地震沉積學(xué)方法在高頻層序解釋中的應(yīng)用

地震沉積學(xué)方法在高頻層序解釋中的應(yīng)用

過去，高熱效率層序?qū)痈竦臉?gòu)建使用高分辨率的油井?dāng)?shù)據(jù)，建立高熱效率層格架，然后通過測量井震，建立井?dāng)?shù)據(jù)與地震剖面之間的聯(lián)系，并在井間跟蹤和形成區(qū)域地震序列和地震相圖。在測井資料數(shù)量多、連片性好及其本身的量化特點(diǎn)能得以廣泛應(yīng)用的地區(qū),可以依據(jù)測井和鉆井資料建立高頻層序等時地層格架。但在少井或無井的地區(qū),需在三維地震空間中重構(gòu)四級層序格架,即在井間內(nèi)插入主要層序地層界面,并通過地震資料的解釋,將這些界面在脫離井控下外推到三維地震勘探區(qū)。這就要求解釋人員須借助大量的地震反射終止邊界(上超、下超、削截等)以及各種地震相參數(shù)(外部形態(tài)和內(nèi)部結(jié)構(gòu)),劃分出層序和地震相。但在實(shí)際地震資料中,地震反射大多為平行到發(fā)散的結(jié)構(gòu),缺少明顯的反射終止邊界。同時,由于地震資料的頻率為10~80Hz,其主頻多為30~50Hz,缺少高頻成分,分辨率較低。因此,用地震資料不能檢測小規(guī)模的旋回,大多數(shù)高頻層序的邊界和最大海泛面在地震剖面上也不可見,且多數(shù)的地震反射同相軸不易側(cè)向追蹤。針對常規(guī)高頻層序解釋中存在的難點(diǎn)問題,文獻(xiàn)提出了一種新的替代方法,即地震沉積學(xué)與高頻層序地層學(xué)相結(jié)合,使得高頻層序界面的追蹤以及三維空間成像變得更加快捷、準(zhǔn)確。本文運(yùn)用地震沉積學(xué)理論和方法,充分利用地質(zhì)、地球物理等資料,通過典型實(shí)例分析,探討了運(yùn)用該方法進(jìn)行高頻層序解釋的可行性和適用性。2地震資料特征分析研究區(qū)位于新生代鶯歌海盆地北部的陡坡帶,面積140km2,目的層段埋深1200~1400m,厚度約200m.已有的鉆井資料揭示,目的層段處于一個三級層序內(nèi),為曲流河沉積,物源來自北邊的凸起,河道砂體厚度一般8~10m.研究區(qū)目前僅有6口鉆井,且分布不均,集中分布于研究區(qū)北部。雖然埋深較淺,但由于是陸相沉積,湖平面頻繁變化,在地震剖面上除了少數(shù)的強(qiáng)振幅同相軸外,內(nèi)部以雜亂、發(fā)散、不連續(xù)、亞平行弱反射為主;地震資料的垂向分辨率較低,在垂直河道走向的剖面上,看不到河道下切的特征,無法直接辨認(rèn)出河道。在這種情況下,若解釋人員運(yùn)用傳統(tǒng)的解釋方式進(jìn)行高頻層序解釋,容易造成較大的誤差。本文根據(jù)薄層地震反射調(diào)諧的原理,依據(jù)薄層地震反射橫向能量的差異性,查明河道在地震剖面上所表現(xiàn)出的明顯的橫向振幅能量差異,提出用高分辨率地震資料的地層切片來表征古河道沉積砂體的橫向展布特征。該方法能夠更清晰、更細(xì)致地刻畫河流的沉積特征,從而為運(yùn)用地震沉積學(xué)進(jìn)行高頻層序解釋提供一個范例。3地震資料解釋地震沉積學(xué)的高頻層序解釋以地震沉積學(xué)為理論基礎(chǔ),先研究低級層序地層(二級和三級)格架中的高分辨率水平沉積單元(平面圖),在垂向三維剖面中分析地層層序的先后順序,然后結(jié)合地質(zhì)、測井資料,并通過各種地震資料解釋處理和解釋技術(shù)(相位轉(zhuǎn)換、地層切片、分頻解釋和雙面雙域解釋等),根據(jù)低級層序地層界面之間的沉積特征和演化規(guī)律來進(jìn)行高頻層序界面解釋。這種新的解釋方法把高頻層序地層學(xué)研究的重點(diǎn),從解釋說明垂向地震剖面,轉(zhuǎn)移到分析更多的橫向上高分辨率地震引起的地貌特征信息,使得高頻層序界面的追蹤以及三維空間成像變得更加快捷、準(zhǔn)確。地震沉積學(xué)的高頻層序解釋主要包括3個步驟:①地震數(shù)據(jù)體向巖性數(shù)據(jù)體轉(zhuǎn)換;②地震地貌初步確定高頻層序界面位置;③分頻剖面監(jiān)控調(diào)整高頻層序界面。3.1地震數(shù)據(jù)處理地震沉積學(xué)高頻層序解釋,主要利用三級等時層序界面之間的沉積特征和演化規(guī)律來解釋高頻層序界面。解釋人員常用的是地震振幅數(shù)據(jù)體,該數(shù)據(jù)體同相軸反映的是地層界面反射系數(shù)的差異,對應(yīng)的是地層界面(等時界面)的位置,地震振幅與巖性地層之間不存在必然聯(lián)系。本次研究的地震資料為針對目的層進(jìn)行的高分辨率地震采集資料,所以它符合該方法對地震資料品質(zhì)要求較高的基本條件。在地震資料的解釋處理過程中,采用了井控提高分辨率處理、小波分頻處理等手段,以確保達(dá)到地震資料的品質(zhì)要求。為此,可以通過各種地震處理手段(如相位調(diào)整、AVO分析、波阻抗反演等)提取其中的巖性信息,也可利用測井?dāng)?shù)據(jù)對地震資料進(jìn)行約束,減少其不確定性,將三維地震體轉(zhuǎn)化為測井巖性體。該方法無需井和地震層位的約束,適用于海上無井或少井地區(qū),或測井曲線不全的地區(qū),尤其適用于薄砂層的解釋。應(yīng)用該方法時要特別注意的是,相位轉(zhuǎn)換是對地震數(shù)據(jù)進(jìn)行相位旋轉(zhuǎn),它只改變了地質(zhì)層位所對應(yīng)的地震相位,并沒有提高地震資料的分辨率,而地震資料只有在分辨能力窗口內(nèi),才能準(zhǔn)確反映地質(zhì)體的頂面、底面和厚度。解釋人員需要做的是將地層界面標(biāo)定到零相位上,使地震相位在一個波長的厚度范圍內(nèi)與巖性唯一對應(yīng),具體轉(zhuǎn)換角度應(yīng)根據(jù)目的層位高頻層序界面對應(yīng)的地震相位角來決定。例如,標(biāo)定某層序界面對應(yīng)45°相位,只需要將相位調(diào)整45°,使其層面對應(yīng)于零相位;而對于標(biāo)準(zhǔn)的0°相位地震資料,則應(yīng)進(jìn)行90°相位轉(zhuǎn)換。值得注意的是,當(dāng)?shù)卣鹳Y料進(jìn)行非90°相位轉(zhuǎn)換時,地震子波實(shí)際上會發(fā)生畸變(不具備共軛對稱的特點(diǎn)),使原有的地震振幅也發(fā)生一定變化,所以實(shí)際運(yùn)用中要慎重。圖1是研究區(qū)的一個地震振幅數(shù)據(jù)體,井旁為自然伽馬曲線,由于地震振幅數(shù)據(jù)體為標(biāo)準(zhǔn)的0°相位,因而可通過90°相位轉(zhuǎn)換進(jìn)行地震巖性的標(biāo)定。從圖1中可以看出,在0°相位地震剖面上,砂體與地震同相軸之間沒有直接的對應(yīng)關(guān)系(圖1a),而在90°相位地震剖面上,單井上的主要砂體與地震剖面上的波谷相對應(yīng),地震道類似于波阻抗剖面,地震相位具有了巖性意義,因而通過地震振幅進(jìn)行沉積特征及演化規(guī)律的研究,即可進(jìn)行高頻層序解釋。3.2地質(zhì)意義的層序界面在地層切片地震沉積學(xué)高頻層序解釋的關(guān)鍵是從沉積體的平面地貌觀察入手,通過研究平面沉積成像分析垂向上地層層序的先后順序,而地震地貌學(xué)是沉積成像研究的有利工具。地震地貌成像是沿等時沉積界面(地質(zhì)時間界面)提取振幅,反映地震研究區(qū)內(nèi)沉積體的展布范圍。這樣的地震切片(或地層切片),主要是通過在等地質(zhì)時間的地震同相軸間進(jìn)行線性切片來實(shí)現(xiàn)的,用于盆地分析和儲集層粗略描述,可使沉積相成圖變得比較簡單。制作地層切片,首先要選取連續(xù)的、具有等時地質(zhì)意義的反射同相軸作為參考標(biāo)志層,本次研究中選取了相鄰2個三級層序界面為參照同相軸,以6m為時間間隔在2個小層內(nèi)制作了一系列地層切片(圖2)。由于已對研究區(qū)的地震剖面進(jìn)行了90°相位轉(zhuǎn)換,使得地震反射振幅與單井巖性具有極好的對應(yīng)關(guān)系,單井上的主要砂巖已與地震剖面上的波谷相對應(yīng),根據(jù)文獻(xiàn)關(guān)于波谷振幅大小與砂巖厚度的關(guān)系曲線,可認(rèn)為地層切片中強(qiáng)的負(fù)振幅區(qū)(黑色)即表示厚層砂巖發(fā)育,弱的負(fù)振幅區(qū)表示薄層泥質(zhì)砂巖發(fā)育,強(qiáng)的正振幅區(qū)(紅色)表示泥巖發(fā)育。3.3分頻解釋技術(shù)的應(yīng)用在典型地震地貌的控制下,能初步確定高頻層序界面的位置,但輕微的穿時不會影響地層切片上巖相分布的整體態(tài)勢,只是沉積體局部的連續(xù)性不太好。如圖3a中整個曲流河的形態(tài)均比較清晰,但在畫圈部分,由于地層切片的穿時,其邊界卻比較模糊。因此,為了保證高頻層序界面的嚴(yán)格等時性,有必要在典型地層切片的控制下,利用雙面雙域解釋技術(shù),結(jié)合平面及剖面特征進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。由于地震同相軸既不簡單地反映等時界面,也不單純反映巖性界面,而是受地震資料分辨率的控制,不同頻段的地震數(shù)據(jù)反映的地質(zhì)信息不同。低頻地震資料中的反射同相軸更多地反映巖性界面信息,而高頻資料中的同相軸更多地反映等時沉積界面信息。地震子波的頻率越高,相應(yīng)的地震資料與測井信息就吻合得越好,即地震資料中的高頻成分與測井高頻層序劃分吻合得更好。因此,在利用雙面雙域解釋技術(shù)對地層切片的穿時部位進(jìn)行調(diào)整時,可通過分頻解釋技術(shù),將地震資料分解成低、中、高不同的頻段,然后利用高頻數(shù)據(jù)體,在地震地貌的監(jiān)控下,對穿時部位進(jìn)行調(diào)整。在實(shí)際工作中,主要是根據(jù)研究層段單砂體的厚度、地震資料的主頻、頻帶寬度及可分辨薄層厚度所需子波的視頻率,確定分頻數(shù)據(jù)體子波的頻率。研究區(qū)地震資料主頻為40Hz,頻帶寬度10~80Hz,地層速度2560m/s左右,因此波長為64m,1/4波長則為16m但河道砂體厚度一般為8~10m,為典型的薄砂層,在常規(guī)地震剖面上,無法進(jìn)行識別。根據(jù)李慶忠院士推導(dǎo)的可分辨薄層厚度所需子波的視頻率公式,要識別厚度10m的砂層,所需視頻率至少為55Hz,參考有效頻帶寬度范圍及分頻剖面與單井曲線的對應(yīng)關(guān)系,最終選擇60Hz分頻剖面,監(jiān)控調(diào)整地震地貌初步確定的高頻層序界面。下面以切片6為例詳細(xì)說明利用分頻剖面監(jiān)控高頻層序界面的調(diào)整(圖3a)。首先,運(yùn)用雙域轉(zhuǎn)換技術(shù),將切片6轉(zhuǎn)換成層位(圖4中藍(lán)線),然后利用雙面解釋技術(shù),將切片6中河道邊界不清楚的位置(圖3中畫圈部分)投影到60Hz的分頻剖面上(圖4中畫圈部分),最后根據(jù)曲流河的邊界及60Hz分頻地震剖面上反射同相軸特征對層位進(jìn)行修改,直到沿調(diào)整后的層位切出的切片上的曲流河邊界清楚為止(圖3b中畫圈部分),這樣,調(diào)整后的層位就是一個等時的高頻層序界面(圖4中紅線位置)。按此方法,可對其他3張曲流河特征明顯的地層切片進(jìn)行層位的轉(zhuǎn)換調(diào)整,以解釋追蹤出該目的層段內(nèi)所有的高頻層序界面。4圖1:美國法上的“中國”與“日”在轉(zhuǎn)換時間上的作用為更好地評價(jià)地震沉積學(xué)高頻層序解釋的適用性和可行性,利用研究區(qū)的鉆井資料對解釋出的高頻層序界面進(jìn)行了標(biāo)定(圖5)。由圖5可見,根據(jù)鉆井曲線特征,研究區(qū)目的層段整體為1個三級層序,可進(jìn)一步劃分為5個沉積旋回,即三級層序內(nèi)部可識別出4個高頻層序界面,在測井曲線上表現(xiàn)為自然伽馬曲線的突變接觸,為河道沖刷面,其與用地震沉積學(xué)解釋出的高頻層序界面之間具有較好的吻合性,說明地震沉積學(xué)的高頻層序解釋方法在研究區(qū)具有很好的應(yīng)用效果。5地震沉積學(xué)的高頻層序解釋(1)運(yùn)用地震沉積學(xué)方法進(jìn)行高頻層序解釋是一種新的工作模式。在一些地質(zhì)現(xiàn)象復(fù)雜地區(qū),能更快速、更有效地識別出不同的地質(zhì)沉積現(xiàn)象,對后續(xù)的研究工作起到較大的提升作用。(2)在進(jìn)行地震沉積學(xué)的高頻層序解釋時,由于其中間成果能反映出某一特定的沉積現(xiàn)象,對應(yīng)在