姜華 ，汪澤成，王華，王擁軍，方欣欣，劉偉，張永超

(1. 中國石油勘探開發(fā)研究院，北京，100083；2. 中國地質(zhì)大學(xué) 資源學(xué)院，湖北 武漢，430074；3. 中國地質(zhì)大學(xué) 能源學(xué)院，北京，100083；4. 中國石油冀東油田公司,河北 唐山，063000)

地震沉積學(xué)(Seismic sedimentology)或地震地貌學(xué)(Seismic sedimentology)是繼地震地層學(xué)和層序地層學(xué)之后出現(xiàn)的一門現(xiàn)代地震技術(shù)與沉積學(xué)相結(jié)合的新興交叉學(xué)科，目前已經(jīng)成為應(yīng)用沉積學(xué)的一個熱點，并且在油氣勘探與巖相古地理的研究中得到了廣泛的應(yīng)用[1-7]。2005年2月，在美國休斯頓召開的地震地貌學(xué)會議上，Posamentier等[1]和Zeng等[2]分別提出了地震地貌學(xué)和地震沉積學(xué)的概念。它們的概念和研究內(nèi)容等基本相同，從而奠定了地震沉積學(xué)的核心思想體系，即將三維地震的地球物理解釋技術(shù)與沉積學(xué)研究相結(jié)合，刻畫沉積體系的平面展布、空間形態(tài)及其演化過程，地震巖石學(xué)和地震地貌學(xué)組成了地震沉積學(xué)的核心內(nèi)容[8]。近年來，地震沉積學(xué)在國外的海相地層研究中取得了重大的進(jìn)展(尤其是對古河流體系和海底水道的研究中)，國內(nèi)學(xué)者對這一領(lǐng)域的研究正逐漸展開并深入。如董春梅等[9]認(rèn)為地震沉積學(xué)研究中的關(guān)鍵技術(shù)主要包括 90°相位轉(zhuǎn)換技術(shù)、地層切片技術(shù)和分頻段解釋技術(shù)。陸永潮等[10]將測井約束反演技術(shù)、地層切片和屬性分析技術(shù)、分頻解釋技術(shù)等都?xì)w屬于地震沉積學(xué)的主要技術(shù)方法。隨著地震技術(shù)的不斷發(fā)展，通過沉積學(xué)的基本原理與新的地球物理技術(shù)的結(jié)合，對古沉積的認(rèn)識將不斷深入，并不拘泥于某一種或幾種手段。因此，本文作者以地震沉積學(xué)基本原理為指導(dǎo)，以分頻及混頻技術(shù)為核心技術(shù)，以地震切片技術(shù)和精細(xì)地震解釋為主要手段，對塔北哈拉哈塘地區(qū)的古河道展開研究，并對其獨特的發(fā)育特征及沉積古地貌背景進(jìn)行了分析。

1 區(qū)域地質(zhì)

哈拉哈塘凹陷位于塔里木盆地塔北隆起輪臺凸起以南，發(fā)育在輪南低凸起和英買力低凸起之間。其南部緊鄰滿加爾凹陷，是海相油氣的有利指向區(qū)[11-12]，區(qū)域位置十分優(yōu)越，勘探面積達(dá)4 369 km2(圖1)，其中研究區(qū)為506 km2的高分辨率三維地震區(qū)。

受多期構(gòu)造運動影響，塔北地區(qū)沉積古地貌不斷發(fā)生演化，總體趨勢向南部傾斜。由于晚加里東運動的強烈作用，哈拉哈塘北部奧陶系遭受強烈剝蝕，桑塔木組地層局部缺失，底部良里塔格組地層也受到一定程度的剝蝕?？傮w上，從奧陶系-二疊系沉積期表現(xiàn)為海相碳酸鹽巖沉積向海相碎屑巖沉積過渡，再經(jīng)歷海陸過渡相沉積(圖2)。在此期間，沉積環(huán)境經(jīng)歷了漫長的演化過程，蓬萊壩沉積時期為半局限臺地、鷹山組沉積時期為半局限臺地-開闊臺地，一間房組沉積時期為開闊臺地環(huán)境，吐木休克組沉積時期轉(zhuǎn)化為淹沒臺地環(huán)境，良里塔格組沉積時期變?yōu)槌练e陸坡環(huán)境，桑塔木組沉積時期為混積陸棚環(huán)境，至志留系沉積時期則演化為海相碎屑發(fā)育的沉積陸棚環(huán)境。從良里塔格組沉積前-志留系沉積期，沉積環(huán)境從陸坡向陸棚轉(zhuǎn)化，在這一時期，河道開始發(fā)育并隨著地貌形態(tài)的變化形成多期和多種形態(tài)的河道系統(tǒng)。這些河道對于下覆的碳酸鹽巖巖溶儲層的發(fā)育起到了重要的影響，識別和研究其發(fā)育特征及演化是分析古巖溶地貌的重要手段之一。

2 古河道的識別與追蹤

三維地震數(shù)據(jù)體的廣泛使用使古河流的刻畫成為可能。應(yīng)用地震屬性體和三維透視技術(shù)是早期刻畫河道的主要手段，近年來，隨著地震分辨率的提高，分頻技術(shù)得到了較好的應(yīng)用，應(yīng)用地震分頻技術(shù)擺脫了僅依賴振幅類以及振幅衍生類地震屬性信息的問題，可以極大限度地去除噪音以及其他無關(guān)信息的干擾[13-14]。由于沒有鉆井資料鉆遇古河道，本次研究主要借助地震資料對古河道進(jìn)行刻畫和研究。綜合運用地震沉積學(xué)中地層切片等手段，借助高分辨率三維地震，應(yīng)用相干技術(shù)、分頻和混頻技術(shù)，識別各時期河道的底界面形態(tài)，進(jìn)而研究其發(fā)育期次及分布規(guī)律。

圖1 塔里木盆地塔北隆起區(qū)域構(gòu)造圖Fig.1 Regional structural sketch in North Tarim uplift

圖2 塔北地區(qū)地層及構(gòu)造事件圖Fig.2 Sketch of strata and structure events in North Tarim

2.1 相干技術(shù)

相干切片技術(shù)是三維地震研究中具有重要意義的一種方法，它通過對地震數(shù)據(jù)道間能量的重新計算增大了地震反射的差異強度，從而使斷裂、古河道等在地震體中得以更清晰的現(xiàn)實。Posamentier等[15]在2006年應(yīng)用相干體水平切片技術(shù)獲得了墨西哥灣某曲流河形態(tài)的清晰成像，從而使該技術(shù)成為地震體中古河道識別最成熟的手段和方法。本次研究中，通過相干運算方法建立三維相干地震數(shù)據(jù)體，并通過水平地層切片分析，發(fā)現(xiàn)從3 800～4 070 ms之間具有河流成像特征，發(fā)育地層為奧陶系一間房組、吐木休克組、良里塔格組以及志留系底部。但是，由于受到古巖溶串珠反射的影響，使古河道的成像受到干擾，在相干體中進(jìn)行古河道的識別十分困難(如圖3所示)。

2.2 地震分頻與RGB混頻技術(shù)

地震分頻是基于地震頻譜分析的全新地震成像方法。其原理主要是基于地震數(shù)據(jù)體由多頻率地震子波與反射系數(shù)褶積形成的，不同頻率地震信號對地質(zhì)信息具有不同的反射特征。應(yīng)用分頻技術(shù)將三維地震進(jìn)行頻譜分解，形成不同的頻率體，在單頻數(shù)據(jù)體上尋找反映地質(zhì)體的成像特征并優(yōu)選出最具特征的頻率體[16-17]。在此基礎(chǔ)上，選擇不同頻率段中最能反映地質(zhì)體特征的單頻體并重新混合成為一個數(shù)據(jù)體，獲得地質(zhì)體的全部特征，這種方法就是混頻技術(shù)。混頻具有多種處理方法，其中 RGB混頻是最有效的方法之一，主要方法是將不同頻率的單頻體分別放入紅(red)、綠(green)、藍(lán)(blue)三原色中不同的通道內(nèi)重新混合成像用以實現(xiàn)地質(zhì)體形態(tài)清晰的刻畫。本次研究中在20～180 Hz之間對地震數(shù)據(jù)體進(jìn)行頻譜分析，認(rèn)為低頻對古河道具有更清晰的反映，并優(yōu)選的20 Hz，32 Hz，48 Hz 3種頻率體分別通過應(yīng)用RGB混頻技術(shù)生成混頻地震體，獲得古河道的清晰成像(圖4)。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)用三維立體解釋技術(shù)將混頻體中的河道成像特征與振幅地震體中的同相軸特征進(jìn)行對比并進(jìn)行精細(xì)追蹤，完成河道的雕刻解釋。本次研究實現(xiàn)了奧陶系吐木休克組底界面和志留系底界面古河道的刻畫(圖5)。

圖3 塔北哈拉哈塘地區(qū)相干切片(T3920)Fig.3 Coherence slicing in Halaharang Area of North Tarim(T3920)

圖4 時間切片(T3904)的單頻率及混頻成像特征Fig.4 Characters of single frequency and frequency mixing in time slicing(T3904)

圖5 志留系底部與奧陶系吐木休克組底部古河道特征Fig.5 Characters of paleo-channels in bottom of Silurian and Tumuxiuke formation of Ordovician

3 古河道特征及其識別的意義

3.1 古河道發(fā)育特征

下切水道常作為判斷不整合界面的重要標(biāo)志，正是由于沉積間斷期地貌形態(tài)的改變導(dǎo)致基準(zhǔn)面的變化從而使河道形成，并且不同的地貌控制著不同的河道形態(tài)。哈拉哈塘地區(qū)的河道與層序界面密切相關(guān)，吐木休克組底界面、志留系底界面上主要發(fā)育于2個不同時期的古水道。

(1) 吐木休克組底界面發(fā)育河流特征(圖5(a))。該期河道主要發(fā)育于吐木休克組地層沉積前，應(yīng)用地層切片技術(shù)發(fā)現(xiàn)該組河道存在于該組底界面以下40 ms內(nèi)，是明顯發(fā)育于層序界面上的水流系統(tǒng)。該水流系統(tǒng)可以分為上游、中游、下游3個區(qū)，上游部分2個分支都表現(xiàn)為高彎曲度特征且下切深度不一，中游部分河道變得異常寬緩、下切較淺，在下游河道又變?yōu)楦邚澢卣?。在河道的許多部位可以清晰的看到河流側(cè)向遷移特征。河道近南北向，總體反映北高南低的地貌趨勢。

(2) 志留系底界面發(fā)育河流特征(圖5(b)和圖6)。該期河道主要發(fā)育期為晚加里東構(gòu)造運動期，全部河道皆表現(xiàn)為高彎曲的特征，并且北部為多分支河道發(fā)育區(qū)，在南部匯合為一條河道。志留底界面是塔里木盆地最重要的不整合界面之一，塔北地區(qū)暴露時間長，地貌改造強烈，此時形成的河道深切至下覆的桑塔木組和良里塔格組，并對其巖溶發(fā)育產(chǎn)生重要影響。自北而南，整個水系表現(xiàn)為不斷匯聚的特征，可以判斷在該古河道發(fā)育期整體北高南低的古地貌格局。

3.2 古河道類型及其發(fā)現(xiàn)意義

在不同的地貌背景下，河流展現(xiàn)為不同發(fā)育特征，主要表現(xiàn)在下切深度、坡降梯度、寬深比、彎曲度等特征的差異[18](圖7)。因此，不同類型的河流特征亦可以反映其發(fā)育期的地貌形態(tài)。根據(jù)Rosgen在1994年對河流的分類，針對研究區(qū)發(fā)育的河流進(jìn)行了彎曲度的分析，進(jìn)而獲得對河道發(fā)育期古地貌形態(tài)的認(rèn)識。根據(jù)彎曲度指標(biāo)和河流成像特征分析認(rèn)為：吐木休克組底界面發(fā)育的河流屬于典型曲流河,而志留系底界面發(fā)育河流則表現(xiàn)為穩(wěn)定曲流河特征(圖8)。

志留系和奧陶系吐木休克組底界面河道的發(fā)現(xiàn)具有十分重要的意義[19-20]：(1) 證明了這 2期都存在暴露型沉積間斷，特別是吐木休克組底界面一直被認(rèn)為是淹沒型不整合，屬于水下沉積間斷，而其界面上曲流河的發(fā)現(xiàn)則揭示在哈拉哈特地區(qū)甚至更廣闊的地區(qū)曾經(jīng)發(fā)生過短暫的暴露。這就為塔北地區(qū)巖溶儲層主要發(fā)育于吐木休克組底界面以下一定范圍內(nèi)提供更為合理的解釋；(2) 無論是曲流河還是高曲度的穩(wěn)定曲流河，都反映了河流發(fā)生時地貌處于一種平緩的趨勢，從而為該區(qū)域的古地貌分析提供了一種新的方法。

圖6 志留系底界面河道在任意線上的特征(圖中箭頭指示志留底界面與任意線河道交匯部位)Fig.6 Characters of paleo-channels on bottom of Silurian in arbitrary line of 3D seismic

圖7 河流分類及特征(據(jù)Rosgen,1994[18])Fig.7 Classification and features of rivers(after Rosgen,1994[18])

圖8 兩期河流形態(tài)特征與河流類型Fig.8 Characters and types of two periods of paleo-channels

4 結(jié)論

(1) 應(yīng)用地震沉積學(xué)識別古河道是目前古河道體系研究較為先進(jìn)的手段，結(jié)合鉆井、測井等可以更準(zhǔn)確地認(rèn)識河道充填物性質(zhì)，從而確定其對儲層發(fā)育的意義。本文中描述的古河道尚未有鉆井揭示，通過刻畫河道形態(tài)研究古地貌對于認(rèn)識古巖溶發(fā)育背景及發(fā)育程度是一種嘗試。

(2) 以混頻為核心技術(shù)，將相干體技術(shù)、混頻技術(shù)相結(jié)合，應(yīng)用時間切片、沿層切片等方法，刻畫了該區(qū)域吐木休克組沉積前和志留系沉積前發(fā)育的兩期主要河道的全貌，并分析了兩期河道的主要特征，認(rèn)為奧陶系吐木休克組底界面發(fā)育河道屬于典型曲流河，而志留系底界面發(fā)育河道屬于高曲穩(wěn)定曲流河。

(3) 應(yīng)用前人對現(xiàn)代河流發(fā)育類型及其與地形關(guān)系的研究成果，確定兩期河道發(fā)育時，古地貌都相對平緩，且志留系底界面穩(wěn)定曲流河發(fā)育比奧陶吐木休克組底界面典型曲流河發(fā)育時期應(yīng)具有更平緩的地貌。

(4) 吐木休克組底界面河流的發(fā)現(xiàn)證明在哈拉哈塘地區(qū)可能存在著一定時間的暴露性沉積間斷而不是單一的水下沉積間斷，從而為研究其界面下古巖溶儲層的發(fā)育提供了更為合理的解釋。

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