地震沉积学在油气勘探中的研究与应用

2015-03-02许昕中国地质大学武汉资源学院湖北武汉430074

长江大学学报(自科版) 2015年29期

关键词：沉积相勘探沉积

许昕　(中国地质大学(武汉)资源学院，湖北武汉 430074)

李俊颉　(长江大学地球科学学院，湖北武汉 430100)

地震沉积学在油气勘探中的研究与应用

许昕(中国地质大学(武汉)资源学院，湖北武汉 430074)

李俊颉(长江大学地球科学学院，湖北武汉 430100)

[摘要]地震沉积学是勘探开发领域中的一个新兴学科，是高精度地震资料分析、野外露头观察以及沉积体系研究3个方面的交叉与融合。简述了该学科的发展背景及技术方法，并以塔里木盆地牙哈地区为例，阐述了地震沉积学在油气勘探中的应用。

[关键词]地震沉积学；勘探开发；研究方法；塔里木盆地；牙哈地区

地震沉积学(seismic sedimentology)是一门新兴学科，是继地震地层学和高分辨率层序地层学之后又涌现出的一门现代物探技术与沉积学研究相融合的新兴交叉学科。该学科主要是高精度地震资料分析、野外露头观察以及沉积体系研究3个方面的交叉与融合。我国学者曾洪流在1998年首次提出地震沉积学概念，在2000年时由Wolfgang S.[1]对该学科进行了进一步细致的定位，最终由曾洪流在2004年将其定义为“利用地震资料研究沉积岩和沉积作用的一门学科”，并指出其研究的核心内容是地震岩性学和地震地貌学。曾洪流[2]在2011年又将其明确为“通过地震岩性学、地震地貌学的综合分析，研究岩性、沉积成因、沉积体系和盆地充填历史的学科”。由此可见，它主要是依据沉积学理论，利用地震属性技术定量和客观地反映不同级别等时地层格架内的沉积相和储层，其研究目标是等时地层格架内的沉积相和储层。

随着地震沉积学在国外油气勘探领域的深入应用，我国的相关学者也开始将研究重心转移到该领域上来。通过近10年的不懈努力，国内学者应用地震沉积学的技术在深水沉积和河流体系等方面取得了丰硕成果。

笔者结合自己的理论学习和项目经验，对地震沉积学的发展背景及技术方法进行了梳理，并结合相关实例对地震沉积学在油气勘探领域中的应用进行了分析。

1地震沉积学的发展背景

在勘探油气的各种物探方法中，地震勘探已经成为一种最为直接有效的方法。地震勘探技术在多年的油田应用中已经取得了长足的进步。地震技术手段的演化也经历了几个不同的阶段，一方面是从二维地震转向三维地震，常规三维地震转向高分辨率三维地震，再从三维地震又进一步转换为四维地震；另一方面则是从研究地层与构造逐步深入到沉积体系的探究。目前，我国塔里木盆地牙哈地区、济阳坳陷等区域已经实现了商业化的三维地震工区全覆盖，这不仅有助于油田专家弄清地下地层的接触关系和古构造特征，也有利于进一步明确古沉积特征，为后续的油气勘探打下坚实基础。

随着地震手段的不断推广应用，地震记录开始被更多地应用到广大无岩心或者无露头的地区，利用地震剖面上的反射特征来识别沉积相，从而预测有利区带。每一种沉积体系的发育都受到了复合因素的影响和控制，准确地还原古地理、古地貌、古气候和物源演化，有助于呈现出原本真实的沉积环境，这对于油气圈闭的研究有着极为重要的意义。除此之外，地震属性分析可以定量描述沉积单元与岩石相特征，再结合地质上沉积学方面的研究就形成了地震沉积学的理论前提。简而言之，就是地震相与地质相的有效融合。

目前，利用精度高、信噪比高、数据密度大的三维地震资料对地层和构造的研究已经趋于成熟，但是以上研究已经不能进一步满足油田勘探开发的需要。充分利用三维地震资料对沉积相带识别、有利区带预测、储集砂体精细刻画已成为油田生产关注的新方向，地震沉积学就是在这样的环境下应运而生。

目前，国内一些学者对地震沉积学的认识还不尽统一。林承焰等[3]认为地层切片技术、90°相位转换和分频段解释等应当根据层位标定的情况而论，而非全部绝对都是90°，分频解释技术也应该和时频分析技术相互结合，只有这样才能可能取得显著效果。陆永潮等[4]认为地震沉积学是在高精度三维地震资料、露头及钻井岩心资料基础上建立起来的沉积环境联合模式。魏嘉等[5]认为90°相位转换和分频解释技术不是地震沉积学的关键技术。刘保国等[6]则提出实用地震沉积学的观点。可见，学者们根据各自研究重点的不同，对地震沉积学的定义也是有区别的。

2地震沉积学的技术方法

地震沉积学是地震地层学和层序地层学下属的一个新交叉性学科。利用高分辨率地震三维资料，建立起古沉积体系与其相对应的一种综合反馈。地震沉积学的核心就是根据不同反射层内划分出不同的地震相带，再根据井间沉积相和相序递变规律，将地震相转化为沉积相。

通过上述概念和含义不难发现，地震沉积学就是沉积相与地震相的有机结合，要将两者很好地结合在一起就必须做好2个方面的内容。其一就是必须清楚地了解各个沉积单元在三维地震空间上所反映出的特点，弄清楚各种沉积环境模式、地层组合模式和沉积发育模式；另一方面就是熟知地震勘探的基本原理，了解各项地震参数所代表的地质含义，清楚每一种反射结构和外部几何形态等特征。

地震沉积学作为一门新兴的交叉学科，充分结合了地质学的理论思想和地球物理学的应用技术，展现出了巨大优势和广阔的应用前景，相关的一些方法和技术已经广泛应用到沉积体分析、沉积过程分析、定量储层表征等方面。特别是针对我国一些处于陆相沉积盆地的油田，因构造复杂、沉积环境多变，更需要地震沉积学这样包含地质理论和地球物理技术的交叉学科来解决实际问题，尤其是在隐蔽油气藏的勘探开发方面，应用前景可谓十分广阔。

地震沉积学实质上就是地震相研究与沉积相研究的交织，这两者实质上既是一种相互补充也是一种相互验证。将原本地震反射特征赋予了地质学的观念和思路，与此同时，将油田内一些模糊的地质认识进行了细化，形成了以下的技术思路：首先，通过野外露头和取心井岩心的观察，建立研究区内的地质模型；其次，根据单井相分析、单连井层序分析、相位转换和分频解释形成高分辨率层序地层解释；再次结合地震反演与属性分析，完成岩性识别；最终，形成地震相平面展布、沉积相平面展布、沉积空间展布以及有利区带预测。具体研究框架如图1所示。

图1　地震沉积学研究路线

3地震沉积学的应用

国外早在20世纪80年代就开始广泛应用地震沉积学，中国对该项技术的应用起步较晚。与此同时，在实际应用二维地震资料的过程中往往受到了分辨率和解释准确性的限制，没有形成一整套完善的解释体系。随着三维、四维地震资料的引入和广泛应用，上述问题得到了较好解决，并取得了实质性的突破。笔者以塔里木盆地牙哈地区地震沉积学的研究与应用为例，简要阐述该学科在勘探开发领域中的应用。

在地震剖面的研究工作中，可以提取振幅、波形、频率、衰减、相关性、速度、AVO及其各种比率等8个地震属性。但在实际的研究过程中，往往选取相位、频率和振幅等3个属性作为基础。研究沉积相的展布前提就是要明确砂体厚度分布范围以及延伸趋势，而振幅属性恰恰可以很好地反映出砂体的分布规律。通过对牙哈地区所做的岩心-测井相分析不难发现，波阻抗差高，振幅强的为砂泥岩互层；波阻抗差低，振幅小的为泥岩。图2为牙哈地区库车组下部至中上部的均方根振幅属性图，该图直观地反映出了顺牙哈大断裂向南，均方根振幅自下而上沿某一固定方向表现为高值。经过分析认为是水道沿着固定方向呈现挠曲状发育，且在不同沉积时期，由于主物源方向发生改变，从而导致河道的流向也发生了改变。

图2　牙哈地区库车组均方根振幅属性图

图3为牙哈地区库车组下部至中上部的沉积相平面图，研究认为该组下部沉积期水体较浅，河流弯曲度不高，物源供给充足，主河道及中等形态的片状小水道沿东北-西南方向延伸，其中发育有少量天然堤亚相和决口扇亚相；而中上部时期水体开始加深并造成大范围泛滥，紧贴河道发育有一些小规模的天然堤微相，小范围则发育少量决口扇微相；北部和西南大部分地区发育成为了河漫滩微相，期间偶见一些零散分布的片流小水道，同时低洼地带则形成了孤立分布的牛轭湖亚相。