肖大坤, 林承焰, 張憲國(guó)

1.中海油研究總院,北京 100027; 2.中國(guó)石油大學(xué) 地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東 青島 266580)

地震相是沉積環(huán)境及其形成的沉積產(chǎn)物地震響應(yīng)特征的總和，主要通過地震反射要素、反射內(nèi)部結(jié)構(gòu)與外部形態(tài)來體現(xiàn)。對(duì)處于勘探階段的油氣田，由于缺乏鉆井資料，地震相分析是沉積相研究的常用方法。其優(yōu)勢(shì)在于，該技術(shù)忠實(shí)于地震信息本身，可以彌補(bǔ)測(cè)井約束反演的局限性[1]；但是，地震相的識(shí)別精度也會(huì)影響沉積相研究的精度。

廣義的地震相分析包括地震屬性、反射波形、特征反射體解釋乃至地震沉積學(xué)等一切與地震相有關(guān)的方法。狹義的地震相分析一般包括2類方法：基于宏觀反射特征的地震相分析和基于波形分類的地震相分析。前者屬于“相面式”地震相分析，主要通過專家經(jīng)驗(yàn)判斷識(shí)別地震相，對(duì)地震資料中的高階信息識(shí)別能力不強(qiáng)[2]，多應(yīng)用于中-大型尺度沉積體系。后者是通過分析地震道波形的平面異常分布來研究沉積相[3]，適用于各類尺度沉積體系；但對(duì)構(gòu)造起伏變化小、地層厚度變化不大、斷裂系統(tǒng)較不發(fā)育的地區(qū)應(yīng)用效果較好[4]。

長(zhǎng)嶺斷陷A地區(qū)位于松遼盆地南部烏蘭圖噶鎮(zhèn)附近(圖1)，為致密砂巖氣資源勘探評(píng)價(jià)新區(qū)，其中的下白堊統(tǒng)登婁庫(kù)組(圖1)為致密氣主力富集層系。由于缺乏鉆井資料，因此儲(chǔ)層沉積微相研究主要通過井震結(jié)合的地震相精細(xì)識(shí)別與刻畫來實(shí)現(xiàn)。

1 地震相-沉積相研究思路

由于井點(diǎn)稀疏、鉆井資料缺乏，A地區(qū)沉積相研究以井震結(jié)合的地震相分析為主，采用“沉積環(huán)境分析、單井相約束、地震相識(shí)別、正演模擬驗(yàn)證、地質(zhì)尺度分析、相意義轉(zhuǎn)化”的研究思路(圖2)。整體思路的關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)地質(zhì)點(diǎn)信息、剖面信息到平面信息的有效融合，核心在于地震相的準(zhǔn)確識(shí)別。

①綜合所有巖電震資料，總結(jié)沉積相標(biāo)志，判斷沉積環(huán)境，明確沉積相類型并選擇相應(yīng)的沉積理論模式。②以巖心觀察描述為主，進(jìn)行關(guān)鍵井沉積相分析。③建立井震標(biāo)定關(guān)系，精細(xì)識(shí)別地震相。④開展沉積體系地質(zhì)尺度分析，選擇合理的縱向解釋地層單元與橫向解釋網(wǎng)格間距，完成地震相剖面解釋及平面刻畫。⑤根據(jù)地震相的地質(zhì)含義，將其合理轉(zhuǎn)化為沉積相。

圖1 研究區(qū)地理位置及地層綜合柱狀圖Fig.1 Location and stratigraphic profile of study area

圖2 地震相-沉積相研究技術(shù)流程Fig.2 Technique flow of seismic facies and sedimentary facies study

2 沉積環(huán)境及沉積特征

沉積環(huán)境分析是開展沉積微相研究的基礎(chǔ)，通過沉積環(huán)境分析有助于整體把握沉積過程和準(zhǔn)確選擇沉積理論模型。

2.1 古地貌特征

登婁庫(kù)組沉積期處于長(zhǎng)嶺斷陷的斷拗轉(zhuǎn)換階段，A地區(qū)被2組北西-南東向斷裂所切割[5]，初期古地貌特征具有“南高北低、西高東低”的地勢(shì)特征，地勢(shì)變化劇烈。結(jié)合重礦物組合分布及地震屬性分析，認(rèn)為研究區(qū)物源來自于南西部突起，向北部低洼部位推進(jìn)。

由于斷裂系統(tǒng)的繼承性活動(dòng)具有明顯的控沉積作用，A地區(qū)登婁庫(kù)組初期以局部發(fā)育的近源扇體沉積為主。至登婁庫(kù)組中后期，由于構(gòu)造活動(dòng)強(qiáng)度減弱以及沉積過程對(duì)古地形的補(bǔ)償作用，古地形逐漸趨于準(zhǔn)平原化，陸源水動(dòng)力強(qiáng)度相對(duì)減弱，沉積基準(zhǔn)面逐漸下降，沉積類型也由扇體沉積逐漸向河流相沉積演化。

2.2 沉積相標(biāo)志

綜合巖心、錄井、測(cè)井、地震、分析化驗(yàn)等資料認(rèn)為，A地區(qū)登婁庫(kù)組主體沉積符合陸上干旱環(huán)境辮狀河沉積特征，主要存在如下典型沉積相標(biāo)志。

a.泥巖顏色。登婁庫(kù)組主體層段的巖心及巖屑錄井資料顯示，泥巖普遍呈現(xiàn)紫色、紫紅色、棕紅色，反映了長(zhǎng)時(shí)間的干旱-半干旱陸上氧化沉積環(huán)境。

b.儲(chǔ)層礦物成分及結(jié)構(gòu)。登婁庫(kù)組儲(chǔ)層巖石類型以巖屑長(zhǎng)石砂巖為主，其次為長(zhǎng)石巖屑砂巖，普遍含泥礫。碎屑顆粒以細(xì)-粉砂結(jié)構(gòu)為主，少量為粗砂及不等粒砂巖結(jié)構(gòu)，分選中等，磨圓度差，呈次棱角狀，顯示了較強(qiáng)的水動(dòng)力條件下的近距離沉積特征。

c.粒度特征。粒度概率曲線呈“高躍移、低懸移”的兩段式或三段式特征，躍移組分含量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))超過70%，直線段傾角60°～80°；懸移組分質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為10%～20%，躍移組分和懸移組分相交的截點(diǎn)約在(2.3～2.6)φ:反映較強(qiáng)水動(dòng)力的牽引流特征。

d.巖性組合及沉積構(gòu)造。登婁庫(kù)組砂巖儲(chǔ)層垂向疊置頻繁，多見底沖刷、平行層理及低角度交錯(cuò)層理等沉積構(gòu)造(圖3)，富含泥礫且一般呈疊瓦狀排列。垂向巖性組合呈“砂包泥”狀，顯示頂層單元不發(fā)育的“二元結(jié)構(gòu)”特征，反映了中等-強(qiáng)的沉積水動(dòng)力條件。

2.3 關(guān)鍵井沉積相分析

關(guān)鍵井沉積微相研究是約束地震相識(shí)別，實(shí)現(xiàn)巖、電、震多尺度信息融合的基礎(chǔ)。以巖心觀察分析為主，結(jié)合測(cè)井、粒度等資料，對(duì)研究區(qū)重點(diǎn)取心井進(jìn)行單井沉積微相分析(圖4)，共劃分出復(fù)合河道、心灘、河道側(cè)緣、泛濫平原4種微相類型。結(jié)合區(qū)域沉積環(huán)境分析，推斷A地區(qū)登婁庫(kù)組辮狀河沉積發(fā)育層段砂泥比率高，具有儲(chǔ)層厚度大、內(nèi)部泥質(zhì)夾層發(fā)育、河道遷移疊置頻繁的特點(diǎn)。

3 地震相識(shí)別及地質(zhì)意義

開展地震相識(shí)別并明確其地質(zhì)意義是利用地震資料研究沉積相的核心內(nèi)容。地震相的準(zhǔn)確識(shí)別以及識(shí)別精度會(huì)直接影響沉積相研究，正確認(rèn)識(shí)地震相的地質(zhì)意義是建立沉積相-地震相對(duì)應(yīng)關(guān)系的基礎(chǔ)。

3.1 辮狀河典型地震相

辮狀河地震相反射要素變化受沉積過程及沉積產(chǎn)物變化的影響，不同特征的反射要素構(gòu)成了不同的組合類型，表現(xiàn)出不同的反射內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部形態(tài)。地震反射要素中的振幅、頻率及連續(xù)性參數(shù)是反映地震相特征的最有效參數(shù)。

一般地，同相軸振幅強(qiáng)度變化與儲(chǔ)層厚度及內(nèi)部泥質(zhì)夾層的發(fā)育程度有關(guān)。側(cè)向侵蝕作用形成的砂體厚度大，內(nèi)部沖刷疊置頻繁，泥質(zhì)夾層不發(fā)育，不具備橫向穩(wěn)定的地震反射界面，多形成弱振幅反射。垂向加積作用形成的砂體內(nèi)部泥質(zhì)夾層發(fā)育，可以形成強(qiáng)振幅反射。此外，小型河道砂體厚度小，也能夠形成強(qiáng)振幅反射。同相軸頻率變化對(duì)辮狀河沉積物結(jié)構(gòu)反應(yīng)靈敏，當(dāng)沉積物粒度粗、分選差、層理構(gòu)造不明顯時(shí)，多形成低頻反射；當(dāng)沉積物粒度較細(xì)、分選較好且層理構(gòu)造發(fā)育時(shí)，多形成高頻反射。同相軸連續(xù)性變化受沉積界面橫向穩(wěn)定性影響，當(dāng)沉積過程穩(wěn)定進(jìn)行時(shí)，所形成的沉積界面橫向穩(wěn)定發(fā)育，同相軸連續(xù)性強(qiáng)；當(dāng)沉積過程紊亂或發(fā)生事件性沉積作用時(shí)，會(huì)形成橫向不穩(wěn)定的沉積界面甚至無法形成沉積界面，同相軸連續(xù)性弱。

圖3 登婁庫(kù)組巖心中顯示的辮狀河沉積構(gòu)造Fig.3 Braided river sedimentary structure in the cores of Denglouku Formation(A)平行層理; (B)波狀層理; (C)小型板狀交錯(cuò)層理; (D)沖刷面

圖4 A4井單井沉積相分析Fig.4 Sedimentary facies analysis of Well A4

在辮狀河沉積模式理論指導(dǎo)下，以單井沉積微相分析為基礎(chǔ)，通過井震結(jié)合的地震相綜合識(shí)別，從地震反射要素、內(nèi)部反射結(jié)構(gòu)、外部反射形態(tài)等方面分析不同類型的地震響應(yīng)特征，結(jié)合正演模擬驗(yàn)證，識(shí)別出A地區(qū)登婁庫(kù)組中5種典型辮狀河沉積地震相類型(表1)，并從地質(zhì)角度對(duì)其進(jìn)行成因解釋。

3.2 沉積相-地震相對(duì)應(yīng)關(guān)系

通過分析地震相的地質(zhì)意義，結(jié)合辮狀河沉積特征，認(rèn)為辮狀河各沉積微相與上述地震相之間存在如下對(duì)應(yīng)關(guān)系(表2)。

辮狀河復(fù)合河道由于其側(cè)向遷移頻繁，多期河道垂向疊置，導(dǎo)致儲(chǔ)層厚度大且內(nèi)部泥質(zhì)夾層不發(fā)育，一般難以形成強(qiáng)振幅反射。由于水動(dòng)力較強(qiáng)且不穩(wěn)定，河道沉積物以粗粒碎屑為主，分選差，層理不發(fā)育，因此通常也表現(xiàn)出低頻率、弱連續(xù)性的同相軸特征。但如果復(fù)合河道下切侵蝕幅度不大，垂向儲(chǔ)層厚度小，又會(huì)表現(xiàn)出相反的同相軸特征。此外，復(fù)合河道沉積在剖面上普遍呈明顯的下蝕充填或透鏡體狀形態(tài)。所以辮狀河復(fù)合河道微相一般具有沖刷充填型、微幅下切型或透鏡體型地震相特征。

辮狀河心灘沉積以垂向加積作用為主，儲(chǔ)層內(nèi)部發(fā)育橫向穩(wěn)定的落淤層，構(gòu)成良好的地震反射界面；因此，同相軸上心灘沉積多呈串珠狀強(qiáng)振幅反射特征，而且頻率相對(duì)較高、連續(xù)性強(qiáng)。如果心灘沉積持續(xù)穩(wěn)定發(fā)育并形成一定規(guī)模，其地震反射外形也就逐漸呈現(xiàn)心灘自身的丘狀或板狀外形特征。所以，辮狀河心灘微相一般具有異常振幅型或微幅丘型地震相特征。

辮狀河側(cè)緣微相主要由于復(fù)合河道的事件性擴(kuò)大形成，巖性以砂泥巖互層或泥巖夾薄層砂巖為主。由于儲(chǔ)層所占比例小，巖性界面明顯，可以構(gòu)成良好的地震反射界面，因此，該微相也具有異常強(qiáng)振幅型地震相特征。此外，河道事件性擴(kuò)大導(dǎo)致的快速混雜沉積還會(huì)形成無明顯特征的雜亂型地震相。

表1 登婁庫(kù)組辮狀河典型地震相Table 1 Typical seismic facies of the braided river of Denglouku Formation

表2 A地區(qū)沉積微相及其地震相Table 2 Sedimentary microfacies and the corresponding seismic facies in Area A

泛濫平原微相由于不受水動(dòng)力影響，沉積過程極為穩(wěn)定，其巖性以厚層泥巖為主，內(nèi)部基本不形成地震反射界面，因此一般呈雜亂型地震相特征。

4 地震相與沉積相刻畫

4.1 地質(zhì)尺度預(yù)測(cè)

地質(zhì)尺度預(yù)測(cè)是稀井條件下對(duì)沉積體系的整體性認(rèn)識(shí)，也是利用地震相刻畫沉積相的前提。預(yù)測(cè)目的在于預(yù)知沉積體系的空間展布規(guī)模，以確定地震相解釋的地層單元級(jí)別和解釋網(wǎng)格間距，因此，沉積體系地質(zhì)尺度預(yù)測(cè)包括縱向尺度及橫向尺度兩方面。

關(guān)于沉積體系地質(zhì)尺度級(jí)別劃分，國(guó)內(nèi)外學(xué)者根據(jù)各自研究目的及精度要求，提出了不同方案，有些學(xué)者依據(jù)油藏?cái)?shù)值模擬的精度要求進(jìn)行劃分[6-8]，也有學(xué)者從儲(chǔ)層沉積過程角度出發(fā)[9]，還有學(xué)者根據(jù)不同尺度儲(chǔ)層的巖石物理特征來劃分[10]。姚光慶等通過總結(jié)國(guó)內(nèi)油田勘探開發(fā)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，按儲(chǔ)層規(guī)模提出了由大到小的8級(jí)劃分方案[11]：盆地級(jí)、油田級(jí)、砂組級(jí)、砂層級(jí)、砂體級(jí)、層理級(jí)、毫米級(jí)、微米級(jí)，由于該方案能夠概括儲(chǔ)層不同尺度級(jí)別的內(nèi)容，因此本文采用該方案對(duì)研究區(qū)沉積體系進(jìn)行尺度預(yù)測(cè)。

圖6 地震相解釋示意圖Fig.6 Schematic diagram of the seismic facies interpretation

對(duì)于辮狀河沉積體系，地質(zhì)尺度預(yù)測(cè)的核心在于分析辮狀河復(fù)合河道的垂向厚度及橫向展布規(guī)模。A地區(qū)登婁庫(kù)組的層段地震資料主頻約為45 Hz，縱向分辨率約為25～35 m，結(jié)合復(fù)合河道的巖心測(cè)井識(shí)別結(jié)果認(rèn)為，適于地震相解釋的最佳地層單元為砂組級(jí)。

通過地震屬性及地層切片(圖5)等手段，直觀地了解辮狀河沉積體系的橫向展布情況。結(jié)果顯示，A地區(qū)辮狀河沉積體系橫向上呈片狀、帶狀展布，復(fù)合河道橫向延展寬度一般大于350 m。

圖5 登婁庫(kù)組Ⅰ砂組地層切片F(xiàn)ig.5 Stratal slice of 1st group of Denglouku Formation

4.2 地震相三維解釋

根據(jù)A地區(qū)辮狀河復(fù)合河道的橫向展布規(guī)模，確定了16×16的地震相解釋密度(解釋測(cè)線間距320 m)，基本實(shí)現(xiàn)了對(duì)辮狀河沉積體系的有效控制，保證了研究精度。

地震相解釋(圖6)具體步驟包括：首先，結(jié)合區(qū)域物源方向分析，按照選定的網(wǎng)格間距，優(yōu)先過井，明確垂直于物源方向與平行于物源方向的地震相骨架解釋剖面；然后，根據(jù)沉積相模式和前述所識(shí)別的地震相類型，在等時(shí)界面之內(nèi)，井震結(jié)合，開展骨架剖面地震相精細(xì)解釋；最后，以骨架剖面為基礎(chǔ)，進(jìn)一步解釋其他聯(lián)絡(luò)剖面，并實(shí)現(xiàn)各方向剖面閉合統(tǒng)一，完成地震相解釋。

4.3 地震相-沉積相轉(zhuǎn)化

完成剖面地震相識(shí)別與精細(xì)解釋后，將解釋完畢的剖面中各類地震相投影到平面上。根據(jù)各類地震相平面展布形態(tài)，進(jìn)一步驗(yàn)證剖面解釋的準(zhǔn)確性及閉合程度；通過反復(fù)驗(yàn)證統(tǒng)一，確定各類地震相的平面展布。最后根據(jù)沉積微相與地震相的對(duì)應(yīng)關(guān)系，將地震平面相轉(zhuǎn)化為沉積平面微相(圖7)。

與A地區(qū)前期井點(diǎn)控制下的沉積相研究成果(圖8)相比，應(yīng)用地質(zhì)尺度約束的地震相分析開展沉積微相研究具有明顯的精度提高，主要表現(xiàn)在：①無井點(diǎn)控制地區(qū)的復(fù)合河道形態(tài)特征及展布規(guī)模得到進(jìn)一步落實(shí)；②實(shí)現(xiàn)小型河道的識(shí)別；③進(jìn)一步明確心灘展布形態(tài)及規(guī)模；④實(shí)現(xiàn)泛濫平原的識(shí)別及預(yù)測(cè)。此外，地震相及沉積相特征顯示，A地區(qū)登婁庫(kù)組辮狀河呈現(xiàn)河道窄、心灘小、側(cè)向遷移快的沉積特點(diǎn)，符合該地區(qū)古地貌控制下的河流相沉積規(guī)律。

圖7 A地區(qū)登婁庫(kù)組Ⅰ砂組地震相解釋及沉積微相Fig.7 Seismic facies interpretation and the sedimentary microfacies of 1st group of Denglouku Formation in Area A

圖8 A地區(qū)登婁庫(kù)組Ⅰ砂組前期沉積微相Fig.8 Previous sedimentary microfacies of 1st group of Denglouku Formation in Area A

5 結(jié) 論

a.地震相分析是勘探階段稀井條件下沉積微相研究的有效手段。對(duì)長(zhǎng)嶺斷陷A地區(qū)沉積相研究整體采用“沉積環(huán)境分析、單井相約束、地震相識(shí)別、正演模擬驗(yàn)證、地質(zhì)尺度分析、相意義轉(zhuǎn)化”的研究思路。

b.古地貌特征及沉積相標(biāo)志顯示，長(zhǎng)嶺斷陷A地區(qū)登婁庫(kù)組主體為辮狀河沉積相。

c.長(zhǎng)嶺斷陷A地區(qū)辮狀河沉積發(fā)育5種典型的地震相類型：沖刷充填型、微幅下切型、透鏡體型、異常振幅型、微幅丘型。

d.在地質(zhì)尺度分析約束下，對(duì)長(zhǎng)嶺斷陷A地區(qū)進(jìn)行地震相精細(xì)解釋及沉積微相平面刻畫。與井點(diǎn)控制下的沉積相研究相比，研究精度具有明顯的提高。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 黃小平，杜洪凌，史曉川．地震相分析在石南21井區(qū)沉積相劃分中的應(yīng)用[J]．新疆石油地質(zhì)，2004，25(6)：671-672．

Huang X P, Du H L, Shi X C. Application of seismic facies analysis to classification of sedimentary facies in Shinan-21 Well Block[J]. Xinjiang Petroleum Geology, 2004, 25(6): 671-672. (In Chinese)

[2] 張憲國(guó)．大港灘海地區(qū)地震油藏地質(zhì)研究[D]．東營(yíng)：中國(guó)石油大學(xué)檔案館，2007．

Zhang X G. The Seismic Reservoir Geology Research in Shallow Sea Area, Dagang[D]. Dongying: The Archive of China University of Petroleum, 2007. (In Chinese)

[3] Chen Q, Steve S. Seismic attribute technology for reservoir forecasting and monitoring[J]. The Leading Edge, 1997, 16(5): 445-448.

[4] 陳方鴻，王樹平，李志政．三維可視化地震相分析在沉積相研究中的應(yīng)用[J]．石油勘探與開發(fā)，2005，32(3)：73-74．

Chen F H, Wang S P, Li Z Z. Waveform classification seismic facies analysis in sedimentary facies research[J]. Petroleum Exploration and Development, 2005, 32(3): 73-74. (In Chinese)

[5] 劉寶和．中國(guó)油氣田開發(fā)志：吉林油氣區(qū)油氣田卷[M]．北京：石油工業(yè)出版社，2011：635-636．

Liu B H. Oil and Gas Fields Development in China: Jilin Petroleum Province[M]. Beijing: Petroleum Industry Press, 2011: 635-636. (In Chinese)

[6] Helge H H, Larry W L. A new approach to shale management in field-scale models[J]. Society of Petroleum Engineers Journal, 1984, 24(4): 447-448.

[7] Richard C N. The future role of geophysics in reservoir engineering[J]. The Leading Edge, 1990, 9(12): 89-90.

[8] Van De Graaff W J E, Ealey P J. Geological modeling for simulation studies[J]. AAPG Bulletin, 1989, 73(11): 1438-1441.

[9] Andrew D M. Architectural-element analysis: a new method of facies analysis applied to fluvial deposits [J]. Earth-Science Reviews, 1985, 22(4): 267-268.

[10] Luciane B C, Alberto da S B, Cristiano L S,etal. A multi-scale approach to improve reservoir characterization and forecasting: the Albacora Field (deep-water offshore Brazil) study[J]. Petroleum Geoscience, 2001, 7(5): 17-18.

[11] 姚光慶，馬正，趙彥超．儲(chǔ)層描述尺度與儲(chǔ)層地質(zhì)模型分級(jí)[J]．石油實(shí)驗(yàn)地質(zhì)，1994，16(4)：404-405．

Yao G Q, Ma Z, Zhao Y C. Measures on reservoir description corresponding with the graduation of geological reservoir models[J]. Experimental Petroleum Geology, 1994, 16(4): 404-405. (In Chinese)