陳志宏

(1.中海石油(中國)有限公司湛江分公司; 2.中國地質大學(武漢))

地震沉積學幾個關鍵問題的探討*

陳志宏1,2

(1.中海石油(中國)有限公司湛江分公司; 2.中國地質大學(武漢))

在地震沉積學研究中,地層格架的建立是最基礎和最重要的工作之一,只有將地層格架精細建立到沉積體系級別的最小地層單元上,進行沉積相研究才有可能得到對實際生產(chǎn)有指導意義的成果。充分運用地震資料和地球物理評價技術對沉積體系內部的巖性及其空間展布進行分析評價,不僅能夠指導儲層精細研究,而且在隱蔽圈閉勘探中能夠發(fā)揮決定性的作用。本文提出的地震沉積學應用方法體系在海上某一新區(qū)勘探目標評價中進行了應用,其預測結果得到了鉆探證實。

地震沉積學;地層格架;最小地層單元;沉積相研究;巖性預測;隱蔽圈閉勘探;目標評價

在勘探新區(qū),由于缺乏鉆井資料,使得地質綜合評價非常依賴于地震資料和地球物理評價技術。近年來出現(xiàn)的地震沉積學為科研人員進行綜合地質評價提供了一個新的手段,但眾多專家學者對地震沉積學的研究內容、研究手段及最終的研究成果定位存在著不同的意見。筆者認為,對于這些問題的探討,有助于在實際勘探生產(chǎn)研究中更好地發(fā)揮地震沉積學的作用。

1 地震沉積學幾個關鍵問題的探討

1998年旅美學者曾洪流教授等[1]提出了“地震沉積學”這一概念,定義“地震沉積學是利用地震信息來研究沉積相及其形成過程的一門學科”。2005年2月,地震沉積學國際會議在美國的召開,標志著這門新學科進入了一個新的發(fā)展階段,地震沉積學這一概念及學科迅速引起了國內外廣大學者極大的關注。此后,一直有很多學者試圖對地震沉積學進行更加詳細和準確的描述,以厘清相關的名詞和概念,進而形成相應的工作方法和工作流程[2-8]。例如,董春梅等認為“地震沉積學是應用地震信息研究沉積巖及其形成過程的學科,它是繼地震地層學、層序地層學之后的又一門新的邊緣交叉學科”;石萬忠等認為“地震沉積學是在地震屬性技術成功應用于等時地層格架內地層沉積相劃分的基礎上提出來的,是地震資料應用于沉積相和儲層分析的定量化需求的必然結果。因此,地震沉積學的定義應該是應用地震資料和技術來研究等時沉積格架內沉積相的一門學科”;解習農(nóng)認為“地震沉積學是以地質模型為指導,三維地震技術為手段,精細刻畫并定量描述儲集砂體的一門學科”。在眾多有關地震沉積學的文章中,大多提到Zeng等[1]提出的90°相位轉換、地層切片和分頻解釋是地震沉積學的3項關鍵技術,但也有一些不同的聲音[9-11]。

上述學者的研究成果基本揭示了地震沉積學涉及到的幾個核心研究內容:①地震沉積學是繼地震地層學、層序地層學之后的又一門新的邊緣交叉學科;②在地層格架內研究沉積巖及其形成過程;③定量描述儲集砂體;④充分運用地震資料和地球物理技術。但是,還有一些問題仍然沒有清晰說明:①如何確定地層格架的級別及如何識別不同層序級別的等時界面?②地震沉積學最終研究成果的落腳點是沉積相還是儲層?或是其他?

筆者非常認可地震沉積學的指導思想,認為地震沉積學雖然還存在一些不確定因素,但已不影響其成為指導油氣勘探開發(fā)評價工作的學科地位,將是今后油氣勘探開發(fā)工作者從事油氣綜合評價的強大指導方法。依據(jù)在生產(chǎn)實踐中的體會和認識,筆者將地震沉積學厘定為“地震沉積學是充分運用地震資料和評價技術對最小地層單元進行沉積相研究及巖性預測的一門學科”,認為其研究內容主要包括:①地層格架搭建;②地震巖石學研究;③沉積體系分析;④相控巖性預測[12]。筆者對地震沉積學定義的厘定和研究內容的確定,主要基于以下的一些認識。

1.1 地層格架級別的確定問題

眾多專家學者在各自闡述有關地震沉積學的定義中均提到了地層格架一詞,但卻未明確其級別。事實上,大家也常說要進行地層格架下的沉積相研究,但若“格架”過大則其可能包含多個沉積體系,沉積相研究的精度勢必受到影響,因此沉積相的研究只有在“最小地層單元”上進行才有最現(xiàn)實的意義。

地震沉積學與地震地層學、層序地層學關系密切。地震地層學的核心是依據(jù)地震資料上的地震響應特征劃分出不同級別的地震層序,依據(jù)地震層序的內部反射結構、外部形態(tài)和振幅特征等來推測沉積現(xiàn)象和可能的沉積環(huán)境。層序地層學之所以說是對地震地層學的發(fā)展,其最主要的貢獻就是明確提出了等時地層界面的概念。地震地層學中的地震層序存在不少的穿時現(xiàn)象,因而容易誤導對沉積相的研究。

層序地層學存在三大流派,其中以Cross為代表的高分辨率層序地層學更適合于已鉆井區(qū)開發(fā)階段陸相沉積環(huán)境的地層劃分對比(本文更多討論的是勘探階段的地層格架問題),而以Vail為代表的經(jīng)典層序地層學理論方法更適用于被動大陸邊緣沉積環(huán)境。在Vail的經(jīng)典層序地層學中,三級層序內部主要采用三分法,即低位體系域、海侵體系域和高位體系域,現(xiàn)在也有在其基礎上進行四分的,即多了一個強制性海退體系域,但每一個體系域是否對應四級層序目前仍存在分歧。筆者贊成每一個體系域對應四級層序,且認為四級層序是由準層序組(而不是準層序)構成。這一點很重要,因為許多研究人員認為低位體系域和海侵體系域是由準層序構成,只有高位體系域才是由準層序組構成。這樣我們以往的一些沉積相研究就暴露出研究精度的問題,即使沉積相研究逐漸由以三級層序為研究單元走向以體系域為研究單元,也仍然存在研究精度的問題,因為只有準層序(而不是準層序組)才是一個獨立的沉積單元,或者說是一個完整的沉積體系,只有在一個個獨立的沉積體系中進行沉積相研究,才能真正形成對勘探研究有指導意義的沉積相空間展布,并通過進一步的巖性分析厘清相鄰沉積體系的空間疊置關系,才能有助于后續(xù)的綜合評價工作。因此,地層格架首先應建立在三級層序格架基礎之上,最后落實到五級層序的沉積體系格架上,這就是勘探階段研究的“最小地層單元”。換言之,只有對準層序級別的沉積體系進行沉積相研究,對勘探地質研究才有真正的指導意義和作用。

1.2 最小地層單元的等時界面識別問題

將對沉積相的研究放在“最小地層單元”,這就存在一個最小地層單元的等時界面識別問題。在對最小地層單元的闡述中,已提及地層格架是逐級搭建起來的,因此在目前的物探技術發(fā)展階段,利用品質相對較好的地震資料進行最小地層單元的等時界面識別還是具有一定的可操作性。Zeng等[1]認為分頻技術可以作為其中的技術之一,但筆者認為地震反射幾何形態(tài)描述對于具有比較明顯外形特征的地質現(xiàn)象(如水道、三角洲)也能起到非常好的刻畫作用。也有學者[5,8]將平面的信息融合在一起(稱為地震地貌學),利用平面形態(tài)來描述沉積特征,在將一些特殊地質現(xiàn)象表現(xiàn)出來的同時,也指導刻畫出特殊地質體的頂、底界面。另一方面,對于一些平行或亞平行、沒有較明顯外形特征的沉積體,可以嘗試運用地震垂直時頻進行旋回劃分,將每一旋回作為最小地層單元,因為在高分辨率層序地層學中可以利用測井資料直接在三級層序內部進行旋回劃分,因此隨著垂直時頻分析技術的發(fā)展成熟,將沉積旋回的識別作為平行或亞平行地層內部的等時界面識別,將會發(fā)揮出更大的作用[7]。

最小地層單元的等時界面識別,在實際工作中是存在眾多影響因素的,其關鍵影響因素之一就是地震資料的品質。隨著地震資料品質的降低,對準層序級別的沉積相研究將變得困難,這是地震沉積學存在的不確定性之處,同時也對研究者提出了一定的要求。

1.3 提高地震資料品質和充分運用地球物理評價技術的問題

地震沉積學研究涉及到地震資料品質和地球物理評價技術的充分運用。一方面,提高地震資料品質和發(fā)展地球物理評價技術一直在進行;另一方面,必須充分運用現(xiàn)有資料和技術手段去解決實際面臨的問題。受自身技術發(fā)展的局限,地球物理評價技術本身也存在許多的不確定性,而在綜合地質評價中研究目的層的差異、地震資料品質的不同都將促使運用不同的技術方法和研究手段去解決,這勢必促進地球物理評價技術的發(fā)展。因此,沒必要拘泥于一些具體技術的約束,能夠解決問題的技術就是最好的技術,解決不同的問題應使用不同的地震屬性資料,運用不同的地球物理評價技術。地震地層學作為一門顯學,自然有其長處;現(xiàn)在地震沉積學發(fā)展了,應對地震地層學進行揚棄,而不是否定。舊的技術在發(fā)展,同時也會出現(xiàn)眾多新技術,關鍵在于能否解決問題。這就要求研究人員不斷提高綜合分析能力,確保能充分地運用地震資料和地球物理評價技術,這是對用好地震沉積學提出的另一較高的要求。

1.4 地震沉積學的成果定位問題

眾多專家學者將地震沉積學定位于解決沉積相研究,也有的定位于解決儲層預測。僅定位于解決沉積相研究,離解決實際生產(chǎn)問題還是有點遠;而定位于解決儲層預測,也不是地震沉積學工作的全部。就油氣勘探而言,在理想狀態(tài)下地震沉積學以最小地層單元內部的沉積體系為研究單元,若能真正解決沉積體系內部的巖性空間展布,就能認識清楚巖性的空間分布,從這個層面來講,就是解決了隱蔽圈閉勘探的巖性及其組合問題,即圈閉的有效性。因此,我們更注重于將地震沉積學最終用于解決地質體的巖性預測。

地震沉積學方法體系最終可歸納為地層格架下的沉積相研究和相控下的巖性預測。地震沉積學是從地震地層學、層序地層學發(fā)展而來,層序地層學中的等時地層格架、地震地層學中的幾何形態(tài)特征等精華依然是地震沉積學的重要組成部分。同時,在地震沉積學中所應用的地球物理動力學物理屬性及不斷發(fā)展的地球物理新技術,勢必將極大地豐富研究手段和提高成果的有效性。

2 在新區(qū)勘探目標評價中的應用

Y構造(圖1)位于海上的某一勘探新區(qū),距離該構造最近的一口井有20 km遠。綜合評價(主要依據(jù)波阻抗反演成果)認為,該目標主要勘探目的層存在A、B、C等3套砂體(圖2)。根據(jù)鉆前壓力預測,水道砂及下伏地層存在異常高壓帶,壓力系數(shù)可達1.93。根據(jù)鉆井工程作業(yè)規(guī)范,要求地質上能夠提供一個準確的壓力面位置并給出壓力結構模型,進而為鉆井設計提供依據(jù),這就要求必須進一步落實儲層發(fā)育狀況和進行壓力預測。

對地震資料的進一步分析結果表明,該目標勘探目的層段實際上是由4套沉積體系疊置而成:沉積體系Ⅰ是一套中高頻連續(xù)反射的楔狀體,在剖面位置往右尖滅;沉積體系Ⅱ是一套中低頻連續(xù)反射的楔狀體,在剖面位置同樣往右尖滅;沉積體系Ⅲ是一套中高頻連續(xù)反射的楔狀體,在剖面位置往左厚度減薄,在高部位被削蝕;沉積體系Ⅳ是一套中低頻連續(xù)反射的楔狀體,在剖面位置往左逐漸減薄(圖2)。

圖1 過Y構造A設計井地震剖面

圖2 波阻抗反演得到的過Y構造A設計井剖面砂體與沉積體系界面關系

原先認為存在的3套主要勘探目的層(砂體A、B、C)實際上均落在沉積體系的界面上(圖2)。這種由不同沉積體系界面形成的波阻抗界面,到底是因確實存在巖性波阻抗界面,還是由不同的年代地層接觸而產(chǎn)生的波阻抗界面,將直接影響到對儲層是否存在的判斷。最終結合鄰井資料,判斷是由不同年代地層接觸而形成的波阻抗界面的可能性更大一些,從而降低了其評價級別。另外,依據(jù)鄰井的巖石物理分析成果及其空間展布形態(tài),判斷在沉積體系Ⅲ內部存在的一個波阻抗異常體為有利儲層的可能性更大一些。實鉆結果表明:鉆前地震反演的3套砂體基本不存在;在沉積體系Ⅲ內部鉆遇了一套良好的儲層;在原預測C砂體的下方也鉆遇了一套良好的儲層,但這套儲層在反演的波阻抗剖面上沒有任何響應。由此可見,僅用波阻抗反演就直接預測儲層存在很大的不確定性,而應用地震沉積學中的沉積體系分析,再結合其他一些方法,工作成效會更好。

如圖3所示,在對該目標水道(綠色)及其下部地層的壓力預測研究中,雖然水道下部的地震反射都呈現(xiàn)出弱反射能量,但經(jīng)過對資料進行的解釋性處理,凸顯出了地層的接觸關系及反射能量的差異性。運用地震地層學方法,在原先認為是大套厚層的深海—半深海沉積地層中識別出了眾多侵蝕水道充填沉積(淺藍色),并將識別出的各個水道作為新的最小地層單元,形成了對地層沉積相的新認識,同樣依據(jù)已鉆井資料和巖石物理研究成果判斷出了各水道的巖性類型(泥質或砂質水道)。關鍵問題是:雖然判斷眾多侵蝕水道內部充填沉積(淺藍色)為泥巖,但它與深?！肷詈Ｏ嗄鄮r巖相相異,從而造成物性存在差異,這對壓力預測研究很關鍵?；谶@些認識,最終給出了鉆前預測的壓力值和壓力結構模式,為安全快速鉆井作業(yè)提供了設計依據(jù)。

圖3 過Y構造A設計井剖面解釋性處理后地層接觸關系

3 結束語

地震沉積學方興未艾,其研究內容及研究手段決定了將真正實現(xiàn)地球物理學與地質學的有機結合,也必將成為隱蔽圈閉勘探的理論方法指導。但是,地震沉積學也確實存在諸多不確定因素,需要在實際工作過程中加以把握,這就要求研究人員必須不斷提高綜合學科水平,才能在實際勘探生產(chǎn)研究中運用自如并充分發(fā)揮出該學科的指導作用。

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A discussion onseveral keyproblems inseismicsedimentology

Chen Zhihong1,2
(1.Zhanjiang Branch of CNOOC Ltd.,Guangdong, 524057;2.China University of Geosciences, Wuhan,430074)

In thestudy ofseismicsedimentology, establishing astratigraphic framework is one of themost basic and importantprocedures,and thesedimentary facies analysis will obtain the results with guidingsignificance to actualproduction only if thestratigraphic framework is established to theminimumstratigraphic unit in the level ofsedimentarysystem.The analysis and evaluation of lithology and itsspatial distribution within asedimentarysystem by comprehensively usingseismic data and geophysical evaluation techniques can not only direct the refined reservoirstudy,but alsoplay a decisive role in the exploration ofsubtle traps.The applicationmethodsystem ofseismicsedimentologyproposed in thispaper was used in the exploration target evaluation in an offshore new area,and theprediction results have been confirmed by drilling.

seismicsedimentology;stratigraphic framework;minimumstratigraphic unit;sedimentary faciesstudy;lithologicprediction;subtle trap exploration;target evaluation

2013-07-15改回日期:2014-02-25

(編輯:張喜林)

*“十一五”國家科技重大專項“海上開發(fā)地震技術及應用研究(編號:2008ZX05024-001)”、“十一五”、“十二五”國家科技重大專項“大型油氣田及煤層氣開發(fā)(編號:2008ZX05023-004、2011ZX05023-004)”部分研究成果。

陳志宏,教授級高級工程師,中國海洋石油總公司勘探專家,長期從事綜合地球物理研究工作,承擔過多項國家和總公司綜合科研項目,現(xiàn)為中國地質大學(武漢)在職博士研究生。E-mail:chenzhh@cnooc.com.cn。