薄層砂體識別的地震沉積學研究
——以TZ12井區為例

常少英,張先龍,劉永福,劉煒博,余異志,史紅嶺

（1.中國石油杭州地質研究院，杭州310023；2.中國石油塔里木油田分公司，新疆庫爾勒841000；3.中國石油大學（北京）地球科學學院，北京102249；4.中國科學院測量與地球物理研究所，武漢430000）

薄層砂體識別的地震沉積學研究
——以TZ12井區為例

常少英1,張先龍1,劉永福2,劉煒博2,余異志3,史紅嶺4

（1.中國石油杭州地質研究院，杭州310023；2.中國石油塔里木油田分公司，新疆庫爾勒841000；3.中國石油大學（北京）地球科學學院，北京102249；4.中國科學院測量與地球物理研究所，武漢430000）

薄層砂體的預測一直是精細儲層評價所面臨的一個重要問題。地震沉積學是目前識別薄層砂體橫向展布特征的一個重要研究方法。針對地震資料品質差、薄層砂體描述難等實際情況，以地震沉積學理論為指導，利用“頻率控制地震同相軸傾角及內部結構”和“三維地震資料橫向分辨率較高”這2個重要理念，在經典地震沉積學研究的基礎上，增加了拓頻處理和多元地震屬性預測儲層參數等技術，這不僅對薄層砂體橫向展布進行了有效識別，而且對重要小層的砂體厚度和砂地比進行了預測，總結出了一套適用于TZ12井區的地震沉積學識別薄層方法。

地震沉積學；薄層砂體；拓頻處理；相位轉化；地層切片；地震屬性

0　引言

地震解釋已從簡單的構造解釋向地震巖性解釋和流體預測方向發展，其中地震地層學的興起，拓展了地震資料在地層和巖性解釋方面的應用［1］。地震沉積學是繼地震地層學之后用地震資料研究沉積巖和沉積作用的一門學科［2］，是地震地層學及層序地層學的繼承和發展，在研究沉積巖石學、古地貌學、沉積結構及沉積演化歷史等方面發揮著重要作用。自地震沉積學提出以來，國內外學者對其理論及實際應用方法有了較大的改進，在挖掘三維地震信息上其研究手段也越來越豐富［3-5］。地震沉積學以現代沉積學、層序地層學和地球物理學為理論基礎，利用三維地震資料及地質資料，通過層序地層、地層切片、地震屬性分析、巖心巖性和沉積相研究，確定地層巖石宏觀特征、砂巖成因、沉積體系發育及演化、儲層質量及油氣分布的地質學科［6］。當前，國際上掀起了地震沉積學研究的熱潮，并已取得了一些成效。

TZ12井區柯坪塔格組發育以濱海潮坪相為主要類型的細粒沉積物，常見灰色或褐色細砂巖、粉砂巖、灰綠色泥質粉砂巖及泥巖薄互層。如何識別薄層砂體，以及預測儲層厚度和砂地比等參數，是本次研究的主要目的。該區地表為沙漠環境，地震資料頻率較低，主頻為18 Hz左右。從鉆井取心資料上可看出，小層平均厚度為10 m，遠小于1/8地震波長，常規地震資料的縱向分辨率未達到分辨10 m小層的尺度。在現有的薄互層儲層預測方法中，雖然地震常規反演等儲層預測手段可以提高地震的信噪比，但對地震的縱向分辨率的提高非常有限。王成林等［7］曾經在該區利用擬聲波阻抗反演方法進行過儲層預測，但其多解性較強，對參與反演的井數要求較多，反演結果受井數目影響較大［8］。

地震沉積學中的地層切片技術對地震橫向識別能力較強，大多數沉積體在平面上的分布范圍要大于縱向上的發育厚度，所以平面形態較垂向形態在地震資料中更容易被識別出來，而地震數據的頻率控制了同相軸的傾角和內部反射結構［9］。筆者在地震沉積學研究方法的基礎上，增加拓頻處理及多元地震屬性儲層參數預測技術，對薄砂層形態展布進行識別和對富油砂體厚度、砂地比進行精細刻畫，以期為塔里木盆地塔中柯坪塔格組薄砂層識別及下一步精細開發提供依據。

1　適用地震沉積學關鍵技術方法

經典的地震沉積學主要包括3項技術：相位轉換技術、地層切片技術、地震數據分頻技術。然而，僅僅靠這3項技術是不能夠完全滿足生產需求的，因此需根據生產需求對經典地震沉積學研究思路進行調整和補充。首先，針對地震資料品質較低的情況進行拓頻等相關處理，以提高地震沉積學應用的有效性；其次，利用相位轉換與地層切片等技術改善振幅對巖性識別的準確性，刻畫其平面發育特征；最后，對砂體厚度和砂地比等參數進行正確描述，并利用地震振幅與砂體厚度的關系、多元地震屬性與砂地比的關系進行儲層預測，進而實現對薄砂體的識別。

1.1拓頻技術

頻率控制地震同相軸傾角及內部結構，而識別薄層砂體沉積特征則需要盡可能高的地震分辨率。由于原始地震數據分辨率較低，為了得到一個較高的分辨率數據體，需要對原始地震數據進行拓頻處理。常規地震剖面是由一系列反射系數和一個較低頻帶寬度子波褶積的結果，拓頻處理［10］一般應用在解釋性處理中，它是將低頻帶寬度子波形成的地震數據轉化為高頻帶寬度子波形成的地震數據，并可將以上表述歸結為以下2個公式：

式（1）～（2）中：y為原始地震記錄；r為反射系數；w為較低頻帶寬度的子波；t為地震波雙程旅行時，s；h為拓頻后的地震記錄；a為子波的壓縮系數，a＞1。式（1）為低頻子波形成的低分辨率地震數據方程式；式（2）為高頻子波形成的高分辨率地震數據方程式。根據已知常規地震記錄，方程式（1）對方程式（2）進行求解。由于求解的過程不需要已知子波，因此拓頻處理可以保持地震子波的時變和空變關系，這時地震數據的時頻特征及波組特征不會發生變化。

拓頻處理前［圖1（a）、圖1（b）］地震數據的主頻為18 Hz左右，頻帶寬度較窄，分辨率較低；拓頻處理后［圖1（c）、圖1（d）］，地震數據的主頻提高到30 Hz左右，頻帶寬度得到明顯加寬，地震分辨率也得到顯著提高，地震反射結構更為清晰。

1.2地震數據的90°相位轉換

通常，地震成果數據是零相位數據，這樣做的目的是：使主瓣中心與反射界面一致，子波具有對稱性，地震數據具有較高的分辨率。可見，地震同相軸反映的是地層界面的信息，對巖性并沒有實際的意義。地震沉積學研究的是地層單位之間的地質信息，為了使地震同相軸能更好地反映層間沉積特征，需要對地震同相軸的相位進行適當的轉換，使地震振幅最大波谷或波峰對應層間信息，這樣就改善了地震振幅與巖性的對應關系，進而可用振幅預測出巖性的分布［11］。例如：當地震反射波來自于一組薄砂體，且地震振幅的波峰和波谷是由砂巖和泥巖的界面阻抗差引起的，那么地震同相軸與砂體就沒有直接的對應關系，振幅不能夠較好地指示巖性。因此，零相位地震同相軸不適合進行儲層或巖性解釋，需要對此類數據進行90°相位的轉換，使地震振幅的波峰或波谷與巖性界面相對應，這樣就可以直接用地震資料研究沉積特征，為下一步利用振幅屬性指示巖性提供依據。圖2（a）為零相位地震剖面，可以看出，圖中的2個黑色解釋層位之間為一砂體發育段，對應的地震振幅在波峰與波谷之間，砂巖儲層與振幅關系不清楚；圖2（b）為90°相位轉換后的地震剖面，可以看出，儲層段對應的地震振幅為波谷，儲層與振幅關系明確，為利用振幅屬性識別儲層提供了依據。

圖1　拓頻前后地震資料品質對比Fig.1　Contrast of seismic data quality before and after frequence expanding

圖2　零相位剖面與90°相位地震剖面對比Fig.2　Contrast between zero phase seismic section and 90°phase seismic section

相對于巖性反演而言，這種方法簡單可行，地質意義明確，因此受到地質和地球物理解釋人員的青睞。

1.3地層切片

切片方法主要有3種：時間切片、沿層切片、地層切片（圖3）。圖3中黑色線代表解釋的等時地層界面，黑色虛線代表切片位置。圖3（a）切片位置平行于地震剖面的反射時間；圖3（b）切片位置平行于地層頂界面；圖3（c）切片位置與地層頂底界面等分。從切片位置特征上看，時間切片往往是嚴重穿時的，沿層切片距離層越遠穿時現象越明顯，而地層切片則更有效地體現了地層沉積的等時特征，所反映出來的沉積現象更加準確，刻畫結果更加可靠。地層切片適用于地層厚度變化比較穩定的地層，它能較容易地拾取振幅型或結構異常的沉積體，相對于沿層切片和時間切片來講，地層切片具有2個優勢［12-13］：①考慮了沉積速率隨平面位置的變化，更接近于等時沉積界面；②考慮了薄層或小尺度地質體的空間分辨率問題。實踐表明，地層切片對沉積體的識別能力并不嚴格受地震垂向分辨率的限制，在常規資料（主頻為30～50 Hz）條件下，地層切片能有效識別厚度為8 m或以下地質體，這明顯低于振幅調諧厚度（15～40 m）。在一些特殊地質體的識別上，厚度為1 m的地質體在地震剖面上很難被分辨出來，但在地層切片上可得到較好的刻畫。對沉積體的識別，可以實現從垂向剖面分辨到“平面、立體”識別的跨越。也就是說，沉積體在平面上足夠寬時，即使縱向尺度小于地震的垂向分辨率，利用地層切片也是可以被識別出來的。地層切片技術充分發揮了三維地震數據“體”分辨率高的優勢。

利用地層切片的這種特性可為TZ12井區柯坪塔格組上三亞段薄層砂體的疊置關系提供技術支持。圖4為利用地層切片和沿層切片的效果對比圖，2張圖均為均方根振幅圖。從圖4（a）可看出，沿層切片并不是等時的，振幅形態分布較為雜亂，對地質體的識別效果較差；從圖4（b）可看出，地層切片由于具有等時性和高分辨率的特征，在ZG7井附近臨濱砂壩較為發育，與已知鉆井較為吻合。

圖3　三類切片特征示意圖Fig.3　The characteristics of three kinds of slices

圖4　地層切片效果對比Fig.4　Contrast of different kinds of slice effect

1.4多元地震屬性儲層定量預測

在研究過程中，僅僅把砂體的展布形態預測出來往往是不夠的，精細開發還需要將砂體的厚度和砂地比預測出來，用來定量評價儲層，為有效開發提供必要的數據。因此，在拓頻處理、90°相位轉換、地層切片等技術應用的基礎上，再利用多元地震屬性與儲層參數的關系來預測儲層參數的平面分布。

在預測砂體厚度方面，本次研究主要采用的是薄層振幅的調諧效應預測技術。當薄層厚度小于1/4波長時，薄層反射波波峰與波谷視時差近似為一個常數，而反射波的振幅隨厚度呈線性變化，即薄層的厚度信息包含在反射波振幅之中［14］。在研究中，利用鉆井位置的地震振幅類屬性（如均方根振幅和能量等與薄砂層厚度擬合正相關的關系），估算出薄層的厚度。

在預測砂地比方面，采用的多元地震屬性預測儲層參數技術一般包括以下幾個步驟：①在拓頻處理、90°相位轉換、地層切片等技術應用的基礎上，優選敏感地震屬性，即優選幾種能夠反映儲層信息的地震屬性；②地震屬性與井點砂地比進行相關分析，擬合出兩者的相關系數，分析其可靠性；③迭代計算提高擬合度；④平面做圖，分析其地質規律。

圖5　薄砂體厚度與相對振幅關系（λ為波長）Fig.5　Relationship between thin sand body thickness and amplitude

2　應用效果

地震沉積學研究中主要依靠三維地震數據，而本次研究則在拓頻處理、90°相位轉換的基礎上，由4個砂層組分別提取出4張地層切片（圖6）。在地層切片數據體中任何一張地質時間切片，都代表這一地層時間模型中相應地質時間界面的地震響應。利用地層切片可以進行沉積演化研究，依據井點位置、振幅及取心資料，可確定振幅低值區為砂體發育區，振幅高值區為泥巖或砂泥過渡區。地層切片表明：砂層組1向海方向（北東向）臨濱砂壩平行海岸并呈條帶狀發育［圖6（a）］；砂層組2臨濱砂壩減弱［圖6（b）］；砂層組3臨濱砂壩發育［圖6（c）］；砂層組4臨濱砂壩不發育［圖6（d）］。

圖6　柯坪塔格組上三亞段不同小層地層切片效果Fig.6　Stratum slices effects of different sublayers of Kepingtage Formation

同時采用鉆井地層劃分標定地層切片時間單元［15-16］，以地層切片逼近地質時間界面的做法，將逼近小層界面的切片轉換為層位，并在兩小層之間提取振幅屬性。利用薄層振幅的調諧效應可預測出小層的砂體厚度［圖7（a）］。從圖7（a）中可看出，砂體具有明顯的分帶特征，濱岸砂體清晰、連續，整體呈條帶狀順海岸線方向分布，砂層組厚度變化不大（6～8 m），這與該區的地質認識基本吻合。

圖7　多地震屬性預測儲層參數Fig.7　Reservoir parameter predicted by multi-seismic attributes

與砂巖厚度等儲層信息相比，砂地比與地震屬性的關系更直接。在利用12口井砂地比數據與相應位置的各種優選地震屬性值進行全區相關性分析時發現，各種單一地震屬性與井的砂地比相關性差異較大（表1），在計算過程中需要剔除相關性較差的屬性，保留40 Hz振幅切片、平均瞬時頻率、相關長度、反射強度等相關性較好的屬性進行多元方程迭代擬合，最后計算出砂地比的平面分布［圖7（b）］。

砂地比與砂體厚度預測圖展示的砂體發育特征總體趨勢是一致的，結合已知井的鉆井取心和巖心薄片，可以看出典型的濱岸砂壩沉積特征，以及優勢儲層發育區帶，為下一步滾動開發及提高儲量動用程度提供了技術支持。

表1　地震屬性與砂地比相關系數（12口井統計結果）Table 1　Correlation coefficient of seismic attributes with sandy ground ratio

3　結束語

針對薄層砂體識別問題，建立適用的地震沉積學研究思路，是有效挖掘地震信息，提高解決地質問題的有效手段。

（1）拓頻技術是提高地震數據的品質，以及充分挖掘地震沉積學研究地質問題的有效手段。

（2）90°相位轉換改善了地震振幅與砂體的對應關系，在反演無法達到預測薄層儲層目標的情況下，特別是在海相碎屑巖地層厚度變化不大的沉積環境下，這種方法操作簡單、有效。

（3）地層切片充分挖掘了三維地震的分辨能力，在本次研究中識別出了小于10 m厚的砂體，遠遠超過了地震的垂向分辨率，為刻畫薄層砂體的橫向展布發揮了重要作用。

（4）在多項適用技術應用的基礎上，利用多元地震屬性預測儲層參數技術，對薄砂體的厚度及砂地比進行預測，達到了較好的預測效果。

地震資料拓頻處理、90°相位轉換、地層切片以及多元地震屬性預測儲層參數技術是一套適用于本區薄層砂體預測的地震沉積學技術。

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（本文編輯：楊琦）

Seismic sedimentology for thin sand body identification：A case study from TZ12 well block

Chang Shaoying1，Zhang Xianlong1，Liu Yongfu2，Liu Weibo2，Yu Yizhi3，Shi Hongling4
（1.PetroChina Hangzhou Research Institute of Geology，Hangzhou 310023，China；2.PetroChina Tarim Oilfield Company，Korla 841000，Xinjiang，China；3.College of Geosciences，China University of Petroleum，Beijing 102249，China；4.Institute of Geodesy and Geophysics，Chinese Academy of Sciences，Wuhan 430000，China）

Prediction of thin sand bodies is an important issue in the fine evaluation of reservoir.Seismic sedimentology is an important research method of predicting horizontal distribution of thin sand bodies at present.But in the course of the study，there are problems that seismic data quality is poor and thin sand body description is difficult.Guided by the theory of seismic sedimentology，combined with the concept that seismic phase axis tilt angle and internal structure are controlled by frequency and 3D seismic lateral resolution is higher than vertical resolution，on the basis of classical research method of seismic sedimentology，this paper increased two technologies：frequency-broadening processing and prediction of reservoir parameters by multi-seismic attributes.Theses technologies can be used to effectively identify the lateral distribution of thin sand body and predict the thin sand body thickness and sandy ground ratio.Finally，a set of method for identifying thin layer by seismic sedimentology suitable for TZ12 well block was summarized.

seismic sedimentology；thin sand body；spectrum decomposition；phase transform；strata slice；seismic attributes

P315

A

1673-8926（2015）06-0072-006

2015-07-15；

2015-09-20

國家重大科技專項“巖性地層油氣藏沉積體系、儲層形成機理與分布研究”（編號2011ZX05001-002）資助

常少英（1983-），男，碩士，主要從事地質、地球物理綜合研究工作。地址：（310023）浙江省杭州市西湖區西溪路920號杭州地質研究院。E-mail：changsy_hz@petrochina.com.cn。