地震沉积学在塔北哈拉哈塘地区古河道识别中的应用

姜华 ，汪泽成，王华，王拥军，方欣欣，刘伟，张永超

(1. 中国石油勘探开发研究院，北京，100083；2. 中国地质大学 资源学院，湖北 武汉，430074；3. 中国地质大学 能源学院，北京，100083；4. 中国石油冀东油田公司,河北 唐山，063000)

地震沉积学(Seismic sedimentology)或地震地貌学(Seismic sedimentology)是继地震地层学和层序地层学之后出现的一门现代地震技术与沉积学相结合的新兴交叉学科，目前已经成为应用沉积学的一个热点，并且在油气勘探与岩相古地理的研究中得到了广泛的应用[1-7]。2005年2月，在美国休斯顿召开的地震地貌学会议上，Posamentier等[1]和Zeng等[2]分别提出了地震地貌学和地震沉积学的概念。它们的概念和研究内容等基本相同，从而奠定了地震沉积学的核心思想体系，即将三维地震的地球物理解释技术与沉积学研究相结合，刻画沉积体系的平面展布、空间形态及其演化过程，地震岩石学和地震地貌学组成了地震沉积学的核心内容[8]。近年来，地震沉积学在国外的海相地层研究中取得了重大的进展(尤其是对古河流体系和海底水道的研究中)，国内学者对这一领域的研究正逐渐展开并深入。如董春梅等[9]认为地震沉积学研究中的关键技术主要包括 90°相位转换技术、地层切片技术和分频段解释技术。陆永潮等[10]将测井约束反演技术、地层切片和属性分析技术、分频解释技术等都归属于地震沉积学的主要技术方法。随着地震技术的不断发展，通过沉积学的基本原理与新的地球物理技术的结合，对古沉积的认识将不断深入，并不拘泥于某一种或几种手段。因此，本文作者以地震沉积学基本原理为指导，以分频及混频技术为核心技术，以地震切片技术和精细地震解释为主要手段，对塔北哈拉哈塘地区的古河道展开研究，并对其独特的发育特征及沉积古地貌背景进行了分析。

1 区域地质

哈拉哈塘凹陷位于塔里木盆地塔北隆起轮台凸起以南，发育在轮南低凸起和英买力低凸起之间。其南部紧邻满加尔凹陷，是海相油气的有利指向区[11-12]，区域位置十分优越，勘探面积达4 369 km2(图1)，其中研究区为506 km2的高分辨率三维地震区。

受多期构造运动影响，塔北地区沉积古地貌不断发生演化，总体趋势向南部倾斜。由于晚加里东运动的强烈作用，哈拉哈塘北部奥陶系遭受强烈剥蚀，桑塔木组地层局部缺失，底部良里塔格组地层也受到一定程度的剥蚀。总体上，从奥陶系-二叠系沉积期表现为海相碳酸盐岩沉积向海相碎屑岩沉积过渡，再经历海陆过渡相沉积(图2)。在此期间，沉积环境经历了漫长的演化过程，蓬莱坝沉积时期为半局限台地、鹰山组沉积时期为半局限台地-开阔台地，一间房组沉积时期为开阔台地环境，吐木休克组沉积时期转化为淹没台地环境，良里塔格组沉积时期变为沉积陆坡环境，桑塔木组沉积时期为混积陆棚环境，至志留系沉积时期则演化为海相碎屑发育的沉积陆棚环境。从良里塔格组沉积前-志留系沉积期，沉积环境从陆坡向陆棚转化，在这一时期，河道开始发育并随着地貌形态的变化形成多期和多种形态的河道系统。这些河道对于下覆的碳酸盐岩岩溶储层的发育起到了重要的影响，识别和研究其发育特征及演化是分析古岩溶地貌的重要手段之一。

2 古河道的识别与追踪

三维地震数据体的广泛使用使古河流的刻画成为可能。应用地震属性体和三维透视技术是早期刻画河道的主要手段，近年来，随着地震分辨率的提高，分频技术得到了较好的应用，应用地震分频技术摆脱了仅依赖振幅类以及振幅衍生类地震属性信息的问题，可以极大限度地去除噪音以及其他无关信息的干扰[13-14]。由于没有钻井资料钻遇古河道，本次研究主要借助地震资料对古河道进行刻画和研究。综合运用地震沉积学中地层切片等手段，借助高分辨率三维地震，应用相干技术、分频和混频技术，识别各时期河道的底界面形态，进而研究其发育期次及分布规律。

图1 塔里木盆地塔北隆起区域构造图Fig.1 Regional structural sketch in North Tarim uplift

图2 塔北地区地层及构造事件图Fig.2 Sketch of strata and structure events in North Tarim

2.1 相干技术

相干切片技术是三维地震研究中具有重要意义的一种方法，它通过对地震数据道间能量的重新计算增大了地震反射的差异强度，从而使断裂、古河道等在地震体中得以更清晰的现实。Posamentier等[15]在2006年应用相干体水平切片技术获得了墨西哥湾某曲流河形态的清晰成像，从而使该技术成为地震体中古河道识别最成熟的手段和方法。本次研究中，通过相干运算方法建立三维相干地震数据体，并通过水平地层切片分析，发现从3 800～4 070 ms之间具有河流成像特征，发育地层为奥陶系一间房组、吐木休克组、良里塔格组以及志留系底部。但是，由于受到古岩溶串珠反射的影响，使古河道的成像受到干扰，在相干体中进行古河道的识别十分困难(如图3所示)。

2.2 地震分频与RGB混频技术

地震分频是基于地震频谱分析的全新地震成像方法。其原理主要是基于地震数据体由多频率地震子波与反射系数褶积形成的，不同频率地震信号对地质信息具有不同的反射特征。应用分频技术将三维地震进行频谱分解，形成不同的频率体，在单频数据体上寻找反映地质体的成像特征并优选出最具特征的频率体[16-17]。在此基础上，选择不同频率段中最能反映地质体特征的单频体并重新混合成为一个数据体，获得地质体的全部特征，这种方法就是混频技术。混频具有多种处理方法，其中 RGB混频是最有效的方法之一，主要方法是将不同频率的单频体分别放入红(red)、绿(green)、蓝(blue)三原色中不同的通道内重新混合成像用以实现地质体形态清晰的刻画。本次研究中在20～180 Hz之间对地震数据体进行频谱分析，认为低频对古河道具有更清晰的反映，并优选的20 Hz，32 Hz，48 Hz 3种频率体分别通过应用RGB混频技术生成混频地震体，获得古河道的清晰成像(图4)。在此基础上，应用三维立体解释技术将混频体中的河道成像特征与振幅地震体中的同相轴特征进行对比并进行精细追踪，完成河道的雕刻解释。本次研究实现了奥陶系吐木休克组底界面和志留系底界面古河道的刻画(图5)。

图3 塔北哈拉哈塘地区相干切片(T3920)Fig.3 Coherence slicing in Halaharang Area of North Tarim(T3920)

图4 时间切片(T3904)的单频率及混频成像特征Fig.4 Characters of single frequency and frequency mixing in time slicing(T3904)

图5 志留系底部与奥陶系吐木休克组底部古河道特征Fig.5 Characters of paleo-channels in bottom of Silurian and Tumuxiuke formation of Ordovician

3 古河道特征及其识别的意义

3.1 古河道发育特征

下切水道常作为判断不整合界面的重要标志，正是由于沉积间断期地貌形态的改变导致基准面的变化从而使河道形成，并且不同的地貌控制着不同的河道形态。哈拉哈塘地区的河道与层序界面密切相关，吐木休克组底界面、志留系底界面上主要发育于2个不同时期的古水道。

(1) 吐木休克组底界面发育河流特征(图5(a))。该期河道主要发育于吐木休克组地层沉积前，应用地层切片技术发现该组河道存在于该组底界面以下40 ms内，是明显发育于层序界面上的水流系统。该水流系统可以分为上游、中游、下游3个区，上游部分2个分支都表现为高弯曲度特征且下切深度不一，中游部分河道变得异常宽缓、下切较浅，在下游河道又变为高弯曲特征。在河道的许多部位可以清晰的看到河流侧向迁移特征。河道近南北向，总体反映北高南低的地貌趋势。

(2) 志留系底界面发育河流特征(图5(b)和图6)。该期河道主要发育期为晚加里东构造运动期，全部河道皆表现为高弯曲的特征，并且北部为多分支河道发育区，在南部汇合为一条河道。志留底界面是塔里木盆地最重要的不整合界面之一，塔北地区暴露时间长，地貌改造强烈，此时形成的河道深切至下覆的桑塔木组和良里塔格组，并对其岩溶发育产生重要影响。自北而南，整个水系表现为不断汇聚的特征，可以判断在该古河道发育期整体北高南低的古地貌格局。

3.2 古河道类型及其发现意义

在不同的地貌背景下，河流展现为不同发育特征，主要表现在下切深度、坡降梯度、宽深比、弯曲度等特征的差异[18](图7)。因此，不同类型的河流特征亦可以反映其发育期的地貌形态。根据Rosgen在1994年对河流的分类，针对研究区发育的河流进行了弯曲度的分析，进而获得对河道发育期古地貌形态的认识。根据弯曲度指标和河流成像特征分析认为：吐木休克组底界面发育的河流属于典型曲流河,而志留系底界面发育河流则表现为稳定曲流河特征(图8)。

志留系和奥陶系吐木休克组底界面河道的发现具有十分重要的意义[19-20]：(1) 证明了这 2期都存在暴露型沉积间断，特别是吐木休克组底界面一直被认为是淹没型不整合，属于水下沉积间断，而其界面上曲流河的发现则揭示在哈拉哈特地区甚至更广阔的地区曾经发生过短暂的暴露。这就为塔北地区岩溶储层主要发育于吐木休克组底界面以下一定范围内提供更为合理的解释；(2) 无论是曲流河还是高曲度的稳定曲流河，都反映了河流发生时地貌处于一种平缓的趋势，从而为该区域的古地貌分析提供了一种新的方法。

图6 志留系底界面河道在任意线上的特征(图中箭头指示志留底界面与任意线河道交汇部位)Fig.6 Characters of paleo-channels on bottom of Silurian in arbitrary line of 3D seismic

图7 河流分类及特征(据Rosgen,1994[18])Fig.7 Classification and features of rivers(after Rosgen,1994[18])

图8 两期河流形态特征与河流类型Fig.8 Characters and types of two periods of paleo-channels

4 结论

(1) 应用地震沉积学识别古河道是目前古河道体系研究较为先进的手段，结合钻井、测井等可以更准确地认识河道充填物性质，从而确定其对储层发育的意义。本文中描述的古河道尚未有钻井揭示，通过刻画河道形态研究古地貌对于认识古岩溶发育背景及发育程度是一种尝试。

(2) 以混频为核心技术，将相干体技术、混频技术相结合，应用时间切片、沿层切片等方法，刻画了该区域吐木休克组沉积前和志留系沉积前发育的两期主要河道的全貌，并分析了两期河道的主要特征，认为奥陶系吐木休克组底界面发育河道属于典型曲流河，而志留系底界面发育河道属于高曲稳定曲流河。

(3) 应用前人对现代河流发育类型及其与地形关系的研究成果，确定两期河道发育时，古地貌都相对平缓，且志留系底界面稳定曲流河发育比奥陶吐木休克组底界面典型曲流河发育时期应具有更平缓的地貌。

(4) 吐木休克组底界面河流的发现证明在哈拉哈塘地区可能存在着一定时间的暴露性沉积间断而不是单一的水下沉积间断，从而为研究其界面下古岩溶储层的发育提供了更为合理的解释。

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