Question

地震相分析技术

Answer 1

通过不同类型砂岩储集层发育的有利层位内地震相的研究，可以确定砂岩储集体的沉积相及横向分布范围，从而为地层岩性圈闭的识别奠定基础。地震相是指有一定分布范围的三维地震反射单元，该单元内的地震属性参数与相邻单元不同，它代表产生其反射的沉积物的一定的岩性组合、层理及沉积特征，是沉积相在地震剖面上表现的总和。地震相是沉积相的反映，地震相必然能够反映储集体或油气储集相带，进而能够识别各种地层岩性类圈闭。

（一）地震相参数及其地质意义

用来限定地震相单位的基本参数是那些涉及层系内部的反射形态和层系本身的几何外形的有关参数。这些参数是由不同的地质作用所产生的，它们包含着一定的地质意义（表7-1）。

表7-1 地震反射参数及其地质意义

（据Mitchum等，1977，经修改）

（1）反射结构反映层理类型、沉积作用、剥蚀和古地貌以及流体类型。

（2）地震相单元的外形和平面组合是由不同沉积环境下形成的岩相组合所特有的层理模式和形态模式所形成的，反映了沉积环境、沉积物源和地质背景。

（3）反射连续性直接反映地层本身的连续性，与沉积作用有关。连续性越强，表明地层越是与相对较低的能量级有关，地层横向变化越慢。

（4）反射振幅与波阻抗有关，反映界面—密度差、地层间距及流体成分和岩性变化。大面积的振幅稳定揭示上下相邻地层的良好连续性，反映低能量级沉积。

（5）反射频率受多种因素的影响，如地层厚度、流体成分、岩性组合等。视频率的快速变化往往说明岩性的快速变化，反映高能环境的产物。

（6）层速度能够反映岩性、孔隙度、流体成分和地层压力。

（二）地震相分析

地震相分析就是在划分地震层序的基础上，利用地震参数特征上的差别，将地震层序划分为不同的地震相区，然后作出岩相和沉积环境的推断。

一般的，地震相分析流程包括以下五步：①确定地震相单元几何外形；②寻找前积反射结构；③识别非前积反射结构；④研究内部反射结构与外形的组合；⑤反射振幅、频率和连续性分析。

1.确定地震相单元几何外形

几何外形是一种重要的地震相标志，不同的沉积体或沉积体系，在外形上是有差别的。即使是相似的反射结构，往往因为外形不同，也反映了完全不同的沉积环境。反射结构的外形参数可助减少地震相单元的多解性。

根据地震相单元的几何外形，可将其分为以下四大类：席状外形、楔状外形、丘状外形、充填外形。实际上每种类型都包括许多细微变化，席状与楔状、楔状与丘状之间还可出现过渡类型。

席状和楔状是陆相湖盆最常见的地震相单元。席状相单元内部常为平行、亚平行或乱岗状结构，相应代表深湖、半深湖等稳定沉积环境或滨浅湖、冲积平原等不稳定沉积环境。跨越箕状断陷湖盆的楔状相单元，常包括各种相带，相分析意义不大；但是，楔状相单元内部若为前积反射结构，常代表三角洲。

丘状外形在断陷湖盆边部与内部均可见到：前者若呈大型二维丘状相单元，内部反射呈双向下超，为三角洲走向剖面特征；若呈中、小型二维丘状则常解释为近岸水下扇、冲积扇等。后者常见中、小型三维丘状体，顶面有披盖反射特征，则是浊积扇的极好标志。

充填外形的判别标志是下凹的底面，反映冲刷—充填构造或断层、构造弯曲、下伏物质流失引起的局部沉降作用。内部充填物可以是不同沉积环境的产物，且可表现出各种反射结构（图7-13）。

图7-13 充填地震相的类型

（据张万选等，1993）

2.寻找前积反射结构

前积反射结构通常反映携带沉积物的水流向盆地方向推进的过程中，由前积作用产生的反射结构。前积结构在不同方向的侧线上表现形式不同，在倾向剖面上相对于上下反射层均是斜交的，呈前积型，在走向方向呈丘形。大型前积结构通常与三角洲伴生，能指示主要物源和水流方向；中、小型前积结构，反映冲积扇、近岸水下扇和浊积扇。

根据其内部形态上的差别，可以划分出七类九种基本的前积结构：S形、斜交形、S—斜交复合型、叠瓦状、帚状、杂乱和前积—退积型（图7-14）。

S形前积结构可据拐点划分为顶积层（水平状）、前积层（倾斜状）和底积层（水平或微倾斜状），表明既有前积作用，斜坡上端又有垂向加积作用。图7-14a表示为顶积层与前积层的厚度比＜1时的S形前积结构，常为单断凹陷缓坡扇三角洲的特征。当S形前积结构顶积层与前积层的厚度比＞1 时，一般反映边界大断层下降盘扇三角洲特征（图7-14b）。

斜交前积结构是以缺乏顶积层、具明显的顶超终止为特征（图7-14c）。顶超面反映出沉积时湖平面的位置。在湖盆中，斜交前积结构可与浊流层系伴生，前积体系由深湖泥岩和浊积砂岩组成。

S形—斜交复合型前积结构是由 S 形前积反射与斜交前相反射交替组成（图7-14d），代表顶积层具有加积作用与沉积路过作用相互交替的历史，常为高能环境沉积的三角洲。

图7-14 陆相地层中的前积反射结构

（据张万选等，1993）

叠瓦状前积结构的主要特点是很薄（一般小于200ms），内部反射呈低角度倾斜，彼此相互平行并部分叠复，顶、底面一般为平行反射。常反映浅水流作用，发育在湖盆缓坡一侧。按前积指向可分两种：前积指向湖心的叠瓦状结构（图7-14e），一般代表浅水三角洲或水退型滩坝砂体；前积指向湖岸的叠瓦状结构（图7-14f）则可能为水进型滩坝砂体的地震响应。

在裂谷盆地中，还有三种特殊的前积反射结构：帚状前积结构外形呈扫帚状，内部反射从根部向下倾方向呈发散状，下超于下伏地层之上，主要为陡坡下的快速堆积体，如近岸水下扇、冲积扇等（图7-14g）；杂乱前积结构内部反射杂乱，不连续、不整一，但总体具有向前积斜坡倾斜的优选方位，系由砂、砾为主的高能环境沉积物快速前积所致，一般解释为近岸水下扇或扇三角洲（图7-14h）；前积—退积结构表现为下部呈S形前积，上部隐约可见退覆反射，钻井证实为以砂岩为主的近岸水下扇堆积（图7-14i）。这三种结构反映了明显不同的沉积古地形：帚状前积结构最陡，杂乱前积结构次之，前积—退积结构最缓。

3.识别非前积反射结构

除上述各种前积反射结构外，在地震剖面上还有大量非前积反射结构，图7-15表明了陆相地层中常见的重要类型。它们一般是垂向加积作用形成的，有的分布范围大，可穿过几个相带。与前积结构相比，环境解释较难，常需综合更多的资料。

平行结构一般出现在凹陷中央，多见于联络测线（平行凹陷轴线）。特点是同相轴平直、光滑且互相平行。代表均一、低能的沉积环境，通常为深湖、半深湖相沉积所特有。

亚平行—乱岗状结构多见于凹陷缓坡和古隆起顶部。同相轴弯曲、不光滑，甚至呈蠕虫状，但总体上仍大致平行。它们反映了横向上沉积能量的变化，包括多种沉积环境，如滨浅湖、浅滩、冲积平原、三角洲平原及三角洲间湾等，是最难解释的一种反射结构。

图7-15 陆相地层中的非前积反射结构

（据张万选等，1993）

发散结构多见于断陷主测线（垂直凹陷轴线）。特点是地层横向均匀加厚，内部反射在同一方向上出现层间终止，反映沉积时基底的差异沉降作用。

杂乱结构多见于断陷盆地边界断层根部，是一些不连续、不整一的反射，内部缺少有序排列的波阻抗界面。反映粗杂沉积物的高速堆积，可解释为冲积扇或近岸水下扇。

无反射结构（空白）常见于大断层根部的块状砂岩或块状砾岩，若分布在凹陷内部则常代表块状泥岩。

4.研究内部反射结构与外形的组合

自然界的沉积环境千变万化，在特定沉积环境下形成的岩相组合，能量水平相近，有特定的层理模式和形态模式。由于地震相单元是沉积相单元的声阻抗图像，这将导致纵横剖面反射结构和外形的有规律组合，可称其为地震相内部组合。

内部反射结构与外形的组合研究的一般原则是能量水平匹配，即同一沉积体的反射结构与外形必须是同一能量级，代表高能环境的反射结构和外形不能与低能环境的反射结构和外形匹配。反之亦然。表7-2归纳了不同类型的反射结构和几何外形所反映的能量水平。

表7-2 不同类型的反射结构和几何外形能量水平表

据此，初步总结了三类配置关系：①走向—倾向反射结构组合（表7-3）；②走向—倾向外形组合（表7-4）；③同一剖面反射结构—外形组合（表7-5）。

表7-3 走向—倾向反射结构配置表

续表

（据张万选等，1993）

表7-4 走向—倾向外形配置表

（据张万选等，1993）

表7-5 同一剖面反射结构—外形配置表

（据张万选等，1993）

以上3个表概括了各种常见的能量匹配关系，例如高能的前积结构在正交剖面上只与高能的亚平行—乱岗状结构、前积结构、杂乱结构相容，而与低能的平行结构、低—中能的发散结构、极低或极高能的无反射结构相斥；涉及外形的配置尚需考虑形体本身的三维特点，如充填外形在正交剖面上只与充填外形相容，而通常不与席状、楔状、丘状相容，尽管它们同属低—高能级。

5.反射振幅、频率和连续性分析

在完成上述几何参数及关系参数分析后，应在地震相单元内进一步研究反射物理特征。它们是刻划细微岩相变化的一个重要手段，这对具多解性的反射结构如亚平行和发散结构尤为重要。

在实际工作中，反射物理特征的分析效果往往不佳，原因在于难以定量化，对所定义的地震相，各有不同解解。有效办法在于建立物理参数图版和地震相图版，使物理参数的地震相分析直观化。应该指出：物理参数分析应在地震资料采集、处理一致的基础上进行。若不能做到完全相同，至少不能差别太大，否则无法建立对比标准。此外，对陆相断陷盆地而言，尚可沿边界断层编制断面沟—扇体系图，在确定物源、水流方向、进行地震相和沉积相分析等方面都是很有用的。

通过以上五步的地震相分析，即可对各地震层序或亚层序编制地震相图，为研究沉积相、沉积环境和地层岩性圈闭识别和预测等奠定基础。

（三）地震相分析技术的原则

不同成因类型的砂体，具有特定的地震响应特征，但是由于地震相的多解性，在进行地震相的研究时，必须以取心井为基础，建立相关的地震相模式作为分类依据。地震相分析技术应遵循以下几个原则（刘震，1997）。

（1）地震相参数能量匹配：地震相参数中的反射结构和几何外形具有明显的沉积环境能量标志，而同一沉积体的反射结构和外形，必须是同一能量级。代表高能环境的反射结构和外形不能与代表低能环境的反射结构和外形匹配，反之亦然。例如，平行反射结构一般代表低能环境，发散结构代表从高能到低能变化，而前积结构表示高能环境。又如，席状外形反映或低或高能环境，但丘状外形则一定为高能环境。

（2）应以岩心相为准：在没有钻井的探区内，只能通过地震相与沉积相的一般对应关系，与同类盆地的标准地震相模式对比，将地震相转换成沉积相。但是若在有井的探区，地震相解释时应尽可能结合钻井资料，用钻井的岩心相标定对应的地震相。例如某一斜交前积相可能代表三角洲环境，也有可能是浊积扇体。但若在该地震相部位刚好有一口探井，且对应层位上岩心相表现为三角洲的特征，则该地震相标定为三角洲环境。

（3）沉积体系的匹配：沉积体系指成因上有联系的沉积相的共生组合，是平面相序的模式。平面上一组地震相的分布所受沉积体系的控制表现在两个方面：一是沉积相类型的排列方式，即哪些沉积相可以相邻连接，而哪些沉积相绝对不能相邻连接；哪些沉积相可以组成一个相序排列，而哪些沉积相很少能形成一种相序排列。二是沉积相排列的方向性。受沉积盆地的边界条件即构造背景所制约，从不同的边界向盆地内部延伸时，有些沉积相可以重复出现，而有些相则不能再出现。例如在盆地发育的中期，在陡坡区向缓坡区方向上，陡岸处的近岸水下扇体一般不会在深湖区和缓坡区再出现。这种沉积体系的方向性有助于地震相的正确解释。

裂谷盆地主要有6种重要的沉积体系：①近岸水下扇体系；②近岸水下扇—浊积扇体系；③三角洲—浊积扇体系；④湖底侵蚀谷—浊积扇体系；⑤缓坡沿岸体系和；⑥坡积—冲积扇—盐湖体系。只有当所有地震主测线和联络测线上全部地震相的解释都符合以上沉积体系时，解释结果才可能为真。

（4）沉积演化史的匹配：沉积相的类型具有明显的地质时代特征，盆地不同发育期所产生的相模式和沉积体系可能有巨大的差别。另外，像沃尔索相律指出的那样，只有当平面上能够彼此相邻的相，才有可能在垂向上（地质年代中）依次叠置。显然从一个层序（或亚层序）到另一个层序（或亚层序）的地震相分布遵循沉积环境演化规律，即沉积盆地发育阶段对沉积相的控制作用。

（四）地震相分析技术应用实例

应用地震相分析技术在冀中坳陷旧洲—固安构造带沙三段湖底扇的识别研究中起到了良好的效果。顺着物源方向，该湖底扇固古1井朵叶体地震相三分特征明显，表现为中间强、两端弱的特点。扇根为中—强振幅较连续亚平行相、扇中为中—强振幅较连续斜交—亚平行相、扇端为中—弱振幅连续较平行相。固17扇体同固古1井朵叶体地震相特征有一定的差异性，同其砾质成分有关；三分特征不十分明显，但仍可区分出三个亚相。扇根为中振幅较连续相、扇中为中—弱振幅斜交相、扇端为中—弱振幅亚平行相（图7-16）。

图7-16 旧洲—固安构造带沙三段湖底扇地震相图

1—扇根；2—扇中；3—扇端