地震沉积学研究现状及进展综述

地震沉积学研究现状及进展综述*林正良a,b,王华a,b,李红敬a,姜华a,方欣欣a,赵淑娥a,陈思a (中国地质大学a.构造与油气资源教育部重点实验室;b.生物地质与环境地质教育部重点实验室,武汉430074)摘要:地震沉积学可以定义为:以高精度三维地震资料为基础,以精细沉积学模式为指导,通过综合应用地球物理技术方法,在等时地层格架内研究沉积体系分布特征及其演化的一门学科。

在地球物理技术方面,重点介绍了一种新的可以自动追踪所有的等时沉积界面、基于导向体的地层切片生成方法及频谱分解中的时频分析技术。

在此基础上指出了地震沉积学的发展趋势,并提出了应用地震沉积学进行沉积、构造和储层的一体化研究,进行有利区带和储层预测的新思路。

关键词:地震沉积学;分频解释;地层切片;导向体中图分类号:P351.2文献标识码:A文章编号:100027849(2009)0520131207地震沉积学(seismic sedimentology)是继地震地层学和层序地层学之后出现的一门现代地震技术与沉积学相结合的新兴交叉学科,是基于高精度的地震资料、现代沉积环境和露头古沉积环境模式的联合反馈,以识别沉积单元的三维几何形态、内部结构和沉积过程为主要目的的方法体系。

1998年曾洪流等[1]首次提出了/地震沉积学0的概念,将其定义为/利用地震资料来研究沉积岩及其形成过程的一门学科0,标志着地震沉积学的诞生。

之后也有学者提出了不同的概念[224],但总体上,地震沉积学的主要研究内容是将三维地震的地球物理解释技术与沉积学研究相结合,侧重于刻画沉积体系的平面展布、空间形态及其演化过程,地震岩石学和地震地貌学组成了地震沉积学的核心内容[2,5]。

地震岩石学主要依据地震属性与岩石特征之间的关系进行储层岩性预测等研究;地震地貌学则主要依据年代地层框架模型进行参考等时界面的拉平,从而研究区域的古地貌特征。

近几年,地震沉积学在国外的海相地层研究中取得了较大的进展,尤其是对古河流体系和海底水道的研究。

国内一些学者也开展了地震沉积学的研究,但基本上处于理论探讨和初步应用阶段。

2005年2月地震沉积学国际会议在美国休斯敦召开,继地震地层学、层序地层学之后,地震沉积学作为一门新的学科越来越受到人们的关注。

笔者将结合沉积层序理论的发展,对地震沉积学的概念、理论基础、研究思路及现状和趋势进行较为全面的总结,同时对地震沉积学中所用到的关键技术进行初步的讨论。

1地震沉积学提出的背景地震技术已广泛地应用于油气田勘探领域,是油气田勘探的重要方法之一。

自20世纪70年代三维地震首次得到商业性应用以来,地震技术取得了长足的进步,完成了从模拟地震向数字地震、从二维地震向三维地震、从普通三维地震向高分辨率三维地震以及从三维地震向四维地震的一系列发展。

一些盆地三维地震工区已经接近或者可以达到全盆地覆盖的规模,如国内的济阳坳陷、南堡凹陷等。

三维地震资料具有覆盖面积大、能客观反映沉积体宏观的三维形态和地层相互接触关系并能连续追踪等特点,为建立盆地内的年代地层格架提供了科学依据。

地震记录可以间接地反映和反演出地质记录的原始沉积环境。

随着现代地震技术的发展,还可以进一步从地震记录中获得沉积单元的岩性、岩相、几何形态以及内部结构等沉积学及沉积岩石学方面的信息。

由于不同地貌、物源等背景因素控制着沉积体系的发育,准确恢复这些沉积背景因素,对于储层及砂体的展布研究意义重大。

另外,地震属性分析技术可以实现对沉积体体积、岩性等的定量描述。

这是地震勘探技术用于沉积学研究,并能与沉积学结合进而形成地震沉积学的理论基础与前提。

随着采集和处理技术的进步,三维地震的分辨率及解释水平也随之得以不断地提高。

三维地震资料的广泛应用促进了层序地层学向地震沉积学的延第28卷第5期2009年9月地质科技情报Geological Science and Technology InformationVol.28No.5Sep.2009*收稿日期:2008212210编辑:杨勇基金项目:国家自然科学基金项目(40872077);湖北省自然科学基金重点项目(2008CDA098)作者简介:林正良(1978)),男,主要从事层序地层学、沉积学方面的研究工作。

伸。

层序地层学理论自20世纪80年代产生以来得以广泛应用,是油气勘探领域里进行储层预测和生-储-盖组合分析的一种有效手段,一度成为油气勘探的权威工具[629]。

经过多年的发展,层序地层学的研究已经达到相对成熟的阶段,然而对于勘探程度较高的老区,层序地层学已经不能满足实际勘探精度的需求,沉积体系空间展布的精细刻画以及储层砂体的准确预测已经成为迫切需要解决的问题。

地震沉积学正是在这种背景下产生的。

2 地震沉积学概念与研究思路地震沉积学是建立在地球物理学、沉积学、地震地层学及层序地层学等学科基础上的一门新兴的、综合性很强的交叉学科,是通过吸取这些学科的优势并克服这些学科的不足而得以发展的。

2.1地震沉积学概念地震沉积学初期被定义为/利用地震资料来研究沉积岩及其形成过程的一门学科0[10]。

后又有学者认为应该在沉积学领域里建立一门分支学科,即/地震沉积学0并将其定义为基于高精度地震资料、现代沉积环境和露头古沉积环境模式的联合反馈(mutual feed 2back)以识别沉积单元的三维几何形态、内部结构和沉积过程的一门学科[3],其研究核心就是建立更为精细沉积体的三维构成。

而同样被看作是地震沉积学一个学派的地震地貌学,Posamen 2tier [4]将其定义为/利用三维地震数据中的相关图像信息,对古地貌进行研究的学科0。

地震沉积学引入国内后,林承焰等[2]将其定义为/利用地震的手段结合井的资料进行宏观的地层、岩石、沉积史、沉积体系和沉积相的平面展布研究0。

从上述的这些概念上可以看出,地震沉积学是在地震资料成功应用于等时地层格架内地层沉积相划分的基础上提出来的,是地震资料应用于沉积学研究和储层分析定量化需求的必然结果。

因此,地震沉积学可以定义为:以高精度三维地震资料为基础,以精细沉积学模式为指导,通过综合应用地球物理技术方法,在等时地层格架内研究沉积体系分布特征及其演化的一门学科。

2.2地震沉积学的主要研究思路地震沉积学的主导思想是利用高精度现代地震技术与沉积学研究进行互动反馈、相互印证。

研究思路主要是在沉积学及沉积模式指导下,利用高分辨率三维地震资料提供的影像揭示沉积体的展布形态及其内部结构,从而实现对古沉积体系的精细刻画。

主要包括以下内容:¹通过现代沉积和露头研究,建立地质模型;º通过建立的地质模型进行正演研究,确立模型的地震响应;»在正演基础上,对地震资料进行高精度层序地层学分析,建立沉积体系的空间分布规律;¼充分利用地震分析技术和成像技术对储集体进行精细描述,从而得出全面准确的沉积学认识,进而指导对有利区带的预测。

因此,进行地震沉积学研究需要将现代地震技术与传统的地质学研究方法进行综合研究与应用,具体研究框架如图1所示。

图1 地震沉积学研究框图Fig.1 Framework of seismic sedimen tology research地震地层学和层序地层学都是以地震资料为基础,并在此基础上进行宏观的地层等时对比与沉积相解释。

层序地层学继承了地震地层学的部分思想与方法,但更多地融合了沉积学的思想。

层序地层学的主要优势在于区域地层格架的建立及宏观的沉积体系展布与预测的研究,而地震沉积学却可以结合层序地层学的优势,并在此基础上进一步结合地质、测井资料,通过各种地震资料处理与解释技术来深化利用地震资料,从而更充分全面地认识地层或地质体的岩性、沉积过程、沉积特征及属性。

另外,地震地层学及层序地层学研究主要利用纵向的地震剖面与信息,而地震沉积学则综合利用纵向的地震剖面信息及水平方向的各种属性切片信息进行沉积学的研究[11]。

3 地震沉积学研究中的主要地球物理方法林承焰等[2]认为地震沉积学研究中的关键技术主要包括90b 相位转换技术、地层切片技术和分频解释技术。

相位转换使地震相位具有了岩性地层的意义,可以用于高频层序地层的地震解释(后补充为相位转换的角度要根据标定的具体情况而定);地层切片是沿两个等时界面间等比例内插出的一系列层132地质科技情报2009年面进行切片来研究沉积体系和沉积相平面展布的技术;基于不同频率地震资料所反映的地质信息的不同,采用分频解释的方法,使得地震解释结果的地质意义更加明确。

在后续的研究过程中,地震沉积学的研究方法得到了进一步的补充。

陆永潮等[12]认为,测井约束反演技术、地层切片和属性分析技术、分频解释技术等都属于地震沉积学的主要技术方法。

在地震沉积学中,对沉积学的划分主要依据对地震信息的定量提取而不依赖于研究者的肉眼观察,因此,在地震沉积学中,对地震属性的提取和分析显得尤为重要。

目前地震属性的种类有上百种,能够有效反映沉积相的地震属性种类很多,既有可能是某一种地震属性参数,也有可能是某几个属性参数的组合,因此地震属性参数的筛选和优化在沉积相分析和储层预测中显得特别重要,其目的是找到能最准确反映沉积相的地震属性参数。

这不但需要研究人员掌握地质知识,而且还需要掌握地球物理知识,只有这样才能很好地进行地震沉积学的研究。

在文中笔者只对分频解释及地层切片技术加以讨论。

3.1分频解释技术地震沉积学最大的理论突破在于对地震同相轴穿时性的重新认识。

曾洪流等[13]对三角洲前积体中常见的平行倾斜界面模型进行正演后发现,当岩性界面(或岩石物理界面)与沉积时间界面相交时,反射同相轴是穿时的。

地震频率成分控制了反射同相轴的倾角和内部反射结构,低频地震资料中同相轴更倾向于具有岩性界面的意义而不是时间界面的意义,这一观点否定了反射同相轴的严格等时性,对地震地层学的研究基础提出了强有力的挑战。

分频解释技术正是基于以上的认识而提出的。

曾洪流等[13]认为地震同相轴既不简单地反映等时界面也不单纯反映岩性界面,而是受地震资料频率的控制,不同频段的地震数据反映的地质信息是不同的。

低频资料中反射同相轴更多地反映岩性界面的信息,而高频资料中反射同相轴更多地反映等时沉积界面的信息。

不同级别的地质层序体对应着地震剖面上的不同频率特征,利用时频分析技术按不同频率进行扫描分析可以识别出由大到小的各级层序体,从而得到一些地震剖面上没有的信息。

由于纵向上频率变化的方向性代表了岩性粗细的变化,所以时频分析不但可以用于地层层序解释,而且还可以用于沉积旋回的划分、水体变化规律及沉积环境变化的推断。

笔者在南堡凹陷东营组的研究中,通过时频分析的地震旋回划分方法所识别和标定的层序界面以及地震资料中的高频成分与测井高频层序划分及旋回分析都吻合得较好(图2)。