基于地震正演模拟的地层超覆线识别及刻画技术

张 蕾，王 军 ，张中巧，付 立

(1.中海石油(中国)有限公司勘探部，北京 100010；2.中海石油(中国)天津分公司渤海油田勘探开发研究院 )

地层超覆是指当水体渐进时，沉积范围逐渐扩大，较新沉积层覆盖了老沉积层，并向陆地扩展，与更老的地层侵蚀面成不整合接触。所谓地层超覆油藏是指发育在不整合面以上，侧向为不整合遮挡、顶部为连续沉积的非渗透层作盖层所形成的不整合圈闭中聚集油气形成的油气藏[1]。随着隐蔽油气藏勘探的不断深入，地层超覆油藏在探明储量中所占的比例越来越大。据统计，在世界石油和天然气的产量、储量当中43%的石油储量和30%的天然气储量储存在于地层圈闭中，目前国内胜利油田在地层油藏勘探技术研究方面比较成熟，发现了太平油田、陈家庄油田等为代表的一大批地层油藏[1]。简单的地震正演模型(图1)表明：地震剖面上并不能根据砂组顶面反射同相轴的减弱或消失来准确判断地层超覆线的位置，因为受地震资料分辨率的限制，部分层段超覆线附近较薄的地层无法单独形成地震反射同相轴，地层超覆带附近地震反射轴的终止并不代表地层的尖灭，有时两者相差甚远[2]，这样就无法从地震剖面上准确判断出超覆线位置，给地层圈闭构建特征的识别带来了一定的难度。因此如何准确确定地层尖灭点(线)的位置是地层油藏勘探中的重点和难点。

针对研究难点，本文创新建立了适合研究区的层序界面约束下地层超覆线识别及刻画技术系列：在地震地质一体化研究思路下，通过区域地质综合分析，对其坡折体系、地貌形态精细研究，明确地层超覆带及构造-地层型圈闭发育的区带；利用精细井震标定技术进行层位标定，建立等时地层格架，细致分析砂泥岩地震响应特征，利用相位分析技术、地震正演模拟技术、地震多属性分析技术等综合分析进行地层超覆线的识别及半定量刻画，取得了较好的应用效果及良好的勘探成效。

图1 地层超覆油藏地质模型(上)与地震模拟剖面(下)

1 区域地质综合分析

渤海海域属于典型的陆相断陷盆地，盆地内多期次构造运动形成了地层圈闭发育的特定的古地质背景。构造运动还造成了盆地频繁的抬升与沉降，在盆缘形成了大面积分布的地层超覆、剥蚀带，为地层圈闭的形成奠定了基础。

本次研究对象秦皇岛29-2东构造位于渤海海域428构造北侧斜坡区，前人研究结果表明本区不发育构造圈闭，因此勘探进展缓慢。

1.1 古地貌分析指明有利勘探区带

通过对研究区断裂系统的精细梳理，认为区内发育了两组不同的断裂类型，一组是近东西走向的张性边界断层，另一组是近北东东走向的调节断裂。在这两组断裂间形成走向斜坡型构造转换带。 走向斜坡型坡折带发育于倾向相同叠覆断层的叠覆段，连接一条断层的上盘和另一条断层的下盘，通过变形和重新定向使叠覆段地层在两条断层的上盘和下盘之间保持连续。秦皇岛29-2东构造就处于从石臼坨凸起北侧延伸过来的近东西走向的断裂和从东倾末端延伸过来的近东西断裂的重叠区，重叠区地层在该构造区向盆地方向平缓下倾。在沙一、二沉积晚期，由于水深的逐渐增加，地层沿转换带逐层超覆尖灭，在上倾部位形成遮挡，同时在两侧受到断层的控制，是构造-地层圈闭发育的有利场所(图2)。

2.2 物源识别确定剥蚀区

秦皇岛29-2东构造紧邻渤中13油田，而渤中13油田发育比较完整的沙河街组地层，因此要在构造转换坡折带形成沙河街组地层圈闭，必须有剥蚀区的存在。

图2 走向斜坡型构造-地层圈闭沉积模式

通过老井复查发现渤中13油田部分开发井缺失沙河街组地层，且这些井均位于油田周边，在新三维地震资料基础上，经过精细井震标定及宏观地震相描述，证实了渤中13油田沙河街组为残留沟道沉积，从而确定了428西次凸剥蚀区的存在(图3)。428西构造古近纪沙一二段沉积时期暴露地表，为受构造运动影响不容易识别的动态物源体系。确定了剥蚀区的存在，砂质沉积物可以沿断裂转换带、沟谷等形成高效的输砂体系在坡折带汇聚，形成有利的富砂区域。

图3 物源识别确定剥蚀区

2.3 井震精细标定明确储层地震响应特征

在古地貌分析及物源识别的基础上，明确了秦皇岛29-2东构造区地层圈闭发育的有利位置。再结合层序地层研究，利用精细井震标定技术进行层位标定，建立等时地层格架，细致分析砂泥岩地震响应特征，确定了油层顶面为低频强振幅波峰反射，与下覆地层呈超覆接触关系。

3 地层超覆线识别及刻画

通过区域地质综合分析，明确了本区发育地层超覆型圈闭。对地层圈闭而言，地层超覆线是控制油气成藏的重要因素，准确确定地层超覆线的位置对于指导勘探开发具有重要的意义。为此主要运用相位分析技术、地震正演模拟技术、地震属性分析等多种方法解决了地层超覆线精细落实问题。

3.1 相位分析技术识别地层超覆点

管晓燕等(2007)研究认为相位类属性比其他属性识别出的尖灭点距离实际地层尖灭点要近得多[3]。瞬时相位属性是建立在希尔波特变换基础上的一种处理方法，它只是时间的函数，与地震波的能量无关，是地震剖面上同相轴连续性的量度，无论能量的强弱，它的相位都能显示出来，即使是弱振幅有效波在瞬时相位图上也能很好的显示出来(图4)。相位分析技术识别出的地层尖灭线的位置比根据地震剖面上地层反射轴的尖灭追踪得到的尖灭线客观、准确，并且距离实际地层尖灭线更近一些，相位分析技术是解决地层圈闭识别与定量描述的有力工具。

图4 超覆点在地震剖面上的表现特征

3.2 地震反射夹角外推法定量刻画地层超覆线

图1的正演模拟结果表明，地层超覆线附近地震反射同相轴的终止并不代表地层的终止，地震剖面上识别的超覆点与实际超覆点之间存在一定的外推距离。那么如何对超覆线进行外推、外推的距离如何确定是定量刻画地层超覆线的核心问题。

对图1所示的地震正演模拟剖面进行简化，利用地震反射夹角外推法定量确定地层超覆点的位置[5]，如图5所示。图中α为不整合面倾角，β为地层倾角，h为地层厚度(m)，X为地层尖灭点外推距离(m)。

图5 地震反射夹角外推法确定地层超覆点位置的原理示意图

(1)

(2)

对单层模型而言，地震反射同相轴的终止点往往在λ/8处，因此根据(1)式和(2)式可以得出：

(3)

式中:v——地层速度，m/s；f——地震资料频率，Hz。

为了验证公式的正确性和适用性，设计了不同倾角的多个正演模拟，当α=15，β=0时，实际超覆点为149.4 m，反射终止点为205 m，追踪外推距离为55.6 m，而利用公式(3)计算的外推距离为56 m，误差仅0.4 m；当α=15，β=6时，实际超覆点为216.9 m，反射终止点为305 m，追踪外推距离为88.1 m，公式外推距离为92.1 m，误差4 m；当α=15，β=12时，实际超覆点为140.9 m，反射终止点为420 m，追踪外推距离为279.1 m，公式外推距离为270.8 m，误差8.3 m。

由上述公式推导及正演模拟结果可以得出以下几点结论：

(1)地层超覆线的外推距离X是不整合面倾角α、地层倾角β、地层速度v、地震资料频率f以及地层厚度h的函数。

(2)通过多个地质模型正演模拟结果得到的追踪外推距离与公式计算外推距离之间误差较小，在10 m以内，因此公式具有一定的适用性。

(3)对于一个固定区域的特定层系，其地质结构是固定的，地震资料的频率、速度和厚度等特征参数变化较小，因此超覆点误差大小主要取决于不整合面倾角及地层倾角的大小。

3.3 综合利用多种手段刻画地层超覆线

根据上述结论，设计了秦皇岛29-2东构造实际的地层超覆地质模型(图6)，利用地震剖面求得实际地层倾角α=18，β=15，据实际钻井资料，取本区砂岩速度为v=3 620 m/s，主频f=22 Hz，通过公式(3)求得的计算外推距离为359 m，而实际模型正演结果的外推距离为340 m。因此综合利用常规地震剖面、瞬时相位剖面追踪地层超覆点，并结合瞬时相位属性以及夹角外推法，对识别出来的地层超覆线外推了350 m，约20 ms幅度，最终定量刻画出了地层超覆线的位置。

4 结论

在地震地质一体化研究思路下，通过精细古地貌分析、断裂体系分析以及物源的识别，明确了在428构造北侧斜坡区是构造-地层圈闭发育的有利场所。依据常规地震追踪解释以及相位分析技术，初步刻画出地层超覆线的位置，再利用基于地震正演模拟的地震定量夹角外推法，对刻画出的地层超覆线进行外推，最终半定量的刻画出了本区的地层超覆线。在超覆线落实的基础上，在秦皇岛29-2东构造针对地层超覆型圈闭累计钻井3口，均获得良好的油气发现，这也是渤海油田自营勘探地层油气藏首个商业性发现。并初步形成了一套基于地震正演模拟的地震地质一体化地层超覆线识别及刻画技术，具有一定的推广应用价值。

图6 夹角定量外推法确定地层实际超覆点位置

[1] 李长宝.车镇凹陷不整合特征及地层油气藏形成模式[J].石油地质与工程,2007,21(5):16-19.

[2] 隋凤贵,王学军,卓勤功,等.陆相断陷盆地地层油层勘探现状与研究方向-以济阳坳陷为例[J].油气地质与采收率,2007,14(1):1-6.

[3] 张营革,高秋菊,郝志伟,等.地层油藏上倾尖灭点精细描述方法-以济阳坳陷为例[J].油气地球物理,2006,4(3):35-39.

[4] 管晓燕,穆星,刘军.相位分析技术在地层圈闭描述中的应用[J].油气地质与采收率,2007,14(6):56-58.

[5] 苏朝光,闫昭岷, 张营革,等.地层油藏超剥尖灭线夹角定量外推方法模型研究[J].地球物理学进展,2007,22(6):1841-1846.