地震沉积学在川东北YB地区沉积相分析中的应用_单蕊.pdf

第43卷第2期 2015年4月 煤田地质与勘探Vol. 43 No.2 Apr. 2015 COAL GEOLOGY isochronous stratigraphic framework; phase unwrapping; Wheeler transation; sedimentary facies 目前，地震沉积学已经与沉积学、地层学、层 序地层学等研究融为一体［I ）。曾洪流最早提出了地 震沉积学概念，将其定义为利用三维地震资料研究 地层在不同时间、不同空间的沉积特征和演化过程， 将三维地震资料转换到地质年代域，进行沉积学分 析。地震沉积学通过研究等时地层格架下地层沉积 演化规律，更全面认识地层岩性、沉积及演化过程， 成为精细油气勘探的重要手段之一［2-4）。本文运用 地震沉积学理论，通过建立等时地层格架，将时间 域三维地震资料转换到地质年代域，提取地层切 片，从具体的沉积相特征分析，有效地预测了砂体 平面展布和纵向演化规律，为研究区精细勘探莫 收稿日期2013-09-24 定基础。 1 层序地层格架建立 1.1 低频层序地层格架建立 低频层序地层格架的建立，可作为高分辨层序 地层格架的约束条件，确保高分辨层序地层格架的 准确性。 根据低频层序界面在地震剖面上的响应特征和 识别标志，追踪同相轴连续性较好、特征清晰、可 横向追踪的层位，进行精细构造解释。结合钻孔、 测井资料，通过合成记录标定，确定地震层位的层 序地层意义，建立低频层序地层格架。 作者简介单草、（1984一），女，山东单县人，工程师，硕士，从事煤田地震勘探解释工作.E-mail sanxinl984 引用格式单莓，李元杰，王千遥．地震沉积学在川东北YB地区沉积相分析中的应用［J］.煤田地质与勘探，2015, 432 91 95. ChaoXing 92 煤田地质与勘探第43卷 1.2 高频层序地层格架建立 Stark[5l首次提出利用展开相位来表征地层相对 地质时间的思想，建立高精度层序地层格架。Stark[6J 2004年进一步介绍两种建立相对地质时间数据体的 方法并进行比较。一种是使用常规解释技术，一种 是利用瞬时相位展开技术。比较发现，瞬时相位展 开技术可以获得更多的细节信息。祁国亮［7）借鉴干 涉合成孔径雷达数据相位解缠原理，提出基于三维 地震数据瞬时相位展开，建立高分辨层序地层格架 的方法，生成了可精细表征地层年龄大小的相对地 质年代数据体。 1.2.1 地震瞬时相位展开原理 地震相位值域在［一π，π］之间，且具有周期性， 是真实相位的主值，被称之为瞬时相位。一维传统 相位缠绕的数学描述可以表示为 吭［efn]＝ ψ（n n0,1,2,3, ,N 1 4α】 式中efn）表示真实相位（展开相位）；ψ（n）表示瞬时 相位；w;[x］表示相位缠绕算子，使得ψ（n）最终落 在［一π，π］区间内；t代表不同缠绕情况的标示。 通过式（1）进而写成 ψ（n w; [efn] efn21rk1n n0,1,2,3, ,N 2 式中k1n）是待求的整周期数，使得 一π运吭［efn）］运π 由于三角函数相位的截断作用，展开相位与瞬 时相位的相差是2π的整数倍。只要找到相应的2π 的整倍数Nx），就可将瞬时相位正确恢复为展开相 位，这个过程被称为相位展开［8-9）。Stark[sJ给出了一 维地震记录相位展开过程及地震记录相位与相对地 质时间的关系示意图和较为简单的相位展开算法 （图1）。 400 80 I, , , I , , , I , , , I ,7, I , , , I , ,11,, ...1 1, 1 ..－.品HOl... 1 .. .r .. .1 ... 1 .川 1,11,,,I,,, I,,, I,,, I,, I gO -I创000 I创00-3.140 3.140 4 8 12152 25 50 a b c d a一原始地震记录；b一瞬时相位；c一瞬时相位周期数；d一展开相位 图l一维地震记录的相位与展开相位的关系［SJ Fig.1 Phase unwrapping results of a single tracel5l 图l表明，随着地震信号旅行时的增大，展开 相位值随之增大，地震剖面和瞬时相位剖面中同一 周期的波峰、波谷与展开相位剖面中的展开相位值 具有较好的对应关系；追踪地震数据体中的同相轴， 等价于追踪对应的展开相位值。展开相位值随地震 旅行时、相位周期个数的增加而增加，每一地震道 中不同采样点的展开相位值具有唯一性。总体来说， 用展开相位可有效地表征相对地质时间［5-7,10］。 1.2.2 高频层序地层格架建立 高频层序地层格架建立的关键是准确识别、追 踪高频层序界面。在低频层序界面约束下，采用相 位展开技术获得反映地层相对地质年代的展开相位 数据体，追踪该数据体中具有相同展开相位值的采 样点，得到对应高频层序界面的地震层位。经过钻 井标定使其具有实际地质意义，建立高频层序地层 格架，生成可以精细表征相对地层年龄的相对地质 年代数据体［η。 低频层序约束相位展开方法建立高频层序地层 格架能够自动追踪等时沉积界面，实现自动识别年 代地层框架模型中包含的由沉积作用控制的地质等 时界面的目标，并可以用在任何的属性及反演数据 体上。 ChaoXing 第2期单J忠等地震沉积学在川东北YB地区沉积相分析中的应用 93 2 等时年代地层格架的建立 2.1 Wheeler变换 三维Wheeler变换是建立等时地层切片数据体 的基本方法，其本质是拉平层序地层格架中所有代 表等时沉积界面反射的地震同相轴。魏嘉等［II）认 为对于年代地层框架模型的建立，使用Wheeler 变换后的三维模型能更精细地反映沉积演化。 在高分辨层序地层格架的基础上，三维Wheeler 变换技术可以建立精细的、能够反映沉积演化的年 代地层模型［12-13）。相位展开方法建立的高频层序地 层格架包含不同规模和级别的层序地层界面，可在 纵向上选择任意相位间隔（相对地质时间间隔），横 向上连续追踪代表同一地质时间的等值相位。沿着 每一个地震采样点拉平的相位等值面具有严格的等 时性，生成的等时地质年代数据体具有较高准确性 和分辨率。 2.2 年代地层切片 利用地震沉积学开展沉积相分析的关键是从地 震数据中提取等时地质界面上能够反映沉积体系展 布的地震属性信息，即等时地层切片。 等时地质年代数据体中对应相同时间的采样点同 在一个等时面上［I牛16），在此基础上提取的年代地层切片 代表相同地质时间的地震响应。与传统的沿层切片和 时间切片相比，其等时性和分辨率有所提高，更接近 于等时沉积界面，同时具有较高的垂向分辨率［II）。 3 YB地区地震沉积相分析 3.1 区域沉积背景 YB地区位于川东北西缘，上三叠统须家河组 以上均为陆相沉积地层。须家河组沉积是在印支运 动早期剥蚀基础上进行的。沉积初期YB地区主要 为三角洲前缘环境，发育水下分支河道及河口坝砂 体，推测物源来自于北东和北西两个方向，早期以 北东向物源为主，晚期有北西向物源注入。 3.2 地震沉积学分析 对目标区域开展地震沉积学研究，选择叠前全 波形反演弹性参数聚类方法分析［17）生成的砂体指数 作为基础数据（图2）。砂体指数越高，砂岩越发育； 反之，砂岩指数越低，泥岩越发育。图2中砂泥岩 横向展布较为自然，基本反映岩性变化趋势，能满 足本区砂泥岩识别需要。需要说明的是，图中深色 表示砂岩含量较高区，浅色表示砂岩含量较低区。 本文在生成瞬时相位数据体后（图3），选择低频 层序界面作为顶底约束，相位展开生成相对地质年 代数据体（图4）；图中色标指示相对地质时间，从深 到浅，地质年代由老变新。相对地质年代体通过 Wheeler变换生成等时地质年代体（图匀，建立等时 年代地层格架。等时年代地层格架中，横坐标与原 始三维地震数据体（砂体指数数据体）相同，Z坐标是 相对地质年代，色标指示同图2。 e 1/; 罢2创 ♀军 “四” 吗‘ da 句 句，＆鸣，＆ 度非 E阳回斟事实导 2310 2 380 2 590 600 500 400 x线号 图2砂体指数数据体 Fig.2 Sand index data 2310 2 520 2590 400 图3瞬时相位数据体 Fig.3 Instantaneous phase data 结合测井资料分析，YB102井须二段深度为 5 126---5 382 m，以须二段顶底界面为约束，对应相对 地质年代分别为2341一2310。须二段中部泥岩段深度 5 2755 327m，对应相对地质时间2335-2 329。从年 代地层切片中选取的典型切片（图哟，清晰地显示须二 段中部自下而上沉积体系的展布与演化过程。 ChaoXing 94 2 310 2 380 [ -- ii 言2响 斗 ’ ‘E 2 520 2 590 煤田地质与勘探第43卷 2 280 主2310 言 ♀军2340 2 370 2 400 400 回4相对地质年代数据体图5等时地质年代数据体 Fig.4 Relative geologic time data Fig.5 Chronostratigraphic data b）相对地段时间2334 e）栩如I地质时间2330 I相对地质时间2329 巴型井号E丑水下分流洞涩［］分流向湾巴量吕洞追问湾匮吕砂体 图6须二段中部年代地层切片 Fig.6 Chronostratigraphic slices of the middle member ofXujiahe ation digit represents relative geologic time ChaoXing 第2期单J莲、等地震沉积学在川东北YB地区沉积相分析中的应用 95 a.相对地质时间2335研究区北部、西部的 砂体指数较低，YB102井对应灰黑色泥岩段，反映 此时泥岩分布较广，沉积一套较稳定的薄层湖相泥 岩。相对地质时间2334开始，研究区西北部一带， 发育一个北西”南东展布的多砂带（图中黑色线所示 区域），该条带在纵向上从相对地质时间2334到 2 333，明显表现出砂质含量逐渐增高的特征。 b.相对地质时间2331这是一个重要的沉积 环境转换期，表现为河道形态及展布特征较之前有 显著差异，砂体范围变小，相对地质时间2334与 2 333时期发育的砂质条带逐渐成为研究区的主要 物源。研究区西北部YB102-YBll井区附近砂体 范围扩大，反映北西向物源供给的增加。 c.相对地质时间2330继承了相对地质时间 2 331切片的沉积特征，西北部砂体分布范围继续扩 大，反映物源主要来自西北部；而早期东侧的物源 逐渐消失，仅在研究区东北角有砂体分布。该时期 砂体分布明显不规律，说明水体变浅，在、体受湖浪 改造作用显著。但是低能的分流间湾特征很明显。 d.从相对地质时间2335到2331切片整体来 看，研究区沉积相变化较小，说明该时段沉积环境 继承性发育，河道比较稳定，水下分流河道砂、河 口砂坝等主要分布在研究区东侧及中部地区，泥岩、 粉砂质泥岩主要分布在研究区西部。 可见，通过年代地层切片分析沉积微相的纵向 演化和平面分布变迁模式，克服了等时切片和沿层 切片穿时造成的影响，可直观地恢复古沉积面，精 确地反映沉积体的几何形态、展布特征、纵向演化 过程，对下一阶段的勘探开发具有指导意义。 4结论 川东北YB地区的研究实例表明，地震沉积学 在应用于沉积相平面分布及演化规律研究中，能较 为精确地反映沉积体的几何形态、展布规律、纵向 演化过程，对后续的勘探开发具有积极的指导意义。 地震沉积学在多种资料联合反馈的基础上，以 各等时地层为研究单元，能更全面认识地层岩性、 沉积及演化过程。 致谢中国地质大学（武汉）卡爱飞讲师、朱伟 博士、祁国壳等人作了前期研究，在此表示感谢。 参考文献 川李增学，昌大炜，周静，等．含煤系统理论及其模式［巧地球 学报，2011,326 659---667. 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