地震波形分析技术在川西新场地区沉积微相研究中的应用

伍新和, 林良彪, 张玺华

(1.中国地调局 油气资源调查中心，北京 10029； 2.成都理工大学 沉积地质研究院，成都 610059)

地震波形分析技术在川西新场地区沉积微相研究中的应用

伍新和1, 林良彪2, 张玺华2

(1.中国地调局 油气资源调查中心，北京 10029； 2.成都理工大学 沉积地质研究院，成都 610059)

地震沉积学研究中仍缺乏对地质体性质及非均质性刻画的有效技术手段。针对四川盆地西部新场地区上三叠统须家河组(T3x)沉积相变化快、非均质性强的特点，以地震沉积学为主体思路，利用地震正演模拟技术及井-震标定，建立了T3x4-9砂组不同沉积微相的地震波形识别模式。通过不同地震属性的对比分析及钻井验证，反映高阶统计量分析技术对地震反射波形变化更具有敏感性，能够对砂体性质进行刻画。其中扭度属性能够有效地反映出不同沉积微相的地震波形变化，进而可以对新场地区T3x4-9砂组有利于储层发育的砂砾岩叠置河道进行刻画和预测。

地震波形分析；地震沉积学；沉积微相；叠置水下分流河道；川西

曾洪流、Henry、Riola 等人在地震地层学基础上提出了地震沉积学这一概念。根据曾洪流等人的定义，地震沉积学是利用地震信息来研究沉积岩及其形成过程的一门学科。地震沉积学分析归结为一个事实：即一些地质体的水平宽度大于地质体的厚度，在垂向上较难识别的地质体在平面上利用地震特殊技术有可能被识别出来。地震沉积学在以地质研究为基础、在沉积学规律的指导下进行研究。利用90°相位转换、地层切片和分频解释是地震沉积学中的3项关键技术。相位转换使地震相位具有了地层意义，可以用于高频层序地层的地震解释；地层切片是沿2个等时界面间等比例内插出的一系列层面进行切片来研究沉积体系和沉积相平面展布的技术[1-5]。

目前地震沉积学的沉积相分析技术，是在沉积体系的约束下，利用地震属性在地层切片平面上几何形态对地质体外貌进行定性的描述，但缺乏对于砂岩的性质和非均质性方面描述的有效手段[6,7]。

地震沉积学应用90°相位转换技术，使得地震反射与地质岩性有了更直观的对应关系。根据地震沉积学原理对相位转换后的地震剖面进行砂体对比及解释，但缺乏对砂体性质的剖析(比如河道砂体、河口坝砂体等)，也无法对砂体的非均质性进行研究。徐国强(2005)等人也通过对地震波形进行分析对砂体展布及砂体性质进行刻画描述[8-12]。

四川盆地新场地区上三叠统须家河组第4段(简称“须四段”, T3x4)共分10个砂组。经多口钻井证实T3x4-9砂组储层发育，为深层致密砂岩储层。其中新场地区T3x4-9砂组主要沉积微相有分流间湾，河口坝，水下分流河道以及砂砾岩叠置水下分流河道。由于目的层埋藏较深，通常为4 km左右，原生孔隙难以保存。其中有效储层为具有较好储集空间、裂缝也发育的砂砾岩储层，这类储层由于砂岩夹在砾岩之间，因砾岩的抗压实性较强，使得砂岩的孔隙能够得到较好保存。且这种夹在砾岩中的砂岩储层好于纯砂岩储层的另一个原因是由于砂岩、砾岩的薄弱接触易产生裂缝。只有砂砾质叠置水下河道才是优质储层发育最有利的区域。波形分析是通过地震波的微细变化来分析岩性及沉积相的变化。本文利用地震反射的不同波形分析不同岩性组合、不同沉积微相及不同性质砂体的反射特征。这种技术是在传统地震沉积学相位转换解释砂体的基础上，更有描述砂体性质的优势，尤其对油气开发阶段的意义较大[10-18]。

1 不同沉积微相的地震波形分析

本次研究通过正演模拟技术分析不同类型岩性组合的地震波响应特征。正演分析的关键是赋予岩性准确的速度数值。经岩性-测井参数统计，新场地区须四段泥岩声波时差最大，砂岩次之，泥岩最低。其中砾岩和泥岩声波时差数值差别最大，砂岩和砾岩声波时差数值差别最小。表明在泥岩中地震波传播速度最小，而在砾岩中地震波传播速度最大，砂岩的地震波速度居中(图1)。

通过上面的钻井AC曲线统计，同时运用VSP资料及制作地震合成记录，对目的层进行了层位标定。须四的底面为T3x4-9底界面的高阻抗砾岩与低阻抗泥岩的正反射，强振幅，区域上较连续，可以对比追踪(图2)。然而通常在泥包砂的情况下，砂体顶界对应波峰，砂体底界对应波谷。但从标定结果上可以看到研究区T3x4-9砂层组的砂体的地震反射情况比较复杂，很难判断砂体顶底与地震反射波峰或波谷的对应关系。这种砂体与地震反射的不对应关系就导致了地震微相分析的困难。虽然近来流行的地震分类技术能够进行地震相分析，但是该技术不能提供具体波形与微相对应关系的正演分析，因此需要找到一种分析方式来确定地震波形的地质内涵。

利用地震波形进行沉积微相分析就是先通过地震正演模拟不同波形的地质含义，然后运用相位转换技术找出地震波形与沉积微相的对应关系，在此基础上提取对地震波形敏感的属性来预测沉积微相。

首先根据T3x4-9砂层组上下地层的岩性特征建立了用于正演的模型。新场地区T3x4-8砂层组的底部为泥岩，在该地区可以展开对比。T3x4-10砂组顶部以泥岩沉积为主。根据此规律，建立了顶底为泥岩的内部不同岩性组合的模型，在不同岩性的声波速度的统计下，用零相位30 Hz的雷克子波，制作了不同沉积微相的地震合成记录(图3) 。

当T3x4-9砂组层为砂砾岩互层时，其中砾岩出现在中部及顶部。这种岩性组合在正极性地震剖面的地震波形表现为顶部低频中等反射强度波峰的波形。由于砾岩出现在顶部，与上覆泥岩有较大波阻抗差异，呈强波峰反射，波峰向下振幅变弱，底部中等强度的波谷反射。砂砾岩总厚度65 m(图3-A),此时的砂岩物性较好。

当T3x4-9砂层组层内沉积样式为砂砾岩互层时，其中砾岩出现在底部及中部。这种岩性组合的地震波形仍然表现为顶部低频中等反射强度波峰的积分波形。其中顶部砂岩与上伏泥岩波阻抗差异较小，致使顶部波峰振幅较弱，波峰反射向下变强。底部发育砾岩与下覆泥岩波阻抗差异较大，致使波形底部的波谷反射强度较大，呈强波谷反射特征,砂砾总厚度为65 m(图3-B)。此类波形反映了砂砾质水下分流河道微相沉积，砂岩的物性较好。

图1 新场地区多口钻井的不同岩性声波测井特征

图2 新场地区地震地质标定

图3 不同沉积微相对应的地震反射波形

当T3x4-9砂层组层内主要砂岩沉积，且砂岩粒度呈向上变粗的结构时，在正极性地震剖面的地震波形表现为顶部强波峰强波谷。这是由于粗砂岩与上覆泥岩波阻抗差异较大造成。波谷呈低频波型特征，向下频率降低振幅变弱。砂岩总厚度为60 m(图3-C) 。此类波形代表河口坝，砂岩物性一般。

当T3x4-9砂层组为砾质水下分流河道沉积，其波形特征表现为底部强波谷反射，顶部波峰呈低频反射特征，波峰反射的振幅由上至下由弱变强(图3-D)。此类波形代表砾质水下分流河道沉积，砂岩物性一般。

当T3x4-9砂层组为砂质水下分流河道(不含砾岩或砾岩含量较少)，其波形为顶部中等反射波峰，底部中强波谷反射特征。这类波形为较厚砂岩夹部分泥岩沉积。砂岩总厚度为45 m，泥岩厚度为20 m。

图3-F的波形特征整体呈中高频-中强振幅的波峰波谷反射特征，波形线较对称。这种中高频中强振幅反射是由于砂泥岩互层造成，其中砂岩累计厚度为35 m，泥岩累计厚度为30 m。由于保存下来的泥岩厚度较大，表明沉积环境处于较低能状态，以水下分流间湾沉积为主。

由于不同沉积微相的砂岩产生的地震反射特征变化复杂，传统地震属性分析中常常提取强振幅反射进行孔隙砂体的预测，而从使用地震模拟的结果表明强振幅不一定为孔隙砂体的反射。通过波形分析的方法技术则可以开展砂体性质刻画描述、沉积相和微相分析。

在上述分析的基础上，对新场地区T3x4-9砂层组以地震波形分析的方式进行沉积微相及砂体性质描述、解释，并以钻井对分析进行佐证。图4为过新场地区INLINE 1462地震剖面，XC22井位于新场地区中部局部构造高点上，钻井揭示在T3x4-9砂层组有多套砂砾岩互层，为典型的叠置水下分流河道沉积(图5)，获得工业性气流。

根据沉积学一般的规律，每一期河道为向上变细的沉积序列，且每一期河道的下部往往是砾岩及中粗砂岩的沉积，而河道的顶部沉积则为细粉砂-泥岩沉积。对于多期叠置河道，由于第二期河道对第一期河道的冲侵作用,前期河道顶部的泥岩将被侵蚀，前期河道仅能保持下部的砾岩、中粗砂岩及顶部薄层的细砂岩。而最终能够形成储层的则为河道下部的中粗砂岩。基于此，对叠置河道的零相位子波的地震正演结果进行90°的相位转换，在零相位的地震正演结果上，地震反射很难与每一期河道的不同岩性相对应。但90°相位转换后的地震正演记录道，我们可以看到每一期河道下部的中粗砂岩及砾岩皆对应转换相位后的波谷反射，这使得地震解释及地质人员能够更好地进行地质解释，同时避免了解释人员把强波峰或强波谷一概解释为优质储层砂体的反射的误区(图6)。

图5 XC22井T3x4-9砂层组沉积相综合柱状

在上述结论的基础上，对过XC22井地震剖面进行90°相位转换。转换的地震剖面波谷指示GR测井数值偏低的砂岩及砾岩(图6)。 90°相位转换虽然不能提高地震分辨率，但是它可以搭建地震反射和岩性较好的对应关系。通过转换相位的地震剖面解释，对叠置河道的形态及沉积微相的边界有了更好的识别(图4、图6)。

图6 过XC22井经90°相位转换后(反极性显示)的地震剖面解释

2 地震波形属性的提取

扭度S(skewness)和峰度K(kurtosis)是2个典型的统计量，在数理统计学研究中，是用来研究分布的正态性的。引申到地球物理学中，则用来研究波形x(t)的复杂程度[7]。我们参考文献中对扭度和峰度的定义，使用下面的计算公式[8,9]

(1)

(2)

其中：均值μ=E(x(t)); 方差σ2=E((x(t)-μ)2);E为数学期望。

扭度是一个无量纲的量，用来评价分布函数相对均值的对称性。峰度也是一个无量纲的量，用来表征分布函数在均值处的峰值特性，公式(2)中减3是为了保证正态分布的峰度为零。对于正态分布，S=K=0；对于其他情况，如图7所示，S>0表示正偏分布(向左偏)，S<0表示负偏分布(向右偏)；K的大小则反映了分布在峰值附近的集中程度，是分布尖锋度和平坦度的度量[9](图7)。

上述分析可以看出，扭度值既能反映地震波的偏度，又能反映地震波的振幅。为了验证扭度属性对地层岩性组合结构在纵向、横向上变化的敏感性，根据研究区几种典型波形进行了扭度计算(图8-A)。可以看出，扭度属性对不同地震波形有较好的分辨能力。其中水下分流河道、河口坝及叠置河道沉积微相对应的峰度值较高，叠置水下分流河道微相对应的扭度最高(红黄色)。

上述模型的目的在于说明不同的地层结构会引起高阶统计量属性的不同变化。可以看出地震资料的高阶统计量的横向强敏感性可帮助我们进行储层的横向非均质性研究，剖析砂岩的类型；同时我们对工区常见的波形提取了振幅属性进行对比(图8-B)，可见振幅属性对叠置水下分流河道微相及分流间湾微相未能区分,而扭度属性对沉积微相及岩石的非均质性有更好的识别效果。

图7 扭度及峰度示意图

图8 不同地震属性对地震波形的识别能力分析

基于高阶量统计的扭度属性能够反映岩性组合变化引起地震波形变化。我们对T3x4-9砂层组提取扭度属性的最大值，进而来刻画了砂砾岩叠置水下分流河道的分布范围。同时，通过对新场地区的钻井情况进行统计，XC22井、X10井、X11井等产量较高的钻井皆位于扭度属性预测叠置水下分流河道的区域，证实了该方法对储层预测的效果。

3 结 论

a.地震波形分析技术通过不同岩性组合的地震反射差异识别不同的沉积微相及描述砂体的性质，依据这种技术可以建立不同沉积微相的地震地质识别模式。

b.基于高阶量统计的扭度属性能够反映因不同沉积微相的岩性组合引起的地震反射波形的细微变化，进而能够对不同沉积微相进行刻画。

c.通过波形分析技术不仅能够建立不同沉积相或沉积微相的地震识别模式，并且可以分析储层的非均质性。这种方法为建立不同沉积模式及沉积环境下的地震沉积学开辟了一个新的途径。

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ApplicationofseismicwaveformanalysistechnologyinstudyingsedimentarymicrofaciesofXinchangregioninWestSichuan,China

WU Xin-he1, LIN Liang-biao2, ZHANG Xi-hua2

1.TheCentreofOil&GasSurvey,CGS,Beijing100029,China;2.InstituteofSedimentaryGeology,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu610059,China

In the seismic sedimentology studies, there are still absence of effective technical means to depict the nature and anisotropy of geologic bodies. Based on the characteristics of fast changing sedimentary facies and strong heterogeneity of Upper Triassic Xujiahe Formation (T3x) in West Sichuan, taking the seismic sedimentology as the main idea, and using seismic forward modeling technology and well-seismic calibration, this paper establishes a seismic waveform recognition mode of different sedimentary microfacies in T3x4-9sand layer. The comparison and analysis of different seismic attributes and the verification of drilling wells reflect that the high-order statistics analysis is more sensitive to seismic reflection waveform change and can depict the nature of sand bodies. The skewness attribute can effectively reflect the seismic waveform changes of the different sedimentary microfacies. Then, one can depict and predict the superimposed river course favorable for T3x4-9sand conglomerate reservoir development .

seismic waveform analysis; seismic sedimentology; sedimentary microfacies; distributary channel; West Sichuan

10.3969/j.issn.1671-9727.2013.04.08

1671-9727(2013)04-0409-08

2012-08-02

国家重大科技专项(2011ZX05002-004)

伍新和(1970-)，男，博士，高级工程师，研究方向：石油地质学, E-mail:wuxinhe@sohu.com

林良彪(1979-)，男，博士，副教授，主要从事沉积学的教学与科研工作, E-mail:linliangbiao08@cdut.cn。

P631.44

A