金鳳鳴 劉力輝 胡 誠 肖 陽 王連軍 羅路堯

（①中國石油大港油田公司，天津300280；②成都晶石石油科技有限公司，四川成都610041；③中國石油華北油田公司，河北任丘062552）

·地震地質(zhì)·

地震巖性地貌體在薄儲層沉積微相研究中的應(yīng)用

金鳳鳴*①劉力輝②胡 誠②肖 陽③王連軍③羅路堯③

（①中國石油大港油田公司，天津300280；②成都晶石石油科技有限公司，四川成都610041；③中國石油華北油田公司，河北任丘062552）

針對薄儲層區(qū)難以利用地震相開展沉積微相研究的難題，提出了地震巖性地貌體概念及其應(yīng)用方法。地震巖性地貌體是反映沉積體巖性特征及其平面形態(tài)特征的一種地震屬性體，不同于常規(guī)地震相分析側(cè)重于剖面地震反射特征，它強(qiáng)調(diào)的是平面地震反射特征的指相意義，具有可量化表征性。指相屬性的提取和井震標(biāo)定是地震巖性地貌體沉積相分析的關(guān)鍵；疊前彈性模量屬性分析、平面地震相模式標(biāo)定和多信息融合解釋是該項技術(shù)應(yīng)用的必要途徑和有效手段。這套方法在饒陽凹陷M構(gòu)造帶沉積微相研究中得到了成功應(yīng)用。

巖性地貌體 沉積微相 薄儲層 彈性模量屬性 模式標(biāo)定 融合解釋

1 引言

利用高品質(zhì)二維地震資料探索地震反射相位與地質(zhì)層位、沉積相的相關(guān)聯(lián)系是地震地層學(xué)的主要研究內(nèi)容［1］，即通過地震波的幾何形態(tài)、運(yùn)動學(xué)特征、動力學(xué)特征及統(tǒng)計特征等參數(shù)分析，找出與地層巖性、儲層物性和流體信息的關(guān)系，從而開展巖相、巖性和含油氣性預(yù)測［2-6］。傳統(tǒng)的地震地層學(xué)儲層預(yù)測主要利用地震相結(jié)構(gòu)分析法——“相面法”實(shí)現(xiàn)。地震地層學(xué)方法可預(yù)測解釋盆地（或區(qū)帶）級地層厚度大于50m（兩三個地震反射同相軸）的沉積相特征；但對于地層單元厚度小于50m（一個同相軸）的圈閉級沉積（砂體）微相，因其地震相剖面結(jié)構(gòu)特征不明顯，則該 “相面法”就不再適用［7］?；诖耍琙eng等［8］提出通過地震沉積學(xué)研究沉積相，其具體思路是：通過地震地貌學(xué)和地震巖性學(xué)的綜合分析，解釋預(yù)測地層巖性、沉積成因、沉積體系和盆地充填史。其中的地震地貌學(xué)是綜合運(yùn)用多項地震屬性和地質(zhì)解釋技術(shù)，通過三維地震數(shù)據(jù)平面成像對地下地貌形態(tài)進(jìn)行分析和研究［9］；地震巖性學(xué)則是采用恰當(dāng)?shù)牡卣鹛幚砑夹g(shù)，如相位調(diào)整、AVO分析、波阻抗反演等，將地震數(shù)據(jù)體轉(zhuǎn)變?yōu)閹r性體，通過調(diào)整振幅，將一個地震道看作一條巖性曲線［10］。對于地震地貌學(xué)的主要研究對象——地層切片，無論是其制作方法，還是解釋和應(yīng)用條件等，現(xiàn)今都有廣泛和深入的研究，此處不再贅述。但對于地震巖性學(xué)在具體項目中的應(yīng)用，多局限于-90°相位地震資料的解釋。-90°相位化技術(shù)試圖解決常規(guī)地震同相軸（0°）與地層巖性同相軸的相位差問題，相當(dāng)于對地震道整形，使之接近相對波阻抗剖面，從而使地震剖面與地層巖性具有更好的對應(yīng)關(guān)系。針對復(fù)雜巖性區(qū)，劉力輝等［10］提出利用疊前G屬性和疊前有色反演做地震巖性解釋，但對于那些“指相”意義明確的有效地震屬性，以及如何利用這些地震屬性做巖性解釋鮮有論述。這就使地震巖性學(xué)的研究成果難以定量化計算和表征，僅停留在定性分析階段，限制了地震巖性學(xué)的深入研究和廣泛應(yīng)用。

在探討地震地層學(xué)與地震沉積學(xué)的區(qū)別時，Zeng等［7］曾指出：地震地層學(xué)是利用地震相指示沉積相，而地震沉積學(xué)是利用巖性地貌體指示沉積相。雖然對如何實(shí)現(xiàn)巖性地貌體的解釋仍未給出詳細(xì)說明，但為如何應(yīng)用地震屬性表征沉積微相指明了方向。本文嘗試將地震巖性地貌體應(yīng)用于沉積微相分析，并首先給出了地震巖性地貌體的概念，即它是反映沉積體巖性特征及平面形態(tài)特征的一種地震屬性體。這里的地貌與古地貌有所區(qū)別，它強(qiáng)調(diào)的是沉積特征在沉積等時面上的直觀表現(xiàn)。與波阻抗反演體相比，巖性地貌體的優(yōu)勢是能反映沉積體橫向展布形態(tài)，也即地震地貌學(xué)強(qiáng)調(diào)的重點(diǎn)。地震地貌體是沉積等時面上沉積體的地震映像，與之對應(yīng)的地震巖性地貌體是以層序?yàn)閱卧钠矫鎸傩员碚?。地震相?qiáng)調(diào)的是地震反射的剖面模式（結(jié)構(gòu)、外形），是描述性的；地震巖性地貌體強(qiáng)調(diào)的是地震反射的平面模式，并可用屬性量化表征。也可將其看成是地層切片的延伸應(yīng)用，充分利用地震的橫向分辨率，更容易進(jìn)行沉積模式的標(biāo)定和解釋，也就更適合薄儲層或高級別層序的沉積分析。目前作為地震巖性地貌體的可實(shí)現(xiàn)技術(shù)是-90°相位化的振幅地層切片或波形聚類，并根據(jù)不同的值域門檻或波形進(jìn)行模式標(biāo)定。但對于波阻抗差小的地區(qū)，就難以用-90°地震資料的巖性—振幅關(guān)系反映地震地貌。

本文通過疊前彈性模量屬性的巖石地球物理意義推導(dǎo)分析、平面地震相模式標(biāo)定和多信息融合綜合解釋研究，探討了地震巖性地貌體沉積微相解釋的計算機(jī)實(shí)現(xiàn)流程及其應(yīng)用。

2 地震巖性地貌解釋的實(shí)現(xiàn)方法

2.1 疊前彈性模量屬性分析

以往的利用疊前AVO屬性開展地震巖性學(xué)研究，雖取得了一定效果［10］，但這些研究主要用的僅是AVO屬性中的G屬性。G屬性是AVO特征的梯度表征量，它與縱橫波速度比有關(guān)，但無明確的巖石物理意義，所以很難給出符合物理學(xué)意義的巖性解釋。本文嘗試在疊前資料上直接提取具有明確巖石物理意義的屬性，并實(shí)現(xiàn)地震巖性和地震地貌的量化表征。

Aki和Richards［11］曾給出區(qū)分流體和固體的簡化公式

式中：VP、VS、ρ分別是相鄰兩層介質(zhì)的平均縱、橫波速度和密度；ΔVP、ΔVS、Δρ分別是界面兩側(cè)縱、橫波速度和密度的差值；rsat=VP／VS為飽和含水巖石的縱橫波速度比；θ為平均入射角度。

根據(jù)速度與巖石物理彈性參數(shù)間的關(guān)系［12］

可將 ΔVP、ΔVS寫成

將式（2）和式（3）代入式（4），可得

將式（5）代入式（1），并化簡、整理，則式（1）轉(zhuǎn)化為K、μ和ρ的函數(shù)［12，13］

式中：K和μ分別為界面兩側(cè)介質(zhì)的體積模量和剪切模量的平均值；ΔK和Δμ分別為界面兩側(cè)介質(zhì)的體積模量和剪切模量的差值。

式（6）將疊前反射系數(shù)表示成體積模量、剪切模量和密度的變化率的函數(shù)。這三個參數(shù)是巖石的基本彈性模量，不僅可用巖石物理方法對其巖性意義做出解釋，還可在井震標(biāo)定情況下，用作巖性地貌體的基本屬性。從巖石物理意義上講，剪切模量是橫波速度的函數(shù)，不受含油氣性的影響，而與巖性關(guān)系密切，可作為地震巖性地貌解釋的主要屬性。需要注意的是這些地震屬性反映的是變化量，實(shí)際應(yīng)用時需做-90°，或以道積分形式出現(xiàn)，將界面信息轉(zhuǎn)化為地層信息。

2.2 平面地震相模式標(biāo)定

利用鉆井波阻抗反演曲線與巖性交會分析，可推斷是相對高阻抗還是低阻抗代表砂巖，亦或是疊前地震反射的波峰還是波谷代表砂巖，進(jìn)而進(jìn)行波阻抗的巖性轉(zhuǎn)換，這也是地層切片地震地貌解釋的基礎(chǔ)［14］。但如何構(gòu)建地震屬性數(shù)值與巖性的對應(yīng)關(guān)系，一直是困擾應(yīng)用地震屬性做巖性解釋的難題。究其原因，地震屬性通常是一個相對值，與巖性的對應(yīng)關(guān)系不明確，無法像地震反演那樣得到不同巖性波阻抗的絕對值，因此也就很難通過交會分析得到地震屬性與巖性的對應(yīng)關(guān)系，導(dǎo)致不能像波阻抗反演那樣用地震屬性量化表征巖性。

但地震屬性在反映沉積體的平面形態(tài)特征時具有優(yōu)勢，據(jù)此本文提出通過開展平面地震相模式標(biāo)定進(jìn)行巖性解釋的新思路。在對敏感屬性提取、篩選和巖性標(biāo)定時不再（也不能）強(qiáng)調(diào)井點(diǎn)處地震屬性（振幅、波形等）和巖性在剖面上的嚴(yán)格對應(yīng)關(guān)系，而將關(guān)注點(diǎn)轉(zhuǎn)向它所反映的平面形態(tài)特征和由井得出的平面相模式（物源、河道展布方向、扇體樣式等）的匹配關(guān)系，即二者在平面上的對應(yīng)關(guān)系，這樣可在沉積相分析中揚(yáng)長避短。地震地貌體的影像不僅緣于巖性因素，更是巖性體平面特征的反映。如在水下分流河道環(huán)境中，河道砂成層性差、橫向變化大，平面上呈條帶狀，并有一定展布范圍，在地層切片中表現(xiàn)為有一定方向的條帶狀、不連續(xù)反射；泥巖相成層性好，多呈席狀，在地層切片中表現(xiàn)為有一定分布面積的席狀連續(xù)反射；部分成層性相對較好的席狀砂在橫向有一定連續(xù)性，但它位于分流河道前緣，與泥巖相在振幅上又有明顯差異。正是利用這些地震反射的平面特征，可有效地進(jìn)行沉積微相解釋，并在單井相分析基礎(chǔ)上，在地層切片（平面）上為這些不同成因的地震反射單元賦予不同色彩以進(jìn)行沉積相標(biāo)定，稱之為平面地震相模式標(biāo)定。具體操作以振幅屬性平面標(biāo)定為例：首先以目的層平面為操作單元，統(tǒng)計井震屬性—巖性概率分布，得出大概屬性劃分巖性的門檻值；然后反復(fù)調(diào)節(jié)屬性色標(biāo)—巖性分類關(guān)系，使其反映的平面形態(tài)特征相模式整體匹配，并將地震屬性賦予巖性和地貌意義。這種標(biāo)定方法適用于巖性相對簡單地區(qū)；在復(fù)雜巖性區(qū)，當(dāng)?shù)卣饘傩浴獛r性關(guān)系不明確時，可考慮用兩種地震屬性—巖性做聯(lián)合標(biāo)定。

平面地震相模式標(biāo)定的理念也可應(yīng)用于波形聚類結(jié)果轉(zhuǎn)化為巖性地貌體。常規(guī)波形聚類結(jié)果轉(zhuǎn)化為巖相時，解釋人員希望通過井震結(jié)合，構(gòu)建井旁某種波形與巖相的對應(yīng)關(guān)系，但聚類分析是一種無監(jiān)督學(xué)習(xí)，聚類中心的波形并不等同于井旁道波形，這加大了波形—巖相轉(zhuǎn)化的難度。以平面相模式為指導(dǎo)，將聚類中心波形并類賦值是一條現(xiàn)實(shí)途徑。如圖1a中一個波形聚類結(jié)果為六種類型，可定義前兩類或前三類波形為砂巖相，分別得到兩種巖性地貌體（圖1b、圖1c），分析得知后者與井模式（圖1d）高度匹配，能反映水下分流河道砂的展布特征，故選擇此標(biāo)定結(jié)果為波形巖性地貌體。這種通過地質(zhì)模式在平面上不斷進(jìn)行調(diào)整的過程，即為地貌刻畫的實(shí)現(xiàn)過程。突出地震地貌的巖性地貌體無須與所有井吻合，但它也并不等同于巖相體，還存在多解性，需綜合考慮其他因素進(jìn)行分析和解釋。

2.3 多信息融合綜合解釋

地震巖性地貌體雖然比地震屬性體意義明確，但在巖性預(yù)測方面仍有多解性，仍需要多信息融合綜合分析解釋。這里的多信息融合綜合解釋主要是指將地震巖性地貌體轉(zhuǎn)化為沉積相解釋時，既要考慮地震巖性地貌體特征，也要考慮常規(guī)地震相（結(jié)構(gòu)）特征，進(jìn)行聯(lián)合解釋，以提高沉積相解釋的精度。

常規(guī)地震相的結(jié)構(gòu)性及外形信息對一些特殊微相有特定的指相意義，如河道和扇體會顯示透鏡狀外形和斜交結(jié)構(gòu)，在薄儲層區(qū)會退化為一個特定波形結(jié)構(gòu)或連續(xù)性特征，但這些信息很難用常規(guī)地震屬性表征，只能手工解釋、肉眼識別，從剖面開始，以層解釋為主，再投影到平面，效率低且剖面閉合困難，解釋不全面。通過開發(fā)一種先平面相解釋再剖面反投影的技術(shù)方法，即依據(jù)地震巖性地貌體在平面上解釋沉積相，將解釋結(jié)果反投影到地震剖面，參考地震相（外形、結(jié)構(gòu)、連續(xù)性）做實(shí)時監(jiān)控修改，完成多信息的沉積相融合解釋（圖2）。

3 應(yīng)用實(shí)例

以饒陽凹陷蠡縣斜坡M構(gòu)造帶為例，該區(qū)構(gòu)造相對簡單，斷層不發(fā)育。由于其測井曲線特征不典型，前人研究對目的層段沙一下亞段尾砂巖段屬灘壩砂相還是水下分流河道相存在爭議［15-20］。該區(qū)沙一下亞段尾砂巖段為一個四級層序，平均厚度約50m，地震反射僅為一個波峰反射，屬于儲層級別的薄儲層預(yù)測問題。而且尾砂巖上覆大套灰質(zhì)頁巖，俗稱“特殊巖性段”，由于該段地層地震反射能量強(qiáng)、連續(xù)性好，受其屏蔽影響，在地震剖面上尾砂巖反射為一較連續(xù)同相軸，反射振幅對地層巖性的反映能力弱（圖3）。

圖1 波形聚類（a）、兩種巖性地貌體（b、c）及其沉積模式（d）

圖2 沉積相融合解釋

針對前述存在的問題，開展地震巖性地貌體研究。首先通過目的層段巖石物理分析得出，該區(qū)的砂巖波阻抗高于泥巖，但總體差異不大（圖4a，圖中三角形為砂巖，圓形為泥巖）。而μ屬性在巖性識別方面則表現(xiàn)較為敏感，砂巖總體為高μ值，泥巖為低μ值（圖4b，圖中三角形為砂巖，圓形為泥巖），揭示μ屬性反映巖性能力較強(qiáng)。

再從地震剖面分析，μ屬性（圖5b）反映巖性的能力比疊后剖面（圖5a）強(qiáng)，在尾砂巖段反射軸橫向變化大，符合尾砂巖段水下分流河道特征，井標(biāo)定和砂巖的對應(yīng)關(guān)系也較好，最終將μ屬性選定為沉積相刻畫的重要參數(shù)之一。

由于該目的層段較薄，僅包含一個同相軸，無法按照傳統(tǒng)的地震相研究進(jìn)行反射結(jié)構(gòu)分析，為此將地震反射波形、振幅、連續(xù)性等作為沉積微相的主要識別標(biāo)志。從沉積成因?qū)W角度分析，巖性的垂向變化特征及其橫向展布特征也是形成這些地震反射特征的主因，這也正是利用地震巖性地貌體分析沉積相特征的基礎(chǔ)。通過工區(qū)內(nèi)井震標(biāo)定統(tǒng)計，不同沉積相類型的橫向展布形態(tài)及垂向巖性組合與其地震波形特征、振幅、連續(xù)性之間有著較好的對應(yīng)關(guān)系（表1）。其中以砂巖為主或夾薄層泥巖的水下分流河道及席狀砂微相，地層成層性中等，在地震剖面上表現(xiàn)為漏斗型反射，較強(qiáng)振幅，連續(xù)性差，大致對應(yīng)波峰；以泥巖為主的水下分流間灣及濱淺湖泥微相，成層性好，為鐘形反射，中—弱振幅，連續(xù)性好，大致對應(yīng)波谷。

圖3 單井合成記錄

圖4 阻抗（a）和μ屬性（b）與泥質(zhì)含量交會圖

圖5 疊后剖面（a）和μ屬性剖面（b）

表1 尾砂巖段沉積微相與地震反射屬性對應(yīng)關(guān)系統(tǒng)計表

以μ屬性為主屬性，以疊后振幅為輔屬性，從地震反射數(shù)據(jù)體中計算求取尾砂巖段的地層切片，形成μ屬性（圖6a）和振幅屬性平面圖（圖6b）。根據(jù)μ屬性（圖7a）、振幅屬性（圖7b）與巖性的統(tǒng)計關(guān)系，設(shè)定巖相色標(biāo)初始值，然后在相模式控制下，通過精細(xì)調(diào)整色標(biāo)，使屬性反映的巖性和地震地貌信息與相模式最佳匹配，完成屬性—巖性地貌體轉(zhuǎn)化。從圖8a與圖8b的對比分析來看，μ屬性巖性地貌體比振幅巖性地貌體更能反映沉積模式，尤其是西北方向的物源。

圖6 μ屬性平面圖（a）和振幅平面圖（b）

由于該區(qū)地震巖性地貌體中席狀砂反映不明確，有多解性，所以在沉積相解釋時不但考慮了μ屬性巖性地貌體、疊后振幅巖性地貌體，同時還將沉積相解釋結(jié)果反投影到地震剖面（圖2），參考波形及連續(xù)性，對沉積相做出融合解釋，最終得出沉積微相解釋結(jié)果，該區(qū)尾砂巖段砂體主要為水下分流河道和席狀砂微相，主物源來自西南方向，次物源來自東北方向（圖9）。與老的沉積圖相比，本次研究同時刻畫出了兩個物源方向的砂體，對以往沒有解釋出的席狀砂微相也做出了合理解釋，且與鉆井吻合度較高。

圖7 μ屬性（a）和振幅屬性（b）與巖性的關(guān)系圖

圖8 μ屬性巖性地貌體（a）和振幅巖性地貌體（b）

圖9 尾砂巖段沉積微相圖

4 結(jié)論與展望

針對薄儲層區(qū)難以應(yīng)用傳統(tǒng)地震屬性分析沉積微相的問題，本文提出了地震巖性地貌體概念及其應(yīng)用方法。實(shí)踐證明疊前體積模量、剪切模量和密度屬性在波阻抗區(qū)分較差地區(qū)反映巖性的能力更強(qiáng)，可作為地震巖性地貌體的基本屬性，是重要的指相參數(shù)。平面地震相模式標(biāo)定很好地解決了地震屬性體井震一致性差的難題，實(shí)現(xiàn)了巖性標(biāo)定與形態(tài)表征的有機(jī)融合。地震巖性地貌體和地震相融合的沉積相解釋技術(shù)，改變了傳統(tǒng)剖面解釋、平面投影流程，提高了解釋效率，為薄儲層區(qū)巖性分析和沉積微相研究提供了新的技術(shù)手段。

本文平面地震相模式井震標(biāo)定還只是單一屬性的標(biāo)定，對于復(fù)雜巖性區(qū)還應(yīng)探索二維、三維甚至多維地震屬性的聯(lián)合標(biāo)定，以進(jìn)一步提高對沉積體巖性及平面形態(tài)表征的能力，提高沉積微相分析的適用性和精度。

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A

10.13810／j.cnki.issn.1000-7210.2017.01.024

金鳳鳴，劉力輝，胡誠，肖陽，王連軍，羅路堯.地震巖性地貌體在薄儲層沉積微相研究中的應(yīng)用.石油地球物理勘探，2017，52（1）：173-180.

1000-7210（2017）01-0173-08

*天津市中國石油大港油田公司，300280。Email：yjy_jfm＠petrochina.com.cn

本文于2016年1月31日收到，最終修改稿于同年12月17日收到。

本項研究受國家重大科技專項（2011ZX05006-005）和中國石油天然氣股份有限公司科技項目（2014E-035）資助。

（本文編輯：朱漢東）

金鳳鳴 教授級高級工程師，1964年生；1986年本科畢業(yè)于長春地質(zhì)學(xué)院應(yīng)用地球物理專業(yè)；2007年獲成都理工大學(xué)礦產(chǎn)普查與勘探專業(yè)（復(fù)雜油氣藏方向）博士學(xué)位；長期從事油氣勘探地質(zhì)綜合研究；黃汲清青年地質(zhì)科學(xué)技術(shù)獎（第五屆）獲得者；現(xiàn)為中國石油天然氣集團(tuán)公司高級技術(shù)專家、大港油田公司一級技術(shù)專家。