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地震相分析技术

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物探 地震资料解释 地震处理 反演
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通过层序的划分,可以大致确定不同类型的砂岩储集体在纵向上发育的有利层位。通过对有利层序内地震相的研究,可以确定砂岩储集体的沉积相及横向的分布范围,从而为砂岩储层的综合预测奠定基础。 一、地震相分析 (一)地震相概念 地震相是沉积相在地震剖面上表现的总和,是由沉积环境(如海相或陆相)所形成的地震特征,是指一定面积内的地震反射单元,理和沉积特征。 (二)地震相分析 地震相分析就是在划分地震层序的基础上,利用地震参数特征上的差别,将地震层序划分为不同的地震相区,然后作出岩相和沉积环境的推断。用来限定地震相单位的基本参数是那些涉及层系内部的反射形态和层系本身的几何外形的有关参数,目前在地震相分析中使用的地震反射参数及其地质解释如下: (1)反射结构:反射结构反映层理类型、沉积作用、剥蚀和古地貌以及流体类型。 (2)地震相单元外形和平面组合:不同沉积环境下形成的岩相组合有特定的层理模式和形态模式,导致反射结构和外形的特定组合,从而反映沉积环境、沉积物源和地质背景。 (3)反射振幅:反射振幅与波阻抗差有关,反映界面速度一密度差、地层间隔及流体成分和岩性变化。大面积的振幅稳定揭示上覆、下伏地层的良好连续性,反映低能级沉积;振幅快速变化,表示上覆和(或)下伏地层岩性快速变化,是高能环境的反映。 (4)反射频率:反射频率受多种因素的影响,如地层厚度、流体成分、埋深、岩性组合、资料处理参数等。视频率的快速变化往往说明岩性的快速变化,因而是高能环境的产物。 (5)同相轴连续性:它直接反映地层本身的连续性,与沉积作用有关。连续性越好,表明地层越是与相对较低的能量级有关;连续性越差,反映地层横向变化越快,沉积能量越高。 (6)层速度:层速度反映岩性、孔隙度、流体成分和地层压力。 由于同一地震相参数的变化可以由多种地质作用产生,因此地震相分析具有明显的多解性。但是既然地震相是沉积相的反映,地震相必然能够反映储集体或油气储集相带(刘震,1997) 。二、地震相划分标志 (一)外部几何形态 外部形态是一个重要的地震相标志。不同的沉积体或沉积体系,在外形上是有差别的,即使是相似的反射结构,因为外形的不同,也往往反映了完全不同的沉积环境。 目前常见的外部形态(图 1)包括席状、席状披盖、楔形、滩形、透镜状、丘 形和充填型等。 席状反射是地震剖面上最常见的外形之一,其主要特点是上下界面接近平行,厚度相对稳定。席状相单元内部通常为平行、亚平行或乱岗状反射结构,可代表深湖、半深湖等稳定沉积环境和滨浅湖、冲积平原等不稳定沉积环境。图 1 地震相单元外形示意图 点是在倾向方向上厚度向一个方向逐渐增厚,向相反方向减薄而终止;在走向方向则常呈丘状。楔状代表一种快速、不均匀下沉作用,往往出现在同生断层下降盘、大陆斜坡侧壁的三角洲、浊积扇和海底扇中,是陆相断陷湖盆最常见的地震相单元。楔状相单元内部若为前积反射结构,常代表扇三角洲;若分布在同生断层下降盘,而且内部为杂乱、空白、杂乱前积或帚状前积,则是近岸水下扇、冲积扇或其他近源沉积体的较好反映。 部平坦而在边缘一侧反射层的上界面微微下倾。一般出现在陆架边缘、地台边缘和碳酸盐岩台边缘。 点是中部厚度大,向两侧尖灭,外形呈透镜体。一般出现在古河床、沿岸砂坝处,有时在沉积斜坡上也可见到透镜体。 特点是凸起或层状地层上隆,高出于围岩。上覆地层上超于丘形之上,大多数丘形是碎屑岩或火山碎屑岩的快速堆积或生物生长形成的正地形。不同成因的丘形体具有不同的外形。根据外形上的差异,可以分为简单扇形复合体(如水下扇、三角洲朵叶) 、重力滑塌块体、等高流丘、碳酸盐岩岩隆(滩和礁) 。丘状外形在断陷盆地边界也很常见。近岸水下扇、冲积扇等的走向剖面也常显示丘状。湖盆内部的中、小型三维丘状体,特别是在其顶面有披盖反射出现时,是浊积扇的标志。 填外形的判别标志是下凹的底面,它反映了冲刷一充填构造或断层、构造弯曲、下部物质流失引起的局部沉降作用。根据外形的差别可划分为河道充填、海槽充填、盆地充填和斜坡前缘充填等(图 2) 。根据内部结构还可以划分为上超充填、丘形上超充填、发散充填、前积充填、杂乱充填和复合充填等等(图 2) 。充填型代表各种成因的沉积体,如侵蚀河道、海底峡谷、海沟、水下扇、滑塌堆积等。(二)内部反射结构 反射结构以反射层平行或微微起伏为主要特征。它往往出现在席状、席状披盖及充填型单元中。平行与亚平行反射代表均匀沉降的陆架三角洲台地或稳定的盆地平原背景上的匀速沉积作用(图3a, b) 。 特征是相邻两个反射层向同一个方向倾斜(图 3c) ,向发散方向反射增多并加厚,在收敛方向上反射突然终止。出现这种现象可能是由于地层厚度向上倾方向变薄,低于地震分辨率的缘故。发散结构一般出现在楔状单元中,表明沉降速度差异不均衡。在滚动背斜上,三角洲前缘砂岩和页岩反射层系向同期形成的同生断层方向有明显的发散现象,是油气聚集的有利地带。 积反射结构通常反映某种携带沉积物的水流在向前(向盆地)推进(前积)的图 3 平行(a) 、亚平行( b)和发散(c )反射结构示意图 过程中,由前积作用产生的反射结构,这种反射结构在地震剖面上最容易识别。它在倾向剖面上相对于上下反射层系均是斜交的,是陆架一台地或三角洲体系向盆地方向迁移过程中沉积在前三角洲或大陆坡环境内岩相的地震响应。根据其内部形态上的差别,可以进一步划分为 s 型、斜交型、s 复合斜交型、切线斜交型和叠瓦型 s 种,如图 4b。 前积结构在不同方向的测线上表现形式不同。在倾向方向上呈前积型,在走向方向上则呈丘形。 岗状反射结构由不规则的、不连续亚平行的反射组成,常有许多非系统性的反射终止和同相轴分裂现象,波动起伏幅度小,接近地震分辨率的极限(图 5) 。图 4 前积反射结构示意图 图 5 乱岗状反射结构示意图 ; b 一斜交型;c—切线斜交型;d 一复合斜交型;e 一叠瓦型 乱岗状反射结构侧向变为比较大的明显的斜坡沉积模式,向上递变为平行反射。该反射结构代表一种分散弱水流或河流之间的堆积,解释为前三角洲或三角洲之间的指状交互的较小的斜坡朵叶地层。 乱状反射结构的特点是不连续的、不规则的反射,振幅短而强。它可以是地层受到剧烈变形,破坏了连续性之后造成的,也可以是在变化不定相对高能环境下沉积的。在滑塌结构、切割与充填河道综合体、高度断裂的、褶皱的或扭曲的地层,都可能产生这种反射结构。 另外,许多火成岩侵人体、泥丘(盐岩)刺穿以及深部地层都可能出现杂乱反射结构。这些地质体本身可能是均质的或成层的,但因为反射能量太弱,低于随机噪声的水平而呈现不规则的杂乱结构。盐岩与围岩界面不规则也是形成杂乱反射的原因。 有反射反映了纵向上沉积作用的连续性。如厚度较大的快速和均匀的泥岩沉积,它们有利于碳氢化合物的生成和超压带的形成。无反射有时也反映均质的、无层理的、高度扭曲的或者倾角很陡的砂岩、泥岩、盐岩、礁和火成岩体。 三、陆相湖盆主要砂岩沉积体地震相特征 陆相湖盆由于沉积作用和断裂活动的复杂性和多样性,发育形成了多种沉积样式和特殊地质体,它们在地震剖面上具有各自特殊的地震属性,形成了多种多样的地震相类型,可大致划分为以下几种:砂砾岩扇体地震相、三角洲地震相、滩坝砂体地震相、河道砂体地震相、生物礁地震相、火成岩地震相、白云岩地震相、潜山地震相、深湖相泥岩地震相、盐丘地震相等 10 种类型。这里主要介绍与砂岩沉积体有关的地震相特征。 (一)砂砾岩扇体地震相 陆相湖盆由于湖岸至深湖中心距离短,物源充足,水系发育,使本区沉积发育了大量的砂砾岩扇体。同时不同时期地质条件不同,即使同一时期由于沉积部位不同沉积的砂砾岩扇体,也会因物源的距离、水体深度、湖底坡度、水动力条件和形成机制等各方面的差异而导致其形态、规模、岩性和物性都有所不同。根据沉积相、测井相、地震相标志特征,将陡坡带划分为 6 种不同类型的砂砾岩扇体:冲积扇、近岸水下扇、扇三角洲、辫状河三角洲、陡坡深水浊积扇、近岸砂体前缘滑塌浊积扇。各类扇体的一般地震相特征为; (1)一般产于箕状断陷盆地陡坡一侧的断层面附近,或古地貌的山谷出口。 (2)平面外形复杂,典型的呈扇形,顺倾向方向呈楔形,横界面为典型的丘状。 (3)在顺倾向方向的地震剖面中,发散型的反射结构十分发育,或称帚状结构,收敛点指向扇端。在多期扇体相互叠置的剖面上,由于侧向上的差异压实作用和水流的冲刷剥蚀作用,扇体也可呈丘形反射特点。 (4)在倾向地震剖面上,地震反射的连续性是多变的。一般说,在各期扇体的顶面和远端的反射连续性强,在它的内侧靠近断层面附近,反射杂乱或无反射。在它的顶端,特别是靠上的扇体顶面,反射的连续性变差。 (5)在走向剖面上,典型扇体的外包络多呈丘状反射,背斜反射幅度最高部位多为扇中,内幕反射向扇端方向连续性变好,向扇根方向连续性变差。 典型扇体的地震相特征如下: 类扇体主要发育于陆相湖盆边缘,处于湖盆近物源区的峡谷出口处,由于古地形高差大,古气候干燥炎热,在湖盆边缘由季节性洪水搬运和堆积了一套粗碎屑物质,在平面上可分为扇根、扇中和扇端 3 个亚相。其最大特征为突发性强,以剥蚀充填为主,沉积厚度和面积相对较大。在顺延物源方向的地震剖面上,其反射外形呈宽缓的丘状反射,内部反射结构在扇体的不同亚相特征又有所不同,其中扇根和扇端亚相为空白和杂乱反射,而扇中亚相为低频的亚平行或发散结构(图 6) ;在垂直物源方向的地震剖面上,其反射外形为倾角较陡的丘状反射,内部为杂乱一短波状反射结构,同相轴连续性差,反射振幅较强。 岸水下扇体是在滨浅湖、半深湖区水下形成的扇形砾岩体。它主要形成于陆相断陷湖盆的扩张期,随着湖水范围的扩大,扇体也不断后退,并始终沿湖盆边缘紧邻山麓部位分布,平面上也分为扇根、扇中和扇端 3 个亚相,自下而上表现为扇根一扇中一扇端一浅湖一深湖沉积,构成向上变细变薄的垂向层序。近岸水下扇由于它整体没于水下,地震反射成层性和连续性好,但在陡坡带的不同部位所发育的扇体其地震相特点有所不同,通常在顺延物源方向的剖面上,由于与上覆地层岩性差异较大,扇体包络面反射振幅较强,其反射外形一般呈逐渐收敛的楔状体,内部反射呈小角度的发散结构(图7) ;在垂直物源方向的地震剖面上,扇体大都为丘状反射,内部反射为亚平行结构,同相轴为中等连续的中强振幅。图 6 冲积扇体地震反射特征(垂直物源方向) 图 7 近岸水下扇体地震反射特征(沿物源方向) 三角洲是从邻近高地推进到稳定水体(海、湖)中去的冲积扇,其发育的基本条件是源区地势高、坡降陡,具有丰富的物源条件。其形成的动力机制比较复杂,陆上部分也可看作为洪积扇体,而水下部分与三角洲具有很大的相同性,平面上扇三角洲可分为 3 个亚相,即扇三角洲平原、扇二角洲前缘和前扇三角洲。具有典型的前积特征,一般呈斜交型前积结构,代表着水动力较强、物源供应充足的沉积环境(图 8) 。在垂直物源方向上,一般为宽缓的丘状反射,内部为低频的平行或亚平行结构,同相轴为连续性较好的强振幅反射。 相湖盆演化萎缩期随着构造运动的由强变弱,湖水深度由深变浅,沿陡坡带断阶之上山地河流人口处附近,形成较为独立、规模较小、垂直湖盆长轴方向进积型为主的三角洲复合体。主要特点是短流程辫状河流携带粗碎屑物人湖,河口处坡降较大,碎屑物卸载快,图 8 扇只角洲地震反射特征(沿物源方向) 图 9 辫状河三角洲砂体地震反射特征(沿物源方向) 前积作用明显。辫状河三角洲可分为三角洲平原亚相、三角洲前缘亚相、前三角洲亚相 3 个亚相。 尽管辫状河三角洲与曲流河三角洲在发育规模上存在较大差异,但在地震反射特征上却有很大的相似性。在地震剖面上,中间为斜交前积反射,前积反射一般代表辫状河三角洲前缘和前三角洲,顶积层一般代表着辫状河三角洲平原相沉积,地震剖面上多为中弱振幅反射同相轴,其产状为发散或亚平行;在底积层地震剖面上表现为中弱振幅、低到中等连续性,为亚平行或发散结构,如图 9。在垂直物源方向剖面上为席状反射,内部为平行结构,反射振幅有变化。类扇体为陆相断陷湖盆陡坡一侧特有,发育于断陷一深陷期的重力流沉积系列。主要发育于低位体系域和湖侵体系域中。季节性洪水期,在山高湖深、坡陡流急的条件下,沿主水流方向携带大量碎屑,受湖水顶托仍有继续向前搬运和下切的能力,将一些砂砾和泥质物继续向前搬运沉积,形成具有一定规模的扇体。 在盆地构造拉伸最强烈的时期,沿陡坡断裂带及其派生的次级小型断层,常发育一些断裂凹槽,在这些凹槽(或浊积水道)的前方,便发育了大量的以陡坡为物源的深水重力流沉积。在平面上,陡坡深水浊积扇体周围均被半深湖、深湖相泥岩、油页岩所包围。在地震剖面上,扇体包络面比较清楚,往往发育在同生断层的下降盘,其反射外形一般呈楔状或丘形,规模不同其反射外形又有差异,内部为小角度发散结构或波状、杂乱反射结构,如图 10。据其岩电特征可划分为内扇、中扇、外扇 3 个亚相。其中内扇亚相为低频的杂乱反射;中扇亚相由于分选较好,所以成层性较好,同相轴较为连续;外扇亚相为同相轴振幅变弱、连续性变差。 陡坡带斜坡之上,随着三角洲、水下扇等沉积物的不断堆积,厚度逐渐加大,促使前缘坡度不断增大。在重力、地震、断裂、洪水等因素的触发下,上述砂体前缘未固结的沉积物便会形成浊流再次搬运,于其前方沉积下来,形成再次滑塌浊积扇沉积系列。其单体规模一般较小,且与陡坡近岸水下扇、扇三角洲等有较好的伴生关系,平面上可划分为内扇、中扇、外扇 3 个亚相。图 10 陡坡深水浊积扇体地震反射特征(垂直物源) 图 11 近岸砂体前缘滑塌浊积扇体地震相 由于其沉积厚度不是很大,一般在 10 ) 20 右,在地震 上大都呈两端尖灭的透镜状或扁楔形,反射振幅中等,连续性较好。该类浊积岩横剖面上,由于差异压实作用,同相轴有小幅度弯曲,呈不太明显的丘状反射,如图 11) (二)三角洲砂体地震相 三角洲砂体在陆相沉积湖盆中,多发育在湖盆的长轴方向,三角洲沉积体通常位于湖、陆之间的过渡地带,其形成的先决条件是湖盆的沉降和携带有大量碎屑沉积物的河流注人。另外,其发育情况还受构造运动、气候、湖平面变化、河口水流性质及湖盆边缘斜坡坡度等多种因素影响。由于湖泊的水动力能量远小于海洋,湖成三角洲一般是以河流作用占优势,形成建设性三角洲,平面上呈鸟足状或锯齿状,如松辽盆地北部古三角洲、东营凹陷古三角洲、鄱阳湖的赣江三角洲等均是如此。三角洲具有典型的三层结构,即顶积层、前积层和底积层。在地震剖面上,三角洲顶底是具有近水平的顶积层和底积层,中间为斜交前积反射,前积反射的最下部由于多发育有浊积砂体,常见局部地层加厚,同相轴增多现象。前积反射一般代表三角洲前缘和前三角洲,三角洲前缘砂体主要位于斜交前积反射的上倾端;顶积层一般代表着三角洲平原相沉积,地震剖面上多为强振幅中等连续反射同相轴,其产状为平行或亚平行;底积层地震剖面上表现为弱振幅、低到中等连续性,为亚平行或发散结构,如图 12。图 12 三角洲砂体地震反射特征(沿物源方向) (三)浊积砂体地震相 浊积砂体是在一套重力整体搬运机制下产生的浊积物,或称重力整体搬运沉积,这种沉积是受到自身的重力在超过沉积物内部粒间摩擦和吸附力造成的剪切应力后顺坡而下运动的产物。其规模大小不等。地震相特征如下(图 13): (1)在垂直走向方向的地震剖面上,存在地槽或峡谷。 (2)在走向剖面中呈丘形反射,内部反射为丘形或杂乱反射,它被上覆层上超。丘形反射可能是浊流沉积最直接的标志。图 13 浊积砂体地震反射特征(倾向) (3)倾向地震剖面上出现斜交(前积)反射的下面和朝盆地的方向,可能有浊流。 (四)滩坝砂体地震相 滩坝砂体发育于滨岸环境。滩是指低潮线到最大风暴线之间,向湖倾斜的斜坡上的砂砾堆积;坝则离岸有一定的距离,由砂堆成的长条形的水下降起。其成因主要由于在波浪带波浪能量降低,遇到近岸地形隆起或湾口处,速度减缓,释放出砂砾堆积形成。图 14 滩坝砂体地震反射特征 图 15 河道砂体地震反射特征(垂直走向) 滩坝砂岩储层的分布主要受构造活动、物源供应和湖水动力条件的控制,不同地区和不同的层位,储层发育和分布特点有较大的差别,砂体一般在构造作用形成的正向地带沉积。滩坝砂岩分布广泛,但由于滩坝砂岩单层厚度较薄,一般 1 一 3 m,最厚 15 m 左右,在地震上难以识别追踪。坝砂相对厚度大,物性好,分布局限,地震反射同相轴呈中振幅,中连续,短轴状不连续展布,在砂体发育区有同相轴小幅度弯曲或振幅异常现象,如图 14。滩砂平面广泛分布,单层厚度薄,横向连续性较差,同相轴一般呈席状强反射。 (五)河道砂体地震相 河道砂体泛指充填在古河道中的砂体,包括河床充填砂体、点砂坝和心滩砂体。规模较大的河道砂体在地震剖面上常具有典型的反射特征,内部反射平行一亚平行或前积,强振幅、低频,向边缘上超,边界清楚。其外形为顶平底凹或顶凸底凹的透镜体状,内部杂乱或无反射,或为上超式充填反射。规模较小的河道砂体,由于厚度小 于地震分辨率,一般表现为短轴状的振幅异常(图 15 ) 。在中浅层,分辨率较高的情况下,可与周围的泛滥平原等泥质沉积在地震反射结构上有较大差别,容易识别。利用水平切片技术和可视化透视技术可更好的解音 J 河流相砂体的平面分布。 四、地震相的解释 不同成因类型的砂体,具有特定的地震响应特征,但是由于地震相的多解性,在进行地震相的研究时,必须以取心井为基础,建立相关的地震相模式作为分类依据。地震相解释应掌握以下几个方面的原则(刘震,1997):地震相参数能量匹配;以岩心相为准;沉积体系匹配和沉积演化史匹配。 震相参数中的反射结构和几何外形具有明显的沉积环境能量标志,而同一沉积体的反射结构和外形,必须是同一能量级。代表高能环境的反射结构和外形不能与代表低能环境的反射结构和外形匹配,反之亦然。例如,平行反射结构一般代表低能环境,发散结构代表从高能到低能变化,而前积结构表示高能环境。又如,席状外形反映或低能或高能环境,但丘状外形则一定为高能环境。 没有钻井的探区内,只能通过地震相与沉积相的一般对应关系,与同类盆地的标准地震相模式对比,将地震相转换成沉积相。但是若在有井的探区,进行地震相解释时应尽可能结合钻井资料,用钻井的岩心相标定对应的地震相。 积体系指成因上有联系的沉积相的共生组合,是平面相序的模式。在平面上一组地震相的分布所受沉积体系的控制表现在两个方面:一是沉积相类型的排列方式,即哪些沉积相可以相邻连接,而哪些沉积相绝对不能相邻连接;哪些沉积相可以组成一个相序排列,哪些沉积相很少能形成一种相序排列。二是沉积相排列的方向性,受沉积盆地的边界条件即构造背景所制约,从不同的边界向盆地内部延伸时,有些沉积相可以重复出现,而有些沉积相则不能再出现。例如在盆地发育的中期,在陡坡区向缓坡区方向上,陡岸处的近岸水下扇体一般不会在深湖区和缓坡区再出现。这种沉积体系的方向性有助于地震相的正确解释。 积相的类型具有明显的地质时代特征,盆地不同发育期所产生的相模式和沉积体系可能有巨大的差别。另外,像沃尔索相律指出的那样,只有当平面上能够彼此相邻的相,才有可能在垂向上(地质年代中)依次叠置。显然从一个层序(或亚层序)到另一个层序(或亚层序)的地震相分布遵循沉积环境演化规律,即沉积盆地发育阶段对沉积相的控制作用。
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