运用系统论研究石油地震地质学.pdf

第 3 2 卷第 6 期 2 0 1 1 年 l 2月 新船 汕地质 Xl NJ l ANG P E T 1 t O1 E UM E L O ； 11 V o 1 ． 3 2． No ． 6 1 e c． 20l 1 运用系统论研究石油地震地质学 杨 杰， 卫 平生， 李相 博 中国石油 勘探开发研究院 西北分院， 兰州 7 3 0 0 2 0 摘要 系统论为人们认识世界与改造世界提供了新视崩、 ． 法， 对石油地质学研究也具有重要的指导意义。运用 系统论观点， 对石油地震地质学这门新兴交叉学科的发展历史、 研究对象、 研究尺度、 研究内容、 研究方法以及学科在 油气勘探、 开发中的应用前景与发展趋势等诸多方面进行 了重新审视， 并认为， 只有引入系统论思想， 才能提高这一 新兴学科的研究水平， 从而推动这一学科的发展和完善， 使之在实际应用中取得更好的效果。 关键词 系统论 ； 研究方法； 石油地震地质学 文章编号 1 0 0 1 3 8 7 3 2 0 1 1 0 6 0 6 8 1 0 5 中图分类号 T E 1 2 2 ． 1 3 文献标识码 A 石 油地 震地 质学是 一 门新 兴交 叉学 科 ，早在 1 9 8 2年， 袁秉衡教授就在 石油学报 上撰文论述了 石油地震地质学 原文为地震地质学， 笔者注 概念的 内涵与外延【 2 J ， 后来 ， 又详细论述 了这一学科研究 的 十大基本内容[3 ]。 近些年来， 由于地球物理技术的迅猛 发展和石油地质理论的不断推陈出新， 相继又出现了 多门分支交叉学科 ， 如地震沉积学 [4 ] 、 地震储层 学l5 1 、 地震成藏学嘲 和开发地震学阴 等。 学科细分一方面使人 们对各种地质现象的认识更加深化 ， 但另一方面由于 石油地质目标评价是一项综合性研究工作， 客观上又 要求把分析与综合结合起来， 多学科通力合作才能解 决油气勘探中的实际问题。 虽然大家也都意识到石油 地震地质学是一门“ 系统综合学科” [3 l8 】， 但很少有人从 科 学 方法论的角度进行探讨。为此 ， 笔者运用系统论 对石油地震地质学这门新兴交叉学科的发展历史 、 研 究对象 、 研究尺度 、 研究 内容 、 研究方法以及学科应用 前景与发展趋势等诸多方面进行重新审视， 以期对推 动该学科的有序 、 协调发展有所裨益。 1 系统论概念及其主要观点 系统论最初是理论生物学家路 贝塔朗菲 L ． V o n ． B e r t a l a n ff y 于 2 0 世纪 4 O年代创立的， 后来广泛应用 于 自 然科学和社会科学研究， 并在各学科领域内掀起 了一股“ 系统运动热潮” 。由于它的出现“ 彻底改变了 世界科学图景和当代科学家的思维方式” ，因而被认 为是 2 0 世纪科学发展史上的伟大创举[9 1。 我国著名科 学家钱学森创新了系统论思想， 并给出了如下经典定 义 系统是由相互联系、 相互作用的若干要素组成的 具有一定整体功能的有机整体【 ol 。 系统论的主要观点。①整体性观点 世界上一切 事物、 现象和过程几乎都是有机的整体， 几乎都是自 成系统， 又互成系统。一个系统由若干部分 元素 构 成， 系统整体具有崭新的性质， 绝不是诸要素个体性 质的线性求和【“ 】。②相关性观点 同一系统内的诸要 素之间具有 内在的有机联系 ， 此外 ， 系统与外界环境 也存在一定联系， 它是更高一级系统的组成部分。③ 层次性 有序性 观点 一切系统都是由不同的层次结 构组成 的， 这种层次结构是无限的 ， 系统与层次之间 具有质的差异。④最优化观点 最优化是指系统的整 体联系在运动中达到最适宜的一种有序状态 ， 它是 自 然界物质系统发展的一种趋势， 也是人们所追求的目 标．】2 1。⑤动态观点 系统的有序程度和功能状态始终 处于动态发展之中， 从而保持了系统与环境 大系统 的适应 ， 形成了相对稳定 的动态结构。 系统论观点要求人们必须把研究对象放在系统 的形式 中加 以分析和处理 ， 始终从 系统与要素 、 要素 与要素、系统与环境的相互联系和相互作用中综合 地、 精确地考察研究对象。 简而言之， 系统论方法是一 个立足整体、 纵观全局， 在整体控制下 ， 对局部逐一进 行分析 ，最后通过归纳得出规律性认识的科学方法 。 这种方法采取的是“ 综合一分析综合” 的思维方式， 以达到最优化处理问题的 目的。 系统论实践意义在于①运用系统论的科学方 法 ， 能使人们更好地发挥组织管理的作用 ， 用优化方 法来处理问题 ， 从而使系统达到最优状态 ； ②运用系 统论的科学方法 ， 能更好地将分析和综合、 归纳和演 绎等方法有机地结合起来， 更好地对研究的客观现象 进行系统分析， 揭示其本质及其规律[】2 1。 收稿 日期 2 0 1 1 - 0 5 2 7 修订日期 2 0 l 1 - 0 6 2 8 作者简介 杨杰 1 9 6 2 一 ， 男， 廿肃 州人， 教授级高级T程师． ， 油地质， T e 1 0 9 3 1 8 6 8 6 6 6 0 l a i I v i i e p r t r I l l } l i n a 0 m I 1 新疆石油地质 2 为何要用系统论研究石油地震地质学 1 由该学科的发展历史决定石油地震地质学 和其他“ 系统综合学科” 一样， 是逐步完善起来的， 大 体上经历 了地震构造学 、地震沉积学 含地震储层 学 、 地震成藏学 含开发地震学 研究 3 个阶段。 这与 人类认识 自然的规律是一致的。 回顾人类对客观事物 的认识 ， 在方法论上大体上经历了朴素整体论 、 传统 分析论 、 科学系统论 3个阶段 ， 呈螺旋式前进 。 石油地 震地质学 的发展也符合这一规律 ， 只是由于地球及其 各种地质现象的复杂性， 系统论的观点在石油地质学 中的应用要比其他现代 自 然学科晚一些『I3 1。 在认识论的第一个阶段 ， 人们 只能在直观观察范 围内，把宏观事物的整体形态作为考虑的基本层次， 这样了解到的只是事物总体的一般情况， 获得的认识 不够细致与严密l3 J 。这大体相当于地震构造学研究 阶 段 ， 人们主要利用二维地震 、 重磁力 、 电法等资料 ， 对 含油气盆地的分布范围、 形态、 基底埋深与隆凹结构 等进行大致确定 ， 研究 目的也主要是确定地下主要反 射界面的埋藏深度， 落实和描述地下岩层的构造形态 特征， 为钻探提供构造圈闭。 不难看出， 由于受各种资 料的精度与质量等限制 ， 早期的地震构造学研究充其 量只是对盆地构造特征的笼统认识。 认识论的第二个阶段为传统分析法， 人们把事物 整体分割成尽可能小的部分，仔细地一一详加考察， 直到一 目了然，因而使人们对 自 然界认识的深度、 广 度、 精度都比前一阶段大大地提高了。这是人们熟知 的一种行之有效 的办法 ， 这个阶段是从 哥 白尼 、 伽利 略开始的。对石油地震地质学研究而言 ， 第二阶段大 体上相当于构造与沉积研究并进的时代。2 0 世纪 7 0 年代以来， 由于地震信息的进一步丰富， 特别是三维 地震技术的发展 ， 除进行构造研究外 ， 又从沉积 的角 度来解释地震信息 ，于是相继产生了地震地层学 、 地 震沉积学等。 石油地震地质家们把构造研究与沉积研 究单独抽取出来专门加以研究 ， 认识程度加深了， 然 而这种“ 化整为零” 的传统分析方法实际上割裂了事 物之间的固有联系，不能如实地反映事物的整体性， 不能反映事物之问的联系和相互作用， 只适应认识较 为简单的事物， 而不能胜任对复杂问题的研究。也就 是在这种背景下， 人们的思维进入了认识论的第三个 阶段即“ 科学系统论” 时代。 系统论思想向自 然科学渗透， 极大地促进了自然 科学向综合化 、 整体化发展， 作为 自然科学中的重要 组成部分地球科学也不可避免地向系统化发展， 石油地震地质学等众多交叉学科都是在这种背景下 产生的。从 目前地震技术 的发展及应用情况看 ， 人们 可以从地震资料中获得有关地层 、 沉积 、 岩性 相 、 储 集层、 构造、 流体 油、 气、 水 等多方面的信息l“ ， 目前 石油部门所倡导的地震地质综合研究一体化 、 油气勘 探与开发研究一体化 的思路以及地震成藏学 、 开发地 震学等综合性交叉学科的出现， 都意味着把石油地质 研究中单一因素的研究统一为一个整体。 这和自然科 学发展的第三阶段“ 科学系统论” 时代是相适应的。 2 由该学科研究对象的“ 层次性” 决定石油地 震地质学研究对象为含油气沉积盆地及其中的油气 聚集过程。按照系统论观点， 首先应该正确地划分沉 积盆地系统 ，这样既有利于明确盆地研究的层次结 构， 也有利于明确各层次的研究内容和目的。 罗晓容将盆地系统划分为以下 3 个层次I l 。一是 岩石圈构造系统 ， 沉积盆地 的形成和发展与岩石 圈的 构造演化密切相关 ， 它是岩石圈大地构造系统的一个 组成部分， 其本身又构成了一个完整的系统。 因此， 在 这个 尺度上 ， 盆地研究 的主要 内容是 沉积盆地与岩 石圈上其他组成部分之间的关系 ， 沉积盆地形成和发 展演化的动力学机制， 沉积盆地整体作为岩石圈的～ 部分 而在其发展过程 中的流变学过程等 ；在盆地 内 部， 则表现在次级坳陷和隆起形成的动力学机制及其 对沉积作用的影响等 。二是盆地系统 ， 沉积盆地 内的 沉积充填作用既是盆地形成的必然结果 ， 也是盆地得 以继续发展的重要动力。 沉积盆地在其发展过程中经 历了一系列地质事件 沉积、 构造变形、 成岩、 成矿作 用等等。 因此 ， 在这个尺度上 ， 盆地研究 的主要内容为 盆地内随着沉积作用的进行 ， 盆地内的温度场 、 流体 压力场 、 应力场和岩石应变特征 、 化学场 水一 岩作用 、 矿物转化 、 有机质分解等 的演化过程及其相互关系 。 三是成油系统 ， 盆地 中由于各种地质作用而导致 了各 种成矿作用 的形成 ， 对含油气盆地研究而言 ， 主要是 成油气系统。 因此 ， 在这个尺度上 ， 盆地研究 的主要 内 容则是盆地各子系统所构成 的地球物理 、 地球化学背 景的油气生成与聚集 ， 最终成藏并在经历 了后期 的构 造变动后仍能保存下来 的动力学机制。 显然 ， 这 3个层次 尺度 的系统是有机地联 系在 一 起的， 人们对该系统的研究也应是循环关联的。高 一 级系统的研究为低一级系统的研究提供背景和边 界条件， 低一级系统的研究则为高一级系统的研究奠 定了基础并提供准确的参数。 如果仅仅研究某一地质 现象或是简单地把各方面的研究结果合并在一起， 并 不能有效地认识盆地的发展及其中油气聚集的实质。 3 由该学科研究内容的“ 系统性” 决定石油地 震地质学是石油地质学与地震勘探技术相结合的边 缘学科， 但石油地震地质学又是由相互作用 、 相互依 第 3 2卷第 6期 杨杰， 等 运用系统论研究石油地震地质学 ． 6 8 3． 赖的若干部分组成的具有确定层次的系统学科【 ， 它具有以下 2个特点。 一 是整体性与综合性特征。 石油地震地质学包含 地震构造学、 地震沉积学、 地震储层学、 地震成藏学及 开发地震学 5 个分支学科， 包括油气勘探阶段的盆地 形成演化 、 构造样式 、 沉积特征 、 油气 生成 、 运移 、 聚 集、 保存、 油气藏分布以及油气藏开发阶段的油藏动 静态仿真模型与剩余油分布等 1 3 项研究内容 _ll。这 l 3 项研究内容也是 1 3 个研究课题， 大体上可归纳为 构造 、 沉积及成藏 3大部分 ， 实际上它们是一个有机 的统一体， 例如对地震成藏的分析离不开对沉积与构 造 的分析 ， 对地震沉积分析也离不开构造解释 ， 而进 行构造解释同样也要注意沉积现象等。 二是层次性特征， 主要指石油地震地质系统学科 的有序分层。若以这个系统学科作为一整体， 则整个 石油地震地质学是一个层次。 它的5 个分支学科为另 一 个层次。每个分支学科又可分为若干个部分， 这又 是一个层次 ， 每个部分又可更详细地分成若干个具体 的课题。随着地震技术和地质科学的发展 ， 有可能再 详细地划分层次『31。 现代地震新技术的快速发展为石油地震地质学 的系统化研究创造了条件。 地震资料不但记录着丰富 的沉积与构造信息， 而且记录着油气成藏的绝大多数 信 息， 包括静态与动态两个方面的信息同 ， 与钻井及野 外资料相比， 这些地震信息是连续的、 全面的、 系统 的， 因而， 为石油地震地质学的整体化、 系统化研究提 供了技术手段。 3 如何用系统论研究石油地震地质学 以上对石油地震地质学的剖析， 目的在于运用系 统论的方法建立、 完善和提高这一新兴的学科。对研 究系统的科学态度是把整体论与还原分析论辩证地 结合起来[1o1 。对石油地震地质学研究而言， 运用系统 论 的方法就要坚持 以下 4项原则 。 发点和归宿点㈦， 石油地震地质学的“ 综合性” 构成特 征决定了它是一个有机整体， 因此 ， 要统一谋划整体 学科与分支学科的核心研究内容。具体来说 ， 要处理 好石油地震地质学 整体 与下属各分支学科 、 各分支 学科之间 如地震沉积学与地震储层学等 以及石油 地震地质学学科整体与其他学科 如层序地层学 3 个学科层次的关系，避免在核心研究内容上互相重 叠。 只有这样才能确保各学科 分支学科 研究内容重 点突出、 目标 明确。表 1中列举 了石油地震地质学各 分支学科的研究内容、 目 标和尺度等。 二是坚持“ 层次性” 原则 。 石油地震地质学作为一 门系统综合学科， 正确划分其层次结构， 有助于正确 把握各层次研究尺度和研究 目的， 也有助于明确各层 次核心研究内容， 这样在进行研究任务安排时可以摆 脱与本层次研究关系不太紧密、 甚至可以忽略不计的 因素的影响。同时， 注意到这些层次对专业人才的合 理使用以及学科建设部署都是有好处的。 三是坚持“ 最优化” 与“ 动态发展” 原则。 运用系统 论的方法就要在动态中协调整体与部分的关系， 使部 分的功能 目 标服从于总体的最佳目标， 最后在总体 目 标上体现最佳效果。对石油地震地质学而言， 正如袁 秉衡教授所说 “ 各个分支学科或部分都研究得很出 色， 但从总体上看却不好， 这种做法并不可取。 如果某 个分支学科的效果不好 ， 而整体系统效果好， 这样做 法依旧可取” 【 3 J 。这就是系统思维方法的最佳化 ， 这一 点是任何传统思维方法做不到的。因此 ， 只有从系统 论的角度来研究石油地震地质学 ， 才有可能实现整个 学科 的协调发展 。 四是在研究方法手段上，要坚持多学科协同、 多 种技术相互配合的战略战术 。凡是系统 问题 ， 都应该 用系统方法来解决翻 。 如前所述 ， 石油地震地质学是一 门涉及石油地质学、 构造地质学、 沉积学、 勘探地震与 开发地震学、 计算机图形图像学等研究领域的综合性 边缘学科[8l ， 它突出了石油地质与地震勘探的进展与 一 是坚持“ 整体性” 原则。 整体性是系统研究的出 创新， 是石油地震地质系统科学新思维和新技术相结 表 1 石油地震地质分支学科研究 内容 、 尺度、 目标与关键技术对 比 新疆石油地质 合的产物， 其“ 综合性” 决定了对其研究是一项“ 系统 工程” ， 因此， 只有将地震勘探与石油地质二者有机结 合起来 ， 实行多学科协 同作战 ， 多种技术方法相互配 合使用才能解决重大科学问题。 4 从系统论观点看石油地震地质学应用 前景与发展趋势 1 应用前景以往运用地震资料对石油地震地 质学 的研究， 多为对构造 、 沉积、 储层或烃类检测等单 项研究[4 , 5 , 1 4 - 1 q ， 近年来 ， 随着地震勘探技术的进步以及 针对当前岩性油气藏勘探的实际需要， 地震地质综合 研究一体化的研究思路 日益为人们所广泛接受 ， 利用 地震勘探技术成果进行油气成藏和 目标综合研究的 报道逐渐增多 ， 如罗群等基于地震葛 探技术最新进展 及其在油气成藏研究中的最新应用成果分析， 首次提 出了地震成藏学 的概念 ， 并运用该原理 ， 迅速查 明了 济阳坳陷某斜坡区生物灰岩油气藏成藏和分布特征， 为该区生物灰岩隐蔽油气藏勘探提供了依据同 ； 赖维 成等应用地质一 地震综合预测技术在渤海海域古近系 储集层预测中取得了非常好的效果， 并总结出地质理 论和先进 的地球物理技术有机结合进行储集层精细 预测的 5 个关键点【17 ,18 1 ， 宋章强等应用地质一 地震综合 预测技术成功预测了渤海海域碳酸盐岩储集层平面 展布特征【】91 。宋传春最近分析了地震一 地质综合研究 技术与方法的发展趋势， 认为随着应用地震第三级特 征属性进行地震储集层与地震流体识别的研究方向 发展 ， 在不远的将来 ， 地震流体学或地震油藏地质学 将会应运而生， 利用这一新的学科在油气勘探中比较 快速准确地寻找有利储集层 ， 间接判断油、 气、 水层和 发现油气藏或许成为现实。 从上述研究不难看出，随着地震技术的进步 ， 其 在石油地质研究中的应用突 出表现在 2方面。 其一是 研究技术手段向综合化发展， 即从地震简单反演研究 转向多层次反演研究， 从单一参数研究转向多参数与 多属性复合研究 ， 从简单判别研究转向多重判别与神 经网络分析研究 ， 从普通二维、 三维地震预i 贝 0 转向高 分辨率三维、 四维地震预测研究， 从单项技术找油转 向多项技术综合利用找油； 其二是研究内容不可避免 地向深层次、 整体化发展， 即由构造、 沉积研究逐步转 向构造精细刻画与储集层构型特征评价研究， 由圈闭 识别等间接找油气研究转向油气检测等直接找油气 研究， 由对生、 储 、 盖等油气成藏单个静态要素的地震 研究转向将生、 储、 盖、 圈、 运、 保等动态与静态诸要素 有机联系的成藏过程和目标综合优选研究等。 这些转 变与当前人们利用系统论思想认识世界和改造世界 的思路、 方法是完全一致的， 只有如此， 才能真正深化 对石油地震地质学这一有机整体实质的认识 ， 也只有 如此才能从较高起点和更深层次， 综合运用多学科知 识来 阐释油气藏形成与分布的规律 ， 从而更有效地指 导勘探与开发， 减少风险， 提高成功率。可以预期， 随 着各种地震成像技术精度的进一步提高及三维可视 化技术的发展， 将为石油地震地质学的研究提供更加 丰富的素材 ， 进一步促进石油地震地质学这门新学科 的不断完善和发展，提高油气勘探与开发的成功率。 因此 ， 科学运用石油地震地质学是今后油气勘探实现 重大突破的关键 ， 具有广阔的应用前景。 2 发展趋势如前所述， 系统是由相互联系、 相互作用的若干要素组成的具有一定整体功能的有 机整体 ， 系统论者就是从系统的结构与功能的观点出 发去研究整个客观世界 ，对石油地震地质学研究而 言， 预测油气分布与提高钻探成功率是该系统的主要 功能， 也是该系统生命力的保证。 由于 目前石油地震地质学这门新兴交叉学科还 处在起步和发展阶段【1J ， 还很不完善， 还存在诸多方面 的问题。比如现有的地震分辨率对薄储集层、 储集层 物性、 储集层流体性质等方面还存在许多难以解决的 问题 ； 又如地震解释的多解性 、 属性分析时参数选择 标准的难以确定性等都严重影响着地震处理与成果 解释的可靠性同 。所有这些因素都制约着地震地质学 的整体功能的有效发挥， 这些问题也只有依靠地震技 术的不断进步才能解决。因此，石油地震地质学未来 发展趋势可用 以下 4个方面来描述 。 ①进一步提高各 种地震成像技术 包括岩性 、 储集层精细反演、 物性预 测 、 裂缝定量检测 、 油气水流体 的判别等 的精度和可 靠性 ， 并实现三维可视化， 逐步形成石油地震地质研 究的特色技术系列 ， 为石油地质综合研究提供更客观 的素材。 ②加强对叠前地震资料油、 气、 水等流体预测 技术的正、 反演研究， 并逐步提高这一领域技术的预 测能力和方法 的稳定性嘲 。 ③ 目前运用地震相 、 地震岩 性反演结果可准确确定烃源岩 深湖 、半深湖相 、 泥 岩、 碳酸盐岩、 生物岩等 的位置及其规模， 未来有可 能利用地震资料直接确定烃源岩有机质丰度、 类型及 成熟度， 若结合构造演化史，可定量计算生 、 排烃量， 科学预测油气资源潜力， 进而形成一门新的盆地油气 资源评价分支学科地震有机地球化学。 ④石油地 震地质研究要 由定性分析向定量研究过渡 ， 逐步建立 起适合石油地震地质研究的定量综合评价方法体系。 由于含油气沉积盆地研究本身是一个复杂的系统T 程， 仅靠地质资料的积累和地质学家的经验是远远不 够的， 只有在全面系统、 综合研究的基础上通过定量 的分析才有可能把握住对含油气盆地中各个成藏要 素及其相互关系的认识。 ⑤高精度地震技术与石油地 第 3 2卷第 6 期 杨杰 ， 等 运用系统论研究石油地震地质学 6 8 5 质学研究实现真正意义上的有机结合，互动反馈、 相 互印证， 实现对含油气盆地构造、 沉积体系、 油藏三维 地质模型甚至成藏过程的精细刻画，在此基础上， 建 立起适合石油地震地质学研究的相关实验基础， 并形 成石油地震地质学研究的理论与方法体系。 总之， 由于油气勘探目标越来越复杂 ， 将先进的 地球物理技术与石油地质理论相结合进行沉积、 成藏 与油气分布规律的精细研究， 进而落实勘探目标是油 气勘探领域发展的必然趋势， 这也是石油地震地质学 这 门“ 系统综合学科 ” 赖以生存 的有机功能。 虽然该学 科目前还处在起步和发展阶段 ， 但与 2 0 多年前其概 念最初提出时相比， 目前不论在研究手段上还是在研 究的精度上都得到了迅猛地进步和提高，可以设想， 随着地震技术和石油地质理论 的进一步发展 ， 石油地 震地质学这门新兴学科的结构与功能将 日 臻完善。 参考文献 [ 1 ] 杨杰 ， 卫平生， 李相博． 石油地震地质学的基本概念、 内 容和研究方法[ J 1 ． 岩性油气藏， 2 0 1 0 ， 2 2 1 1 - 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