基于深水沉积学原理的地震属性分析新思路

蔺 鹏

(1.中国石油辽河油田分公司，辽宁 盘锦 124010；2.中国石油大学(北京)，北京 102249)

0 引 言

深水通常是指水深大于500 m的环境，包括陆坡和深海平原。深水区油气资源非常丰富，已成为当今世界油气勘探开发的热点领域[1-3]。然而深水环境的特殊性使得深水作业具有资金投入大、技术要求高等一系列特征，导致深水油气勘探具有很大的风险。因此，针对于勘探阶段，如何在钻井及测井资料不足的情况下，充分利用地震资料尽可能实现对深水沉积单元的表征，并完成对岩性圈闭的预测，成为了深水油气地质研究的重点。

地震属性分析作为一种高效、简便的岩性圈闭预测技术已经得到了广泛的应用[4]。针对深水沉积，前人曾使用地震属性识别特定的沉积单元。然而，由于深水沉积过程的复杂性，同一类型沉积单元可表现出不同的沉积特征，例如水道存在多种不同类型，特定的地震属性并非对所有类型水道都有良好的响应，而对于块体搬运沉积这类自身特征不明显的沉积单元则往往要以手工勾绘的方式确定其平面展布范围。针对以上问题，从深水沉积学原理入手，明确不同类型沉积单元的典型识别特征，再从这些典型识别特征出发，优选出对识别特征最为敏感的地震属性并赋予地震属性明确的地质意义，实现对深水沉积单元的高效、高精度表征，以期为深水油气勘探提供有效指导。

1 深水沉积单元类型及特征

深水沉积体系通常由水道、天然堤、朵叶、块体搬运沉积和泥质披覆沉积5种沉积单元组成。

1.1 水道

深水水道为深水环境下的条带状负向地貌单元，既是陆源碎屑沉积物向深海搬运的通道，又可作为重力流沉积的重要场所[5-6]。深水水道通常由重力流下切侵蚀下伏地层而成，主要形成于海退期。水道沉积是重要的富砂质深水沉积单元，具有形成良好储层的潜力。水道通常受到沉积作用和侵蚀作用的共同控制，可分为加积型和侵蚀型2种不同的类型[6]。

在物源剖面上，水道以具有“U”形或“V”形的外形作为识别特征，底部常与下伏地层侵蚀接触，内部充填物复杂多变，可为泥质、砂质及沿水道侧壁滑塌的块体搬运沉积。平面上，水道常表现为相对顺直或高弯度的条带。

1.2 天然堤

天然堤发育于水道两侧，由重力流内部细粒沉积物溢出水道而成，其发育程度受控于重力流内部细粒物质含量[6]。天然堤岩性主要为泥岩和粉砂岩，通常不能形成良好的储层。剖面上，天然堤具有楔状外形，向远离水道方向厚度逐渐减薄。水道与天然堤的复合体整体上呈海鸥翼状外形。

1.3 朵叶

朵叶通常由于重力流能量的降低导致沉积物发生堆积而形成，其主体为富砂质沉积，横向延伸范围广且连续性好，内部由泥岩夹层分隔，通常在海退背景下发育。朵叶是形成于深水环境下的高产能、高采收率储层，目前已成为深水油气勘探开发的主要目标之一，具有重要的经济价值，受到了广泛关注[5，7]。

剖面上，朵叶具有强振幅、高连续性丘状或透镜状外形；平面上，根据地貌限制程度的强弱可为扇状、舌状、帚状和梭状等形状。

1.4 块体搬运沉积

块体搬运沉积(MTD)是在陆坡处广泛发育的一种碎屑悬浮在泥岩基质中的沉积物，具有塑性流体特征，成因类型包括滑动、滑塌和碎屑流等[8-9]。块体搬运沉积是深水地层的重要组成部分，约占深水沉积的50%以上[9]。块体搬运沉积主要由事件性再搬运沉积物组成，在成因上受海平面升降、火山、地震、海啸等多种因素控制[9-10]。块体搬运沉积内部包含较多的细粒沉积物，通常不能作为储层，但由于其低孔低渗的特征，可作为渗流隔挡体来控制油气的分布[11]。同时，研究块体搬运沉积有利于预防地质工程事故[11]。

块体搬运沉积在平面上呈现为席状连片分布，其分布特征主要受控于海底地貌形态[6，9]。在地震反射剖面上为低振幅、中—低连续性、杂乱、半透明反射。

1.5 泥质披覆沉积

泥质披覆沉积由暗色泥岩组成，与下伏地层整合接触，主要形成于海侵期与高位正常海退期，是凝缩段的主要组成部分。其内部可能存在少量的砂泥薄互层，不能形成有效的储层，可作为垂向渗流隔挡体。深水泥质披覆沉积内部富含有机物且长期处于还原环境，可形成优质的烃源岩。泥质披覆沉积的沉积速率通常很低(远低于重力流沉积)，厚度较薄且在不同部位差异不大。

2 地震属性优选

确定深水沉积单元平面展布范围的关键是如何清晰地刻画沉积单元的横向边界。深水沉积单元的横向边界可划分为渐变型、突变型和标志物型3种类型。

2.1 渐变边界

渐变边界是指富砂质沉积单元(具备形成深水岩性油气藏潜力)与富泥质沉积单元之间砂质成分含量发生递变的过渡带。界面两侧沉积单元的形成大致开始于同一时期，但由于沉积速率相差悬殊(泥质披覆沉积速率远低于重力流沉积速率)而导致界面两侧等厚地层时间跨度有所不同，朵叶与泥质披覆沉积之间的侧向边界即属此类。对于富砂质沉积单元，其砂质含量向边界处逐渐降低即为此类沉积单元边界的特征识别标志。

深水层序地层学理论指出，富砂质的重力流沉积总是在强制海退期和低位期进入深水环境，而在海侵—高位期，由于陆源碎屑沉积物在陆架处被捕获导致物源供给量减少，深水区主要发育泥质披覆沉积[12]。富砂质深水沉积单元(水道/朵叶)通常由不同期次的重力流沉积复合而成，其内部多发育形成于海侵—高位期的泥质隔夹层并由此产生多个波阻抗差异界面。相对而言，泥质披覆沉积内部岩性相对单一而缺少波阻抗界面，故富砂质深水沉积单元在地震反射剖面上常对应强振幅反射，不同地区深水沉积地震反射特征的描述多次证明了这一点，可见，深水环境下振幅类属性与砂质含量之间多存在正相关关系[7，13-14]。经过测井岩性信息的标定与相关性统计分析后优选出的某一种振幅类属性，可用于该研究区富砂质深水沉积单元渐变边界的识别。

2.2 突变边界

突变边界是指界面两侧沉积单元的类型存在突变的界面，这种边界的形成与重力流的下切侵蚀作用有关。在重力流的冲刷下，早期地层表面形成下凹的负向地貌单元，界面两侧沉积物的地质年代存在一定的差异，而这种差异性会导致地震反射同相轴的扭动与错断。侵蚀型水道内部充填物与两侧被侵蚀地层间的侧向边界即属此类，故侵蚀型水道两侧的突变边界即为其特征识别标志。

相干体(COH)技术是通过对局部地震波形相似性的分析，以实现在求同存异原则下识别断层和地层特征[15]。低相干值指示了地质不连续性存在的位置，而侵蚀边界两侧存在地震反射特征的不连续，故利用沿沉积界面的相干属性瞬时切片能够实现对侵蚀型边界的识别。

2.3 标志物边界

某些深水沉积单元会在其下表面处留下特殊标志，这种特殊标志在横向上的突然缺失处即为沉积单元的侧向边界。深水环境下，形成于强制海退早期的高速块体搬运沉积能够强烈地侵蚀下伏尚未固结成岩的泥质披覆沉积，并在泥质披覆沉积表面留下大量顺搬运方向的侵蚀擦痕，这些擦痕即为块体搬运沉积的标志物，通过对侵蚀擦痕的识别即可确定块体搬运沉积的平面展布范围。

方位角(AZI)属性是一种几何学地震属性。通过对不同地震道进行波形相似性扫描，根据相似波形的位置拟合出三维趋势面，最终实现计算每一点处地层倾向的目的。可见，方位角属性能够精确刻画出某一界面的几何形态，故利用沿块体搬运沉积底界面的瞬时方位角属性切片能够刻画侵蚀擦痕这一标志物的平面展布范围，并确定块体搬运沉积的侧向边界。

3 实例应用

以某深水研究区为例，采用基于深水沉积学原理的地震属性分析方法实现对沉积单元的表征。

3.1 研究区概况

研究区位于西非几内亚湾下陆坡处的深水区，现今水深为1 250～1 750 m，距尼日利亚海岸约150～190 km(图1，据文献[16])。自上中新世至今，研究区一直处于陆坡深水环境(陆坡倾向为南，现今倾角约为0.9 °)。在北部尼日尔水系的供源下，研究区内广泛发育水道、朵叶和块体搬运沉积[17-18]。

研究区全区覆盖有良好的三维地震资料，地震数据处理面元为12.5 m×12.5 m，垂向采样率为3 ms，近海底处主频接近70 Hz，垂向分辨率约为12 m，目的层最深处主频约为35 Hz，垂向分辨率约为20 m，能够满足该研究的需要。

图1 研究区地理位置

3.2 基于深水沉积学原理的地震属性分析

3.2.1 水道地震属性分析

(1) 加积型水道。加积型水道的形成主要受控于沉积作用，其主要特征为水道两侧发育规模较大的天然堤且对下伏地层的侵蚀能力较弱。根据水道和天然堤砂质含量的相对高低可进一步细分为富砂型和富泥型2种。

富砂型水道内部充填多期砂质重力流沉积，因泥质隔夹层的存在而形成多个波阻抗界面，故对应强振幅地震反射；而其两侧的天然堤主要由溢出水道的细粒沉积物组成，内部波阻抗差异较小，振幅相对较弱(图2a)。如前所述，水道和天然堤之间的侧向边界为砂质含量逐渐降低的渐变边界，可利用振幅类属性与砂质含量间的对应关系进行识别(图2b)。对振幅类属性的统计分析表明，研究区内RMS(均方根)振幅属性与自然伽马相关性最高，故选择RMS振幅属性作为反映砂质含量的指标。在完成对水道天然堤复合体底界解释的基础上，根据沉积单元的规模，以底界上100 ms的时窗提取RMS振幅属性。结果表明，所得属性图能够较好地确定沉积单元的侧向边界并反映水道的平面形态(图2c)。

富泥型水道是指被泥质披覆沉积所充填的重力流水道。由于富泥质水道内部缺少波阻抗界面，故表现出比其两侧由粉砂和泥质互层而成的天然堤更低的振幅(图2d)。水道和天然堤间的边界同样为渐变边界(图2e)，根据沉积单元规模以水道天然堤底界向上50 ms作为时窗提取均方根振幅属性。结果表明，相对强振幅的天然堤表现为高值条带，其内部弯曲的低值窄条带很好地反映了富泥型水道的平面形态(图2f)。

(2) 侵蚀型水道。侵蚀型水道的主要特征是对下伏地层的强烈侵蚀。无论水道内部为何种物质所充填，与两侧被侵蚀地层均形成于不同的时代，在地震反射剖面上其侧向边界两侧必然存在地震反射特征的不连续(图2g、h)。沿水道底界提取相干属性瞬时切片可见由黑色低相干性线条所反映的突变边界，除突变边界与断层外的其他部位均具有高相干性特征(图2i)。对突变边界的识别较好地实现了对侵蚀性水道形态的表征。

3.2.2 朵叶地震属性分析

朵叶由板状砂岩垂向加积而成，内部被泥质隔夹层所分隔，在地震反射剖面上为平行、高连续性、强振幅丘状反射(图3a、b)。由朵叶主体向边缘，砂岩厚度逐渐减小并最终过渡为泥质披覆沉积。以朵叶2底界作为约束，根据朵叶垂向规模，选择底界向上100 ms的时窗提取均方根振幅属性。结果表明，均方根振幅属性平面图较好地反映了朵叶2的平面展布范围，而靠近边缘处均方根振幅属性值的降低指示了渐变边界的存在(图3c)。

3.2.3 块体搬运沉积地震属性分析

块体搬运沉积在地震反射剖面上对应低振幅、低连续性、杂乱半透明不规则反射(图4a)。这种沉积单元通常为富泥质沉积，无渐变边界，故难以通过振幅类属性加以识别；又由于其不具备局部深切特征，即不存在侧向突变边界，故无法通过相干属性刻画边界。在这种情况下，只有通过识别块体搬运过程中在下伏地层表面残留的侵蚀擦痕来确定块体搬运沉积的平面展布特征(图4b)。沿块体搬运沉积底界提取瞬时方位角属性切片可见大量与搬运方向一致的顺直窄条带，即侵蚀擦痕(图4c)。结合剖面分析表明，这些侵蚀擦痕的平面展布范围与块体搬运沉积基本一致，故通过识别侵蚀擦痕边界来刻画块体搬运沉积平面几何形态的方法是可行的。

图2 水道地震属性分析

4 结 论

(1) 将深水沉积单元的侧向边界划分为渐变型、突变型和标志物型3种不同的类型。为实现对侧向边界的识别，根据地震属性的数理意义进行属性优选并为特定地震属性赋予地质意义。

(2) 渐变边界处砂质含量的逐渐降低即为此类沉积单元边界的特有识别特征，可通过振幅类属性加以识别；突变边界两侧地震反射特征具有不连续性，可根据相干属性加以识别；标志物边界如沉积单元底界处的侵蚀擦痕边界，可通过方位角属性加以识别。

图3 朵叶地震属性分析

图4 块体搬运沉积地震属性分析

(3) 水道可分为加积型和侵蚀型2种不同类型，加积型水道又可进一步分为富砂型和富泥型2种，水道与天然堤间因振幅强弱差异而具有渐变边界，侵蚀型水道充填物与两侧被侵蚀地层间存在侵蚀边界；朵叶由于向边缘处砂质含量的逐渐降低而具有渐变边界；块体搬运沉积可通过对其底部侵蚀擦痕这一标志物边界的识别刻画其平面展布特征。

致谢：本研究得到了北京ROCKSTAR公司在软件与技术方面的帮助和支持，在此致以诚挚的谢意。