地震地貌切片解釋技術及應用

楊 占 龍

(①中國石油勘探開發研究院西北分院，甘肅蘭州 730020； ②中國石油集團油藏描述重點實驗室，甘肅蘭州 730020)

0 引言

切片分析是以地震屬性為基礎，從不同視角觀察地震數據體空間變化特征，賦予相應地震反射及其組合一定的地質含義，達到對整個數據體或目的層段地質解釋的目的。自20世紀80年代引入解釋工作站后，切片技術在地震資料解釋中得到了廣泛應用，在油氣勘探開發中發揮了重要作用，已成為地震資料解釋中一種常用的分析手段[1-2]。

目前常用的地震切片解釋技術包括應用時間切片(Time Slice)、沿層切片(Horizontal Slice)和地層切片(Stratal Slice)等。在切片分析與解釋過程中還常常應用層拉平(Horizon Flatten)技術。它們依據不同的切片制作方法對地震數據體中包含的構造、沉積、巖性、古地貌等信息進行不同角度、不同精度的描述。隨著巖性油氣藏勘探、老區精細勘探、油氣田開發及剩余油分布分析等的需要，對于目的層段沉積體系研究的精度要求越來越高，需要精細刻畫目的層段沉積體系平面分布類型、大小、邊界、巖性及其縱向演化特征等，所以進一步挖掘切片解釋技術在沉積體系精細刻畫方面的潛力是地震切片分析技術研究的重要方向之一。

本文在分析已有切片類型制作方法與難易程度、影響切片制作關鍵因素和揭示相關地質信息敏感性的基礎上，針對沉積體系精細研究的特定需求，提出了地震地貌切片(Seismic Geomorphological Slice)的概念并歸納了其制作方法。通過實際應用，證實了該概念的科學性、切片制作方法的合理性和地震地質解釋結果的有效性，表明地震地貌切片解釋技術是進行精細地震沉積分析的一種有效新方法。

1 不同類型切片特征分析與地震地貌切片的提出

不同類型切片由于制作方法不同，制作難易程度有差異，揭示地震數據體屬性的視角和敏感性也有區別，因而反映地下地質體構造、沉積、巖性、古地貌等信息的能力各有側重。

時間切片是沿某一固定地震旅行時從數據體中提取的切片，制作方法簡單，主要在構造解釋、斷層平面組合、圈閉形態分析等方面發揮重要作用。當沉積地層傾角或地層厚度變化較大時，時間切片穿時明顯，不能有效描述沉積體系或儲層內部結構與沉積信息。

沿層切片是沿地震地質解釋層位或漂移一定時窗后提取的切片，可刻畫地層的沉積特征，也可對古地貌、古海岸線變遷等進行有效恢復。制作沿層切片需要對主要目的層界面進行精細追蹤解釋，但是目的層內插得到的次級沿層切片往往由于地層起伏變化而存在穿時現象，不能準確描述目的層內部的沉積特征。

地層切片是地震資料90°相位化后，在地層頂、底界面間按照厚度比例線性或非線性內插一系列層面而逐一生成的切片。地層切片有利于開展沉積體系分析與儲層描述研究，但當地層頂、底面不能很好地控制地層產狀和厚度的變化時，采用內插算法得到的地層切片同樣存在穿時現象，難以準確描述沉積地層內部變化特征(表1)。

表1 時間切片、沿層切片、地層切片特征對比表

注：示意圖紅色實線表示地質層位，藍色實線表示不同類型切片位置。

整體來看，上述類型切片的分析結果與約束層位的等時性密切相關，如果約束層位等時性較差或具有明顯的穿時現象，則切片分析效果變差，主要表現在揭示或預測地質體構造、沉積、巖性等的能力降低或預測結果不準確，并給實際地質體空間歸位帶來困難。

從切片制作過程看，上述類型切片更多地是從地震數據體的地球物理特征出發進行切片的制作與分析，主要通過相應數學運算求取切片位置，進而提取地震屬性并進行地質解釋，突出了切片制作過程中地震數據分析的地球物理特性。為進一步達到地震數據分析的最終地質解釋目的，有必要進一步深入挖掘地震數據的地質特性，從地震數據體的地質特性出發進行地震數據解釋，更好地以地質思維為指導挖掘已有地震資料的解釋潛力，提高地震資料的地質解釋水平。張軍華等[1]從模型出發，討論了時間切片、沿層切片選取的時間位置、時窗大小、屬性特征等與相關地質特征的關系。近年來，隨著地震沉積分析技術的發展，地層切片得到了廣泛應用[3-5]。李國發等[6-8]認為，盡管在縱向上不能對厚度小于四分之一波長(λ/4)的薄層砂體進行識別和分辨，但薄層結構的差異會導致地震反射特征發生變化，這種差異和變化會在地震屬性切片上有所反應。劉化清等[9]通過正演模擬實驗，討論了砂泥巖薄互層條件下地層切片的合理性及影響因素，認為地層切片較沿層切片更加貼近沉積等時面，能夠反映單砂體的平面分布輪廓及縱向沉積演化，標志層選取是否等時是制作地層切片的關鍵；倪長寬等[10]討論了地層切片的應用條件及其分辨薄層的能力，認為地層切片僅適用于厚度小于地震分辨率的薄層預測，要求地層切片的范圍應大于或局部大于沉積體系的規模，且參考層間的地層厚度不能劇烈變化，主要用平面檢測率代替地震的垂向分辨率。

地貌條件，作為沉積地層發育特征分析背景，是源匯系統中沉積物最終沉積并控制沉積物空間分布的主要因素[5]。所以，從反映沉積背景的地貌條件入手[11]，沿反映古地貌變化的地震數據部位制作切片對沉積體系展布與演化分析至關重要。據此，本文提出地震地貌切片的概念并歸納其制作方法。地震地貌切片是指沿地震數據體中反映一定時期古地貌特征的部位制作的一種切片類型。其依據古地貌變化特征分析沉積體系的空間分布，突出了利用切片技術開展地震數據體解釋的地質特性，是一種易于被地質解釋人員理解并使用的地震切片解釋技術。

2 地震地貌切片制作方法

地質背景分析是制作并進行地震地貌切片解釋的基礎工作，主要目的是了解整個地震數據體或目的層段構造、沉積、巖性、地貌等發育類型與分布、演化特征，分析方法主要包括地質特征分析和地球物理特征分析。區域構造與沉積演化研究是地質分析的主要內容，地震線、道、任意線與時間切片的快速掃描是地球物理分析的主要手段。通過地震數據體快速掃描，觀察地震數據體或目的層段地震波形及其組合變化特征，有效逼近導致沉積體系發生變化等反映古地貌特征差異、具有勘探意義的地震反射變化部位，重點分析數據體中地震反射發生變化的地質原因，以確定地震地貌切片制作的位置。實際探索表明，地質體空間追蹤法和小時窗透視法是地震地貌切片制作的有效方法。

2.1 地質體空間追蹤法

在目的層段或地震反射發生變化部位首先生成時間切片，通過上下移動時間切片連續開展同一類型地質體或感興趣目標的空間追蹤解釋，建立地質體或研究目標分布的骨架網格，進而通過內插得到地質體或目標分布的空間位置與范圍，最后通過提取相關屬性進行地震反射及其組合所代表的地質體或目標的地質解釋(圖1)。

圖2展示了地質體空間追蹤法制作地震地貌切片后的地震屬性分析效果。研究區為一陸相湖盆邊緣沉積作用發生變化的部位，古地貌控制了沉積類型和沉積體系空間分布。由于地貌條件變化和可容納空間增大，湖盆外河流入湖后演變為水下分流河道沉積體系。為了精細刻畫水下分流河道沉積體系平面展布與縱向演化特征，把水下分流河道沉積體系及其展布范圍作為一個統一的沉積地質體在時間切片上進行空間追蹤并解釋，目的是從地震數據體中找到水下分流河道沉積體系開始發育的位置。由于水下分流河道發育前后沉積環境的差異，地震反射特征發生變化，變化部位(圖1a、圖1b)的構造形態反映了控制水下分流河道沉積發育的古地貌格局，所以以地震反射變化部位作為制作地震地貌切片的空間位置和范圍(圖1c)。然后通過向上移動切片位置分析水下分流河道的平面分布與縱向演化特征(圖1d)。圖2清晰地揭示了區內多個物源的水下分流河道沉積體系發育形態及其演變過程：由于古地貌坡度較陡，水下分流河道沉積體系主要呈近乎平行的小規模河道形態向湖盆中心延伸； 早中期，分別源自西部、西南部、南部的多條水下分流河道沉積體系在湖盆低部位發生交匯(圖2a～圖2c)； 晚期，該區主要發育西部物源的多條水下分流河道沉積體系(圖2d)。

該方法在一定程度上類似于常規層位解釋中的沿層切片層位解釋方法，但由于它主要針對引起地震反射變化的關鍵地質體，著重追蹤特定地質體引起的地震反射變化范圍，所以，可有效減少同一沿層切片中相鄰地質體對目標體在地震屬性分析中的干擾，因針對性強而具有良好的地震屬性分析與地質解釋效果。同時，從上述的切片制作與分析過程可以看出，該方法主要適用于研究區塊內平面上不同類型沉積體系并存時對其中某單一類型沉積體系的精細刻畫。

2.2 小時窗透視法

針對目的層段或特定地質現象引起的地震反射變化部位，在數據體中快速追蹤一個層位(圖3a～圖3c)，并根據研究地質體的厚度規模沿該追蹤層位設置相應的時窗大小，相當于在整個數據體中沿追蹤的層位提取了一個具有一定時窗范圍的小數據體(圖3a、圖3d)；再針對該小數據體提取相應的地震屬性(如絕對振幅、均方根振幅等)，通過選取合理的屬性值變化范圍進行透視顯示(圖3e)，從而揭示相關地質體在小數據體中的分布(圖3f)。

圖4展示了小時窗透視法制作地震地貌切片后的地震屬性分析效果。研究區為一陸相盆地內某目的層單一河流沉積體系廣泛發育的地區，微古地貌變化控制了河流沉積體系的發育、展布與變遷。首先從地震數據體中找到控制該河流沉積體系發育的地震反射變化部位；其次根據該沉積體系發育的縱向規模確定合理的時窗大小；再次通過調節小時窗相關屬性(本實例為反射振幅)的不透明度，并上下移動切片位置分析沉積體的平面分布與縱向演化特征。實例揭示了研究區目的層系50ms范圍內以南北向為主的多條河道沉積隨地質時間的平面分布與縱向變遷特征。

圖1 地質體空間追蹤法制作地震地貌切片

(a)時間切片，在時間切片上連續追蹤同一地質體或目標，本實例為時間切片1～10； (b)不同時間切片上同一地質體或目標追蹤結果在三維地震數據體上的顯示； (c)追蹤層位內插得到地質體或目標在空間的分布位置與范圍，即制作地震地貌切片的位置與范圍； (d)沿切片提取相關地震屬性并進行地質解釋與分析該方法有效避免了在整個數據體或大時窗數據體中上下相鄰地質體對目的層段或特定地質現象在透視過程中的干擾，便于針對目的層段選擇最優的地震屬性透視值范圍；同時大小適當的時窗范圍保證了地質體地震反射波形的完整性，有利于清晰刻畫目的層段小時窗數據體中包含的同一類型地質現象。

圖2 沿切片提取相關地震振幅屬性a)0ms； (b)上移20ms； (c)上移40ms； (d)上移60ms。圖a～圖d表示切片位置由下向上，揭示了水下分流河道沉積體系平面展布格局和演化特征。黃色箭頭示物源方向，綠色線條AA′示圖1中地震剖面位置

圖3 小時窗透視法制作地震地貌切片(a)沿目的層系的地震反射同相軸快速解釋層位； (b)在三維數據體中建立解釋層位的骨架網格； (c)以骨架網格為約束內插形成切片所用層位； (d)層拉平生成小時窗范圍的切片疊加體(小時窗數據體)； (e)設置切片疊加體的不透明度； (f)在小時窗范圍內上下移動切片位置分析沉積體系的平面分布與縱向演化特征

圖4 地質體的平面分布與縱向演化特征(a)切片1； (b)切片2； (c)切片3； (d)切片4。 切片1～4表示位置從下到上，藍色線條BB′示圖3中地震剖面位置

通過上述地震地貌切片解釋技術的運用，清晰刻畫了目的層系沉積體系的平面展布形態與縱向演化特征，實際應用效果較好，在一程度上說明了地質體空間追蹤法和小時窗透視法制作地震地貌切片的合理性及切片分析結果的有效性。需要指出的是，上述兩種方法在多數情況下可以結合使用，以取得更好的切片制作、屬性分析與地質解釋效果。

3 地震地貌切片解釋技術優勢分析

整體來看，地震地貌切片制作方法在一定程度上類似于常規的地震切片，但由于在切片制作過程中從地質角度出發，重點考慮了地貌條件對切片制作位置的約束，因而該切片應具有良好的沉積體系分析優勢，可以有效提高地震解釋中沉積體系分析的精度，對于沉積體系平面展布和縱向演化特征研究的效果良好。

3.1 適應性廣，效率高

無論是在地震剖面上還是在時間切片上,約束層位的快速解釋過程均表明，地震地貌切片制作方法對于約束層位解釋的精度要求相對比較低，對層位是否完全等時不是很敏感。在沉積體系研究中不需要嚴格按照地震反射同相軸的波形相位進行精細追蹤。可用于品質相對較差地震資料的解釋，適應性廣，具有較高的解釋效率。

3.2 實用性強

在切片制作過程中，由于充分考慮了古地貌格局對沉積體系分布的控制作用，因而便于地質解釋人員根據沉積發育前的古地貌格局理解后期沉積物在平面上的分布規律，對沉積單元可以進行有效的空間歸位，增強了地震資料解釋的地質特性，是一種易于被地質人員理解并應用的切片制作與解釋方法，具有較強的實用性。

3.3 預測結果合理

由于采用了與現今地貌格局類比下的沉積體系與沉積物空間分配的分析方法，一方面可以對沉積體系展布格局進行合理預測，同時通過與現代沉積體系的類比，可以對小于地震分辨率的相關沉積體系厚度進行量化預測，因而解釋結果更接近或符合實際地質規律，最終地質預測結果更為客觀。如Posamentier等[5]通過對現代泰國灣實際河流沉積體系的觀察與測量，建立了點壩厚度、河道寬度、河流點壩長度等參數之間的統計關系，對小于地震分辨率、與河流沉積體系相關的點壩厚度和分布范圍進行了量板量化預測，預測結果合理。

4 問題討論

在切片技術應用過程中，以下三個問題需要引起地質解釋人員的重視，以使包括地震地貌切片在內的地震切片分析取得更好的地質解釋效果。

4.1 層拉平技術及其應用

層拉平技術是利用沿層切片、地層切片和地震地貌切片等開展地震數據體地質特征分析的常用中間過程，主要應用于古地貌恢復、沉積環境變化和斷裂活動期次分析等，具有直觀、不易穿時的優點。在沉積體系研究過程中，需謹慎選擇拉平層位并進行地質特征的綜合分析，確保取得良好的層拉平分析效果。

地層沉積時的地貌特征和基準面升降決定了沉積體系的空間分配，參照沉積基準面變化趨勢并選擇最大洪泛面拉平層位更有利于沉積體系平面分布與縱向演化特征分析。在實際應用過程中，沿趨勢面的層拉平可消除局部構造因素等引起的地震反射同相軸畸變現象，趨勢層拉平往往可以取得更好的沉積分析結果(圖5)。

4.2 斷層發育區地震地貌切片解釋對策

斷層是盆地沉積蓋層中發育的一種普遍地質現象，也是地震切片分析過程中不可回避的問題。由于地震地貌切片主要參照地貌形態變化(斷層本身就是構成地貌形態的一部分)制作切片并進行解釋，在一定程度上已經綜合考慮了斷層對于切片分析效果的影響。但在實際切片制作和解釋過程中，仍需要消除斷層對切片分析效果的影響。

圖5 層拉平與趨勢層拉平效果對比(a)原始地震剖面； (b)自動追蹤層位與層位趨勢平滑； (c)沿自動追蹤層位拉平后的地震剖面； (d)上部地層地震反射同相軸出現畸變； (e)沿平滑后自動追蹤層位拉平的地震剖面； (f)上部地層地震反射同相軸橫向變化合理

對成巖期后活動過程較為單一的斷層，如果為正斷層，則可通過層拉平去除斷層的影響。從成圖方面看，斷層的斷距垂向投影區存在地震屬性提取空白帶，該空白帶不影響切片本身的解釋，只要通過平移就可以進行合理的地質體空間歸位。如果為逆斷層，由于同一層位在斷層斷距垂向投影區的重復，導致該區切片提取和解釋不完整，這就需要針對斷層上下盤分別制作切片，然后通過斷距恢復進行統一解釋。如果成巖期后斷層活動過程復雜或斷層在地震數據體中呈斷裂帶的形態出現，則往往出現相對較大的切片制作與解釋空白帶或層位重復帶，這就需要按照地貌約束下的沉積體系發育規律進行合理的填充，以充分預測目的層段沉積體系的發育規模。對于同沉積斷層，由于地震地貌切片綜合考慮了地貌條件且該類斷層斷距不大，在實際切片制作和解釋過程中，可以忽略其影響。

4.3 薄層地質體在地震數據中的可分辨性與可檢測性關系

通過切片技術開展地質體解釋時，地震資料中薄層地質體的可分辨性與可檢測性是兩個容易混淆的概念。分辨能力是指區分兩個靠近物體的能力，度量分辨能力的強弱通常有兩種方式：一是距離表示，分辨的垂向距離或橫向范圍越小，則分辨力越強；二是時間表示，在地震時間剖面上，相鄰地層時間間隔Δt越小，則分辨能力越強，可分辨的標準是能夠同時分辨出一個地質體的頂面和底面。Rayleigh[12]、Ricker[13]、Widess[14-15]提出了不同準則的地震資料垂向分辨率。三種垂向分辨率準則并不存在本質性的差異[16-18]，其中Rayleigh準則和Widess第一準則分別用λ/4和λ/8作為垂向分辨率的極限，Ricker準則介于二者之間。

隨著三維地震勘探技術的發展，地震資料水平分辨率和廣義空間分辨率得到廣泛應用，并檢測出眾多厚度小于地震垂向分辨率的地質體。從理論上講，通過地震反演與巖性預測很難得到其準確厚度和位置，實際上它們是不可分辨的，僅僅只是通過切片技術可檢測到該地質體的存在[6-8，10]。所以，從地球物理角度看，通過切片分析開展地質體解釋與預測時，地震資料中薄層地質體的可分辨性與可檢測性是兩個有差異的概念。從地質分析角度看，可檢測性在一定程度上可以代替可分辨性，但僅表示可以檢測并識別該地質體的地震屬性特征，很難準確預測地質體的實際厚度。可以確定的是，該地質體的發育厚度小于地震資料可分辨的最小厚度且其位置不能準確預測。

總體來看，在地震資料解釋過程中，資料品質是決定地震切片地質解釋結果的最主要控制因素。資料品質好，數據驅動就可取得良好的地質解釋效果；資料品質較差，則需依靠模型驅動以得到較為科學的地質預測結果[19-21]。

5 結束語

考慮古地貌背景的地震地貌切片是利用三維地震資料開展精細沉積體系研究的有效切片。地質體空間追蹤法和小時窗透視法是地震地貌切片制作的有效方法。地震地貌切片具有對約束層位等時性要求低而適應性廣、從古地貌角度出發易于被地質人員理解并應用而實用性強、采用將今論古對比分析方法而預測結果可靠的特點。通過在實際資料中的應用，證實了該概念的科學性、切片制作方法的合理性和分析結果的客觀性。在實際應用中，應采用趨勢層拉平技術分析古地貌變化特征，以取得良好的切片分析效果，并注意利用地震切片技術開展薄層目標識別和預測時目標的可分辨性與可檢測性之間的差異。