薄层砂体识别的地震沉积学研究——以TZ12井区为例

常少英,张先龙,刘永福,刘炜博,余异志,史红岭

（1.中国石油杭州地质研究院，杭州310023；2.中国石油塔里木油田分公司，新疆库尔勒841000；3.中国石油大学（北京）地球科学学院，北京102249；4.中国科学院测量与地球物理研究所，武汉430000）

薄层砂体识别的地震沉积学研究
——以TZ12井区为例

常少英1,张先龙1,刘永福2,刘炜博2,余异志3,史红岭4

（1.中国石油杭州地质研究院，杭州310023；2.中国石油塔里木油田分公司，新疆库尔勒841000；3.中国石油大学（北京）地球科学学院，北京102249；4.中国科学院测量与地球物理研究所，武汉430000）

薄层砂体的预测一直是精细储层评价所面临的一个重要问题。地震沉积学是目前识别薄层砂体横向展布特征的一个重要研究方法。针对地震资料品质差、薄层砂体描述难等实际情况，以地震沉积学理论为指导，利用“频率控制地震同相轴倾角及内部结构”和“三维地震资料横向分辨率较高”这2个重要理念，在经典地震沉积学研究的基础上，增加了拓频处理和多元地震属性预测储层参数等技术，这不仅对薄层砂体横向展布进行了有效识别，而且对重要小层的砂体厚度和砂地比进行了预测，总结出了一套适用于TZ12井区的地震沉积学识别薄层方法。

地震沉积学；薄层砂体；拓频处理；相位转化；地层切片；地震属性

0　引言

地震解释已从简单的构造解释向地震岩性解释和流体预测方向发展，其中地震地层学的兴起，拓展了地震资料在地层和岩性解释方面的应用［1］。地震沉积学是继地震地层学之后用地震资料研究沉积岩和沉积作用的一门学科［2］，是地震地层学及层序地层学的继承和发展，在研究沉积岩石学、古地貌学、沉积结构及沉积演化历史等方面发挥着重要作用。自地震沉积学提出以来，国内外学者对其理论及实际应用方法有了较大的改进，在挖掘三维地震信息上其研究手段也越来越丰富［3-5］。地震沉积学以现代沉积学、层序地层学和地球物理学为理论基础，利用三维地震资料及地质资料，通过层序地层、地层切片、地震属性分析、岩心岩性和沉积相研究，确定地层岩石宏观特征、砂岩成因、沉积体系发育及演化、储层质量及油气分布的地质学科［6］。当前，国际上掀起了地震沉积学研究的热潮，并已取得了一些成效。

TZ12井区柯坪塔格组发育以滨海潮坪相为主要类型的细粒沉积物，常见灰色或褐色细砂岩、粉砂岩、灰绿色泥质粉砂岩及泥岩薄互层。如何识别薄层砂体，以及预测储层厚度和砂地比等参数，是本次研究的主要目的。该区地表为沙漠环境，地震资料频率较低，主频为18 Hz左右。从钻井取心资料上可看出，小层平均厚度为10 m，远小于1/8地震波长，常规地震资料的纵向分辨率未达到分辨10 m小层的尺度。在现有的薄互层储层预测方法中，虽然地震常规反演等储层预测手段可以提高地震的信噪比，但对地震的纵向分辨率的提高非常有限。王成林等［7］曾经在该区利用拟声波阻抗反演方法进行过储层预测，但其多解性较强，对参与反演的井数要求较多，反演结果受井数目影响较大［8］。

地震沉积学中的地层切片技术对地震横向识别能力较强，大多数沉积体在平面上的分布范围要大于纵向上的发育厚度，所以平面形态较垂向形态在地震资料中更容易被识别出来，而地震数据的频率控制了同相轴的倾角和内部反射结构［9］。笔者在地震沉积学研究方法的基础上，增加拓频处理及多元地震属性储层参数预测技术，对薄砂层形态展布进行识别和对富油砂体厚度、砂地比进行精细刻画，以期为塔里木盆地塔中柯坪塔格组薄砂层识别及下一步精细开发提供依据。

1　适用地震沉积学关键技术方法

经典的地震沉积学主要包括3项技术：相位转换技术、地层切片技术、地震数据分频技术。然而，仅仅靠这3项技术是不能够完全满足生产需求的，因此需根据生产需求对经典地震沉积学研究思路进行调整和补充。首先，针对地震资料品质较低的情况进行拓频等相关处理，以提高地震沉积学应用的有效性；其次，利用相位转换与地层切片等技术改善振幅对岩性识别的准确性，刻画其平面发育特征；最后，对砂体厚度和砂地比等参数进行正确描述，并利用地震振幅与砂体厚度的关系、多元地震属性与砂地比的关系进行储层预测，进而实现对薄砂体的识别。

1.1拓频技术

频率控制地震同相轴倾角及内部结构，而识别薄层砂体沉积特征则需要尽可能高的地震分辨率。由于原始地震数据分辨率较低，为了得到一个较高的分辨率数据体，需要对原始地震数据进行拓频处理。常规地震剖面是由一系列反射系数和一个较低频带宽度子波褶积的结果，拓频处理［10］一般应用在解释性处理中，它是将低频带宽度子波形成的地震数据转化为高频带宽度子波形成的地震数据，并可将以上表述归结为以下2个公式：

式（1）～（2）中：y为原始地震记录；r为反射系数；w为较低频带宽度的子波；t为地震波双程旅行时，s；h为拓频后的地震记录；a为子波的压缩系数，a＞1。式（1）为低频子波形成的低分辨率地震数据方程式；式（2）为高频子波形成的高分辨率地震数据方程式。根据已知常规地震记录，方程式（1）对方程式（2）进行求解。由于求解的过程不需要已知子波，因此拓频处理可以保持地震子波的时变和空变关系，这时地震数据的时频特征及波组特征不会发生变化。

拓频处理前［图1（a）、图1（b）］地震数据的主频为18 Hz左右，频带宽度较窄，分辨率较低；拓频处理后［图1（c）、图1（d）］，地震数据的主频提高到30 Hz左右，频带宽度得到明显加宽，地震分辨率也得到显著提高，地震反射结构更为清晰。

1.2地震数据的90°相位转换

通常，地震成果数据是零相位数据，这样做的目的是：使主瓣中心与反射界面一致，子波具有对称性，地震数据具有较高的分辨率。可见，地震同相轴反映的是地层界面的信息，对岩性并没有实际的意义。地震沉积学研究的是地层单位之间的地质信息，为了使地震同相轴能更好地反映层间沉积特征，需要对地震同相轴的相位进行适当的转换，使地震振幅最大波谷或波峰对应层间信息，这样就改善了地震振幅与岩性的对应关系，进而可用振幅预测出岩性的分布［11］。例如：当地震反射波来自于一组薄砂体，且地震振幅的波峰和波谷是由砂岩和泥岩的界面阻抗差引起的，那么地震同相轴与砂体就没有直接的对应关系，振幅不能够较好地指示岩性。因此，零相位地震同相轴不适合进行储层或岩性解释，需要对此类数据进行90°相位的转换，使地震振幅的波峰或波谷与岩性界面相对应，这样就可以直接用地震资料研究沉积特征，为下一步利用振幅属性指示岩性提供依据。图2（a）为零相位地震剖面，可以看出，图中的2个黑色解释层位之间为一砂体发育段，对应的地震振幅在波峰与波谷之间，砂岩储层与振幅关系不清楚；图2（b）为90°相位转换后的地震剖面，可以看出，储层段对应的地震振幅为波谷，储层与振幅关系明确，为利用振幅属性识别储层提供了依据。

图1　拓频前后地震资料品质对比Fig.1　Contrast of seismic data quality before and after frequence expanding

图2　零相位剖面与90°相位地震剖面对比Fig.2　Contrast between zero phase seismic section and 90°phase seismic section

相对于岩性反演而言，这种方法简单可行，地质意义明确，因此受到地质和地球物理解释人员的青睐。

1.3地层切片

切片方法主要有3种：时间切片、沿层切片、地层切片（图3）。图3中黑色线代表解释的等时地层界面，黑色虚线代表切片位置。图3（a）切片位置平行于地震剖面的反射时间；图3（b）切片位置平行于地层顶界面；图3（c）切片位置与地层顶底界面等分。从切片位置特征上看，时间切片往往是严重穿时的，沿层切片距离层越远穿时现象越明显，而地层切片则更有效地体现了地层沉积的等时特征，所反映出来的沉积现象更加准确，刻画结果更加可靠。地层切片适用于地层厚度变化比较稳定的地层，它能较容易地拾取振幅型或结构异常的沉积体，相对于沿层切片和时间切片来讲，地层切片具有2个优势［12-13］：①考虑了沉积速率随平面位置的变化，更接近于等时沉积界面；②考虑了薄层或小尺度地质体的空间分辨率问题。实践表明，地层切片对沉积体的识别能力并不严格受地震垂向分辨率的限制，在常规资料（主频为30～50 Hz）条件下，地层切片能有效识别厚度为8 m或以下地质体，这明显低于振幅调谐厚度（15～40 m）。在一些特殊地质体的识别上，厚度为1 m的地质体在地震剖面上很难被分辨出来，但在地层切片上可得到较好的刻画。对沉积体的识别，可以实现从垂向剖面分辨到“平面、立体”识别的跨越。也就是说，沉积体在平面上足够宽时，即使纵向尺度小于地震的垂向分辨率，利用地层切片也是可以被识别出来的。地层切片技术充分发挥了三维地震数据“体”分辨率高的优势。

利用地层切片的这种特性可为TZ12井区柯坪塔格组上三亚段薄层砂体的叠置关系提供技术支持。图4为利用地层切片和沿层切片的效果对比图，2张图均为均方根振幅图。从图4（a）可看出，沿层切片并不是等时的，振幅形态分布较为杂乱，对地质体的识别效果较差；从图4（b）可看出，地层切片由于具有等时性和高分辨率的特征，在ZG7井附近临滨砂坝较为发育，与已知钻井较为吻合。

图3　三类切片特征示意图Fig.3　The characteristics of three kinds of slices

图4　地层切片效果对比Fig.4　Contrast of different kinds of slice effect

1.4多元地震属性储层定量预测

在研究过程中，仅仅把砂体的展布形态预测出来往往是不够的，精细开发还需要将砂体的厚度和砂地比预测出来，用来定量评价储层，为有效开发提供必要的数据。因此，在拓频处理、90°相位转换、地层切片等技术应用的基础上，再利用多元地震属性与储层参数的关系来预测储层参数的平面分布。

在预测砂体厚度方面，本次研究主要采用的是薄层振幅的调谐效应预测技术。当薄层厚度小于1/4波长时，薄层反射波波峰与波谷视时差近似为一个常数，而反射波的振幅随厚度呈线性变化，即薄层的厚度信息包含在反射波振幅之中［14］。在研究中，利用钻井位置的地震振幅类属性（如均方根振幅和能量等与薄砂层厚度拟合正相关的关系），估算出薄层的厚度。

在预测砂地比方面，采用的多元地震属性预测储层参数技术一般包括以下几个步骤：①在拓频处理、90°相位转换、地层切片等技术应用的基础上，优选敏感地震属性，即优选几种能够反映储层信息的地震属性；②地震属性与井点砂地比进行相关分析，拟合出两者的相关系数，分析其可靠性；③迭代计算提高拟合度；④平面做图，分析其地质规律。

图5　薄砂体厚度与相对振幅关系（λ为波长）Fig.5　Relationship between thin sand body thickness and amplitude

2　应用效果

地震沉积学研究中主要依靠三维地震数据，而本次研究则在拓频处理、90°相位转换的基础上，由4个砂层组分别提取出4张地层切片（图6）。在地层切片数据体中任何一张地质时间切片，都代表这一地层时间模型中相应地质时间界面的地震响应。利用地层切片可以进行沉积演化研究，依据井点位置、振幅及取心资料，可确定振幅低值区为砂体发育区，振幅高值区为泥岩或砂泥过渡区。地层切片表明：砂层组1向海方向（北东向）临滨砂坝平行海岸并呈条带状发育［图6（a）］；砂层组2临滨砂坝减弱［图6（b）］；砂层组3临滨砂坝发育［图6（c）］；砂层组4临滨砂坝不发育［图6（d）］。

图6　柯坪塔格组上三亚段不同小层地层切片效果Fig.6　Stratum slices effects of different sublayers of Kepingtage Formation

同时采用钻井地层划分标定地层切片时间单元［15-16］，以地层切片逼近地质时间界面的做法，将逼近小层界面的切片转换为层位，并在两小层之间提取振幅属性。利用薄层振幅的调谐效应可预测出小层的砂体厚度［图7（a）］。从图7（a）中可看出，砂体具有明显的分带特征，滨岸砂体清晰、连续，整体呈条带状顺海岸线方向分布，砂层组厚度变化不大（6～8 m），这与该区的地质认识基本吻合。

图7　多地震属性预测储层参数Fig.7　Reservoir parameter predicted by multi-seismic attributes

与砂岩厚度等储层信息相比，砂地比与地震属性的关系更直接。在利用12口井砂地比数据与相应位置的各种优选地震属性值进行全区相关性分析时发现，各种单一地震属性与井的砂地比相关性差异较大（表1），在计算过程中需要剔除相关性较差的属性，保留40 Hz振幅切片、平均瞬时频率、相关长度、反射强度等相关性较好的属性进行多元方程迭代拟合，最后计算出砂地比的平面分布［图7（b）］。

砂地比与砂体厚度预测图展示的砂体发育特征总体趋势是一致的，结合已知井的钻井取心和岩心薄片，可以看出典型的滨岸砂坝沉积特征，以及优势储层发育区带，为下一步滚动开发及提高储量动用程度提供了技术支持。

表1　地震属性与砂地比相关系数（12口井统计结果）Table 1　Correlation coefficient of seismic attributes with sandy ground ratio

3　结束语

针对薄层砂体识别问题，建立适用的地震沉积学研究思路，是有效挖掘地震信息，提高解决地质问题的有效手段。

（1）拓频技术是提高地震数据的品质，以及充分挖掘地震沉积学研究地质问题的有效手段。

（2）90°相位转换改善了地震振幅与砂体的对应关系，在反演无法达到预测薄层储层目标的情况下，特别是在海相碎屑岩地层厚度变化不大的沉积环境下，这种方法操作简单、有效。

（3）地层切片充分挖掘了三维地震的分辨能力，在本次研究中识别出了小于10 m厚的砂体，远远超过了地震的垂向分辨率，为刻画薄层砂体的横向展布发挥了重要作用。

（4）在多项适用技术应用的基础上，利用多元地震属性预测储层参数技术，对薄砂体的厚度及砂地比进行预测，达到了较好的预测效果。

地震资料拓频处理、90°相位转换、地层切片以及多元地震属性预测储层参数技术是一套适用于本区薄层砂体预测的地震沉积学技术。

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（本文编辑：杨琦）

Seismic sedimentology for thin sand body identification：A case study from TZ12 well block

Chang Shaoying1，Zhang Xianlong1，Liu Yongfu2，Liu Weibo2，Yu Yizhi3，Shi Hongling4
（1.PetroChina Hangzhou Research Institute of Geology，Hangzhou 310023，China；2.PetroChina Tarim Oilfield Company，Korla 841000，Xinjiang，China；3.College of Geosciences，China University of Petroleum，Beijing 102249，China；4.Institute of Geodesy and Geophysics，Chinese Academy of Sciences，Wuhan 430000，China）

Prediction of thin sand bodies is an important issue in the fine evaluation of reservoir.Seismic sedimentology is an important research method of predicting horizontal distribution of thin sand bodies at present.But in the course of the study，there are problems that seismic data quality is poor and thin sand body description is difficult.Guided by the theory of seismic sedimentology，combined with the concept that seismic phase axis tilt angle and internal structure are controlled by frequency and 3D seismic lateral resolution is higher than vertical resolution，on the basis of classical research method of seismic sedimentology，this paper increased two technologies：frequency-broadening processing and prediction of reservoir parameters by multi-seismic attributes.Theses technologies can be used to effectively identify the lateral distribution of thin sand body and predict the thin sand body thickness and sandy ground ratio.Finally，a set of method for identifying thin layer by seismic sedimentology suitable for TZ12 well block was summarized.

seismic sedimentology；thin sand body；spectrum decomposition；phase transform；strata slice；seismic attributes

P315

A

1673-8926（2015）06-0072-006

2015-07-15；

2015-09-20

国家重大科技专项“岩性地层油气藏沉积体系、储层形成机理与分布研究”（编号2011ZX05001-002）资助

常少英（1983-），男，硕士，主要从事地质、地球物理综合研究工作。地址：（310023）浙江省杭州市西湖区西溪路920号杭州地质研究院。E-mail：changsy_hz@petrochina.com.cn。