2.1.1 频率控制了地震反射同相轴等时性

地震沉积学是在地震地层学和层序地层学的基础上发展起来的。地震地层学和层序地层学基本理论包括: 海平面升降变化是形成沉积层序的根本原因, 沉积层序构型综合受控于海平面升降、物源供给、气候和基底沉降等因素; 同时认为“ 地震反射产生于岩石中的物性界面。这些物性界面主要是由具速度/密度差的层面和不整合面组成的等时界面, 因此地震反射同相轴大体反映地质等时界面” (Vail et al., 1997)。随着地震资料品质提升和地球物理方法技术的不断发展, 认为地震同相轴等时地质意义取决于地震反射主体频率大小。美国二叠盆地三角洲前积体正演模型研究发现, 地震反射同相轴并不总是响应倾斜的地质时间界面, 地震资料的频率成分控制了地震反射同相轴的倾角和内部反射结构, 或者说地震同相轴的地层性质很大程度上受地震频率的影响(Zeng and Kerans, 2003)。实际上, 低频(15~30 Hz)地震反射同相轴可能部分反映了厚层岩性界面信息, 地震反射同相轴比较容易穿时(作者认为可识别大区域三级层序界面); 而高频(50~80 Hz)地震反射同相轴可准确反映较薄层的等时沉积界面信息, 地震反射同相轴更趋于等时(可识别四级层序界面)。也就是说, 不同品质(主频)的地震数据反映的地质信息和层序界面是不同的, 这一理论认识改变了地震地层学/层序地层学研究的前提假设, 是地震沉积学理论的显著进展(Zeng and Kerans, 2003)。

2.1.2 不同砂体组合不同频段切片响应不同

不同含油气沉积盆地发育多种具有不同厚度组合和平面分布特征的成因类型砂体, 在不同的地质体中埋藏深度也不相同(地震信号随着深度急剧衰减), 导致采用的不同品质/频段的地震数据反映的地质信息是不同的。地震频率明显控制了地震反射及其调谐现象, 地震分辨率是地震频率的函数。对于地震薄层(小于1/4波长)而言, 地震波到达地质体顶部和底部的传播时间是不能分辨的。只有地质体厚度大于1/4波长时, 楔形体的实际厚度才能够通过从波峰到波谷的时间来测量。在实际研究中, 所采用的地震资料品质和研究的地质体厚度是变化的, 不能采用一个地震频段经地层切片处理去分辨识别不同厚度的多层地质体, 所以应对地震数据进行分频处理, 针对不同需求选用相应频段的地震数据体开展不同厚度砂体的分辨识别。

地震波频率组分的变化会产生选择性的沉积地质体响应。一般来说, 厚层砂体组合主要对应于低频地震信号, 薄层砂体组合主要对应于高频地震信号。即不同级别/厚度的地质体对应着地震剖面上的不同频率特征。通过三维地震资料不同频段的分频处理, 就可以获得相应频段的地震数据体, 分频进行地震岩性学和地震地貌学(地层切片)综合研究工作, 确定不同厚度砂体的时空分布特征。

模型和实验数据都表明, 可以通过在地震信号带宽范围内的选择性滤波, 识别时间地层单元或岩性地层单元。选择性滤波通过调整频率范围和地震数据主频, 使之达到识别地质体所要求的尺度、提高被解释地质体的准确性。如果地震数据体有足够的高频组分, 那么可以识别高频层序的界面和薄层/倾斜的地质体(Zeng and Kerans, 2003)。

显然, 地震沉积学分频处理解释不仅是一项地球物理技术, 而且是理论认识的进步。利用时频分析技术按不同频率进行扫描分析/分频处理, 可以识别出由大到小的、不同级别/厚度的地质体以及等时地层界面, 突显主要地质体的沉积特征, 并获得一些常规地震剖面上难以识别的信息。这对于沉积盆地不同地质时代的沉积类型综合解释和沉积演化规律的确定是非常重要的。

地震沉积学包含了地震岩性学和地震地貌学, 由于陆相碎屑岩具有典型的地震地貌响应特征, 因而相对容易建立与沉积地貌之间的关系, 比如基于沉积模式确定河流、湖泊三角洲沉积砂体成因类型和时空分布。

陆相碎屑砂体地震沉积学研究进展主要表现在:根据沉积模式和地震地貌响应, 确定古物源方向和古水流流向、砂体沉积成因类型、沉积亚微相边界, 识别刻画薄层砂体, 确立沉积演化和沉积模式、有利砂体和岩性圈闭预测等; 涉及的陆相沉积类型有冲积扇、河流、三角洲、滩坝、重力流。冲积扇主要发育在构造活动强烈的沉积盆地, 具有沉积厚度大、岩性组合关系复杂的特点, 有时要结合地震相甚至重磁电资料才能识别山麓冲积扇沉积体系(Zhu et al., 2016)。

由于不同类型河流地貌形态均为条带状特征, 因此利用地层切片容易识别河流沉积薄层砂体: 不同弯曲程度的曲流河砂体具有“ 鞋带长条状” 特征, 特别是具有边滩地震响应; 辫状河砂体具有“ 宽条带状” 连片分布特征; 而网状河具有明显的“ 弯曲网状条带” 地貌特征。基于地震岩性学研究, 可分辨河道砂体与泛滥平原沉积分布。在相同地区不同地质演化阶段可出现不同河型, 或在相同时期不同河型共存(谈明轩等, 2019)。三角洲沉积类型多样, 既有粗粒的扇三角洲和辫状河三角洲, 也有细粒的曲流河三角洲、浅水三角洲以及在地震剖面上难以识别的隐性前积三角洲。三角洲的地层切片具有树枝状、朵叶状地貌特征以及河道状与朵叶状组合地貌特征(图 1), 比较容易与现代三角洲沉积地貌和沉积模式对比并确定三角洲沉积范围(曾洪流等, 2015; Dong et al., 2017; Zhu et al., 2017)。陆相湖盆缓坡常发育由陆源碎屑和碳酸盐颗粒组成的滩坝, 其沉积颗粒相对细、平行湖岸线呈长带状分布, 结合丘形地震反射和岩心刻度可知, 滩坝地层切片呈数千米长的多个“ 猪腰子状” (Zhao et al., 2014)。

图 1

Fig.1

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	图 1 松辽盆地齐家地区白垩系青山口组浅水三角洲地层切片(据Zhu et al., 2017) 注: 物源来自北侧; 圆圈及数字代表井位和砂岩厚度Fig.1 Shallow delta stratal slice of the Cretaceous Qingshankou Formation in Qijia area, Songliao Basin(after Zhu et al., 2017)

重力流/异重流研究最近几十年发展很快, 在重力流分类、沉积过程和沉积模式等方面均取得了丰硕的研究成果, 特别是提出了反映深水沉积作用过程的重力流沉积模式。经典浊流沉积常呈扇形/朵叶状、砂质碎屑流常呈不规则舌状体、异重流常呈水道状和朵叶状组合(Zhu et al., 2016)。依据重力流不同类型的沉积地貌特征, 容易解释地层切片地震地貌响应特征。浊积扇/近岸水下扇主要响应于具有水道的朵叶状地震地貌特征, 可分布于断陷湖盆深洼和陡坡带, 向盆地中央延伸数千米; 砂质碎屑流常呈规模较小的、面积几平方千米的舌状体, 多位于三角洲前方; 异重流响应于数十千米的弯曲水道和规模较小的朵叶体, 也常位于三角洲的前方(Zhu et al., 2016, 2018; 潘树新等, 2017)。

地震沉积学/地震地貌学起源于海相碎屑岩沉积体系研究, 基于高精度层序地层格架, 在分析和定量刻画不同层序或体系域下切谷、低位扇、低位三角洲、海侵滨岸砂体、高位障壁砂坝、潟湖和三角洲砂体以及水道/河道的弯曲特点等方面均取得了明显进展(Posamentier, 2001; Posamentier and Venkatarathnan, 2003; Zeng, 2007; Reijenstein et al., 2011)。

随着中国海相沉积盆地油气勘探的快速发展, 地震沉积学在中国海相沉积盆地碎屑岩研究中得到应用。比如, 珠江口盆地古近系珠海组、新近系珠江组和韩江组发育厚层碎屑滨岸沉积体系、陆架三角洲、陆架边缘三角洲以及斜坡/海底扇沉积体系。碎屑滨岸沉积砂坝石英砂岩发育低角度交错层理, 具有中间厚、两侧薄的透镜状或顶凸底平的丘状地震反射, 陆架及其边缘三角洲具有多种前积反射, 砂岩沉积厚度可逾千米, 在地层切片上显示为向盆地中央方向前积的多期朵叶体; 大陆斜坡及其底部的重力流沉积具有水道(宽近千米)和浊积扇扇形特征, 单个扇体面积为数平方千米(图 2)(林畅松等, 2018)。珠江口盆地惠州凹陷珠江组发育海相三角洲(受潮汐改造的潮汐砂坝)碎屑沉积体系, 在建立精细层序地层格架的前提下, 采用频谱成像技术、相控储层反演技术和正演模拟技术刻画陆架三角洲沉积范围和砂体尖灭位置, 确定了三角洲砂体上倾尖灭和岩性圈闭发育地区(芮志锋等, 2019)。

图 2

Fig.2

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	图 2 珠江口盆地珠江组陆架边缘三角洲— 重力流沉积体系均方根振幅切片(据林畅松等, 2018)Fig.2 Stratal slice of shelf edge delta and gravity flow sedimentary systems in the Zhujiang Formation of Pearl River Mouth Basin (after Lin et al., 2018)

在琼东南盆地、北部湾盆地、莺歌海盆地以及珠江口盆地多个次级构造单元中, 受海侵影响新近系均发育滨岸临滨砂坝、潮汐或波浪影响的三角洲以及延伸逾千千米的重力流水道沉积, 根据地震岩性学和地震地貌学综合研究, 采用先进的地球物理方法技术, 确定了不同沉积类型沉积砂体可靠的时空分布, 有效地推动了油气勘探开发(陈杨等, 2019; 罗泉源等, 2020)。

与碎屑岩地震沉积学研究相比, 碳酸盐岩地震沉积学研究相对较少, 主要在储集层相对发育的碳酸盐岩台地、礁滩和喀斯特等研究方面取得了一些进展。

生物礁滩是重要的油气储集层发育场所, 利用常规地震相/异常体解释往往存在一定的多解性。地震沉积学与地震相控非线性随机反演相结合, 开辟了识别礁滩沉积体新的思路:即以地震沉积学理论为指导, 在分析四川盆地建南— 龙驹坝地区长兴组生物礁滩沉积模式与地球物理响应特征的基础上, 引入地震相控非线性随机反演处理并结合地震相进行地震沉积学解释, 利用典型井生物礁滩沉积特征刻度, 建立生物礁滩识别模式, 预测了生物礁滩分布(图 3)(黄捍东等, 2011)。

图 3

Fig.3

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	图 3 四川盆地建南— 龙驹坝地区长兴组生物礁和生屑滩地震反射与反演识别模式(据黄捍东等, 2011)Fig.3 Seismic and inversion recognition model of reef-flat of the Changxing Formation in Jiannan-Longjuba area of Sichun Basin(after Huang et al., 2011)

四川盆地高石梯— 磨溪地区寒武系龙王庙组形成于碳酸盐岩台地沉积环境, 并发现碳酸盐颗粒滩分布受控于断层活动和古地貌特征。在建立四川盆地古老海相碳酸盐岩层系定性恢复沉积相、定量预测储集层工作流程的基础上, 利用地震地貌学原理, 提出“ 岩性— 地貌相” 分析方法, 综合利用印模法和残厚法恢复了古地貌, 发现古地貌高地和古地貌洼地大致沿东西走向生长断层分布。在古地貌高地上发育鲕粒滩和颗粒滩, 具有不规则但近于平行岸线的长条状切片地震响应特征。进而采用多频道振幅主因子分析技术, 定量预测了储集层平面分布, 发现厚储集层主要发育在古地貌高部位的颗粒滩沉积中。研究表明, 相似性方差地震属性能反映岩体内部横向变化, 结合地层切片技术, 可有效揭示碳酸盐岩溶蚀成岩相分布(Zeng et al., 2018)。

地震地貌学(相干体切片)与地震几何属性提取技术、RGB融合技术、平面成像技术相结合, 可刻画碳酸盐岩喀斯特古地貌以及碳酸盐岩/蒸发岩与碎屑岩混合沉积(张宏等, 2010; Zhao et al., 2018)。由于混积岩性时空变化复杂, 难以采用某一种地震属性切片表征不同岩性的时空分布, 那么可以采用主因素分析方法从数十种地震属性中提取敏感反映岩性成分和组合的主因子(地震属性), 再利用RGB融合技术, 可实现复杂混合岩性的定量表征。

地震成岩相本质上属于地震岩性学范畴, 即用地震信息检测成岩作用导致的岩石物性变化(曾洪流等, 2013)。地震信息与成岩响应之间关系是十分复杂的, 研究难度大, 处于探索研究阶段。

地震成岩相研究包括3个方面内容: (1)采用地震资料划分地层和成岩相单元, (2)建立岩心成岩相与地震属性的联系, (3)寻找有效的地震成岩相成图方法, 确定不同成岩相时空分布。井— 震高分辨率层序分析和地层切片的制作, 可提供储集层尺度(20 m)成岩相单元的合理载体。砂岩成岩相分析和成岩序列的建立, 可揭示影响储集层质量的多个因素。通过储集层参数和岩石物性分析, 可进一步了解成岩作用和波阻抗的关系, 并筛选适用地震检测的主要成岩作用。地震岩性体(如90° 相位地震体)转换提供了成岩相的振幅(波阻抗)检测信号, 用地震岩性体制作的地层切片可用于识别沉积相。在沉积相图上分析沉积相、波阻抗和成岩相的关系, 可最终形成地震成岩相图。研究表明, 采用常规三维地震资料可预测松辽盆地青山口组泥质胶结砂岩和方解石胶结砂岩, 并可预测胶结作用(溶蚀作用)等成岩相平面分布(曾洪流等, 2013)。

在开展四川盆地高石梯— 磨溪地区寒武系龙王庙组碳酸盐岩台地相的研究过程中, 采用地震岩性学研究思路, 优选反映岩体内部横向变化的相似性方差地震属性, 刻画碳酸盐岩溶蚀成岩相。龙王庙组碳酸盐岩储集层的孔隙度和渗透率明显受(准)同生期淡水溶蚀作用、埋藏溶蚀作用和表生溶蚀作用影响。龙王庙组碳酸盐岩地震反射层比较连续, 研究发现相似性方差(similarity variance, SV)能反映岩体内部横向相似性, 进而反映岩层物性。地震属性切片相似性方差值越大, 说明岩层物性越好(Zeng et al., 2018)。

另外, 深层低渗— 致密储集层成岩程度高, 沉积和成岩因素及其耦合对深层强非均质性储集层体系的形成与演化具有控制作用。对沉积和成岩的各自独立表征已经难以准确阐明两者在深层成储中的作用机制, 开展沉积成岩相的地震表征是下一步深层低渗— 致密储集层地震沉积学研究的重要内容和研究方向。目前, 已有专家提出基于多尺度信息的弹性参数叠前反演驱动的致密储集层地震成岩相预测方法(张宪国等, 2018)

地震沉积学理论技术不仅可用于勘探阶段(薄层)砂体识别和岩性圈闭预测, 而且可以用于油气开发阶段砂体定量表征。随着以中国东部老油田为代表的陆上成熟开发区和海上开发区块进入精细开发阶段, 开发井网下的井间等时地层和单成因砂体刻画成为油气工业界的迫切需求。

相比于面向大尺度等时地层和厚层沉积体的地震地层学, 地震沉积学在薄层研究中具有不可替代的优势, 这使利用地震沉积学方法技术解决油气藏开发地质问题成为可能。在过去的10年中, 地震沉积学与油藏描述、油藏工程分析不断结合, 形成了针对开发地质的地震沉积学方法和技术。

在这个过程中, 井间油藏精细地质研究由模式化外推到井震结合表征, 降低了开发油藏描述的井间储集层预测不确定性; 地震沉积学研究得益于密井网资料和大量开发动态信息的支持, 降低了地震地质解释中的多解性, 两者在学科交叉过程中相得益彰。

以地震沉积学与储层构型表征的结合为例, 将储层沉积学、油藏工程分析和应用地球物理技术结合, 实现了井间四级(单一沉积微相)乃至三级构型(如点坝内部侧积体)的可靠表征(图 4)。同时, 也在表征中发现了一些新的储集层沉积模式。在面向开发地质的地震沉积学研究中, 有3个关键技术, 一是沉积构型模式的指导, 降低地震解释的多解性; 二是将油藏工程分析应用到砂体连通性的分析; 三是优选对薄层砂体横向变化敏感的地震参数及其分析方法(刘海等, 2018)。

图 4

Fig.4

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	图 4 黄骅坳陷孔店油田馆陶组馆二段典型地层切片的地震沉积学解释(据刘海等, 2018)Fig.4 Seismic stratal slice interpretation of the Member 2 of Guantao Formation in Kongdian oilfield, Huanghua Depression(after Liu et al., 2018)

可以采用地震沉积学并结合多种地球物理技术, 研究不同沉积类型砂体定量参数及其构型, 比如确定水道体系的弯度、水道宽度、河曲带宽度、河曲拱高以及这些参数的相互之间关系(Wood, 2007; Yue et al., 2019)。研究表明, 振幅类属性与砂体厚度相关性最好, 以最大峰值振幅为最佳, 相比原始地震属性, 分频融合得到的最大峰值振幅属性更好地刻画了多种成因、不同厚度砂体边界; 地震正演模拟和分频融合地震属性相结合的储集层预测方法, 可明显提高储集层预测精度, 可定量表征砂体厚度、分布和形态等, 分析预测储集层质量(Yue et al., 2019)。

地震资料预处理不能只停留在相位调整和分频2个方面, 而应该从去噪、提频、拓频、能量均衡等方面进行全方位的地震资料预处理, 以提高地震岩性学研究成果的可信度。

在岩石物理、数值模拟测试和正演的基础上, 稀疏约束反演谱分解是一种有效的去噪方法。该方法具有较好的去噪性能和保幅性, 可较好地压制储集层叠后地震数据中的随机噪声和偏移噪声, 突显储集层弱反射特征, 提高地震数据处理成果质量, 为后续的定量解释奠定良好的基础(李倩等, 2017)。

优化的子波反褶积技术可有效地提高地震资料的分辨率。该技术是结合中国陆相沉积地震资料特点研制的一种反褶积技术, 最大特色是不受剖面相位的影响, 且融合了谱模拟和混合相位子波2项技术。在实际应用中, 用过井点地震道或者剖面上信噪比较高的线道对处理效果做质量监控, 从而达到较好的保真、频带展宽和主频提高(董艳蕾等, 2011)。

中国含油气沉积盆地中, 常存在解释对象(储集层)和背景岩石(非储集层)之间缺少足够波阻抗差的问题, 致使常规纵波地震资料的应用受到限制以及地震沉积学解释效果尚难令人满意。这时需要应用不同的地震信息, 开展地震岩性学综合研究。例如, 冀中坳陷饶阳凹陷蠡县斜坡沙河街组砂岩、泥岩的纵波阻抗差别不大, 造成了利用地震信息预测砂体困难(刘力辉等, 2013)。为了解决这个问题, 研究人员构建了射线弹性阻抗参数(I_REI), 下式中θ 为入射角, ρ 为密度, υ _s为横波速度, υ _p为纵波速度。

IREI=ρυp1-υsυp2sin2θ4cosθ

通过岩石物理分析可知, 饶阳凹陷蠡县斜坡沙河街组自然伽马(γ )对砂岩较敏感, 表现为低值, 砂岩、泥岩的纵波阻抗(I_P)差别不大, 岩石物理特征不明显。因此, 难以利用叠后地震属性及叠后反演方法区分砂岩与泥岩(图 5)。但在含有横波信息的叠前射线弹性阻抗I_REI曲线上, 砂岩为高值, 泥岩为低值, 二者能较好区分。故可根据叠后波阻抗反演I_REI地层切片分析蠡县斜坡沙二下亚段物源方向和砂体分布, 其与钻井资料吻合率好, 地震地貌特征符合地质背景和沉积规律(刘力辉等, 2013)。

图 5

Fig.5

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	图 5 饶阳凹陷蠡县斜坡沙河街组沙二段单井岩石物理分析(据刘力辉等, 2013)Fig.5 Rock physical analysis of the Member 2 of Shahejie Formation in Lixian slope, Raoyang sag(after Liu et al., 2013)

众所周知, 地震资料最早为黑白双色显示, 后来发展为彩色显示。显然, 利用彩色图像的视觉效果直接识别地震异常已经成为地震资料解释的有效手段。现今可采用数百种地震属性(如振幅类、频率类、相位类、波形类等)描述地震异常体。但是, 有时采用单个属性不能明显地反映某些隐蔽的地质特征。为了解决这一问题, 提高对局部地下地质异常体的识别能力并且更加直观地分析地震属性, 现引入了基于颜色空间的多属性RGB融合技术刻画不同地质时代的隐蔽地震异常体(朱筱敏等, 2019)。这种技术是一种基于视觉的属性分析方法, 是将多个地震属性通过主成分分析(PCA)技术进行降维, 取前3个(或4个)主分量利用RGBA(Red-Green-Blue-Alpha)颜色融合原理获得1张融合图, 并依据颜色的区域性和突变异常等视觉特征, 进行地质目标和沉积厚度解释。

研究表明, RGB地震属性融合切片要比常规振幅属性切片具有下列3点优势(Zeng, 2017): (1)常规振幅地震剖面难以反映地层厚度变化和砂体叠置样式, 并常夸大储集层连续性, RGB地震属性融合剖面可以提供砂岩厚度、连续性、几何形态以及沉积旋回等信息(图 6); (2)在振幅地层切片(图 6-a)中, 难以同时确定地震薄层(钻遇厚度5~10 m)与地震厚层(钻遇厚度15~30 m)河道砂岩厚度, 在RGB地震属性融合切片中, 颜色随着砂岩厚度的变化而变化。薄层河道(图 6中的A和B处)和厚层河道(图 6中的C处)砂体能够通过从绿蓝色向红黄色的颜色变化中识别出来; (3)在RGB融合显示的剖面和地层切片中, 测定的砂体厚度数据是相同的, 可在储集层尺度开展储集层地貌时空综合分析(图 6)。

图 6

Fig.6

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	图 6 某个沉积盆地三维地震数据体的地震剖面和地层切片(据Zeng, 2017) a— 叠后偏移数据体; b— RGB颜色融合显示。注意剖面中颜色(厚度)的旋回性和平面图中砂岩厚度的指示意义。A、B处指示薄河道砂体(5~10 m); C处指示厚河道砂体(15~30 m); C、D和E处河道反映出较差的(图 6-a)和更好的(图 6-b)连续性Fig.6 Stratal slice and its vertical section from the real 3D seismic volume of a certain sedimentary basin(after Zeng, 2017)

可采用均方根振幅属性和分频颜色融合地层切片刻画河道砂体, 其中后者可有效降低穿时效应、准确刻画河道连续性和完整性、有效识别窄小河道分布(李明等, 2019)。

地震沉积学就是要表明不同类型沉积体系时空分布特征, 而地球物理储集层反演预测技术能够帮助实现从地震地貌学到地震沉积学的跨越。地球物理反演研究已有百年历史, 有多种方法技术, 目前相控非线性混沌反演和有色反演技术是预测砂体分布、解决油气勘探问题常用的有效方法技术。

地震相控非线性混沌反演方法(Huang et al., 2016)是指在层序格架/地震相和井资料约束下, 对不同埋深的薄互层砂层进行非线性混沌反演。反演结果突破了常规地震分辨率的限制, 可根据迭代过程具体状态来自适应地修改阻尼因子λ 值, 从而调节噪音与分辨率, 使之达到最佳平衡。与传统反演方法不能充分利用弱地震信号相比, 混沌反演能够充分利用弱地震信号, 从而比常规反演揭示更多细节, 尤其能刻画薄层砂体。反演结果与实测数据吻合较好, 不仅突出了界面和岩性体, 还提高了沉积接触面和变岩性岩体的分辨率, 砂岩储集层预测吻合率达到了85%以上(Luo et al., 2018)。通过此方法, 可以针对复杂油气储集层进行有效分析, 从而增加地震沉积学应用的可信程度, 使其应用效果得到进一步改善(朱筱敏等, 2019)。

近年来, 地球物理学家研究测井数据的时候发现: ①频率与振幅呈正相关, 即更高的频率对应更强的振幅; ②测井数据的空间频谱遵从指数定律, 且指数值仅较弱地依赖测井曲线类型和盆地类型。具有特征①的频谱被称为“ 蓝谱” , 地震数据的处理过程通常使地震振幅白化。通过恢复地震数据中已经严重衰减的高频部分, 与从测井数据中获得的反射系数相匹配, 能够提高地震数据的分辨率。这一方法被称为“ 谱蓝化” 技术。

在实际地球物理储层反演研究应用中, 基于模型的反演往往存在反演结果过度模型化、反演可能扩展到地震频带以外以及估计的子波不准确等问题, 从而导致反演误差较大等不足。谱蓝化和有色反演可有效白化地震子波, 在地震带宽内改善频谱, 提高地震分辨率, 同时确保谱蓝化后的地震数据保持地下地层的真实反射系数(杨瑞召等, 2013)。

多种沉积体的地层厚度分布倾向于遵从指数定律, 而分形曲线具有遵从指数定律的振幅谱。由于声阻抗曲线可以与伽马测井曲线相关联, 所以它们都具有前文②的特征, 即具有遵从指数定律的频谱。这样, Lancaster和Whitcombe(2000)发明了有色反演方法, 即先对井点的声阻抗作谱分析, 再对地震数据作谱分析, 根据2种数据体的频谱分析结果设计匹配算子, 使地震数据的频谱和井点的频谱匹配, 得到1个相对阻抗。通过有色反演生成的波阻抗具有遵从指数定律的频谱, 且受地震带宽限制, 可以在给定带宽范围内获得最佳分辨率(横向分辨率高), 客观反映沉积现象。实践证明, 这可作为层序地层学和分频成像体的有效反演方法(杨瑞召等, 2013)。

三维可视化技术是通过对三维地震数据体显示参数(颜色、光线、透明度等)的调整和处理, 使三维地震属性体迅速地将目标体显示出来, 可以直接展示地层构造、沉积储集层等地质体的特征。通过利用不同的“ 雕刻” 的方法, 以地质目标的属性特征为依据, 从原始数据体中将地质体分离出来。还可以通过对数据体透明显示, 将具有某种相同特性的地质异常体突出显示出来。

三维可视化技术的发展与应用给地质学家们提供了直观地分析、研究地下地质情况的一个强有力工具。地质学家与地球物理学家采用三维可视化软件, 可从任意角度展示多维度图像, 分析研究地下沉积界面、砂体形态、叠置样式以及构造、油藏等特征。三维可视化技术的引入, 使广大地球物理工作者和地质综合研究人员从传统的二维平面中解放出来, 并进入到充满神奇的三维空间内, 这极大地激发了科技人员的灵感, 并赋予他们无限的想象空间和创造力, 相信思维方式也会发生飞跃。

全三维地震资料解释是针对数据体的解释, 它是从三维可视化显示出发, 以地质体或三维研究区块为单元, 采用点、线、面、体相结合的空间可视化方法进行解释, 这样的解释对地质体的空间认识更直观、准确。基于可视化技术的三维数据体解释, 无论是构造解释还是沉积地质解释以及地质异常体解释, 其方法更科学、解释更高效、结果更可靠(张进铎, 2006)。

建立不同级次层序地层格架, 继续开展复杂沉积层序(河流、三角洲、重力流、滨浅海陆棚、碳酸盐沉积等)地震地貌学理论模型研究, 建立露头/现代沉积地貌与地下地震地貌之间的类比关系, 并不断改进地层切片方法, 建立不同沉积盆地中多类型沉积体系的地震地貌模型库, 通过三维数值模拟阐明地貌形态演变和组合规律, 是地震沉积学研究的根本发展方向。

1)建立不同类型沉积盆地地震沉积学研究规范。与常规地震资料地震地层学解释相比, 地震沉积学研究要求解释人员不仅要掌握地质、地球物理基础理论和熟练应用解释工具, 更重要的是能融会贯通, 具备岩性— 地貌综合解释技能, 实现“ 无缝” 化解释。建立研究规范应该主要包括资料准备、工作内容、解释程序、指导油气勘探开发的预期成果、质量要求、应避免的解释陷阱等。研究规范的建立能帮助解释人员熟悉工作流程, 提高解释效率, 准确刻画沉积体的分布和演化。

2)创立不同类型沉积盆地的地震沉积相模式。地震沉积相是指在地震分辨率尺度下, 特定沉积相的地震地貌特征组合, 因而有别于地震地层学中定义的地震相。类似于沉积相模式对沉积相分析的指导作用, 地震沉积相模式的指导作用应当更为直接和明显。原因是从地震沉积相到沉积相有一个转换过程, 中间加入了地震子波效应和薄层干涉影响, 导致地震沉积相只能间接地反映沉积体系, 其关系需要标定。地震沉积相与沉积相关系的建立, 需要地质与地球物理资料综合研究。基于地震沉积相模式指导, 解释人员仅凭地层切片就可初步分析地震沉积相对应的沉积相。在研究过程中, 需针对各类盆地不同构造演化阶段、盆地结构、沉积背景以及沉积地貌特征等, 分别归纳建立地震沉积相模式(Zeng, 2018)。

地震岩性学是地震沉积学的主要组成部分, 是精准刻画地震地貌岩性属性的基础。相对海相沉积盆地岩性稳定分布而言, 陆相沉积盆地具有物源多变、岩相类型多、时空变化快、岩性组合复杂、砂泥岩波阻抗关系受沉积旋回影响明显等地质特点, 难以用某种现有方法标定地震属性与岩性之间关系, 故应该发展适合陆相盆地的地震岩性学新方法, 减少地层切片岩性解释的多解性。因此, 发展地质人员容易理解和掌握的地震岩性学新方法是未来的发展方向。这些方法应该便于解释人员在地震解释工作站上灵活应用, 迅速见到地质效果。

海相沉积盆地往往充填砂岩、泥岩组合, 岩性不仅单一, 且砂岩、泥岩波阻抗之间普遍存在线性关系, 在90° 相位地震剖面上, 正、反极性同相轴通常分别代表砂岩、泥岩, 沉积地质解释相对容易(Zeng et al., 2004, 2007)。在中国陆相盆地, 岩性组合和分布复杂得多(许多情况下碎屑岩、碳酸盐岩、煤层共存), 波阻抗呈多极分布, 90° 相位地震剖面的岩性校定通常比较困难。为了提高地层切片的岩性解释水平, 应加强岩石物理理论和实验研究, 探索新的90° 相位地震剖面的岩性校定方法和新的地震反演、地震参数分析、时频分析方法, 以及尝试应用AVO和横波地震资料开展地震属性与岩性关系分析。进一步研究和推广频谱分解(频率域)和频率融合(时间域)技术。这些技术能进一步挖掘地震信息的潜能, 扩展利用常规振幅资料表达沉积体厚度和三维几何形态的能力, 从而有效地改善地震地貌相的沉积相解释精度和准确性(Zeng, 2017)。

地震沉积学不仅可以有效分辨薄层砂体, 而且可以在细粒沉积、混合沉积、深层储集层和储集层成岩相预测等方面发挥重要作用。

近年来, 中国在非常规页岩油气资源勘探开发领域取得了突破性进展, 尤其在鄂尔多斯盆地、四川盆地、准噶尔盆地、松辽盆地和渤海湾盆地均发现了巨量的富有机质细粒沉积物以及混合沉积。勘探实践表明, 细粒(混积)沉积物油气储集层(甜点)的分布主要受控于沉积相和细粒物质组成。地震沉积学与实验岩石物性研究相结合可预测细粒沉积物储集层甜点(相对高有机碳、高脆性相带)的分布(Zeng et al., 2017)。

中国中西部盆地(如四川盆地, 塔里木盆地)分布有大量埋藏很深(6000~9000 m)的古老碎屑岩和碳酸盐岩层系。深埋储集层预测是成功勘探开发油气资源的关键, 目前面临的主要技术瓶颈是地震资料信噪比差、频率和分辨率低。地震沉积学地层切片可提高深层碎屑岩和碳酸盐岩储集层横向分辨能力, 阐明沉积储集层时空演化规律, 指导油气精细勘探开发(Zeng et al., 2018)。

目前, 采用叠后地震资料开展了地震成岩相的地震沉积学研究, 但仍处于探索阶段(Zeng et al., 2018)。在地震成岩相研究中, 叠后地震资料尚有些不足: (1)动校正拉伸会引起高频信息损失; (2)当地震资料存在AVO效应时, 水平叠加会给出错误的振幅值; (3)叠加速度的不准确同样会影响地震高频信息。因此很有必要研究叠前地震技术, 而利用叠前地震资料分辨储集层岩性、刻画储集空间和研究流体性质是未来需要加强研究的难题。随着计算机运算速度越来越快、存储量越来越大及新软件的出现, 处理大数据量的地震资料将不再成为“ 瓶颈” , 未来将会采用叠前地震资料反演开展地震成岩相研究, 不断提高预测有利储集层分布的精准程度。

地震沉积学应用于油气开发地质研究是近几年出现的全新领域。十多年前的研究主要是根据地层切片识别某些特征独特的沉积储层构型单元(如曲流河点坝、分流河道砂坝、河口坝等), 帮助选择开发井位和判断注水开采效果等, 但在应用上还是受到垂向分辨率和显示方式的限制, 不易转换成制定开发方案所需的高分辨率储层构型。近年来, 地震沉积学理论方法不断应用于油气开发阶段砂体定量表征。在相对稀井网条件下, 可利用地震信息有效地预测/表征储层构型, 即通过优选频段、融合分频数据体、提取并优选地震属性的方法, 可高精度预测不同沉积砂体分布(Zeng, 2017; Yue et al., 2019), 解释人员已经可以用地震资料识别数米厚度范围内的储集层沉积构型单元(图 6)。在将其与密集井网岩心、测井曲线解释综合分析后, 完全可以用于指导油气层开发。在中国, 大量油气田已经进入开发后期, 急需能够有效提升储集层预测精度和可靠性的技术, 开发地震沉积学的应用具有巨大潜力(朱筱敏等, 2019)。

在复杂含油气沉积盆地中, 有些目标储集层与背景岩石(非储集层)之间缺少足够的波阻抗差, 难以利用常规纵波地震资料开展地震岩性学研究, 并建立地震地貌与岩性特征之间关系。这就需要地质与专业地球物理人员密切合作, 开发新的、可靠的地震反演方法、地震参数分析以及AVO、横波地震资料应用新技术, 来提高地震地貌现象解释的准确性, 精细评价储集层和预测流体分布。

先进的人工智能技术与地震沉积学结合, 将会可靠表征地质作用过程和结果, 指导油气资源勘探开发等, 它的关键技术是深度学习。典型的深度学习算法包括置信网络、卷积神经网络和循环神经网络等。深度学习的优势在于用更多的数据或是更好的算法来提高学习算法的结果。特别是在当今大数据时代, 深度学习比其他机器学习(ML)方法更具有科学性(姚承宽, 2018)。

在地球物理勘探领域, 人工智能可应用于流体矿藏勘探领域中的地震数据处理与综合解释。利用人工智能技术可压制地震噪声和增强地震信号; 在地震储集层预测方面, 深层神经网络、支持向量机(SVM)、卷积神经网络等方法被用于储集层参数和油气特征智能提取与识别; 在油气藏地质研究中, 以机器学习为代表的数据分析新技术也有广泛的应用空间。油气藏地质研究是一项多学科、多信息、多技术的综合性研究, 尤其是在开发地质研究中, 从静态地质资料到不断增长的开发动态数据, 如何实现海量数据分析和多学科数据分析, 这是地震沉积学不断在学科交叉中解决油气藏地质问题面临的挑战, 同时也是一个通过大数据驱动的多学科融合降低地震地质解释多解性的发展机遇。总之, 以机器学习为代表的数据分析新技术在地震沉积学中大规模应用, 将会展示其特有的技术优势。

从目前的技术发展来看, 数据分析新技术在2个方面的研究中能够为地震沉积学研究提供技术支撑: 一是实现油田勘探开发静态、动态大数据分析与地震沉积学解释的结合; 二是敏感地震信息的优选与挖掘。因此在地震沉积学研究领域, 积极推动人工智能技术应用和大数据分析是下阶段工作的重点。