石油地震地质学若干问题探讨

卫平生，李相博，雍学善，刘化清，陈启林，高建虎

（中国石油勘探开发研究院西北分院）

石油地震地质学若干问题探讨

卫平生，李相博，雍学善，刘化清，陈启林，高建虎

（中国石油勘探开发研究院西北分院）

针对当前石油地质研究中的地震-地质一体化研究思路及石油地震地质学研究现状，该文重点对石油地震地质学的学科概念、分支学科及其界定、研究思路和方法及关键技术、理论和实验基础、研究尺度及其与相关学科的关系等六大科学问题进行了初步探讨。最后指出，随着地球物理技术的进一步发展，利用石油地震地质学这门新兴交叉学科较为准确地发现油气藏并实现高效开发或许会成为现实。

问题讨论；研究方法；关键技术；石油地震地质学

0 引言

随着地震勘探技术的不断发展，地震数据处理与解释一体化、地震-地质一体化的综合研究思路与方法正日益为人们所广泛接受，也由此产生了一门新兴的交叉边缘学科，即石油地震地质学[1-3］。就目前的研究现状而言，这门学科仅处在起步和发展阶段，还很不完善，还存在诸多方面的问题。也许正如林承焰等[4］最近撰文所说，石油地震地质学目前呼之欲出，但由于缺少独立的理论体系，暂时还不能成为一门真正的学科，而是一个利用地球物理技术解决石油地质学和油藏描述问题的技术集成。由于该学科被认为是今后油气勘探实现重大突破的关键[3］，为了提高其在石油勘探开发中的应用水平，笔者重点围绕影响该学科发展的六大关键科学问题进行了剖析，以期促进该学科的发展与完善。

1 石油地震地质学的概念演变与学科特点

只有正确理解石油地震地质学的概念内涵，才能把握其学科特点和发展规律。“石油地震地质学”与“地震地质学”概念内涵完全不同，后者是一门运用地质学的理论和方法研究地震成因、地震活动规律的学科[5］，前者则是与石油地质研究相关的学科术语，其概念最初由袁秉衡等[1-2］于20世纪80年代初期提出，后来谭试典[6］对这一概念及研究内容进行了补充，将20世纪90年代之后迅速发展起来的储层横向预测、烃类检测、油藏描述、地层压力预测等研究内容纳入到了石油地震地质学的研究范畴。随着当前地震勘探技术的快速发展，地震资料在石油地质各分支学科中的应用逐渐从定性化走向定量化。杨杰等[3］根据国内外研究的新进展，尤其是高精度三维及四维地震资料在石油地质中的应用，将石油地震地质学作出了如下最新定义：以高精度三维地震资料为基础，以现代石油地质理论为指导，综合利用地震、地质、测井、钻井及测试等资料，研究含油气盆地的形成与演化、地层与构造特征、油气圈闭与资源潜力以及沉积、储层、油气运移与保存等，从而对油气藏进行描述、建模、动态分析等研究的一门综合的、系统的前缘交叉学科。显然，这意味着石油地震地质学的研究内容涵盖了油气勘探开发的全过程。在此基础上，杨杰等[3］又提出了石油地震地质学的五大分支学科和具体的12项研究内容，指出了地震与地质二者的有机结合是石油地震地质学的根本研究方法，并明确了石油地震地质学的八大技术，标志着这门学科的发展进入了一个新阶段。

如何更深刻地理解前人关于石油地震地质学的概念，或者说更好地把握其内涵和外延呢?通俗地讲，石油地震地质学去掉“地震”二字就是石油地质学，去掉“地质”二字就是石油地震学，由此可见，石油地震地质学是石油地质学和石油地震学的交叉学科。含油气盆地及其各类目标（包括油气聚集的区带、圈闭、油气藏）是石油地震地质学的主要研究对象，油气的形成（生油）、聚集（储层、运移、圈闭）、保存（盖层）以及油气藏描述、表征、建模、开发等都是其研究内容，最终目的是评价盆地的油气勘探潜力，发现油气藏和提高油气藏开发采收率，它涵盖了油气勘探开发的全过程。因此，石油地震地质学中的“石油地质”并非传统意义上的石油地质，其跨越了传统石油地质学和油田开发地质学两大学科；“石油地震”包括了地震、测井和非地震物探，实际上是地球物理勘探学。

石油地震地质学有以下几个特点：①系统性和层次性。石油地震地质学贯穿于勘探开发的全过程，包含了较多的分支学科，是一个系统的大学科；各分支学科之间的衔接是过渡的，研究内容各有侧重，并具有层次性。②综合性。石油地震地质学的研究不仅充分利用了地震信息，而且综合利用了地质、测井、钻井、测试、采油、分析化验等各种资料，甚至利用了非地震物探资料，强调的是多学科的协同和地震与地质的结合，因此具有很强的综合性。石油地震地质学的核心就是地质与地震的有机结合。③精细性。这里强调的是高精度三维地震资料，其广泛使用不仅使石油地震地质学的研究在很多方面实现了从定性到定量，而且实现了从点、面扩展到三维甚至多维空间，使研究目标的各种属性特征真正实现了“体”的描述和表征，追求目标体空间细节的精雕细刻。同时，三维可视化以及虚拟现实技术的广泛使用，可使研究目标的特征属性在三维空间直观可视。石油地震地质学的精细性是其最大的特色。④实用性。石油地震地质学强调的是解决油气勘探开发实际地质问题的思路、方法和实用技术，注重的不是“世界观”，而是“方法论”，落脚点是“实践论”，即解决实际问题的能力和效果。石油地震地质学是个应用性学科，直接服务于油田勘探开发。

综上所述，可将石油地震地质学的概念简单概述为：充分利用地震信息和地质资料，通过地震与地质的有机结合，评价盆地的油气勘探潜力，发现油气藏和提高油气藏开发采收率的一门系统综合的、精细实用的应用性前缘交叉学科。这里的“地震信息”主要指高精度三维地震资料，当然也包括了二维地震、高密度地震、井筒地震、多波多分量地震、四维地震、测井和非地震等资料；“地质资料”包括通常所说的地质、钻井、测试、采油、分析化验等资料。地震与地质有机结合中的“地质”指地质分析方法和评价技术，“地震”主要指地球物理勘探的实用方法和技术。因此，就内涵和外延而言，“石油地震地质学”准确的名称应为“石油地球物理勘探地质学”。

2 石油地震地质学的分支学科及重点研究任务

只有正确建立石油地震地质学的学科框架体系，才能做到研究目标明确、重点突出。杨杰等[3］曾以石油地震地质学的研究对象、研究内容和学科特点为依据将其划分为五大分支学科，即地震构造学、地震沉积学、地震储层学、地震成藏学和开发地震学。实际上，含油气盆地中油气形成的研究十分重要，它直接关系到盆地的勘探前景，而以往该领域属于有机地球化学的研究内容。如何利用地震信息、地震与地质相结合来研究有机质的丰度、类型和成熟度，进而评价含油气盆地的资源潜力也是石油地震地质学的重要研究内容和发展方向。目前一些学者已在尝试做这方面的工作，如张寒等[7］利用地震和测井信息预测和评价渤海湾盆地富油凹陷的烃源岩；Q.R.Passey 等[8］、朱光有等[9］、袁东山等[10］利用测井信息获取烃源岩地球化学参数。随着这方面研究的深入，“地震有机地球化学”将会成为石油地震地质学的一个独立分支学科，目前这部分研究内容可暂时放到地震成藏学当中。

Hongliu Zeng 等[11］、罗群等[12］、卫平 生等[13］、马在田[14］和刘振武等[15］分别提出了地震沉积学、地震成藏学、地震储层学和开发地震学的概念、研究内容、方法和关键技术，基本涵盖了石油地震地质学研究的内容、方法和技术。王建功等[16］、张虎权等[17］、谭开俊等[18］分别进一步提出了碎屑岩、碳酸盐岩和火成岩地震储层学的概念、研究内容、方法和关键技术。但作为独立的分支学科，它们之间的研究内容重叠较多。因此，从石油地震地质学整体的角度考虑，有必要界定各分支学科之间的相对界限，使其研究各有侧重、特点突出。表1给出了各分支学科的主要研究内容、研究尺度和研究目标，界定了各分支学科研究内容的相对界限。从表1中可看出，从油气勘探到开发阶段，石油地震地质学的研究内容越来越精细，研究目标越来越具体、定量，成图的精度也越来越高，显示的方式也由“点”、“面”到“体”，石油地震地质学的精细性越来越得到体现。

表1 石油地震地质学分支学科研究内容、尺度和目标（据文献[19］修改）Table 1 The research contents,scale and targets of the subdisciplines of petroleum seismogeology

3 石油地震地质学的研究思路、方法和关键技术

正确的研究思路与方法能保证人们的实践活动始终在正确的理论指导下进行。石油地震地质学的基本研究思路是“地质→地震→地质”，表现方式为“点→面→体”，注重的是地质资料的标定。其方法可简单概述为“四步法”：第一步，充分利用现有的地质资料，包括地面露头、钻井、测井、分析化验、测试、采油等，建立“点”上的地质模型；第二步，在地质模型的指导或约束下，利用各种地震技术将地震信息转换为含有地质信息的各类数据体或剖面，如波阻抗、自然电位、自然伽马、电阻率、各类属性体或剖面等；第三步，在地质理论模式的指导下，通过地震与地质的有机结合解释这些数据体或剖面，并建立模型；第四步，用地质资料对解释的结果进行检验、再标定，给出准确结果，从而建立更为全面、精细、准确的地质模型。图1显示的是“四步法”实现流程，是一个完整的从地质出发，通过地震与地质相结合，再回归地质的全过程，充分体现了地震与地质的有机结合。以某个具有三维地震资料的研究工区为例，其沉积相研究的“四步法”为：首先，利用地面露头、钻井取心及其分析化验资料，进行单井取心井段的沉积相分析，用分析结果标定取心井段的测井曲线（自然电位、自然伽马等），使沉积相以测井曲线的形态表达，再利用这些测井曲线研究未取心井段的沉积相，进而完成目的层段的沉积相分析（单井相划分）；其次，通过储层参数反演，将地震数据体转换成波阻抗、自然电位、自然伽马等数据体，或者通过地震数据体的分类、聚类等分析，将地震数据转换为多种地震相；再次，在沉积相模式的指导下，通过地震与地质的结合解释这些数据体，得出较为准确的沉积相平面、剖面图，直至通过建模和三维可视化给出三维空间的沉积体系模型；最后，用单井的沉积相进行检验、再标定，得出最终结果。

图1石油地震地质学研究思路和方法——“四步法”框图Fig.1 Diagram showing the Four-step Method of petroleum seismogeology

地震与地质的有机结合是“四步法”的关键，也是石油地震地质学的根本研究方法。地震与地质相结合的内涵就是利用地质资料，通过地震技术和地质分析方法，将地震信息赋予地质含义。地震的多解性是地球物理本身难以解决的问题，而地质的标定是解决地震多解性最好的方法。如地震的同相轴代表的是波阻抗界面，各类属性体中的“同相轴”代表的是不同属性值的大小，它们本身并没有直接的地质含义，这就需要地质的标定赋予其地质含义。地质标定有以下几种方法：①地质模型标定法。用已有的地质模型标定地震资料，再用地质原理进行分析，对地震资料赋予地质含义。②合成记录标定法。利用声波和密度测井资料作过井地震道的合成地震记录，再与过井地震道的实际地震记录进行对比，赋予实际地震记录地质含义。③正演模拟标定法。利用现有的资料建立地下二维与三维地质模型，根据地震波在地下介质中的传播原理，通过射线追踪或波动方程等方法，正演模拟所建立模型的地震记录[20］，再进行偏移成像和反演。该方法的主要目的是通过模拟记录与实际地震记录的对比分析，修正初始模型，使之更接近地下真实的地质情况，从而达到认识地下目标的目的。

随着计算机技术与地震资料在油气勘探开发中的广泛应用，在地震资料采集、处理和解释3个层次中形成了多套实用而有效的技术系列[21］。石油地震地质学以解决油气勘探开发中的实际问题为目标，注重地震、地质协同，其技术特点应突出解释和评价。现今的地震资料解释已不仅仅满足于常规的构造解释，而是更倾向于以地震信息为主，借助先进的解释技术，开展储层特征综合分析、油气藏分布预测等更深层次的研究[22-23］。因此，根据解决问题的不同，可将石油地震地质学的关键技术归纳为7个系列，如表2所示。

表2 石油地震地质学关键技术Table 2 The key technologies of petroleum seismogeology

4 石油地震地质学的理论和实验基础

独立的理论体系是石油地震地质学能否成为一门真正学科的关键[4］。从上述分析可看出，石油地震地质学的理论基础是石油地质学、油气田开发地质学、石油地震学、地震岩石物理学和石油测井学，其实验基础也建立在这些学科的实验基础之上。与大多数应用性学科一样，石油地震地质学有了这些理论基础的支撑，再加上学科本身的研究思路、方法和技术就形成了一门独立的学科。如含油气系统，它是基于传统石油地质理论的、将存在于自然界中相对独立的天然烃类流体单元视为系统的、将系统论的观点引入到石油地质研究中的一种新思路、新方法[24］，其“四图一表”简明实用的表达方式，更有利于石油地质学家分析油气是如何从烃源岩进入到圈闭的全过程[25］。再如层序地层学，是因地质学（特别是地层学、沉积学、构造地质学）和地球物理学的相互渗透而发展起来的一门边缘交叉学科[26］。层序地层学发展至今，在理论上，已形成了Vail经典层序地层学、Cross高分辨率层序地层学、Galloway成因层序地层学三大主流派系；在方法上，除了运用传统的露头、岩心、测井和高精度地震资料外，还可运用地震资料三维可视化、古生物、地球化学、数值分析和计算机模拟等技术，使得层序地层学研究更灵活、更精细[27］。因此可以预期，随着石油地震地质学的广泛应用，其理论体系、研究思路、研究方法和关键技术等方面将会逐步得到完善。

5 石油地震地质学的研究尺度选择

研究尺度与研究内容、研究目标紧密相关，因此，研究尺度的选择至关重要。就地质研究方面而言，其研究尺度直接取决于仪器、资料等主客观条件。如现代精密石油仪器的快速发展使得储层孔喉微观结构的研究可达到纳米级。石油地震地质学的研究方法是地震与地质相结合，因此，其研究尺度的选择要同时考虑目标的级次及地质和地震条件，要把握好“度”，应遵循以下2条原则：其一，以所研究对象的级次和目的为原则。大尺度目标（如盆地级别）的研究，在做图时应选择小比例尺；小尺度的目标（如圈闭、单砂体）应选择大比例尺，达到准确、精细表达观点的目的。其二，以地质条件与地震分辨率相匹配为原则。就资料条件而言，目前地面露头、钻井的地质研究精度远高于地震。单纯利用地质资料进行研究的特点是研究精度高，但多局限在“点”；而利用地震资料进行研究的特点是虽然精度稍低，但可扩展到“面”和“空间”。石油地震地质学的研究就是要把二者的特点结合起来，使研究的精度达到最佳，研究的范围由“点”扩展到“面”和“空间”，这就要求通过地震与地质相结合来选择研究尺度。尽管目前的地震技术发展很快，但由于受地面、地下地质条件和地震仪器等的限制，地震的分辨率仍然很局限，这也是石油地震地质学的发展受到局限的重要原因，因此，目标研究尺度的选择要尽量考虑地震条件。

6 石油地震地质学与其它相关学科的关系

如前所述，石油地震地质学是一门涉及石油地质学、构造地质学、沉积学、石油地震学、计算机图形图像学等研究领域的综合性边缘学科，其基础依赖于石油地质学和石油地震学的进展与创新。随着石油地质理论的发展、地球物理技术的进步以及计算机PC-Cluster与GPU的广泛应用，石油地质学与石油地震学在应用领域越来越趋于一致（图2），也正是由于二者向应用领域扩展的趋同才催生了其交叉学科，即石油地震地质学的诞生。因此，石油地震地质学与其它相关学科的关系表现在以下2个方面：一方面，其与传统石油地质学、石油地震学及地震地层学、层序地层学等学科是循序渐进、不断继承和不断发展的关系；另一方面，由于其在研究内容、研究思路及方法上具有不同于上述任何单一学科的显著特点，决定了这门新兴学科的结构与功能也必然具有其特殊性[19］。

图2 石油地震地质学形成背景与理论基础Fig.2 The formation background and theoretical basis of petroleum seismogeology

7 结束语

目前石油地震地质学在一些问题上的认识还有待进一步深入，其理论基础和研究方法还有待进一步完善。但不可否认的是，经过近30年的发展，石油地震地质学研究已经取得了长足的进步，尤其是面对当前勘探开发的目标越来越复杂、隐蔽，其难度也越来越大，风险也越来越高，地震-地质一体化的研究思路及方法已被人们普遍使用，并取得了良好的应用效果。因此可以预期，随着地球物理技术的进一步发展，利用这门新兴的交叉学科较为准确地发现油气藏并实现高效开发或许会成为现实。

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Discussion on petroleum seismogeology

WEI Ping-sheng，LI Xiang-bo，YONG Xue-shan，LIU Hua-qing，CHEN Qi-lin，GAO Jian-hu
（Research Institute of Petroleum Exploration&Development-Northwest,PetroChina， Lanzhou 730020， China）

In view of the present situation of research ideas of seismic-geology integration and petroleum seismogeologyresearch, the six scientific problems of petroleum seismogeology including concept, subdisciplines and their definition,research ideas and approach and key technologies, theory and experiment basis, research scale and relations with relateddisciplines are discussed. It is pointed out that with the further development of geophysical exploration technologies, maybeusing petroleumseismogeology to find reservoirs accurately and carry out high efficiency development can become true.

problemdiscussion； research approach； key technologies； petroleumseismogeology

TE132.1+4

A

1673-8926（2011）03-0001-06

2011-02-18；

2011-03-25

卫平生，1965年生，男，博士，教授级高级工程师，主要从事石油地质理论、技术方法和应用方面的研究工作。地址：（730020）甘肃省兰州市城关区雁儿湾路 535号。电话：（0931）8686133。E-mail：weips@petrochina.com.cn

王会玲）