地震沉積學(xué)在尼日爾三角洲沉積相研究中的應(yīng)用

趙福海

中石油大慶油田有限責(zé)任公司勘探事業(yè)部，黑龍江 大慶

地震沉積學(xué)在尼日爾三角洲沉積相研究中的應(yīng)用

趙福海

中石油大慶油田有限責(zé)任公司勘探事業(yè)部，黑龍江 大慶

地震沉積學(xué)的核心內(nèi)容是利用地震勘探技術(shù)與方法進(jìn)行沉積相的輔助研究，其研究方法包括地震反射結(jié)構(gòu)、地震屬性、波阻抗和地震波形特征分析等。地震沉積學(xué)的研究，綜合了測井相縱向上的高精度和地震資料橫向上的高密度特性，特別適合于鉆井稀少的盆地前期勘探階段。尼日爾三角洲發(fā)育的沉積微相類型主要包括水下分流河道、分流間灣、沼澤洼地、河口砂壩等，利用波阻抗反演和地震波形分類等地震沉積學(xué)研究方法，在研究區(qū)內(nèi)鉆井的約束下，劃分出阿格巴達(dá)組D砂層的沉積相，達(dá)到了在少井區(qū)利用地震沉積學(xué)進(jìn)行沉積相劃分的目的。

地震沉積學(xué)，波阻抗，波形聚類，尼日爾三角洲

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Seismic Facies, Acoustic Impedance, Cluster of Waveform, Niger Delta

1. 引言

1998年，Zeng, H. L.等[1]首次使用地震沉積學(xué)一詞，并于2001年正式提出地震沉積學(xué)是利用地震資料來研究沉積巖及其形成過程的一門學(xué)科[2]。隨著現(xiàn)代地震勘探技術(shù)的進(jìn)步，地震沉積學(xué)的理論體系及研究應(yīng)用也得到了不斷發(fā)展與完善[3] [4]。

地震沉積學(xué)主要是在地質(zhì)規(guī)律的指導(dǎo)下，利用地震信息和現(xiàn)代地球物理技術(shù)進(jìn)行地層巖石、沉積史、沉積結(jié)構(gòu)、沉積體系和沉積相平面展布的研究[5]。地震沉積學(xué)的理論基礎(chǔ)是現(xiàn)代沉積學(xué)和地球物理學(xué)。對于地震沉積學(xué)而言，沉積學(xué)是其研究的目標(biāo)，而現(xiàn)代地震勘探技術(shù)與方法是其必要的技術(shù)手段與支撐[6]，所研究的地震相為各類沉積相(微相)在地震剖面上表現(xiàn)的總和[7]，是特定地質(zhì)體或沉積體系的地震響應(yīng)。

2. 地震沉積學(xué)研究思路與研究內(nèi)容

地震沉積學(xué)出現(xiàn)于地震地層學(xué)和層序地層學(xué)之后，在沉積相分析方面有著廣泛應(yīng)用，它是利用地震資料解釋沉積環(huán)境和巖相，其目的是在區(qū)域地層解釋的基礎(chǔ)上，確定沉積體系、巖相特征，并解釋沉積發(fā)育史[8]。地震沉積學(xué)的主導(dǎo)思想是在地質(zhì)規(guī)律的指導(dǎo)下，結(jié)合單井(或連井)沉積相研究，應(yīng)用地震資料的平面屬性特征來研究沉積巖石學(xué)、巖相古地理、沉積模式等，在鉆井資料較少的地區(qū)有著顯著的應(yīng)用效果[9] [10] [11]。

地震沉積學(xué)主要包括以下內(nèi)容：①通過現(xiàn)代沉積和露頭研究，建立地質(zhì)模型；②選取適當(dāng)?shù)膸r石物理參數(shù)，構(gòu)建與地質(zhì)模型相匹配的地震正演模型體，確立各類地質(zhì)模型的地震響應(yīng)特征；③在正演基礎(chǔ)上，對地震資料進(jìn)行高精度層序地層學(xué)分析，建立沉積體系的空間分布規(guī)律；④充分利用地震分析技術(shù)和成像技術(shù)對儲集體進(jìn)行精細(xì)描述，從而得出全面準(zhǔn)確的沉積學(xué)認(rèn)識，進(jìn)而指導(dǎo)有利區(qū)帶的預(yù)測[12]。因此，進(jìn)行地震沉積學(xué)研究需要將現(xiàn)代地震勘探技術(shù)與傳統(tǒng)的沉積學(xué)、地質(zhì)學(xué)研究方法進(jìn)行綜合研究與應(yīng)用。

地震沉積學(xué)研究是在對地震資料進(jìn)行精細(xì)解釋的基礎(chǔ)上研究與分析沉積環(huán)境，其研究內(nèi)容可概括為2個(gè)方面：一方面，地震沉積學(xué)分析必須掌握沉積體系在三維空間分布相帶上的特點(diǎn)，以便能在單井相或連井相資料約束下進(jìn)行沉積體系發(fā)育研究；另一方面，要精通地震勘探原理，了解各種地震屬性參數(shù)(主要指反射結(jié)構(gòu)、連續(xù)性、外部幾何形態(tài)、波阻抗、層速度、振幅、頻率和地震波形等)所代表的地質(zhì)意義[13] [14]。

地震沉積學(xué)分析技術(shù)主要包括地震反射結(jié)構(gòu)分析、地震屬性分析、波阻抗反演以及波形聚類分析等[15]現(xiàn)代地震勘探技術(shù)。

3. 研究區(qū)地質(zhì)概況

研究區(qū)為非洲大陸西部尼日爾三角洲盆地的一個(gè)三維地震覆蓋區(qū)，三維地震滿覆蓋面積274.7 km2。區(qū)內(nèi)有6口鉆井，其中4口井鉆遇油氣層，其余見顯示，表明該區(qū)具有很好的油氣勘探前景。

研究區(qū)所處的尼日爾三角洲盆地位于非洲大陸架西岸的白堊紀(jì)裂陷槽，處于洋殼與陸殼接合部位，為典型的被動大陸邊緣。自白堊紀(jì)～古近紀(jì)以來，一直連續(xù)接受了巨厚的沉積，盆地中心沉積巖厚度超過12000 m，沉積地層主要包括白堊系、古近系及新近系。

尼日爾三角洲主要為海退沉積體系，其類型屬于浪控–潮控三角洲，主要發(fā)育水下分流河道、分流間灣、沼澤洼地、河口砂壩等多種沉積微相。近年來，尼日爾三角洲主要勘探目的層為阿格巴達(dá)組，其沉積體系為近岸-三角洲前緣相碎屑沉積，由多個(gè)海退沉積韻律組成。韻律層的底部一般為海侵體系砂巖，其上被海相泥巖所覆蓋，在往上則發(fā)育河流-海相沉積砂巖，包括障壁砂壩、點(diǎn)壩、溝道砂等沉積微相類型。

阿格巴達(dá)組為砂泥巖地層，由上至下分為A、B、C、D共4個(gè)砂層，其中D砂層是重要的產(chǎn)層。由于區(qū)內(nèi)鉆井較為稀少，平面上的沉積亞相、微相無法用井控制，有利砂體發(fā)育區(qū)范圍亦不清楚，造成下一步勘探方向不明確。為此，該次研究以單井相為約束，結(jié)合地震資料，開展了尼日爾三角洲盆地阿格巴達(dá)組D砂層的地震沉積學(xué)研究。

結(jié)合研究工作的需要，利用測井資料對D砂組各類巖石的速度和密度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以求得砂、泥巖間的波阻抗關(guān)系。通過統(tǒng)計(jì)，D砂層巖性與速度的關(guān)系為：砂巖速度大于泥巖速度，且在密度值上砂巖亦大于泥巖。因此，D砂層的砂巖與泥巖存在較大的波阻抗差(砂巖波阻抗大于泥巖波阻抗)，為利用波阻抗特征區(qū)分砂、泥巖進(jìn)行沉積相研究奠定了地球物理基礎(chǔ)。

4. 地震沉積學(xué)的應(yīng)用

地震沉積學(xué)的實(shí)質(zhì)就是利用地震資料輔助研究沉積相，也就是說在測井相約束下，充分運(yùn)用各類地震研究方法和手段來研究沉積體系的結(jié)構(gòu)和沉積相的分布。該次地震沉積學(xué)研究采用的地球物理技術(shù)方法主要為測井約束波阻抗反演和地震波形聚類分析[16]。

4.1. 測井約束波阻抗反演

地震勘探的地質(zhì)基礎(chǔ)是利用地下地層界面間存在的波阻抗差異，因此進(jìn)行巖性解釋和沉積相研究的關(guān)鍵技術(shù)就是測井約束波阻抗反演。著名地球物理學(xué)家李慶忠院士曾提出，做了反演的波阻抗剖面也屬于應(yīng)交到地質(zhì)人員手中的地震資料之一[17]。

波阻抗反演的技術(shù)核心在于由地震資料正確估算地層反射系數(shù)，主要軟件為Jason和Hampson-russell(HRS)，典型的實(shí)現(xiàn)方法為稀疏脈沖反演。稀疏脈沖反演是一種基于稀疏脈沖反褶積的波阻抗遞推反演方法，主要包括最大似然反褶積，L1模反褶積和最小熵反褶積[18]。測井約束波阻抗反演充分利用了測井資料縱向上的高精度性和地震資料橫向上的高密度性，能夠較為準(zhǔn)確地研究沉積結(jié)構(gòu)、沉積體系和沉積相平面展布。

利用研究區(qū)內(nèi)6口探井，以D砂層為目的層進(jìn)行波阻抗反演，求得研究區(qū)三維波阻抗體，然后進(jìn)行波阻抗體平面屬性提取，其時(shí)窗為沿D砂層頂面下延50 ms，提取時(shí)窗內(nèi)波阻抗的均方根值，得到D砂層波阻抗平面分布圖(圖1)。由于區(qū)內(nèi)砂巖的波阻抗大于泥巖的波阻抗，故在平面圖上波阻抗大的區(qū)域就是砂巖的發(fā)育區(qū)；研究區(qū)東北部和南部2個(gè)大斷裂所夾地區(qū)以紅黃色調(diào)為主，反映出該區(qū)域的砂體較為發(fā)育，而中部地區(qū)則以藍(lán)色調(diào)為主，為波阻抗低值區(qū)，預(yù)示著泥巖的發(fā)育。

Figure 1. The plane distribution of wave impedance in D sand group圖1. D砂層波阻抗平面分布圖

4.2. 地震波形聚類分析

地震波形分類法或地震波結(jié)構(gòu)分析，其理論依據(jù)是地下沉積地層的任何變化都會引起地震波形變化，也就是說，不同類型的巖石地層、構(gòu)造特征及地球物理特征的變化都將引起地震波反射特征的改變[19]。

地震波形分類技術(shù)是重要的、適合巖性勘探的地震相研究方法，它是在工區(qū)內(nèi)各井地震地質(zhì)層位標(biāo)定的基礎(chǔ)上，分析各井在實(shí)際地震剖面上的地震反射波，將其分類歸納成幾種地震波形；然后根據(jù)類比相似原理對全工區(qū)的地震道進(jìn)行分類，建立地震波形聚類圖；最后根據(jù)地質(zhì)、測井資料對相應(yīng)的地震波形做出合理、準(zhǔn)確的地質(zhì)解釋，即將地震波形聚類圖轉(zhuǎn)化成沉積相圖。

該次研究中，根據(jù)單井相研究成果，取時(shí)窗為沿D砂層頂下延50 ms，將時(shí)窗內(nèi)地震波形特征分成7類，對它們賦于不同的顏色并編制地震相的平面分布圖(圖2)。在D砂層地震相平面圖中，位于研究南部的KEREMO-1井和KEREMO-WEST-1井處的D砂層，砂體較為發(fā)育，對應(yīng)顏色為黃色；東北部鉆井區(qū)(KURUKUNAMA-1井)處的砂體發(fā)育相對較差，對應(yīng)顏色為淺藍(lán)色。從單井相研究結(jié)果來看，砂體發(fā)育部位多為三角洲前緣水下分流河道微相沉積，泥巖發(fā)育部位多為前三角洲沉積。結(jié)合波阻抗反演的研究成果，可以做出D砂層的沉積相圖，從而達(dá)到利用地震相輔助研究沉積相的目的。

Figure 2. The plane graph of seismic phase in D sand group (seismic waveform graph clustering)圖2. D砂層地震相平面圖(地震波形聚類圖)

4.3. 阿格巴達(dá)組D砂層沉積相特性

根據(jù)地質(zhì)資料，阿格巴達(dá)組沉積時(shí)期基本上是一個(gè)連續(xù)水退的過程，沉積物自下而上呈反韻律特征，河流攜帶的大量泥沙在河口處形成河口砂壩，然后在波浪、沿岸流及潮汐的作用下重新分配，形成平行海岸的障壁砂壩、垂直海岸的潮汐砂壩等砂體。綜合單井相、波阻抗和地震波形聚類的研究成果，編制了D砂層沉積相圖(圖3)。研究區(qū)砂體發(fā)育區(qū)域?yàn)槿侵耷熬壪?強(qiáng)波阻抗、黃綠色波形區(qū))，而砂體不發(fā)育區(qū)則為前三角洲相(低波阻抗、棕色及藍(lán)色波形區(qū))。D砂層在研究區(qū)內(nèi)主要發(fā)育三角洲前緣-前三角洲沉積，分2個(gè)物源：北部朵葉體面積較小，南部物源向海推進(jìn)較遠(yuǎn)，水下分流河道非常發(fā)育，特別是在南部的幾口鉆井區(qū)，是D砂層有利的儲層發(fā)育地帶。

Figure 3. The plane graph of sedimentary facies for D sand group圖3. D砂層沉積相平面圖

5. 結(jié)語

地震沉積學(xué)研究是在現(xiàn)代沉積學(xué)思想指導(dǎo)下，以現(xiàn)代地震勘探技術(shù)為手段，開展沉積相和沉積體系研究，其研究工作的成敗與研究結(jié)果的精細(xì)程度都將取決于現(xiàn)代地球物理勘探技術(shù)的應(yīng)用程度。

該次研究利用波阻抗反演和波形聚類的方法，結(jié)合單井相研究，成功地進(jìn)行了研究區(qū)的沉積微相劃分，確定了各類沉積微相邊界，并指出研究區(qū)南部及東北部是砂體的主要發(fā)育區(qū)。

隨著地震勘探技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，地震資料不僅應(yīng)用于單純的構(gòu)造解釋，而且廣泛應(yīng)用于儲層預(yù)測和沉積相研究。在與地質(zhì)背景緊密結(jié)合的前提下，應(yīng)用地震沉積學(xué)的理論與工作方法，將具有縱向上高精度的測井資料與橫向上高密度的地震資料充分融合，準(zhǔn)確、高效地進(jìn)行沉積相及沉積體系的研究。

References)

[1] Zeng, H.L., Stephen, C.H. and John, P.R. (1998) Stratal Slicing, Part II: Real 3-D Seismic Data. Geophysics, 63,514-522. https://doi.org/10.1190/1.1444352

[2] Zeng, H.L. and William, A.A. (2001) Seismic Sedimentology and Regional Depositional Systems in Mioceno Norte,Lake Maracaibo, Venezuela. The Leading Edge, 20, 1260-1269. https://doi.org/10.1190/1.1487259

[3] 林正良, 王華, 李紅敬, 等. 地震沉積學(xué)研究現(xiàn)狀及進(jìn)展綜述[J]. 地質(zhì)科技情報(bào), 2009, 28(5): 131-137.

[4] 林承焰, 張憲國, 董春梅. 地震沉積學(xué)及其初步應(yīng)用[J]. 石油學(xué)報(bào), 2007, 28(3): 69-72.

[5] 劉保國, 劉力輝. 實(shí)用地震沉積學(xué)在沉積相分析中的應(yīng)用[J]. 石油物探, 2008, 47(3): 266-271.

[6] 魏嘉, 朱文斌, 朱海龍, 等. 地震沉積學(xué)——地震解釋的新思路及沉積研究的新工具[J]. 勘探地球物理進(jìn)展,2008, 31(2): 95-101.

[7] 王曉平, 陳波, 臧殿光, 等, 地震相分析技術(shù)在伊通地塹儲層沉積特征分析中的應(yīng)用[J]. 石油物探, 2008, 47(2):172-178.

[8] 顏世翠. 基于沉積參數(shù)的地震相分析新方法[J]. 工程地球物理學(xué)報(bào), 2013, 10(2): 252-255.

[9] 程耀清, 蔡冬梅. 地震相技術(shù)應(yīng)用實(shí)例[J]. 石油地球物理勘探, 2007, 42(增刊): 79-82.

[10] 劉文嶺, 牛彥良, 李剛, 等. 多信息儲層預(yù)測地震屬性提取與有效性分析方法[J]. 石油物探, 2002, 41(1):100-106.

[11] 樂友喜, 王永剛, 張軍華. 由地震屬性向儲層參數(shù)轉(zhuǎn)換的綜合效果分析[J]. 石油物探, 2002, 41(2): 202-206.

[12] 張建寧, 韓文功. 東營凹陷濁積砂體疊后地震屬性與儲層物性相關(guān)性研究[J]. 石油物探, 2012, 51(2): 204-212.

[13] 閆安菊, 閻建國, 全紫荊, 等. 地震相不同分類方式的作用及在儲層預(yù)測中的應(yīng)用[J]. 物探化探計(jì)算技術(shù), 2013,35(3): 259-265.

[14] 尹青, 萬朝大, 劉偉君, 等. 地震相分析及其在石油勘探中的應(yīng)用[J]. 地質(zhì)找礦論叢, 2011, 26(1): 80-84.

[15] 馮磊, 李光明. 多屬性模糊聚類在遼河灘海沉積相研究中的應(yīng)用[J]. 地球物理學(xué)進(jìn)展, 2012, 27(6): 2622-2630.

[16] 楊占龍, 彭立才, 陳啟林, 等. 地震屬性分析與巖性油氣藏勘探[J]. 石油物探, 2007, 46(2): 131-136.

[17] 馬勁風(fēng), 王學(xué)軍, 賈春環(huán), 等. 波阻抗約束反演中的約束方法研究[J]. 石油物探, 2000, 39(2): 2-63.

[18] 張明振, 印興耀, 譚明友, 等. 對測井約束地震波阻抗反演的理解與應(yīng)用[J]. 石油地球物理勘探, 2007, 42(6):699-702.

[19] 師永民, 祁軍, 張成學(xué), 等. 應(yīng)用地震波形分析技術(shù)預(yù)測裂縫的方法探討[J]. 石油物探, 2005, 44(2): 128-130.

[編輯]龔丹

The Application of Seismic Sedimentology in the Study of Sedimentary Facies in Niger Delta

Fuhai Zhao
Exploration Division, Daqing Oilfield Co. Ltd., PetroChina, Daqing Heilongjiang

Mar. 27th, 2017; accepted: May 9th, 2017; published: Jun. 15th, 2017

The essence of seismic sedimentology was to use seismic exploration technology and method for the auxiliary study of sedimentary facies; its methods included seismic reflection, seismic attribute, wave impedance and the analysis of seismic waveform characteristics. The study of seismic sedimentology integrated the high precision vertically and the high density horizontally of well logging. It is especially suitable for exploration in the basins where less wells were drilled at the initial stage of exploration. The sedimentary facies developed in Niger Delta included distributary channel, interdistributary sands, swamp depression and mouth bar. Under the constraint of drilling in the studying area, by using acoustic impedance inversion and seismic waveform classification D sand layer of Agbata sedimentary facies which is identified, the purpose of sedimentary facies division with seismic sedimentology in less well areas is obtained.

趙福海(1978-)，男，工程師，現(xiàn)主要從事地震資料解釋、地質(zhì)研究及井位部署等工作。

2017年3月27日；錄用日期：2017年5月9日；發(fā)布日期：2017年6月15日

文章引用:趙福海. 地震沉積學(xué)在尼日爾三角洲沉積相研究中的應(yīng)用[J]. 石油天然氣學(xué)報(bào), 2017, 39(3): 29-35.https://doi.org/10.12677/jogt.2017.393025

國家重大科技專項(xiàng)(2008ZX05002)。