地震沉積學在三角洲沉積體系分析中的應用
——以遼河東部凹陷牛居地區為例

陳 松，邢 磊,2，李倩倩，郭 強，關 欣，高偉強

(1.中國海洋大學 海底科學與探測技術教育部重點實驗室，山東 青島 266100；2.青島海洋科學與技術國家實驗室 海洋礦產資源評價與探測技術功能實驗室，山東 青島 266237；3.中石油遼河油田分公司 勘探開發研究院，遼寧 盤錦 124010)

1 引 言

地震沉積學是在地震地層學和層序地層學基礎之上發展起來的一門交叉學科，由曾洪流等于1998年提出并創立，2001年這些學者又對地震沉積學進行系統描述及定義[1]，給出了地震沉積學是基于沉積體系的地震反射特征與沉積體系的映射關系來對沉積相、沉積巖等相關問題進行研究的學科定義。2009年朱筱敏將地震沉積學解釋為以現代沉積學、層序地層學和地震地層學為理論指導，利用三維地震資料及地質資料，經過層序地層、地層切片、地震屬性與巖心刻度的相關巖性研究，以及地貌形態特征研究，確定巖性、沉積成因、儲層形態及油氣分布的地質學科。

對地震沉積學而言，其主要的研究內容是挖掘地震資料中的信息來落實沉積地貌與巖石儲層，其中包括針對地層地貌，沉積體系，沉積相劃分，巖性描述，儲層預測等多方面內容，其關鍵技術包括90°相位轉換、等時切片技術[2-3]，這兩項技術適用于大多數的地質與地震資料條件。近年來隨著高分辨率采集技術的進步，儲層預測方法的多樣發展，地震沉積學的研究方法逐漸豐富，三維可視化、RGB屬性融合、相控反演、地質統計學等技術也逐步得到應用。技術方法的進步與應用，增加了地震沉積學的可靠程度，預測的準確率與精度也進一步提高[4-6]。

地震沉積學在近幾年的推廣及發展，對沉積相描述及儲層預測工作起著非常重要的支撐作用, 并成為沉積儲層研究的關鍵手段。地震沉積學與沉積地貌學已在陸相盆地及海相地層得到廣泛應用,對于河流、三角洲、淺海陸棚、生物礁灘、重力流等沉積體系的研究取得了較好效果[7-12]，同時，在薄儲層、致密油氣、煤系地層等領域也開展了探索應用，形成了一定的認識與經驗[13-16]。本文針對遼河東部凹陷牛居地區水體的升降變化快、差異性物源體系匯入多、砂泥的組合復雜、優勢相帶落實難度大等問題，利用地震沉積學的一系列技術方法對沙三上亞段的沉積相分布進行刻畫，較好的預測了各砂組沉積體系與有利相帶的分布特點。

2 區域地質概況

研究區位于遼河東部凹陷北部(圖1)，南起媽媽街斷層，北至頭臺子潛山，西起茨東斷層，東到營口-佟二堡斷層，呈北東向狹長展布，長約40 km，寬5～9 km，面積約280 km2。

圖1 研究區分布位置Fig.1 The structural distribution map of study area

牛居地區位于東部凹陷最大的生烴洼陷(牛居—長灘洼陷)主體部位，沙三段沉積早期(沙三中下亞段)，湖盆處于初始裂陷期，基底大幅度沉陷，全區處于深湖—半深湖沉積環境，沉積的厚層暗色泥巖是本區主要的烴源巖。沙三段沉積晚期(沙三上亞段)，斷裂活動減弱，該時期以辮狀河三角洲、扇三角洲沉積為主，其優勢相帶為前緣亞相中的水下分流河道微相，河道砂體為主要的儲層。研究區沙三上亞段相帶變化快，發育多套扇體，同時砂體分布變化快,有利相帶預測難度大，傳統的地震預測方法應用難以對這種復雜的沉積相進行預測，因此嘗試利用地震沉積學的技術方法來解決該區的沉積相的精細研究問題。

3 基于地震沉積學的沉積相刻畫

識別沉積相的關鍵有兩方面: 一是由單井出發，通過單井相及連井相分析推斷研究區沉積環境，建立符合工區實際情況的沉積相模式；二是在沉積相模式的指導下將地震屬性及地震相的響應轉化成沉積相的平面展布[17]。

牛居地區沙三上亞段勘探程度較低，洼陷內部深層鉆井少，無法通過單井分析工作實現區域上沉積相的控制劃分，更無法實現對于沉積微相的精細刻畫，同時，該區地震資料分辨率較低，無法實現通過地震反射特征的直觀解釋完成沉積微相的劃分。因此，面對這種低井控條件下的沉積微相，基于區域內以往的沉積和構造背景研究，本次研究采用地震沉積學研究方法，刻畫牛居地區沙三段上亞段內部沉積微相的展布及演化特征，預測有利相帶的展布范圍。

近年來，國內學者在針對低井控區條件下使用三維地震資料作為研究沉積微相與地層巖性手段的工作中取得了廣泛的應用與深入認識[18-20]。結合前人的研究應用與總結，提出針對本區的地震沉積學的研究內容和思路，共包含五個方面：①通過單井層序及砂組劃分，通過井震結合標定，建立等時地層格架；②用90°相位轉換技術，賦予地震反射巖性意義；③在相位轉換地震數據體的基礎上，應用地震屬性地層切片技術識別相邊界；④應通過不同巖性組合的地震頻率特性，通過分頻技術識別主河道發育位置；⑤地震地質結合刻畫沉積相展布特征，充分發揮地震分析方法與地質信息結合互補的優勢對目標相帶或是儲層進行細致地描繪，這也是地震沉積學的主要部分。

3.1 建立井震統一的等時地層格架

井震統一等時地層格架的建立是單井地質分層與地震層位解釋統一的過程，是層序地層分析、沉積體系研究、構造精細解釋的基礎。井震統一就是使時間域的地震信息與深度域的單井層序分層建立關系，實現一致對應性。同時，由于井震分辨率較低，在井震結合時需要找到一個將井震資料最大限度利用的合適研究尺度。要想最大限度的利用地震資料，分頻技術是一項十分有效的地震解釋技術，該方法將地震資料中包含的時間域信息轉換為頻率域數據，尋找其頻率特征與實際地質體的映射關系，利用頻率特征在空間上的變化來反映不同類型沉積旋回的研究。

根據本區層序地層的研究成果，沙三上亞段屬高位體系域，沉積物由下至上逐漸呈由細到粗的變化特點，整體呈反旋回的沉積特點。沙三上亞段內部又可細分為四個短期的反旋回，據此可將其細分為四個砂組(圖2)。在單井分析基礎上，利用分頻技術，進行合理的層序劃分，從分頻數據體上可見明顯的旋回界面，這與單井上的層序分析是一致的，最終通過井震標定建立了等時地層格架下的研究單元。

圖2 牛94井單井相與層序劃分圖Fig.2 Single well facies and sequence division of well Niu 94

3.2 90°相位轉換，賦予地震反射巖性意義

在零相位地震數據中,地層界面往往與地震波的波峰或波谷相對應，地層的巖性與地震相位間不存在確定性的對應關系，而經90°相位轉換后，反射波主峰被移位與巖層中心對應，使得地震反射與巖層相一致，建立起地震反射同相軸與巖層之間的對應關系，賦予了地震相位巖性的意義。

90°相位轉換技術在本工區的適用性需要通過實驗驗證其可靠性，合成地震記錄可以將測井曲線與地震信息形成對應關系，正是利用這種對應關系，選用能夠反映該區巖性變化的電阻率測井曲線進行井震對比試驗。通過牛5井的標定可以看出(圖3)，零相位剖面上高電阻率反應的砂巖條帶與地震相位沒有一致的對應關系，而在90°相位轉換剖面上高電阻所反映的砂巖條帶均與波形主峰有著很好的對應關系。

圖3 過牛5井零相位剖面與90°相位轉換剖面的井震對比關系Fig.3 The relationship of well-seismic data between zero phase profile and 90°phase shift profile through well Niu 5

研究表明在沙三上亞段存在多套巖性上傾尖滅體，以往認為的大套連續性砂體在相位轉換后表現出多套砂體疊合的特征(圖4)，這也反應出本區沙三上亞段辮狀河三角洲沉積環境下的砂體變化特點，其數據體更能反映出相帶的變化特點。

圖4 原始地震剖面與90°相位轉換剖面對比Fig.4 Comparison of original seismic profile and 90°phase shift profile

3.3 地震屬性的地層切片分析技術識別相邊界

層序格架內的屬性分析也是地震沉積學范疇，由于地震垂向分辨率較低，利用地震同向軸追蹤相邊界的變化是難以實現的，等時格架下的地層切片屬性分析技術利用平面上的地震屬性變化識別相帶變化，通過這種手段可以在平面上彌補垂向分辨率的不足。對于牛居沙三上亞段而言,在等時地層格架劃分的基礎上, 應用等時地層切片掃描技術可實現對沉積體系演化過程與相帶展布的分析。

研究表明，地震屬性分析技術對于儲層及沉積相的刻畫最為準確[21-22]，以90°相位地震資料為基礎，均方根振幅地層切片屬性可以很好的反映研究區內沉積微相的分布范圍與邊界(圖5)，尤其是對分流河道主體、河口壩、席狀砂的分布響應特征較清晰。本次研究分別就沙三上亞段四個砂組進行了均方根屬性提取分析，預測結果表明，牛居地區發育多套扇體，兩側扇體在洼陷中部交匯。

圖5 牛居地區沙三上Ⅰ砂組均方根振幅屬性圖Fig.5 Root mean square amplitude ofⅠ sand group in Sha 3 upper subinterval in Niuju area

3.4 分頻技術識別主河道位置

頻譜分解技術實際上就是將各地震道信號分解成不同的頻率成分，利用高頻成分對薄層有調諧響應、低頻成分對厚層有調諧響應的特性，來識別地震數據的“局部”巖性特征(如河道砂體)。在分頻處理解釋過程中，首先從地震數據體中提取已知井的頻率信息，分析各沉積相帶及巖性組合對應的頻率范圍。分析結果表明，研究區主河道沉積相帶主要表現低頻特征，頻率在9～14 Hz(地震頻率，赫茲)之間，巖性以砂礫巖、含礫不等粒砂巖為主、單層厚度在20 m左右。河道間及前緣席狀砂等相帶對應頻率相對較高，在18～22 Hz 之間，巖性以細砂巖、粉砂巖與泥巖頻繁互層為主、單層厚度在2～8 m之間。

由于不同深度的地震資料頻率特征存在差異性，所以在分頻資料分析的過程中，要根據地層的特點與地震資料情況選擇合適的頻率，通過對多個單頻資料的聯合分析才能了解儲層的整體分布情況。以Ⅰ砂組、Ⅱ砂組為例，通過與已知井對比分析后，分別選用10 Hz、13 Hz為主頻的分頻屬性進行層間屬性提取，可以看到，分頻地震資料對河道位置的成像較清晰。研究表明，牛89井與玉1井區一直存在兩條繼承性發育的主河道，隨著河道的擺動，主河道位置在不同砂組沉積期發育位置出現了變化(圖6)。

圖6 牛居北部分頻層間屬性預測圖Fig.6 Frequency-divided interlaminar attribute graphs of Niuju’s northern area

4 應用效果及分析

牛居地區沙三上亞段下部的沙三中下亞段湖相泥巖為主力源巖層，上部沙一段下部泥巖層厚度達200～300 m為區域蓋層，沙三上亞段為下生上儲的成藏組合。本區勘探發現均集中在茨東斷層西側埋藏較淺的斜坡帶，而牛居洼陷沙三上亞段埋深較大(大于3 000 m)，以往探井部署以構造圈閉為主，構造高點在牛深3井-牛深2井一帶，牛深3井鉆遇巖性細(粉砂巖為主)且厚度薄(2～4 m)，為三角洲前緣末端以及席狀砂為主，試油產量較低。分析認為，在分流河道主體，砂體發育、巖性較粗、物性條件較好的位置油氣顯示很活躍，說明位于河道主體的有利相帶為油氣成藏的有利部位，尋找規模砂體發育區是勘探的成功的關鍵。

通過地震沉積學關鍵技術的聯合應用，結合綜合地質研究工作，對牛居地區沙三上亞段各砂組沉積微相的展布特征進行了預測，尤其對水下分流河道、河口壩、河道間等微相進行了精細的刻畫。從4個砂組的沉積微相圖中可以看出，牛居洼陷較寬緩、多支物源匯聚、側向物源延伸距離遠，其前緣部分在洼陷區匯聚，有利相帶發育范圍廣。4個砂組主要為辮狀河三角洲及扇三角洲沉積環境，物源主要來自西側的茨榆坨斜坡帶與東側的東部凸起，西側物源延伸距離長，為辮狀河三角洲沉積體系，規模較大，東側物源為短軸物源，為扇三角洲沉積體系。由Ⅳ砂組到Ⅰ砂組，水體逐漸變淺，扇體延伸規模增大，以水下河道砂體為主的有利儲層更發育(圖7)。

圖7 牛居地區沙三上亞段各砂組沉積相平面圖Fig.7 Sedimentary facies planar graphs of sand groups in Sha 3 upper subinterval in Niuju area

綜合以上認識，利用地震沉積學刻畫的精細沉積相分布圖，選擇有利的相帶部位部署的牛94井分別在Ⅰ、Ⅱ砂組獲高產工業油流，打開了牛居地區沙三上亞段勘探新場面，地震沉積學對于尋找三角洲沉積體系的規模砂巖油氣藏具有較好的應用效果。

5 結論與認識

1)借助地震沉積學研究手段，在東部凹陷牛居沙三上亞段三角洲沉積體系研究中，利用地震相位轉換、分頻解釋、地層切片技術，刻畫該區三角洲沉積體系與沉積相帶的分布；

2)利用地震地層學在牛居地區的應用，明確了牛居地區沙三上亞段四個砂組受控于東西兩側物源，發育多套扇體，各砂組的沉積特征存在差異，前緣相帶有利砂體規模發育，是勘探的有利區帶。

3)對于多物源匯入的沉積體系研究，每支物源的供給強度、巖性組合、河道砂體發育程度等均存在差異性，本次研究在主河道刻畫過程中也是對不同砂組的單物源體系開展獨立主頻分析，對于這種多物源體系下的三角洲沉積相帶的研究具有良好的應用前景。