YB地区茅口组三段礁滩地震相精细刻画技术与应用

王 银, 李文成, 陈会霞, 贺鸿冰

(中国石化勘探分公司，成都 610041)

0 前言

川北地区作为四川盆地的天然气主要增储阵地之一，正面临着勘探程度不断提高，勘探对象日益复杂，后备资源准备不足的困境。在未突破的层系或领域里面，除了前期构造演化、沉积充填等基础研究之外，地震资料信息没有得到充分的挖掘，而钻井和露头信息都无法准确传达地下沉积相及微相的变化。地震资料作为唯一能反映地下地质规律变化的信息来源，是油气勘探中最重要的基础资料，因此，挖掘地震资料中有价值的油气信息就成为勘探成功的关键。地震相分析就是充分利用地震剖面上的波组特征及反射结构的变化，进行沉积相及沉积物物性的推断解释，进而指出有利的油气勘探区带和目标[1-3]。为了解决油气勘探的实际问题，深化地球物理与地质认识相结合，发展地震相精细解释技术具有重要的意义。传统的地震相解释,主要依赖于人对地震剖面反射结构、波组特征变化的认识和对地震沉积学等几门学科的理解，从而进行地震相与沉积相的联合解释，存在解释主观性、信息提取不全等方面的缺陷[4]。以隐蔽性油气藏为主的勘探对象，对地震相的解释和划分提出了更高要求。朝着多元化、精细化的地震相刻画技术发展方向，国内、外发展了基于剖面的精细等时格架建立基础之上的波形分类、地震属性、地震数据切片等地震相刻画技术，是目前主流的地震相划分和解释手段[5-6]。

1 技术方法

YB地区茅三段礁滩气藏总体为大型低缓斜坡构造背景下的岩性圈闭，礁滩储层发育程度受沉积相带严格控制，与长兴组大型台缘礁滩模式不同，YB地区茅口组具有古地貌平缓，沉积差异小，台缘浅滩厚度薄，储层横向非均质变化快等特点，造成进一步评价YB地区茅口组勘探潜力存在一定的困难。针对茅口组沉积及储层发育的特点，开展高精度地震相精细刻画是解决储层预测问题的关键。针对问题的难点，本次研究应用地震沉积学原理，在建立精细的地震等时格架剖面基础之上，采用基于全局优化地层模型的沉积微相精细刻画技术，克服传统的属性切片缺陷，建立全局等时地层模型，并从三维地层模型中提取属性切片，提高切片的等时性及准确性，分析高能滩沉积演化过程，确定最有利沉积相带分布区，最终达到精细刻画地震相的目的(图1)。

图1 地震相精细刻画思路Fig.1 Fine characterization of seismic facies

2 高精度地震等时格架的建立

2.1 单井地质特征

YB地区茅口组茅三段由两个四级旋回组成，顶部与吴家坪组海侵期的灰质泥岩呈现岩性亚相转换面，底部以海侵域形成的高GR、低KTH，泥灰岩与茅二段顶高位域的生屑灰岩、含泥生屑灰岩接触，发育开阔台地、台地边缘及斜坡相沉积，典型井为A、B、C和D井。通过重点解剖研究区钻井，明确各井目的层沉积特征、岩性组合及有效储层特征，确定层序地层格架下沉积旋回和沉积相，为下步研究奠定基础。B井：茅三段厚为162.2 m，划分两个四级旋回，对应2个亚段,茅三1亚段为第①个四级旋回(88 m)：高位域的岩性主要为泥晶生屑灰岩、亮—泥晶生屑灰岩中缓坡沉积；海侵域以泥灰岩为主，外缓坡沉积。茅三2亚段：第②个四级旋回(厚度为74.2 m)：高位域主要为泥-亮晶生屑灰岩、亮晶生屑砂屑灰岩，反映高能台地边缘沉积；海侵域为泥晶生屑灰岩沉积。C井：茅三段为斜坡相沉积，岩性为泥灰岩、碳质泥岩夹含生屑灰岩。D井：茅三段为缓坡到开阔台地沉积，下部主要为泥灰岩、含泥含生屑灰岩沉积，向上水变浅，主要为厚层生屑灰岩、含生屑灰岩。A井：茅三段为缓坡到开阔台地沉积，下部主要为泥灰岩、含泥含生屑灰岩沉积，向上水深变浅，主要为厚层生屑灰岩、含生屑灰岩。

2.2 单井地震相

针对YB地区研究目的层，通过单井分析确定的沉积相带，分沉积相带对单井地震构形进行分析，确定不同岩性组合对应的地震相特征。

B井位于台地边缘，在茅三段发育台缘浅滩相沉积，岩性主要为泥—亮晶生屑灰岩、亮晶生屑砂屑灰岩，茅三段大套灰岩沉积在地震上呈现为弱振幅反射(图2)。

图2 YB地区各井地震反射特征Fig.2 Seismic reflection characteristics of each well in Yb area(a)台地边缘:B井;(b)斜坡相:C井;(c)开阔台地:D井;(d)开阔台地:A井

C井位于碳酸盐岩台地外斜坡—陆棚相。在茅三段，发育斜坡相沉积，地层厚度相对台地边缘变薄，岩性主要为泥灰岩、碳质泥岩夹含生屑灰岩，茅三段为顶谷底峰平行—楔状反射，内部斜坡泥岩与灰岩互层呈空白反射。

D井茅三段位于开阔台地沉积，下部主要为泥灰岩、含泥含生屑灰岩沉积，向上水体变浅，主要为厚层生屑灰岩、含生屑灰岩，在地震上呈强峰强谷平行反射，层内大套灰岩呈弱振幅反射。

A井茅三段发育开阔台地沉积，下部主要为泥灰岩、含泥含生屑灰岩沉积，向上水体变浅，主要为厚层生屑灰岩、含生屑灰岩，在地震上呈强峰强谷平行反射，层内大套灰岩呈弱振幅反射。

过D井—A井—B井—C井连井地震剖面上，可以看出，在目的层茅三段上亚段，B井区附近，岩相为外浅滩亮晶生屑灰岩，为丘状反射，内部波峰。B井和A井之间的内浅滩生屑灰岩为微幅丘状，平行双峰反射。A井和D井所在的台内灰岩沉积区，地震反射特征为强峰强谷平行反射(图3)。

图3 过D井-A井-B井-C井连井地震剖面Fig.3 Cross well D-A-B-C seismic profile

2.3 高精度地震等时格架的建立

YB地区目前钻穿茅口组的井有4口，选取不同相带的三口井，结合钻井资料，建立过A、B、C三口井的地震层序地层格架剖面图(图4)。栖霞组至茅口组发育3个Ⅲ级层序。其中层序(SQ2)由茅口组一段及二段组成，层序(SQ3)由茅三段组成。

图4 YB地区高精度地震地层等时格架剖面Fig.4 Isochronous framework profile of high precision seismic strata in Yb area

茅口组Ⅲ级层序格架SQ2：本层序格架由茅口组一段及二段组成。底部层序界面为茅口组与栖霞组分界面，为岩性岩相转换II级层序界面(SB2)，在地震剖面上表现为强波峰特征。其海侵体系域由茅一段下部组成。整个川东北地区位于开阔台地内，水体相对较深，泥质含量较重，岩性以薄层灰色深灰色泥晶灰岩、泥质灰岩、含泥灰岩为主，局部夹碳质泥岩条带。其高位体系域由茅一段上部及茅二段组成，川东北地区整体为开阔台地沉积，高位体系域早期，水体深度变化不大，局部地貌高地区沉积有生屑滩，在茅二段相对海平面降低，在A井区发育开阔太低生屑滩沉积，岩性主要为灰色生屑滩沉积，岩性主要为灰色生屑灰岩沉积。

茅口组Ⅲ级层序格架SQ3：本层序格架由茅口组三段组成。底部层序界面为茅口组三段与茅二段分界面，为岩性岩相转换界面和短暂的局部暴露不整合面，为Ⅱ类层序界面(SB2)。在地震剖面上表现为强-弱波峰特征。其海侵体系域由茅三段下部组成，YB地区岩性主要为灰色、深灰色泥晶灰岩、泥质灰岩夹铝土质泥岩、泥岩沉积。在C井区向北为灰质泥岩、碳质泥岩沉积。本层序滩相储层不发育。其高位域体系由茅三段上部组成，A井区至C井区间为台地边缘高能滩沉积，地层厚度明显增厚，岩性主要为灰色、深灰色生屑灰岩、含生屑灰岩夹薄层白云岩沉积；C井区受峨眉地裂运动影响，在拉张裂陷环境下下沉，沿北西—南东方向地层厚度减薄，发育斜坡相沉积，岩性主要为碳质泥岩、灰质泥岩夹薄层泥质灰岩、灰岩沉积。茅三段末期整体抬升剥蚀，表现为升隆侵蚀不整合界面特征，沉积岩性主要为铝土质泥岩夹煤线。地震剖面上不整合面由南部A井区的强波峰向C井区以北变为强波峰之上的零相位。

3 地震相刻画

3.1 波形聚类

沉积地层的任何地质参数的变化，总是反映在地震道波形形状的变化上。波形分类处理基于地震道的形状变化情况，主要通过地震数据样点值的变化转换成地震道形状的变化来实现，振幅值的大小对地震道整体形状变化来说意义并不是很重要，首先划分出几种典型的波形特征的模型道，再将每一实际地震道赋予一个与其最接近的模型道。模型道的计算是通过模糊聚类、神经网络等聚类分析方法来完成的，根据每道的数值对地震道形状进行分类，也就是划分地震相[7-9]。

模糊均值算法是目前应用最广泛的聚类算法之一，它最早是由Bezdek[10]教授提出的。模糊聚类分析的基本思想，是用相似性尺度来衡量事物之间的亲疏程度并以此来实现分类，其实质就是根据研究对象本身的属性来构造模糊矩阵，在此基础上根据一定的隶属度来确定分类关系。模糊聚类属于模式识别中的无监督学习，它不需要训练样本，可以直接通过机器学习达到自动分类的目的[11-12]。

等时格架剖面表明，YB地区茅三段地层沉积分异明显，地震等时格架单元内地震相变化丰富，以茅三段地层地震等时格架顶底为时窗，通过统计发现相干性较差的波形可以分为7类，在平面上的展布具有明显的规律。波形分类平面上主要分为四类波形(图5)，从西南-北东分别用蓝色、黄色、红色、紫色，另外几种颜色零星分布在四大类的周围，结合钻井和沉积环境开展地震相解释。紫色代表陆棚-斜坡相，主要以泥岩及硅质岩为主，以C井为代表；红色和黄色为台地边缘浅滩沉积，以B井为代表；蓝色为开阔台地相，以灰岩和含泥灰岩沉积为主，以A井和D井为代表。

图5 YB地区茅三段波形分类图Fig.5 Waveform classification of maosan section in YB area

3.2 基于全局等时地层格架的地震相演化

基于波形分类的地震相分析原理是，利用地震道波形特征对某一层段内地震数据道进行逐道对比，将代表同一类沉积相的地震反射波分为一类，从而得到地震异常体平面分布规律并以此来揭示同一沉积相带[13-15]。波形分类属性结合古地貌图可以精细刻画台缘相带，但地震内部反射结构不清，地震相刻画精度不高。为了进一步提高地震相分析的精度，开展了基于全局等时地层格架的地震相精细刻画技术研究。基于全局三维地层模型的属性地层切片，较之传统方式更具有等时性，建立全局等时地层模型，并从三维地层模型中提取属性切片，不仅可以提高切片的等时性及准确性，而且以此为基础可以开展地震微相的精细刻画。

图6 全局优化地层模型技术Fig.6 Global optimization of formation model technology

图6是全局优化地层模型建立技术流程，其主要分以下几步：①在地震波形数据的基础上建立三维网格模型，在极性处(波峰、波谷及零相位)设置固定步长形成节点网格；②定义步长，将步长内的局部道数据所形成的Patch(面元)被当作最基础的对象单元，计算两个单元间的多种属性后得出的一个综合的相关度指标；③从全局的角度进行价值函数计算，通过对比后，将价值函数最小的那个整体节点连接结果输出，获得全局等时的三维地层模型数据体。在全局等时三维地层模型数据体中抽取层位，进行属性提取，获得等时的地层属性切片，提高沉积微相刻画精度。

图7是元坝茅口组全局等时地层格架，其将剖面内所有同相轴，以最小成本函数为约束进行了追踪，自动追踪层位与剖面匹配关系良好，由于其是基于三维数据体的解释，解释结果更具等时性、更准确。同时，全局自动追踪得层位，为等时切片属性分析奠定基础。

图7 YB地区茅口组全局地震等时格架Fig.7 Global seismic isochronous framework of Maokou formation in Yb area(a)研究区原始地震剖面;(b)研究区模型网格;(c)研究区等时地层格架模型

等时地层切片技术是通过追踪两个等时沉积界面间等比例内插出的一系列层面进行切片分析，来研究沉积体系和沉积相平面展布的技术。等时地层切片考虑了沉积速率和沉积体平面位置的变化，比时间切片和沿层切片更加合理，在地层厚度变化比较大的情况下，等时地层切片与沿层切片相比优势明显，更具有相对等时意义[16-24]。

图8 YB地区茅三段振幅切片图Fig.8 Amplitude slice of mao3 in Yb area

图9 YB地区茅三段振幅切片图Fig.9 Amplitude slice of mao3 in Yb area(a)茅三段底界向上10 ms；(b)茅三段底界向上20 ms；(c)茅三段底界向上30 ms；(d)茅三段底界向上40 ms

以茅口组三段为一个地震等时格架单元，在该单元内插入若干个等分格架面，与振幅、相位、频率等数据体相切，可以得出一系列反应各自年代地层的属性切片，以图8四个关键地震等时格架的振幅切片加以说明，图8(a)为茅三段早期振幅切片，西南角黄色为基调代表区域为内缓坡沉积，蓝色为基调的中部地区为中缓坡沉积，东北角橘黄色区域代表外缓坡沉积，图8(b)、图8(c)除了明显的相带差异外，也刻画了内缓坡及中缓坡沉积物横向的细微变化，东北角外缓坡沉积物较为均一，图8(b)可以看出在茅一二段沉积高部位发育浅滩，随后浅滩逐渐向北东方向迁移。图8(d)为茅三段沉积晚期，沉积差异最大化，发育了西南角橘红色为主基调的开阔台地，中部以黄色为主基调区域的台地边缘，东北角天蓝色、黄色为斜坡-陆棚相，开阔台地及斜坡-陆棚相沉积物横向差异小，颜色较为较为单一。台地边缘区域振幅变化丰富，整体可以划分为两个带，白色虚线外侧黄色区域为台地边缘丘滩沉积，B井实钻已证实。白色虚线内侧，非均质变化非常强烈，推测为台地边缘浅滩沉积叠合岩溶发育带，均为油气勘探的有利区带。

4 应用效果对比

在本次研究中，我们将常规方法制作的地震相演化切片(图9)，与基于全局等时地层格架的地震相演化切片图相比较，从图9(a)上可以看出，西南角红色、青绿色为基调区域代表了内缓坡沉积，中部蓝色区域代表了中缓坡沉积，整体来看早期有相带差异，但边界不明显，图9(b)～图9(d)为茅三段中-晚期振幅切片，表明整体台地进一步分异，西南角红色区边界明显，中间青绿色区域零星分布，反映了滩体从西南往东北方向迁移的过程，但与图8(b)～图8(d)相比较，滩体的分布边界模糊不清。

5 小结

传统的属性切片一般通过层位计算后提取对应信息获得，不能做到足够精细，而基于全局三维地层模型的属性地层切片较之传统方式更具有等时性。采用全局优化地层模型建立技术，建立全局等时地层模型，并从三维地层模型中提取属性切片，提高切片的等时性及准确性，分析高能滩沉积演化过程，确定最有利沉积相带分布区，该方法的研究成果，有效支撑了圈闭刻画及井位论证工作。