)(粉砂巖為主)且厚度薄(2～4 m)，為三角洲前緣末端以及席狀砂為主，試油產(chǎn)量較低。分析認(rèn)為，在分流河道主體，砂體發(fā)育、巖性較粗、物性條件較好的位置油氣顯示很活躍，說明位于河道主體的有利相帶為油氣成藏的有利部位，尋找規(guī)模砂體發(fā)育區(qū)是勘探的成功的關(guān)鍵。

通過地震沉積學(xué)關(guān)鍵技術(shù)的聯(lián)合應(yīng)用，結(jié)合綜合地質(zhì)研究工作，對牛居地區(qū)沙三上亞段各砂組沉積微相的展布特征進(jìn)行了預(yù)測，尤其對水下分流河道、河口壩、河道間等微相進(jìn)行了精細(xì)的刻畫。從4個砂組的沉積微相圖中可以看出，牛居洼陷較寬緩、多支物源匯聚、側(cè)向物源延伸距離遠(yuǎn)，其前緣部分在洼陷區(qū)匯聚，有利相帶發(fā)育范圍廣。4個砂組主要為辮狀河三角洲及扇三角洲沉積環(huán)境，物源主要來自西側(cè)的茨榆坨斜坡帶與東側(cè)的東部凸起，西側(cè)物源延伸距離長，為辮狀河三角洲沉積體系，規(guī)模較大，東側(cè)物源為短軸物源，為扇三角洲沉積體系。由Ⅳ砂組到Ⅰ砂組，水體逐漸變淺，扇體延伸規(guī)模增大，以水下河道砂體為主的有利儲層更發(fā)育(圖7)。

圖7 牛居地區(qū)沙三上亞段各砂組沉積相平面圖Fig.7 Sedimentary facies planar graphs of sand groups in Sha 3 upper subinterval in Niuju area

綜合以上認(rèn)識，利用地震沉積學(xué)刻畫的精細(xì)沉積相分布圖，選擇有利的相帶部位部署的牛94井分別在Ⅰ、Ⅱ砂組獲高產(chǎn)工業(yè)油流，打開了牛居地區(qū)沙三上亞段勘探新場面，地震沉積學(xué)對于尋找三角洲沉積體系的規(guī)模砂巖油氣藏具有較好的應(yīng)用效果。

5 結(jié)論與認(rèn)識

1)借助地震沉積學(xué)研究手段，在東部凹陷牛居沙三上亞段三角洲沉積體系研究中，利用地震相位轉(zhuǎn)換、分頻解釋、地層切片技術(shù)，刻畫該區(qū)三角洲沉積體系與沉積相帶的分布；

2)利用地震地層學(xué)在牛居地區(qū)的應(yīng)用，明確了牛居地區(qū)沙三上亞段四個砂組受控于東西兩側(cè)物源，發(fā)育多套扇體，各砂組的沉積特征存在差異，前緣相帶有利砂體規(guī)模發(fā)育，是勘探的有利區(qū)帶。

3)對于多物源匯入的沉積體系研究，每支物源的供給強(qiáng)度、巖性組合、河道砂體發(fā)育程度等均存在差異性，本次研究在主河道刻畫過程中也是對不同砂組的單物源體系開展獨立主頻分析，對于這種多物源體系下的三角洲沉積相帶的研究具有良好的應(yīng)用前景。