地震沉积学课程报告

地震沉积学方法及其应用

赵威

（中国地质大学（武汉）资源学院）

摘要 介绍地震沉积学的涵义，研究方法。地震沉积学主要是利用三维高精度地震资料来研究沉积岩及其形成过程，提高分辨率处理和分频解释有利于建立高频层序地层格架, 等时地层切片可以用来约束划分最小等时地层单元。90°相位转换、地层切片和分频解释是地震沉积学中的三项关键技术。相位转换使地震相位具有了地层意义, 可以用于高频层序地层的地震解释；地层切片是沿两个等时界面间等比例内插出的一系列层面进行切片来研究沉积体系和沉积相平面展布的技术；基于不同频率地震资料反映地质信息的不同, 采用分频解释的方法, 使得地震解释结果的地质意义更加明确。地震沉积学在薄层砂体识别预测、滩坝砂体预测中应用效果显著，弥补了利用单井相和地震相等常规方法确定沉积相及其边界的不足。 关键词 地震沉积学

0 引言

地震沉积学( seismic sedimentology) 是继地震地层学和层序地层学之后出现的一门现代地震技术与沉积学相结合的新兴交叉学科，是基于高精度的地震资料、现代沉积环境和露头古沉积环境模式的联合反馈，以识别沉积单元的三维几何形态、内部结构和沉积过程为主要目的的方法体系[1]。

1998 年曾洪流等[2]首次提出了“地震沉积学（seismic sedimentology ）”的概念，将其定义为“利用地震资料来研究沉积岩及其形成过程的一门学科”，标志着地震沉积学的诞生。之后也有学者提出了不同的概念[3-6]，进一步完善了地震沉积学的应用范围。但总体上，地震沉积学的主要研究内容是将三维地震的地球物理解释技术与沉积学研究相结合，侧重于刻画沉积体系的平面展布、空间形态及其演化过程，地震岩石学和地震地貌学组成了地震沉积学的核心内容[7-14]。

1 地震沉积学概念和研究思路

地震沉积学是建立在地球物理学、沉积学、地震地层学及层序地层学等学科基础上的一门新兴的、综合性很强的交叉学科，是通过吸取这些学科的优势并克服这些学科的不足而得以发展的[1]。地震沉积学初期被定义为“利用地震资料来研究沉积岩及其形成过程的一门学科[15]”，后又有学者认为应该在沉积学领域里建立一门分支学科，即“地震沉积学”并将其定义为基于高精度地震资料、现代沉积环境和露头古沉积环境模式的联合反馈( mutual feed -back) 以识别沉积单元的三维几何形态、内部结构和沉积过程的一门学科[4]，其研究核心就是建立更为精细沉积体的三维构成。地震沉积学引入国内后，林承焰等[7]将其定义为“利用地震的手段结合井的资料进行宏观的地层、岩石、沉积史、沉积体系和沉积相的平面展布研究”。

从上述的这些概念上可以看出，地震沉积学是在地震资料成功应用于等时地层格架内地层沉积相划分的基础上提出来的，是地震资料应用于沉积学研究和储层分析定量化需求的必

然结果。因此，地震沉积学可以定义为：以高精度三维地震资料为基础，以精细沉积学模式为指导，通过综合应用地球物理技术方法，在等时地层格架内研究沉积体系分布特征及其演化的一门学科[1]。

地震沉积学的主导思想是利用高精度现代地震技术与沉积学研究进行互动反馈、相互印证。研究思路主要是在沉积学及沉积模式指导下，利用高分辨率三维地震资料提供的影像揭示沉积体的展布形态及其内部结构，从而实现对古沉积体系的精细刻画。主要包括以下内容： ①通过现代沉积和露头研究，建立地质模型；②通过建立的地质模型进行正演研究，确立模型的地震响应；③在正演基础上，对地震资料进行高精度层序地层学分析，建立沉积体系的空间分布规律；④充分利用地震分析技术和成像技术对储集体进行精细描述，从而得出全面准确的沉积学认识，进而指导对有利区带的预测[1]。

因此，进行地震沉积学研究需要将现代地震技术与传统的地质学研究方法进行综合研究与应用，具体研究框架如图 1所示[1]。

地震地层学和层序地层学都是以地震资料为基础，并在此基础上进行宏观的地层等时对比与沉积相解释。层序地层学的主要优势在于区域地层格架的建立及宏观的沉积体系展布与预测的研究，而地震沉积学却可以结合层序地层学的优势，并在此基础上进一步结合地质、测井资料，通过各种地震资料处理与解释技术来深化利用地震资料，从而更充分全面地认识地层或地质体的岩性、沉积过程、沉积特征及属性。另外，地震地层学及层序地层学研究主要利用纵向的地震剖面与信息，而地震沉积学则综合利用纵向的地震剖面信息及水平方向的各种属性切片信息进行沉积学的研究[16]。

图1 地震沉积学研究框图（据文献1）

2 地震沉积学的研究手段

地震沉积学研究中的关键技术主要包括 90°相位转换技术、地层切片技术和分频解释技术。相位转换使地震相位具有了岩性地层的意义，可以用于高频层序地层的地震解释( 后补充为相位转换的角度要根据标定的具体情况而定) ；地层切片是沿两个等时界面间等比例内插出的一系列层面进行切片来研究沉积体系和沉积相平面展布的技术；基于不同频率地震资料所反映的地质信息的不同，采用分频解释的方法，使得地震解释结果的地质意义更加明确[3]。在后续的研究过程中，地震沉积学的研究方法得到了进一步的补充。陆永潮等[17]认为，测井约束反演技术、地层切片和属性分析技术、分频解释技术等都属于地震沉积学的主要技术方法。在地震沉积学中，对沉积学的划分主要依据对地震信息的定量提取而不依赖于研究者的肉眼观察，因此，在地震沉积学中，对地震属性的提取和分析显得尤为重要。目前地震属性的种类有上百种，能够有效反映沉积相的地震属性种类很多，既有可能是某一种地震属性参数，也有可能是某几个属性参数的组合，因此地震属性参数的筛选和优化在沉积相分析和储层预测中显得特别重要，其目的是找到能最准确反映沉积相的地震属性参数。

2.1 90°相位转换技术

90°相位转换的方法通过将地震相位旋转 90°将反射波主瓣提到薄层中心，以此来克服了零相位波的缺点。地震反射相对于砂岩层对称而不是相对于地层顶底界面对称，这使得

地震反射的同相轴与地质上的岩层对应，地震相位也就具有了岩性地层意义。这样地震相位在一个波长的厚度范围内与岩性唯一对应[8]。从秘鲁 Dorissa 油田的实例( 图 3) 可以看到，经过 90°相位转换后地层界面由蓝轴(正相位) 内变到了零相位上，在层位追踪时减小了视觉误差造成的追踪位置的不准确，而且地震相位与岩性测井曲线更加吻合，使地震相位具有了岩性地层意义。林承焰认为90°相位转换使地震相位具有了岩性地层意义，可以用于高频层序的地层解释。但是相位转换技术中转换的角度并不一定是 90°，转换角度要根据层位标定的具体情况而定。

图2 90°相位转换前后测井曲线与地震同相轴对应关系对比（据文献3）

2.2地层切片技术

已有学者[7-8]对地层切片技术( stratal slicing) 进行了论述，并将该技术与传统的时间切片、沿层切片等进行了比较。该技术在早期主要应用地震地貌成像，沿沉积界面提取振幅，从而反映沉积体系的展布范围。时间切片是沿某一固定地震旅行时对地震数据体进行切片显示（图3B ），切片方向是沿垂直于时间轴的方向[1]；沿层切片是沿某一个没有极性变化的反射界面，即沿着或平行于追踪地震同相轴所得的层位进行切片（图3C ），它更倾向于具有地球物理意义[15]；地层切片是以解释的两个等时沉积界面为顶底，在地层的顶底界面间按照厚度等比例内插出一系列的层面，沿这些内插出的层面逐一生成切片（图3D ），这种切片比时间切片和沿层切片更接近于等时界面。同时，林承焰等人指出地层切片忽略了垂向上地层的沉积速率随时间的变化，因此，地层切片也并不是沿着严格意义上的等时沉积界面进行[3]。

3.3分频解释技术

地震沉积学与地震地层学的最大不同在于它认识到地震同相轴既不简单的反映等时界面也不单纯反映岩性界面，而是受到地震资料频率的控制[18]，不同频段的地震数据反映的地质信息是不同的。低频资料中反射同相轴更多的反映岩性界面信息而高频资料中反射同相轴更多的反映等时沉积界面信息[8]（图4）。

图3 3种切片的比较（据文献26）

图4 地震波同相轴产状与地震波频率的关系（据文献7）

3 地震沉积学在油田勘探开发中的应用

地震沉积学的应用一方面要充分理解地下沉积体宽厚比的“不均衡性”，另一方面又要客观辩证地评价地震沉积学对于“薄层”沉积体的分辨能力地震沉积学，应用的关键是建立高精度等时层序地层格架，以正确的沉积相模式为指导及精细标定地震属性的地质含义，要强调多学科、多因素、多技术手段的联合应用与约束[19]。

3.1薄层砂体识别预测中的应用

自地震沉积学引入国内以来，已有众多学者对陆相沉积盆地中砂体识别预测展开了地震沉积学研究，并取得了良好的效果[20-22]。朱筱敏等人根据地震沉积学的基本原理和陆相沉积盆地的研究实践，提出了适合中国陆相沉积盆地薄层砂体识别预测的地震沉积学研究流程，

即在高频层序地层格架中，通过90度相位转换、分频处理、优选属性并开展地层切片、岩心刻度地层属性切片、识别薄层砂体、确定沉积体系类型和演化、预测岩性圈闭等工作。明确了沙河街组沙一段三角洲沉积体系及其演化，预测了有利岩性油气圈闭勘探地区[21]。

1）建立高分辨层序地层格架，明确沙一段沉积类型

朱筱敏等人（2013）依据沙河街组沙一段岩性粒度、沉积构造、沉积序列、古生物组合 测井相和地震相的综合分析，确定岐口凹陷沙一段主要沉积类型为辫状河三角洲、重力流和湖泊沉积体系

2）90°相位调整，建立地震反射同相轴与砂岩之间关系

采用 90相位子波转换处理的地震数据就可以克服零相位子波数据的不足，从而使得主要的地震同相轴与地质上限定的砂岩层一致解释工作也就变得相对容易。经过90°相位转换调整后的地震数据使地震道近似于波阻抗剖面，从而提高了地震资料的可解释性（图5）。

3）分频反演处理识别薄层砂体

采用分频反演技术进行储层预测，具体研究思路是首先针对目的层段沿层开取小时窗 然后在单砂体厚度对应的地震分辨率附近进行频率成分扫描，直到获得最佳图像，即地质分析认为最可能的沉积模式时为止。朱筱敏等人首先计算了频率 0~250 Hz 的频谱能量数据，每一个频率段得到一张能量平面分布图，从而得到一系列频率切片。在频率 24~36 Hz 时 三角洲砂体的能量最强，成像最清晰，而逐渐向高频方向或低频方向成像越来越模糊。这说明频率24-36Hz 为识别薄层砂体的最佳地震频率[21]。

图5 歧口凹陷沙一段地震剖面 90 相位调整（据文献21）

4）优选地震属性，开展地层切片技术处理

歧口凹陷沙河街组沙一段具有厚度横向变化较大的特，因此要优选地层切片技术（图

6）。考虑到岐口凹陷地质特征复杂，为了减少地层切片穿时现象，必须在精细的层序地层格架中进行内插，并在地震剖面上进行横向追踪闭合，获得较多的具有地质时间界面意义的等时地震同相轴（图6）。然后利用地震沉积学专用 Recon 软件，提取相对敏感和稳定、并能反映地质特征及其变化规律的沿层振幅属性，获得系列地层切片平面图（图7）。

5）岩心刻度地层切片，确定沉积类型及其演化

在获得系列地层切片的基础上，要赋予地层切片上不同地震属性沉积学意义，必须对地层切片进行岩心标定和地震地貌学研究，才能对岐口凹陷沙一段典型地层切片进行沉积微相和砂体解释，从而获得砂体平面变化图谱。

图6 岐口凹陷沙一段典型地震测线不同切片方法示意图（据文献21）

经过岩心刻度，确定地层切片中强的负振幅区（红色），对应较厚层砂岩，弱的负振幅值区（红色）代表的是薄层砂岩或泥质砂岩，而正的振幅值（黑色）对应的是泥岩层（图7）。 可以看出在沙一段沉积时期，受来自于西南方向埕宁隆起的物源影响，沙一段早期物源供给相对少，砂岩单层厚度较小，厚度多小于 3 m（图7右），通过对沙一段地震属性进行动态解释，可以确定沙一段不同沉积时期砂体的高精度沉积演化过程。

图7 岐口凹陷沙一段典型地层切片（左位于沙一段中部，右位于沙一段下）（据文献21）

3.2滩坝砂体预测中的应用

针对滩坝储集砂体储集层油气勘探难题，赵东娜等人[23]在地震沉积学理论指导下，利用 90°相位转换、地层切片、定量地震沉积学等技术，对准噶尔盆地车排子地区下白垩统滩坝储集砂体进行了识别与描述。对研究区下白垩统4个三级层序及相关体系域开展了地震沉积学研究，并结合岩心、录井、测井等资料对典型地层切片进行了精细地质解释与标定，预测了研究区滩坝砂体的分布和演化。

1）层序地层格架建立

建立层序地层格架为开展地震沉积学研究提供地质等时格架，在地震沉积学研究中不可或缺[19,24]。结合车排子地区地震、录井及测井资料分析，将下白垩统划分为4个三级层序，从下到上分别为SQI 、SQII 、SQIII 及SQIV 。

2）90°相位转换分析

在此实例中，车排子地区原始叠后地震数据的子波相位约为 5°，相同波阻抗的同一种岩性与地震同相轴之间没有直接对应关系（图8a ）。经过 85°相位调整后，地震同相轴与测井曲线吻合度很高，所钻遇的砂体几乎都对应于地震波谷（红色同相轴），而自然伽马、自然电位高值均对应于地震波峰（黑色同相轴）（图8b ）。

3）地层切片地质解释

车排子地区下白垩统除代表层序边界的地震同相轴连续性好、振幅强以外，其内部地震同相轴以中等—弱连续、亚平行为主。在地层切片制作过程中，首先要选取连续的、具有等时地质意义的地震反射同相轴作为参考。该研究选取下白垩统5个层序界面(SB1—SB5) 作为参考层（见图9），在对其精细解释的基础上，再以2 ms时间间隔在三级层序内制作一系列地层切片。结果说明了车排子地区下白垩统不同时期滩坝砂体的成因分布及发育程度各不相同：早白垩世 SQI 沉积时期，滩坝砂体主要来自向岸流、向湖流及沿岸流等滨岸环流对扇三角洲前缘砂体的改造，分布在扇三角洲的前缘及侧缘；SQII —SQIV 沉积时期，沉积物来自向岸流和沿岸流对西部基岩的冲蚀作用，形成的滩坝砂体平行岸线或斜交岸线展布。

图8 车排子地区地震资料相位调整前后剖面（据文献23）

图9 参考层及地层切片在地震剖面上的对应位置（据文献23）

图10 车排子地区下白垩统典型地层切片（据文献23）

3.3台缘礁地震沉积学研究

黄鸿光等人基于高精度三维地震资料，对琼东南盆地南部隆起北缘松南三维台缘礁开展了地震沉积学研究，利用地震属性技术在体系域内精细刻画台缘礁沉积微相的空间展布特征，并结合速度模型约束下的储层孔隙度反演预测储层物性的分布格局[25]。

1） 地层切片刻画台缘礁微相展布特征

三维地震资料下通过地层切片技术进行属性提取， 是研究目标储集相带空间展布特征的重要技术手段， 但切片时窗大小的选择是制约该技术应用效果的瓶颈， 切片穿时现象及时窗过大或过小都会直接影响最终解释结果的合理性。通过在体系域约束下进行层间属性分析多次尝试，认为时间单元厚度20～30 ms 为最佳，最大程度避免了穿时性同时又保留了体系域内台缘礁单元地震反射信息通过大量属性优化对比，最终认为均方根振幅属性能有效

地刻画台缘礁微相平面展布特征。

以海侵体系域时期分析为例（图11），研究区由北至南可识别盆底相、台前斜坡相及台地边缘相台地边缘礁滩。相带内不同微相振幅差异显著且相带边界清晰，色标由蓝至红反映振幅能量递增，且其颜色的变化能够直接指示沉积微相的相变过程台地边缘相带内高振幅能量的礁滩微相清晰地区别于低振幅能量的背景沉积；依次可识别出台缘礁微相、生屑滩微相、滩间海微相及潮道微相，其反射能量逐渐减弱。分析可见，海侵体系域内高频礁单元分布范围广，且空间展布与地质模型吻合；礁滩体系呈同心圆状、弧形环带状及帚状沿台缘镶边展布；礁滩间沉积在台缘内以滩间海微相为主，反映相对低能环境，台地边缘迎浪面一侧可识别出代表高能环境的潮道微相。

由此可见， 体系域约束下层间振幅属性能有效地反映小尺度( 25 ms 左右) 等时地层单元内高频台缘礁生长单元体系沉积相及微相的空间展布特征，有效地指导研究区沉积相带的识别划分及解释（图11）。

图11 琼东南盆地松南三维区海侵体系域台缘礁滩体地层切片均方根振幅解释

4 总结

（1）地震沉积学可以定义为：以高精度三维地震资料为基础，以精细沉积学模式为指导，通过综合应用地球物理技术方法，在等时地层格架内研究沉积体系分布特征及其演化的一门学科。

（2）90°相位转换、地层切片和分频解释是地震沉积学中的三项关键技术。相位转换使地震相位具有了地层意义, 可以用于高频层序地层的地震解释；地层切片是沿两个等时界面间等比例内插出的一系列层面进行切片来研究沉积体系和沉积相平面展布的技术；基于不同频率地震资料反映地质信息的不同, 采用分频解释的方法, 使得地震解释结果的地质意义更加明确。

（3）地震沉积学研究流程，即在高频层序地层格架中，通过90度相位转换、分频处理、优选属性并开展地层切片、岩心刻度地层属性切片、识别薄层砂体、确定沉积体系类型和演化、预测岩性圈闭等工作。地震沉积学方法弥补了利用单井相和地震相等常规方法确定沉积相及其边界的不足。