陳志宏

(1.中海石油(中國(guó))有限公司湛江分公司; 2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢))

地震沉積學(xué)幾個(gè)關(guān)鍵問題的探討*

陳志宏1,2

(1.中海石油(中國(guó))有限公司湛江分公司; 2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢))

在地震沉積學(xué)研究中,地層格架的建立是最基礎(chǔ)和最重要的工作之一,只有將地層格架精細(xì)建立到沉積體系級(jí)別的最小地層單元上,進(jìn)行沉積相研究才有可能得到對(duì)實(shí)際生產(chǎn)有指導(dǎo)意義的成果。充分運(yùn)用地震資料和地球物理評(píng)價(jià)技術(shù)對(duì)沉積體系內(nèi)部的巖性及其空間展布進(jìn)行分析評(píng)價(jià),不僅能夠指導(dǎo)儲(chǔ)層精細(xì)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(xué)應(yīng)用方法體系在海上某一新區(qū)勘探目標(biāo)評(píng)價(jià)中進(jìn)行了應(yīng)用,其預(yù)測(cè)結(jié)果得到了鉆探證實(shí)。

地震沉積學(xué);地層格架;最小地層單元;沉積相研究;巖性預(yù)測(cè);隱蔽圈閉勘探;目標(biāo)評(píng)價(jià)

在勘探新區(qū),由于缺乏鉆井資料,使得地質(zhì)綜合評(píng)價(jià)非常依賴于地震資料和地球物理評(píng)價(jià)技術(shù)。近年來(lái)出現(xiàn)的地震沉積學(xué)為科研人員進(jìn)行綜合地質(zhì)評(píng)價(jià)提供了一個(gè)新的手段,但眾多專家學(xué)者對(duì)地震沉積學(xué)的研究?jī)?nèi)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(rèn)為,對(duì)于這些問題的探討,有助于在實(shí)際勘探生產(chǎn)研究中更好地發(fā)揮地震沉積學(xué)的作用。

1 地震沉積學(xué)幾個(gè)關(guān)鍵問題的探討

1998年旅美學(xué)者曾洪流教授等[1]提出了“地震沉積學(xué)”這一概念,定義“地震沉積學(xué)是利用地震信息來(lái)研究沉積相及其形成過程的一門學(xué)科”。2005年2月,地震沉積學(xué)國(guó)際會(huì)議在美國(guó)的召開,標(biāo)志著這門新學(xué)科進(jìn)入了一個(gè)新的發(fā)展階段,地震沉積學(xué)這一概念及學(xué)科迅速引起了國(guó)內(nèi)外廣大學(xué)者極大的關(guān)注。此后,一直有很多學(xué)者試圖對(duì)地震沉積學(xué)進(jìn)行更加詳細(xì)和準(zhǔn)確的描述,以厘清相關(guān)的名詞和概念,進(jìn)而形成相應(yīng)的工作方法和工作流程[2-8]。例如,董春梅等認(rèn)為“地震沉積學(xué)是應(yīng)用地震信息研究沉積巖及其形成過程的學(xué)科,它是繼地震地層學(xué)、層序地層學(xué)之后的又一門新的邊緣交叉學(xué)科”;石萬(wàn)忠等認(rèn)為“地震沉積學(xué)是在地震屬性技術(shù)成功應(yīng)用于等時(shí)地層格架內(nèi)地層沉積相劃分的基礎(chǔ)上提出來(lái)的,是地震資料應(yīng)用于沉積相和儲(chǔ)層分析的定量化需求的必然結(jié)果。因此,地震沉積學(xué)的定義應(yīng)該是應(yīng)用地震資料和技術(shù)來(lái)研究等時(shí)沉積格架內(nèi)沉積相的一門學(xué)科”;解習(xí)農(nóng)認(rèn)為“地震沉積學(xué)是以地質(zhì)模型為指導(dǎo),三維地震技術(shù)為手段,精細(xì)刻畫并定量描述儲(chǔ)集砂體的一門學(xué)科”。在眾多有關(guān)地震沉積學(xué)的文章中,大多提到Zeng等[1]提出的90°相位轉(zhuǎn)換、地層切片和分頻解釋是地震沉積學(xué)的3項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),但也有一些不同的聲音[9-11]。

上述學(xué)者的研究成果基本揭示了地震沉積學(xué)涉及到的幾個(gè)核心研究?jī)?nèi)容:①地震沉積學(xué)是繼地震地層學(xué)、層序地層學(xué)之后的又一門新的邊緣交叉學(xué)科;②在地層格架內(nèi)研究沉積巖及其形成過程;③定量描述儲(chǔ)集砂體;④充分運(yùn)用地震資料和地球物理技術(shù)。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(jí)別及如何識(shí)別不同層序級(jí)別的等時(shí)界面?②地震沉積學(xué)最終研究成果的落腳點(diǎn)是沉積相還是儲(chǔ)層?或是其他?

筆者非常認(rèn)可地震沉積學(xué)的指導(dǎo)思想,認(rèn)為地震沉積學(xué)雖然還存在一些不確定因素,但已不影響其成為指導(dǎo)油氣勘探開發(fā)評(píng)價(jià)工作的學(xué)科地位,將是今后油氣勘探開發(fā)工作者從事油氣綜合評(píng)價(jià)的強(qiáng)大指導(dǎo)方法。依據(jù)在生產(chǎn)實(shí)踐中的體會(huì)和認(rèn)識(shí),筆者將地震沉積學(xué)厘定為“地震沉積學(xué)是充分運(yùn)用地震資料和評(píng)價(jià)技術(shù)對(duì)最小地層單元進(jìn)行沉積相研究及巖性預(yù)測(cè)的一門學(xué)科”,認(rèn)為其研究?jī)?nèi)容主要包括:①地層格架搭建;②地震巖石學(xué)研究;③沉積體系分析;④相控巖性預(yù)測(cè)[12]。筆者對(duì)地震沉積學(xué)定義的厘定和研究?jī)?nèi)容的確定,主要基于以下的一些認(rèn)識(shí)。

1.1 地層格架級(jí)別的確定問題

眾多專家學(xué)者在各自闡述有關(guān)地震沉積學(xué)的定義中均提到了地層格架一詞,但卻未明確其級(jí)別。事實(shí)上,大家也常說要進(jìn)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(gè)沉積體系,沉積相研究的精度勢(shì)必受到影響,因此沉積相的研究只有在“最小地層單元”上進(jìn)行才有最現(xiàn)實(shí)的意義。

地震沉積學(xué)與地震地層學(xué)、層序地層學(xué)關(guān)系密切。地震地層學(xué)的核心是依據(jù)地震資料上的地震響應(yīng)特征劃分出不同級(jí)別的地震層序,依據(jù)地震層序的內(nèi)部反射結(jié)構(gòu)、外部形態(tài)和振幅特征等來(lái)推測(cè)沉積現(xiàn)象和可能的沉積環(huán)境。層序地層學(xué)之所以說是對(duì)地震地層學(xué)的發(fā)展,其最主要的貢獻(xiàn)就是明確提出了等時(shí)地層界面的概念。地震地層學(xué)中的地震層序存在不少的穿時(shí)現(xiàn)象,因而容易誤導(dǎo)對(duì)沉積相的研究。

層序地層學(xué)存在三大流派,其中以Cross為代表的高分辨率層序地層學(xué)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(duì)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(xué)理論方法更適用于被動(dòng)大陸邊緣沉積環(huán)境。在Vail的經(jīng)典層序地層學(xué)中,三級(jí)層序內(nèi)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(chǔ)上進(jìn)行四分的,即多了一個(gè)強(qiáng)制性海退體系域,但每一個(gè)體系域是否對(duì)應(yīng)四級(jí)層序目前仍存在分歧。筆者贊成每一個(gè)體系域?qū)?yīng)四級(jí)層序,且認(rèn)為四級(jí)層序是由準(zhǔn)層序組(而不是準(zhǔn)層序)構(gòu)成。這一點(diǎn)很重要,因?yàn)樵S多研究人員認(rèn)為低位體系域和海侵體系域是由準(zhǔn)層序構(gòu)成,只有高位體系域才是由準(zhǔn)層序組構(gòu)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(jí)層序?yàn)檠芯繂卧呦蛞泽w系域?yàn)檠芯繂卧?也仍然存在研究精度的問題,因?yàn)橹挥袦?zhǔn)層序(而不是準(zhǔn)層序組)才是一個(gè)獨(dú)立的沉積單元,或者說是一個(gè)完整的沉積體系,只有在一個(gè)個(gè)獨(dú)立的沉積體系中進(jìn)行沉積相研究,才能真正形成對(duì)勘探研究有指導(dǎo)意義的沉積相空間展布,并通過進(jìn)一步的巖性分析厘清相鄰沉積體系的空間疊置關(guān)系,才能有助于后續(xù)的綜合評(píng)價(jià)工作。因此,地層格架首先應(yīng)建立在三級(jí)層序格架基礎(chǔ)之上,最后落實(shí)到五級(jí)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(duì)準(zhǔn)層序級(jí)別的沉積體系進(jìn)行沉積相研究,對(duì)勘探地質(zhì)研究才有真正的指導(dǎo)意義和作用。

1.2 最小地層單元的等時(shí)界面識(shí)別問題

將對(duì)沉積相的研究放在“最小地層單元”,這就存在一個(gè)最小地層單元的等時(shí)界面識(shí)別問題。在對(duì)最小地層單元的闡述中,已提及地層格架是逐級(jí)搭建起來(lái)的,因此在目前的物探技術(shù)發(fā)展階段,利用品質(zhì)相對(duì)較好的地震資料進(jìn)行最小地層單元的等時(shí)界面識(shí)別還是具有一定的可操作性。Zeng等[1]認(rèn)為分頻技術(shù)可以作為其中的技術(shù)之一,但筆者認(rèn)為地震反射幾何形態(tài)描述對(duì)于具有比較明顯外形特征的地質(zhì)現(xiàn)象(如水道、三角洲)也能起到非常好的刻畫作用。也有學(xué)者[5,8]將平面的信息融合在一起(稱為地震地貌學(xué)),利用平面形態(tài)來(lái)描述沉積特征,在將一些特殊地質(zhì)現(xiàn)象表現(xiàn)出來(lái)的同時(shí),也指導(dǎo)刻畫出特殊地質(zhì)體的頂、底界面。另一方面,對(duì)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(yùn)用地震垂直時(shí)頻進(jìn)行旋回劃分,將每一旋回作為最小地層單元,因?yàn)樵诟叻直媛蕦有虻貙訉W(xué)中可以利用測(cè)井資料直接在三級(jí)層序內(nèi)部進(jìn)行旋回劃分,因此隨著垂直時(shí)頻分析技術(shù)的發(fā)展成熟,將沉積旋回的識(shí)別作為平行或亞平行地層內(nèi)部的等時(shí)界面識(shí)別,將會(huì)發(fā)揮出更大的作用[7]。

最小地層單元的等時(shí)界面識(shí)別,在實(shí)際工作中是存在眾多影響因素的,其關(guān)鍵影響因素之一就是地震資料的品質(zhì)。隨著地震資料品質(zhì)的降低,對(duì)準(zhǔn)層序級(jí)別的沉積相研究將變得困難,這是地震沉積學(xué)存在的不確定性之處,同時(shí)也對(duì)研究者提出了一定的要求。

1.3 提高地震資料品質(zhì)和充分運(yùn)用地球物理評(píng)價(jià)技術(shù)的問題

地震沉積學(xué)研究涉及到地震資料品質(zhì)和地球物理評(píng)價(jià)技術(shù)的充分運(yùn)用。一方面,提高地震資料品質(zhì)和發(fā)展地球物理評(píng)價(jià)技術(shù)一直在進(jìn)行;另一方面,必須充分運(yùn)用現(xiàn)有資料和技術(shù)手段去解決實(shí)際面臨的問題。受自身技術(shù)發(fā)展的局限,地球物理評(píng)價(jià)技術(shù)本身也存在許多的不確定性,而在綜合地質(zhì)評(píng)價(jià)中研究目的層的差異、地震資料品質(zhì)的不同都將促使運(yùn)用不同的技術(shù)方法和研究手段去解決,這勢(shì)必促進(jìn)地球物理評(píng)價(jià)技術(shù)的發(fā)展。因此,沒必要拘泥于一些具體技術(shù)的約束,能夠解決問題的技術(shù)就是最好的技術(shù),解決不同的問題應(yīng)使用不同的地震屬性資料,運(yùn)用不同的地球物理評(píng)價(jià)技術(shù)。地震地層學(xué)作為一門顯學(xué),自然有其長(zhǎng)處;現(xiàn)在地震沉積學(xué)發(fā)展了,應(yīng)對(duì)地震地層學(xué)進(jìn)行揚(yáng)棄,而不是否定。舊的技術(shù)在發(fā)展,同時(shí)也會(huì)出現(xiàn)眾多新技術(shù),關(guān)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(yùn)用地震資料和地球物理評(píng)價(jià)技術(shù),這是對(duì)用好地震沉積學(xué)提出的另一較高的要求。

1.4 地震沉積學(xué)的成果定位問題

眾多專家學(xué)者將地震沉積學(xué)定位于解決沉積相研究,也有的定位于解決儲(chǔ)層預(yù)測(cè)。僅定位于解決沉積相研究,離解決實(shí)際生產(chǎn)問題還是有點(diǎn)遠(yuǎn);而定位于解決儲(chǔ)層預(yù)測(cè),也不是地震沉積學(xué)工作的全部。就油氣勘探而言,在理想狀態(tài)下地震沉積學(xué)以最小地層單元內(nèi)部的沉積體系為研究單元,若能真正解決沉積體系內(nèi)部的巖性空間展布,就能認(rèn)識(shí)清楚巖性的空間分布,從這個(gè)層面來(lái)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(xué)最終用于解決地質(zhì)體的巖性預(yù)測(cè)。

地震沉積學(xué)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(yù)測(cè)。地震沉積學(xué)是從地震地層學(xué)、層序地層學(xué)發(fā)展而來(lái),層序地層學(xué)中的等時(shí)地層格架、地震地層學(xué)中的幾何形態(tài)特征等精華依然是地震沉積學(xué)的重要組成部分。同時(shí),在地震沉積學(xué)中所應(yīng)用的地球物理動(dòng)力學(xué)物理屬性及不斷發(fā)展的地球物理新技術(shù),勢(shì)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(biāo)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

Y構(gòu)造(圖1)位于海上的某一勘探新區(qū),距離該構(gòu)造最近的一口井有20 km遠(yuǎn)。綜合評(píng)價(jià)(主要依據(jù)波阻抗反演成果)認(rèn)為,該目標(biāo)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(yù)測(cè),水道砂及下伏地層存在異常高壓帶,壓力系數(shù)可達(dá)1.93。根據(jù)鉆井工程作業(yè)規(guī)范,要求地質(zhì)上能夠提供一個(gè)準(zhǔn)確的壓力面位置并給出壓力結(jié)構(gòu)模型,進(jìn)而為鉆井設(shè)計(jì)提供依據(jù),這就要求必須進(jìn)一步落實(shí)儲(chǔ)層發(fā)育狀況和進(jìn)行壓力預(yù)測(cè)。

對(duì)地震資料的進(jìn)一步分析結(jié)果表明,該目標(biāo)勘探目的層段實(shí)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(gòu)造A設(shè)計(jì)井地震剖面

圖2 波阻抗反演得到的過Y構(gòu)造A設(shè)計(jì)井剖面砂體與沉積體系界面關(guān)系

原先認(rèn)為存在的3套主要勘探目的層(砂體A、B、C)實(shí)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(shí)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(duì)儲(chǔ)層是否存在的判斷。最終結(jié)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(píng)價(jià)級(jí)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(nèi)部存在的一個(gè)波阻抗異常體為有利儲(chǔ)層的可能性更大一些。實(shí)鉆結(jié)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(nèi)部鉆遇了一套良好的儲(chǔ)層;在原預(yù)測(cè)C砂體的下方也鉆遇了一套良好的儲(chǔ)層,但這套儲(chǔ)層在反演的波阻抗剖面上沒有任何響應(yīng)。由此可見,僅用波阻抗反演就直接預(yù)測(cè)儲(chǔ)層存在很大的不確定性,而應(yīng)用地震沉積學(xué)中的沉積體系分析,再結(jié)合其他一些方法,工作成效會(huì)更好。

如圖3所示,在對(duì)該目標(biāo)水道(綠色)及其下部地層的壓力預(yù)測(cè)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(duì)資料進(jìn)行的解釋性處理,凸顯出了地層的接觸關(guān)系及反射能量的差異性。運(yùn)用地震地層學(xué)方法,在原先認(rèn)為是大套厚層的深海—半深海沉積地層中識(shí)別出了眾多侵蝕水道充填沉積(淺藍(lán)色),并將識(shí)別出的各個(gè)水道作為新的最小地層單元,形成了對(duì)地層沉積相的新認(rèn)識(shí),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(zhì)或砂質(zhì)水道)。關(guān)鍵問題是:雖然判斷眾多侵蝕水道內(nèi)部充填沉積(淺藍(lán)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(duì)壓力預(yù)測(cè)研究很關(guān)鍵?；谶@些認(rèn)識(shí),最終給出了鉆前預(yù)測(cè)的壓力值和壓力結(jié)構(gòu)模式,為安全快速鉆井作業(yè)提供了設(shè)計(jì)依據(jù)。

圖3 過Y構(gòu)造A設(shè)計(jì)井剖面解釋性處理后地層接觸關(guān)系

3 結(jié)束語(yǔ)

地震沉積學(xué)方興未艾,其研究?jī)?nèi)容及研究手段決定了將真正實(shí)現(xiàn)地球物理學(xué)與地質(zhì)學(xué)的有機(jī)結(jié)合,也必將成為隱蔽圈閉勘探的理論方法指導(dǎo)。但是,地震沉積學(xué)也確實(shí)存在諸多不確定因素,需要在實(shí)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(xué)科水平,才能在實(shí)際勘探生產(chǎn)研究中運(yùn)用自如并充分發(fā)揮出該學(xué)科的指導(dǎo)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(guó)家科技重大專項(xiàng)“海上開發(fā)地震技術(shù)及應(yīng)用研究(編號(hào):2008ZX05024-001)”、“十一五”、“十二五”國(guó)家科技重大專項(xiàng)“大型油氣田及煤層氣開發(fā)(編號(hào):2008ZX05023-004、2011ZX05023-004)”部分研究成果。

陳志宏,教授級(jí)高級(jí)工程師,中國(guó)海洋石油總公司勘探專家,長(zhǎng)期從事綜合地球物理研究工作,承擔(dān)過多項(xiàng)國(guó)家和總公司綜合科研項(xiàng)目,現(xiàn)為中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)在職博士研究生。E-mail:chenzhh@cnooc.com.cn。