基于深水沉積學原理的地震屬性分析新思路

藺 鵬

(1.中國石油遼河油田分公司，遼寧 盤錦 124010；2.中國石油大學(北京)，北京 102249)

0 引 言

深水通常是指水深大于500 m的環境，包括陸坡和深海平原。深水區油氣資源非常豐富，已成為當今世界油氣勘探開發的熱點領域[1-3]。然而深水環境的特殊性使得深水作業具有資金投入大、技術要求高等一系列特征，導致深水油氣勘探具有很大的風險。因此，針對于勘探階段，如何在鉆井及測井資料不足的情況下，充分利用地震資料盡可能實現對深水沉積單元的表征，并完成對巖性圈閉的預測，成為了深水油氣地質研究的重點。

地震屬性分析作為一種高效、簡便的巖性圈閉預測技術已經得到了廣泛的應用[4]。針對深水沉積，前人曾使用地震屬性識別特定的沉積單元。然而，由于深水沉積過程的復雜性，同一類型沉積單元可表現出不同的沉積特征，例如水道存在多種不同類型，特定的地震屬性并非對所有類型水道都有良好的響應，而對于塊體搬運沉積這類自身特征不明顯的沉積單元則往往要以手工勾繪的方式確定其平面展布范圍。針對以上問題，從深水沉積學原理入手，明確不同類型沉積單元的典型識別特征，再從這些典型識別特征出發，優選出對識別特征最為敏感的地震屬性并賦予地震屬性明確的地質意義，實現對深水沉積單元的高效、高精度表征，以期為深水油氣勘探提供有效指導。

1 深水沉積單元類型及特征

深水沉積體系通常由水道、天然堤、朵葉、塊體搬運沉積和泥質披覆沉積5種沉積單元組成。

1.1 水道

深水水道為深水環境下的條帶狀負向地貌單元，既是陸源碎屑沉積物向深海搬運的通道，又可作為重力流沉積的重要場所[5-6]。深水水道通常由重力流下切侵蝕下伏地層而成，主要形成于海退期。水道沉積是重要的富砂質深水沉積單元，具有形成良好儲層的潛力。水道通常受到沉積作用和侵蝕作用的共同控制，可分為加積型和侵蝕型2種不同的類型[6]。

在物源剖面上，水道以具有“U”形或“V”形的外形作為識別特征，底部常與下伏地層侵蝕接觸，內部充填物復雜多變，可為泥質、砂質及沿水道側壁滑塌的塊體搬運沉積。平面上，水道常表現為相對順直或高彎度的條帶。

1.2 天然堤

天然堤發育于水道兩側，由重力流內部細粒沉積物溢出水道而成，其發育程度受控于重力流內部細粒物質含量[6]。天然堤巖性主要為泥巖和粉砂巖，通常不能形成良好的儲層。剖面上，天然堤具有楔狀外形，向遠離水道方向厚度逐漸減薄。水道與天然堤的復合體整體上呈海鷗翼狀外形。

1.3 朵葉

朵葉通常由于重力流能量的降低導致沉積物發生堆積而形成，其主體為富砂質沉積，橫向延伸范圍廣且連續性好，內部由泥巖夾層分隔，通常在海退背景下發育。朵葉是形成于深水環境下的高產能、高采收率儲層，目前已成為深水油氣勘探開發的主要目標之一，具有重要的經濟價值，受到了廣泛關注[5，7]。

剖面上，朵葉具有強振幅、高連續性丘狀或透鏡狀外形；平面上，根據地貌限制程度的強弱可為扇狀、舌狀、帚狀和梭狀等形狀。

1.4 塊體搬運沉積

塊體搬運沉積(MTD)是在陸坡處廣泛發育的一種碎屑懸浮在泥巖基質中的沉積物，具有塑性流體特征，成因類型包括滑動、滑塌和碎屑流等[8-9]。塊體搬運沉積是深水地層的重要組成部分，約占深水沉積的50%以上[9]。塊體搬運沉積主要由事件性再搬運沉積物組成，在成因上受海平面升降、火山、地震、海嘯等多種因素控制[9-10]。塊體搬運沉積內部包含較多的細粒沉積物，通常不能作為儲層，但由于其低孔低滲的特征，可作為滲流隔擋體來控制油氣的分布[11]。同時，研究塊體搬運沉積有利于預防地質工程事故[11]。

塊體搬運沉積在平面上呈現為席狀連片分布，其分布特征主要受控于海底地貌形態[6，9]。在地震反射剖面上為低振幅、中—低連續性、雜亂、半透明反射。

1.5 泥質披覆沉積

泥質披覆沉積由暗色泥巖組成，與下伏地層整合接觸，主要形成于海侵期與高位正常海退期，是凝縮段的主要組成部分。其內部可能存在少量的砂泥薄互層，不能形成有效的儲層，可作為垂向滲流隔擋體。深水泥質披覆沉積內部富含有機物且長期處于還原環境，可形成優質的烴源巖。泥質披覆沉積的沉積速率通常很低(遠低于重力流沉積)，厚度較薄且在不同部位差異不大。

2 地震屬性優選

確定深水沉積單元平面展布范圍的關鍵是如何清晰地刻畫沉積單元的橫向邊界。深水沉積單元的橫向邊界可劃分為漸變型、突變型和標志物型3種類型。

2.1 漸變邊界

漸變邊界是指富砂質沉積單元(具備形成深水巖性油氣藏潛力)與富泥質沉積單元之間砂質成分含量發生遞變的過渡帶。界面兩側沉積單元的形成大致開始于同一時期，但由于沉積速率相差懸殊(泥質披覆沉積速率遠低于重力流沉積速率)而導致界面兩側等厚地層時間跨度有所不同，朵葉與泥質披覆沉積之間的側向邊界即屬此類。對于富砂質沉積單元，其砂質含量向邊界處逐漸降低即為此類沉積單元邊界的特征識別標志。

深水層序地層學理論指出，富砂質的重力流沉積總是在強制海退期和低位期進入深水環境，而在海侵—高位期，由于陸源碎屑沉積物在陸架處被捕獲導致物源供給量減少，深水區主要發育泥質披覆沉積[12]。富砂質深水沉積單元(水道/朵葉)通常由不同期次的重力流沉積復合而成，其內部多發育形成于海侵—高位期的泥質隔夾層并由此產生多個波阻抗差異界面。相對而言，泥質披覆沉積內部巖性相對單一而缺少波阻抗界面，故富砂質深水沉積單元在地震反射剖面上常對應強振幅反射，不同地區深水沉積地震反射特征的描述多次證明了這一點，可見，深水環境下振幅類屬性與砂質含量之間多存在正相關關系[7，13-14]。經過測井巖性信息的標定與相關性統計分析后優選出的某一種振幅類屬性，可用于該研究區富砂質深水沉積單元漸變邊界的識別。

2.2 突變邊界

突變邊界是指界面兩側沉積單元的類型存在突變的界面，這種邊界的形成與重力流的下切侵蝕作用有關。在重力流的沖刷下，早期地層表面形成下凹的負向地貌單元，界面兩側沉積物的地質年代存在一定的差異，而這種差異性會導致地震反射同相軸的扭動與錯斷。侵蝕型水道內部充填物與兩側被侵蝕地層間的側向邊界即屬此類，故侵蝕型水道兩側的突變邊界即為其特征識別標志。

相干體(COH)技術是通過對局部地震波形相似性的分析，以實現在求同存異原則下識別斷層和地層特征[15]。低相干值指示了地質不連續性存在的位置，而侵蝕邊界兩側存在地震反射特征的不連續，故利用沿沉積界面的相干屬性瞬時切片能夠實現對侵蝕型邊界的識別。

2.3 標志物邊界

某些深水沉積單元會在其下表面處留下特殊標志，這種特殊標志在橫向上的突然缺失處即為沉積單元的側向邊界。深水環境下，形成于強制海退早期的高速塊體搬運沉積能夠強烈地侵蝕下伏尚未固結成巖的泥質披覆沉積，并在泥質披覆沉積表面留下大量順搬運方向的侵蝕擦痕，這些擦痕即為塊體搬運沉積的標志物，通過對侵蝕擦痕的識別即可確定塊體搬運沉積的平面展布范圍。

方位角(AZI)屬性是一種幾何學地震屬性。通過對不同地震道進行波形相似性掃描，根據相似波形的位置擬合出三維趨勢面，最終實現計算每一點處地層傾向的目的。可見，方位角屬性能夠精確刻畫出某一界面的幾何形態，故利用沿塊體搬運沉積底界面的瞬時方位角屬性切片能夠刻畫侵蝕擦痕這一標志物的平面展布范圍，并確定塊體搬運沉積的側向邊界。

3 實例應用

以某深水研究區為例，采用基于深水沉積學原理的地震屬性分析方法實現對沉積單元的表征。

3.1 研究區概況

研究區位于西非幾內亞灣下陸坡處的深水區，現今水深為1 250～1 750 m，距尼日利亞海岸約150～190 km(圖1，據文獻[16])。自上中新世至今，研究區一直處于陸坡深水環境(陸坡傾向為南，現今傾角約為0.9 °)。在北部尼日爾水系的供源下，研究區內廣泛發育水道、朵葉和塊體搬運沉積[17-18]。

研究區全區覆蓋有良好的三維地震資料，地震數據處理面元為12.5 m×12.5 m，垂向采樣率為3 ms，近海底處主頻接近70 Hz，垂向分辨率約為12 m，目的層最深處主頻約為35 Hz，垂向分辨率約為20 m，能夠滿足該研究的需要。

圖1 研究區地理位置

3.2 基于深水沉積學原理的地震屬性分析

3.2.1 水道地震屬性分析

(1) 加積型水道。加積型水道的形成主要受控于沉積作用，其主要特征為水道兩側發育規模較大的天然堤且對下伏地層的侵蝕能力較弱。根據水道和天然堤砂質含量的相對高低可進一步細分為富砂型和富泥型2種。

富砂型水道內部充填多期砂質重力流沉積，因泥質隔夾層的存在而形成多個波阻抗界面，故對應強振幅地震反射；而其兩側的天然堤主要由溢出水道的細粒沉積物組成，內部波阻抗差異較小，振幅相對較弱(圖2a)。如前所述，水道和天然堤之間的側向邊界為砂質含量逐漸降低的漸變邊界，可利用振幅類屬性與砂質含量間的對應關系進行識別(圖2b)。對振幅類屬性的統計分析表明，研究區內RMS(均方根)振幅屬性與自然伽馬相關性最高，故選擇RMS振幅屬性作為反映砂質含量的指標。在完成對水道天然堤復合體底界解釋的基礎上，根據沉積單元的規模，以底界上100 ms的時窗提取RMS振幅屬性。結果表明，所得屬性圖能夠較好地確定沉積單元的側向邊界并反映水道的平面形態(圖2c)。

富泥型水道是指被泥質披覆沉積所充填的重力流水道。由于富泥質水道內部缺少波阻抗界面，故表現出比其兩側由粉砂和泥質互層而成的天然堤更低的振幅(圖2d)。水道和天然堤間的邊界同樣為漸變邊界(圖2e)，根據沉積單元規模以水道天然堤底界向上50 ms作為時窗提取均方根振幅屬性。結果表明，相對強振幅的天然堤表現為高值條帶，其內部彎曲的低值窄條帶很好地反映了富泥型水道的平面形態(圖2f)。

(2) 侵蝕型水道。侵蝕型水道的主要特征是對下伏地層的強烈侵蝕。無論水道內部為何種物質所充填，與兩側被侵蝕地層均形成于不同的時代，在地震反射剖面上其側向邊界兩側必然存在地震反射特征的不連續(圖2g、h)。沿水道底界提取相干屬性瞬時切片可見由黑色低相干性線條所反映的突變邊界，除突變邊界與斷層外的其他部位均具有高相干性特征(圖2i)。對突變邊界的識別較好地實現了對侵蝕性水道形態的表征。

3.2.2 朵葉地震屬性分析

朵葉由板狀砂巖垂向加積而成，內部被泥質隔夾層所分隔，在地震反射剖面上為平行、高連續性、強振幅丘狀反射(圖3a、b)。由朵葉主體向邊緣，砂巖厚度逐漸減小并最終過渡為泥質披覆沉積。以朵葉2底界作為約束，根據朵葉垂向規模，選擇底界向上100 ms的時窗提取均方根振幅屬性。結果表明，均方根振幅屬性平面圖較好地反映了朵葉2的平面展布范圍，而靠近邊緣處均方根振幅屬性值的降低指示了漸變邊界的存在(圖3c)。

3.2.3 塊體搬運沉積地震屬性分析

塊體搬運沉積在地震反射剖面上對應低振幅、低連續性、雜亂半透明不規則反射(圖4a)。這種沉積單元通常為富泥質沉積，無漸變邊界，故難以通過振幅類屬性加以識別；又由于其不具備局部深切特征，即不存在側向突變邊界，故無法通過相干屬性刻畫邊界。在這種情況下，只有通過識別塊體搬運過程中在下伏地層表面殘留的侵蝕擦痕來確定塊體搬運沉積的平面展布特征(圖4b)。沿塊體搬運沉積底界提取瞬時方位角屬性切片可見大量與搬運方向一致的順直窄條帶，即侵蝕擦痕(圖4c)。結合剖面分析表明，這些侵蝕擦痕的平面展布范圍與塊體搬運沉積基本一致，故通過識別侵蝕擦痕邊界來刻畫塊體搬運沉積平面幾何形態的方法是可行的。

圖2 水道地震屬性分析

4 結 論

(1) 將深水沉積單元的側向邊界劃分為漸變型、突變型和標志物型3種不同的類型。為實現對側向邊界的識別，根據地震屬性的數理意義進行屬性優選并為特定地震屬性賦予地質意義。

(2) 漸變邊界處砂質含量的逐漸降低即為此類沉積單元邊界的特有識別特征，可通過振幅類屬性加以識別；突變邊界兩側地震反射特征具有不連續性，可根據相干屬性加以識別；標志物邊界如沉積單元底界處的侵蝕擦痕邊界，可通過方位角屬性加以識別。

圖3 朵葉地震屬性分析

圖4 塊體搬運沉積地震屬性分析

(3) 水道可分為加積型和侵蝕型2種不同類型，加積型水道又可進一步分為富砂型和富泥型2種，水道與天然堤間因振幅強弱差異而具有漸變邊界，侵蝕型水道充填物與兩側被侵蝕地層間存在侵蝕邊界；朵葉由于向邊緣處砂質含量的逐漸降低而具有漸變邊界；塊體搬運沉積可通過對其底部侵蝕擦痕這一標志物邊界的識別刻畫其平面展布特征。

致謝：本研究得到了北京ROCKSTAR公司在軟件與技術方面的幫助和支持，在此致以誠摯的謝意。