地震沉积学几个关键问题的探讨*

陈志宏

(1.中海石油(中国)有限公司湛江分公司; 2.中国地质大学(武汉))

地震沉积学几个关键问题的探讨*

陈志宏1,2

(1.中海石油(中国)有限公司湛江分公司; 2.中国地质大学(武汉))

在地震沉积学研究中,地层格架的建立是最基础和最重要的工作之一,只有将地层格架精细建立到沉积体系级别的最小地层单元上,进行沉积相研究才有可能得到对实际生产有指导意义的成果。充分运用地震资料和地球物理评价技术对沉积体系内部的岩性及其空间展布进行分析评价,不仅能够指导储层精细研究,而且在隐蔽圈闭勘探中能够发挥决定性的作用。本文提出的地震沉积学应用方法体系在海上某一新区勘探目标评价中进行了应用,其预测结果得到了钻探证实。

地震沉积学;地层格架;最小地层单元;沉积相研究;岩性预测;隐蔽圈闭勘探;目标评价

在勘探新区,由于缺乏钻井资料,使得地质综合评价非常依赖于地震资料和地球物理评价技术。近年来出现的地震沉积学为科研人员进行综合地质评价提供了一个新的手段,但众多专家学者对地震沉积学的研究内容、研究手段及最终的研究成果定位存在着不同的意见。笔者认为,对于这些问题的探讨,有助于在实际勘探生产研究中更好地发挥地震沉积学的作用。

1 地震沉积学几个关键问题的探讨

1998年旅美学者曾洪流教授等[1]提出了“地震沉积学”这一概念,定义“地震沉积学是利用地震信息来研究沉积相及其形成过程的一门学科”。2005年2月,地震沉积学国际会议在美国的召开,标志着这门新学科进入了一个新的发展阶段,地震沉积学这一概念及学科迅速引起了国内外广大学者极大的关注。此后,一直有很多学者试图对地震沉积学进行更加详细和准确的描述,以厘清相关的名词和概念,进而形成相应的工作方法和工作流程[2-8]。例如,董春梅等认为“地震沉积学是应用地震信息研究沉积岩及其形成过程的学科,它是继地震地层学、层序地层学之后的又一门新的边缘交叉学科”;石万忠等认为“地震沉积学是在地震属性技术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相和储层分析的定量化需求的必然结果。因此,地震沉积学的定义应该是应用地震资料和技术来研究等时沉积格架内沉积相的一门学科”;解习农认为“地震沉积学是以地质模型为指导,三维地震技术为手段,精细刻画并定量描述储集砂体的一门学科”。在众多有关地震沉积学的文章中,大多提到Zeng等[1]提出的90°相位转换、地层切片和分频解释是地震沉积学的3项关键技术,但也有一些不同的声音[9-11]。

上述学者的研究成果基本揭示了地震沉积学涉及到的几个核心研究内容:①地震沉积学是继地震地层学、层序地层学之后的又一门新的边缘交叉学科;②在地层格架内研究沉积岩及其形成过程;③定量描述储集砂体;④充分运用地震资料和地球物理技术。但是,还有一些问题仍然没有清晰说明:①如何确定地层格架的级别及如何识别不同层序级别的等时界面?②地震沉积学最终研究成果的落脚点是沉积相还是储层?或是其他?

笔者非常认可地震沉积学的指导思想,认为地震沉积学虽然还存在一些不确定因素,但已不影响其成为指导油气勘探开发评价工作的学科地位,将是今后油气勘探开发工作者从事油气综合评价的强大指导方法。依据在生产实践中的体会和认识,笔者将地震沉积学厘定为“地震沉积学是充分运用地震资料和评价技术对最小地层单元进行沉积相研究及岩性预测的一门学科”,认为其研究内容主要包括:①地层格架搭建;②地震岩石学研究;③沉积体系分析;④相控岩性预测[12]。笔者对地震沉积学定义的厘定和研究内容的确定,主要基于以下的一些认识。

1.1 地层格架级别的确定问题

众多专家学者在各自阐述有关地震沉积学的定义中均提到了地层格架一词,但却未明确其级别。事实上,大家也常说要进行地层格架下的沉积相研究,但若“格架”过大则其可能包含多个沉积体系,沉积相研究的精度势必受到影响,因此沉积相的研究只有在“最小地层单元”上进行才有最现实的意义。

地震沉积学与地震地层学、层序地层学关系密切。地震地层学的核心是依据地震资料上的地震响应特征划分出不同级别的地震层序,依据地震层序的内部反射结构、外部形态和振幅特征等来推测沉积现象和可能的沉积环境。层序地层学之所以说是对地震地层学的发展,其最主要的贡献就是明确提出了等时地层界面的概念。地震地层学中的地震层序存在不少的穿时现象,因而容易误导对沉积相的研究。

层序地层学存在三大流派,其中以Cross为代表的高分辨率层序地层学更适合于已钻井区开发阶段陆相沉积环境的地层划分对比(本文更多讨论的是勘探阶段的地层格架问题),而以Vail为代表的经典层序地层学理论方法更适用于被动大陆边缘沉积环境。在Vail的经典层序地层学中,三级层序内部主要采用三分法,即低位体系域、海侵体系域和高位体系域,现在也有在其基础上进行四分的,即多了一个强制性海退体系域,但每一个体系域是否对应四级层序目前仍存在分歧。笔者赞成每一个体系域对应四级层序,且认为四级层序是由准层序组(而不是准层序)构成。这一点很重要,因为许多研究人员认为低位体系域和海侵体系域是由准层序构成,只有高位体系域才是由准层序组构成。这样我们以往的一些沉积相研究就暴露出研究精度的问题,即使沉积相研究逐渐由以三级层序为研究单元走向以体系域为研究单元,也仍然存在研究精度的问题,因为只有准层序(而不是准层序组)才是一个独立的沉积单元,或者说是一个完整的沉积体系,只有在一个个独立的沉积体系中进行沉积相研究,才能真正形成对勘探研究有指导意义的沉积相空间展布,并通过进一步的岩性分析厘清相邻沉积体系的空间叠置关系,才能有助于后续的综合评价工作。因此,地层格架首先应建立在三级层序格架基础之上,最后落实到五级层序的沉积体系格架上,这就是勘探阶段研究的“最小地层单元”。换言之,只有对准层序级别的沉积体系进行沉积相研究,对勘探地质研究才有真正的指导意义和作用。

1.2 最小地层单元的等时界面识别问题

将对沉积相的研究放在“最小地层单元”,这就存在一个最小地层单元的等时界面识别问题。在对最小地层单元的阐述中,已提及地层格架是逐级搭建起来的,因此在目前的物探技术发展阶段,利用品质相对较好的地震资料进行最小地层单元的等时界面识别还是具有一定的可操作性。Zeng等[1]认为分频技术可以作为其中的技术之一,但笔者认为地震反射几何形态描述对于具有比较明显外形特征的地质现象(如水道、三角洲)也能起到非常好的刻画作用。也有学者[5,8]将平面的信息融合在一起(称为地震地貌学),利用平面形态来描述沉积特征,在将一些特殊地质现象表现出来的同时,也指导刻画出特殊地质体的顶、底界面。另一方面,对于一些平行或亚平行、没有较明显外形特征的沉积体,可以尝试运用地震垂直时频进行旋回划分,将每一旋回作为最小地层单元,因为在高分辨率层序地层学中可以利用测井资料直接在三级层序内部进行旋回划分,因此随着垂直时频分析技术的发展成熟,将沉积旋回的识别作为平行或亚平行地层内部的等时界面识别,将会发挥出更大的作用[7]。

最小地层单元的等时界面识别,在实际工作中是存在众多影响因素的,其关键影响因素之一就是地震资料的品质。随着地震资料品质的降低,对准层序级别的沉积相研究将变得困难,这是地震沉积学存在的不确定性之处,同时也对研究者提出了一定的要求。

1.3 提高地震资料品质和充分运用地球物理评价技术的问题

地震沉积学研究涉及到地震资料品质和地球物理评价技术的充分运用。一方面,提高地震资料品质和发展地球物理评价技术一直在进行;另一方面,必须充分运用现有资料和技术手段去解决实际面临的问题。受自身技术发展的局限,地球物理评价技术本身也存在许多的不确定性,而在综合地质评价中研究目的层的差异、地震资料品质的不同都将促使运用不同的技术方法和研究手段去解决,这势必促进地球物理评价技术的发展。因此,没必要拘泥于一些具体技术的约束,能够解决问题的技术就是最好的技术,解决不同的问题应使用不同的地震属性资料,运用不同的地球物理评价技术。地震地层学作为一门显学,自然有其长处;现在地震沉积学发展了,应对地震地层学进行扬弃,而不是否定。旧的技术在发展,同时也会出现众多新技术,关键在于能否解决问题。这就要求研究人员不断提高综合分析能力,确保能充分地运用地震资料和地球物理评价技术,这是对用好地震沉积学提出的另一较高的要求。

1.4 地震沉积学的成果定位问题

众多专家学者将地震沉积学定位于解决沉积相研究,也有的定位于解决储层预测。仅定位于解决沉积相研究,离解决实际生产问题还是有点远;而定位于解决储层预测,也不是地震沉积学工作的全部。就油气勘探而言,在理想状态下地震沉积学以最小地层单元内部的沉积体系为研究单元,若能真正解决沉积体系内部的岩性空间展布,就能认识清楚岩性的空间分布,从这个层面来讲,就是解决了隐蔽圈闭勘探的岩性及其组合问题,即圈闭的有效性。因此,我们更注重于将地震沉积学最终用于解决地质体的岩性预测。

地震沉积学方法体系最终可归纳为地层格架下的沉积相研究和相控下的岩性预测。地震沉积学是从地震地层学、层序地层学发展而来,层序地层学中的等时地层格架、地震地层学中的几何形态特征等精华依然是地震沉积学的重要组成部分。同时,在地震沉积学中所应用的地球物理动力学物理属性及不断发展的地球物理新技术,势必将极大地丰富研究手段和提高成果的有效性。

2 在新区勘探目标评价中的应用

Y构造(图1)位于海上的某一勘探新区,距离该构造最近的一口井有20 km远。综合评价(主要依据波阻抗反演成果)认为,该目标主要勘探目的层存在A、B、C等3套砂体(图2)。根据钻前压力预测,水道砂及下伏地层存在异常高压带,压力系数可达1.93。根据钻井工程作业规范,要求地质上能够提供一个准确的压力面位置并给出压力结构模型,进而为钻井设计提供依据,这就要求必须进一步落实储层发育状况和进行压力预测。

对地震资料的进一步分析结果表明,该目标勘探目的层段实际上是由4套沉积体系叠置而成:沉积体系Ⅰ是一套中高频连续反射的楔状体,在剖面位置往右尖灭;沉积体系Ⅱ是一套中低频连续反射的楔状体,在剖面位置同样往右尖灭;沉积体系Ⅲ是一套中高频连续反射的楔状体,在剖面位置往左厚度减薄,在高部位被削蚀;沉积体系Ⅳ是一套中低频连续反射的楔状体,在剖面位置往左逐渐减薄(图2)。

图1 过Y构造A设计井地震剖面

图2 波阻抗反演得到的过Y构造A设计井剖面砂体与沉积体系界面关系

原先认为存在的3套主要勘探目的层(砂体A、B、C)实际上均落在沉积体系的界面上(图2)。这种由不同沉积体系界面形成的波阻抗界面,到底是因确实存在岩性波阻抗界面,还是由不同的年代地层接触而产生的波阻抗界面,将直接影响到对储层是否存在的判断。最终结合邻井资料,判断是由不同年代地层接触而形成的波阻抗界面的可能性更大一些,从而降低了其评价级别。另外,依据邻井的岩石物理分析成果及其空间展布形态,判断在沉积体系Ⅲ内部存在的一个波阻抗异常体为有利储层的可能性更大一些。实钻结果表明:钻前地震反演的3套砂体基本不存在;在沉积体系Ⅲ内部钻遇了一套良好的储层;在原预测C砂体的下方也钻遇了一套良好的储层,但这套储层在反演的波阻抗剖面上没有任何响应。由此可见,仅用波阻抗反演就直接预测储层存在很大的不确定性,而应用地震沉积学中的沉积体系分析,再结合其他一些方法,工作成效会更好。

如图3所示,在对该目标水道(绿色)及其下部地层的压力预测研究中,虽然水道下部的地震反射都呈现出弱反射能量,但经过对资料进行的解释性处理,凸显出了地层的接触关系及反射能量的差异性。运用地震地层学方法,在原先认为是大套厚层的深海—半深海沉积地层中识别出了众多侵蚀水道充填沉积(浅蓝色),并将识别出的各个水道作为新的最小地层单元,形成了对地层沉积相的新认识,同样依据已钻井资料和岩石物理研究成果判断出了各水道的岩性类型(泥质或砂质水道)。关键问题是:虽然判断众多侵蚀水道内部充填沉积(浅蓝色)为泥岩,但它与深海—半深海相泥岩岩相相异,从而造成物性存在差异,这对压力预测研究很关键。基于这些认识,最终给出了钻前预测的压力值和压力结构模式,为安全快速钻井作业提供了设计依据。

图3 过Y构造A设计井剖面解释性处理后地层接触关系

3 结束语

地震沉积学方兴未艾,其研究内容及研究手段决定了将真正实现地球物理学与地质学的有机结合,也必将成为隐蔽圈闭勘探的理论方法指导。但是,地震沉积学也确实存在诸多不确定因素,需要在实际工作过程中加以把握,这就要求研究人员必须不断提高综合学科水平,才能在实际勘探生产研究中运用自如并充分发挥出该学科的指导作用。

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[12]谢玉洪,刘力辉,陈志宏.中国南海地震沉积学研究及其在岩性预测中的应用[M].北京:石油工业出版社,2010.

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

(编辑:张喜林)

*“十一五”国家科技重大专项“海上开发地震技术及应用研究(编号:2008ZX05024-001)”、“十一五”、“十二五”国家科技重大专项“大型油气田及煤层气开发(编号:2008ZX05023-004、2011ZX05023-004)”部分研究成果。

陈志宏,教授级高级工程师,中国海洋石油总公司勘探专家,长期从事综合地球物理研究工作,承担过多项国家和总公司综合科研项目,现为中国地质大学(武汉)在职博士研究生。E-mail:chenzhh@cnooc.com.cn。