地震沉积学在三角洲沉积体系分析中的应用——以辽河东部凹陷牛居地区为例

陈 松，邢 磊,2，李倩倩，郭 强，关 欣，高伟强

(1.中国海洋大学 海底科学与探测技术教育部重点实验室，山东 青岛 266100；2.青岛海洋科学与技术国家实验室 海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室，山东 青岛 266237；3.中石油辽河油田分公司 勘探开发研究院，辽宁 盘锦 124010)

1 引 言

地震沉积学是在地震地层学和层序地层学基础之上发展起来的一门交叉学科，由曾洪流等于1998年提出并创立，2001年这些学者又对地震沉积学进行系统描述及定义[1]，给出了地震沉积学是基于沉积体系的地震反射特征与沉积体系的映射关系来对沉积相、沉积岩等相关问题进行研究的学科定义。2009年朱筱敏将地震沉积学解释为以现代沉积学、层序地层学和地震地层学为理论指导，利用三维地震资料及地质资料，经过层序地层、地层切片、地震属性与岩心刻度的相关岩性研究，以及地貌形态特征研究，确定岩性、沉积成因、储层形态及油气分布的地质学科。

对地震沉积学而言，其主要的研究内容是挖掘地震资料中的信息来落实沉积地貌与岩石储层，其中包括针对地层地貌，沉积体系，沉积相划分，岩性描述，储层预测等多方面内容，其关键技术包括90°相位转换、等时切片技术[2-3]，这两项技术适用于大多数的地质与地震资料条件。近年来随着高分辨率采集技术的进步，储层预测方法的多样发展，地震沉积学的研究方法逐渐丰富，三维可视化、RGB属性融合、相控反演、地质统计学等技术也逐步得到应用。技术方法的进步与应用，增加了地震沉积学的可靠程度，预测的准确率与精度也进一步提高[4-6]。

地震沉积学在近几年的推广及发展，对沉积相描述及储层预测工作起着非常重要的支撑作用, 并成为沉积储层研究的关键手段。地震沉积学与沉积地貌学已在陆相盆地及海相地层得到广泛应用,对于河流、三角洲、浅海陆棚、生物礁滩、重力流等沉积体系的研究取得了较好效果[7-12]，同时，在薄储层、致密油气、煤系地层等领域也开展了探索应用，形成了一定的认识与经验[13-16]。本文针对辽河东部凹陷牛居地区水体的升降变化快、差异性物源体系汇入多、砂泥的组合复杂、优势相带落实难度大等问题，利用地震沉积学的一系列技术方法对沙三上亚段的沉积相分布进行刻画，较好的预测了各砂组沉积体系与有利相带的分布特点。

2 区域地质概况

研究区位于辽河东部凹陷北部(图1)，南起妈妈街断层，北至头台子潜山，西起茨东断层，东到营口-佟二堡断层，呈北东向狭长展布，长约40 km，宽5～9 km，面积约280 km2。

图1 研究区分布位置Fig.1 The structural distribution map of study area

牛居地区位于东部凹陷最大的生烃洼陷(牛居—长滩洼陷)主体部位，沙三段沉积早期(沙三中下亚段)，湖盆处于初始裂陷期，基底大幅度沉陷，全区处于深湖—半深湖沉积环境，沉积的厚层暗色泥岩是本区主要的烃源岩。沙三段沉积晚期(沙三上亚段)，断裂活动减弱，该时期以辫状河三角洲、扇三角洲沉积为主，其优势相带为前缘亚相中的水下分流河道微相，河道砂体为主要的储层。研究区沙三上亚段相带变化快，发育多套扇体，同时砂体分布变化快,有利相带预测难度大，传统的地震预测方法应用难以对这种复杂的沉积相进行预测，因此尝试利用地震沉积学的技术方法来解决该区的沉积相的精细研究问题。

3 基于地震沉积学的沉积相刻画

识别沉积相的关键有两方面: 一是由单井出发，通过单井相及连井相分析推断研究区沉积环境，建立符合工区实际情况的沉积相模式；二是在沉积相模式的指导下将地震属性及地震相的响应转化成沉积相的平面展布[17]。

牛居地区沙三上亚段勘探程度较低，洼陷内部深层钻井少，无法通过单井分析工作实现区域上沉积相的控制划分，更无法实现对于沉积微相的精细刻画，同时，该区地震资料分辨率较低，无法实现通过地震反射特征的直观解释完成沉积微相的划分。因此，面对这种低井控条件下的沉积微相，基于区域内以往的沉积和构造背景研究，本次研究采用地震沉积学研究方法，刻画牛居地区沙三段上亚段内部沉积微相的展布及演化特征，预测有利相带的展布范围。

近年来，国内学者在针对低井控区条件下使用三维地震资料作为研究沉积微相与地层岩性手段的工作中取得了广泛的应用与深入认识[18-20]。结合前人的研究应用与总结，提出针对本区的地震沉积学的研究内容和思路，共包含五个方面：①通过单井层序及砂组划分，通过井震结合标定，建立等时地层格架；②用90°相位转换技术，赋予地震反射岩性意义；③在相位转换地震数据体的基础上，应用地震属性地层切片技术识别相边界；④应通过不同岩性组合的地震频率特性，通过分频技术识别主河道发育位置；⑤地震地质结合刻画沉积相展布特征，充分发挥地震分析方法与地质信息结合互补的优势对目标相带或是储层进行细致地描绘，这也是地震沉积学的主要部分。

3.1 建立井震统一的等时地层格架

井震统一等时地层格架的建立是单井地质分层与地震层位解释统一的过程，是层序地层分析、沉积体系研究、构造精细解释的基础。井震统一就是使时间域的地震信息与深度域的单井层序分层建立关系，实现一致对应性。同时，由于井震分辨率较低，在井震结合时需要找到一个将井震资料最大限度利用的合适研究尺度。要想最大限度的利用地震资料，分频技术是一项十分有效的地震解释技术，该方法将地震资料中包含的时间域信息转换为频率域数据，寻找其频率特征与实际地质体的映射关系，利用频率特征在空间上的变化来反映不同类型沉积旋回的研究。

根据本区层序地层的研究成果，沙三上亚段属高位体系域，沉积物由下至上逐渐呈由细到粗的变化特点，整体呈反旋回的沉积特点。沙三上亚段内部又可细分为四个短期的反旋回，据此可将其细分为四个砂组(图2)。在单井分析基础上，利用分频技术，进行合理的层序划分，从分频数据体上可见明显的旋回界面，这与单井上的层序分析是一致的，最终通过井震标定建立了等时地层格架下的研究单元。

图2 牛94井单井相与层序划分图Fig.2 Single well facies and sequence division of well Niu 94

3.2 90°相位转换，赋予地震反射岩性意义

在零相位地震数据中,地层界面往往与地震波的波峰或波谷相对应，地层的岩性与地震相位间不存在确定性的对应关系，而经90°相位转换后，反射波主峰被移位与岩层中心对应，使得地震反射与岩层相一致，建立起地震反射同相轴与岩层之间的对应关系，赋予了地震相位岩性的意义。

90°相位转换技术在本工区的适用性需要通过实验验证其可靠性，合成地震记录可以将测井曲线与地震信息形成对应关系，正是利用这种对应关系，选用能够反映该区岩性变化的电阻率测井曲线进行井震对比试验。通过牛5井的标定可以看出(图3)，零相位剖面上高电阻率反应的砂岩条带与地震相位没有一致的对应关系，而在90°相位转换剖面上高电阻所反映的砂岩条带均与波形主峰有着很好的对应关系。

图3 过牛5井零相位剖面与90°相位转换剖面的井震对比关系Fig.3 The relationship of well-seismic data between zero phase profile and 90°phase shift profile through well Niu 5

研究表明在沙三上亚段存在多套岩性上倾尖灭体，以往认为的大套连续性砂体在相位转换后表现出多套砂体叠合的特征(图4)，这也反应出本区沙三上亚段辫状河三角洲沉积环境下的砂体变化特点，其数据体更能反映出相带的变化特点。

图4 原始地震剖面与90°相位转换剖面对比Fig.4 Comparison of original seismic profile and 90°phase shift profile

3.3 地震属性的地层切片分析技术识别相边界

层序格架内的属性分析也是地震沉积学范畴，由于地震垂向分辨率较低，利用地震同向轴追踪相边界的变化是难以实现的，等时格架下的地层切片属性分析技术利用平面上的地震属性变化识别相带变化，通过这种手段可以在平面上弥补垂向分辨率的不足。对于牛居沙三上亚段而言,在等时地层格架划分的基础上, 应用等时地层切片扫描技术可实现对沉积体系演化过程与相带展布的分析。

研究表明，地震属性分析技术对于储层及沉积相的刻画最为准确[21-22]，以90°相位地震资料为基础，均方根振幅地层切片属性可以很好的反映研究区内沉积微相的分布范围与边界(图5)，尤其是对分流河道主体、河口坝、席状砂的分布响应特征较清晰。本次研究分别就沙三上亚段四个砂组进行了均方根属性提取分析，预测结果表明，牛居地区发育多套扇体，两侧扇体在洼陷中部交汇。

图5 牛居地区沙三上Ⅰ砂组均方根振幅属性图Fig.5 Root mean square amplitude ofⅠ sand group in Sha 3 upper subinterval in Niuju area

3.4 分频技术识别主河道位置

频谱分解技术实际上就是将各地震道信号分解成不同的频率成分，利用高频成分对薄层有调谐响应、低频成分对厚层有调谐响应的特性，来识别地震数据的“局部”岩性特征(如河道砂体)。在分频处理解释过程中，首先从地震数据体中提取已知井的频率信息，分析各沉积相带及岩性组合对应的频率范围。分析结果表明，研究区主河道沉积相带主要表现低频特征，频率在9～14 Hz(地震频率，赫兹)之间，岩性以砂砾岩、含砾不等粒砂岩为主、单层厚度在20 m左右。河道间及前缘席状砂等相带对应频率相对较高，在18～22 Hz 之间，岩性以细砂岩、粉砂岩与泥岩频繁互层为主、单层厚度在2～8 m之间。

由于不同深度的地震资料频率特征存在差异性，所以在分频资料分析的过程中，要根据地层的特点与地震资料情况选择合适的频率，通过对多个单频资料的联合分析才能了解储层的整体分布情况。以Ⅰ砂组、Ⅱ砂组为例，通过与已知井对比分析后，分别选用10 Hz、13 Hz为主频的分频属性进行层间属性提取，可以看到，分频地震资料对河道位置的成像较清晰。研究表明，牛89井与玉1井区一直存在两条继承性发育的主河道，随着河道的摆动，主河道位置在不同砂组沉积期发育位置出现了变化(图6)。

图6 牛居北部分频层间属性预测图Fig.6 Frequency-divided interlaminar attribute graphs of Niuju’s northern area

4 应用效果及分析

牛居地区沙三上亚段下部的沙三中下亚段湖相泥岩为主力源岩层，上部沙一段下部泥岩层厚度达200～300 m为区域盖层，沙三上亚段为下生上储的成藏组合。本区勘探发现均集中在茨东断层西侧埋藏较浅的斜坡带，而牛居洼陷沙三上亚段埋深较大(大于3 000 m)，以往探井部署以构造圈闭为主，构造高点在牛深3井-牛深2井一带，牛深3井钻遇岩性细(粉砂岩为主)且厚度薄(2～4 m)，为三角洲前缘末端以及席状砂为主，试油产量较低。分析认为，在分流河道主体，砂体发育、岩性较粗、物性条件较好的位置油气显示很活跃，说明位于河道主体的有利相带为油气成藏的有利部位，寻找规模砂体发育区是勘探的成功的关键。

通过地震沉积学关键技术的联合应用，结合综合地质研究工作，对牛居地区沙三上亚段各砂组沉积微相的展布特征进行了预测，尤其对水下分流河道、河口坝、河道间等微相进行了精细的刻画。从4个砂组的沉积微相图中可以看出，牛居洼陷较宽缓、多支物源汇聚、侧向物源延伸距离远，其前缘部分在洼陷区汇聚，有利相带发育范围广。4个砂组主要为辫状河三角洲及扇三角洲沉积环境，物源主要来自西侧的茨榆坨斜坡带与东侧的东部凸起，西侧物源延伸距离长，为辫状河三角洲沉积体系，规模较大，东侧物源为短轴物源，为扇三角洲沉积体系。由Ⅳ砂组到Ⅰ砂组，水体逐渐变浅，扇体延伸规模增大，以水下河道砂体为主的有利储层更发育(图7)。

图7 牛居地区沙三上亚段各砂组沉积相平面图Fig.7 Sedimentary facies planar graphs of sand groups in Sha 3 upper subinterval in Niuju area

综合以上认识，利用地震沉积学刻画的精细沉积相分布图，选择有利的相带部位部署的牛94井分别在Ⅰ、Ⅱ砂组获高产工业油流，打开了牛居地区沙三上亚段勘探新场面，地震沉积学对于寻找三角洲沉积体系的规模砂岩油气藏具有较好的应用效果。

5 结论与认识

1)借助地震沉积学研究手段，在东部凹陷牛居沙三上亚段三角洲沉积体系研究中，利用地震相位转换、分频解释、地层切片技术，刻画该区三角洲沉积体系与沉积相带的分布；

2)利用地震地层学在牛居地区的应用，明确了牛居地区沙三上亚段四个砂组受控于东西两侧物源，发育多套扇体，各砂组的沉积特征存在差异，前缘相带有利砂体规模发育，是勘探的有利区带。

3)对于多物源汇入的沉积体系研究，每支物源的供给强度、岩性组合、河道砂体发育程度等均存在差异性，本次研究在主河道刻画过程中也是对不同砂组的单物源体系开展独立主频分析，对于这种多物源体系下的三角洲沉积相带的研究具有良好的应用前景。