切片分析是以地震属性为基础,从不同视角观察地震数据体空间变化特征,赋予相应地震反射及其组合一定的地质含义,达到对整个数据体或目的层段地质解释的目的。自20世纪80年代引入解释工作站后,切片技术在地震资料解释中得到了广泛应用,在油气勘探开发中发挥了重要作用,已成为地震资料解释中一种常用的分析手段[1,2]。

目前常用的地震切片解释技术包括应用时间切片、沿层切片和地层切片等。在切片分析与解释过程中还常常应用层拉平技术。它们依据不同的切片制作方法对地震数据体中包含的构造、沉积、岩性、古地貌等信息进行不同角度、不同精度的描述。随着岩性油气藏勘探、老区精细勘探、油气田开发及剩余油分布分析等的需要,对于目的层段沉积体系研究的精度要求越来越高,需要精细刻画目的层段沉积体系平面分布类型、大小、边界、岩性及其纵向演化特征等,所以进一步挖掘切片解释技术在沉积体系精细刻画方面的潜力是地震切片分析技术研究的重要方向之一。

本文在分析已有切片类型制作方法与难易程度、影响切片制作关键因素和揭示相关地质信息敏感性的基础上,针对沉积体系精细研究的特定需求,提出了地震地貌切片的概念并归纳了其制作方法。通过实际应用,证实了该概念的科学性、切片制作方法的合理性和地震地质解释结果的有效性,表明地震地貌切片解释技术是进行精细地震沉积分析的一种有效新方法。

1、不同类型切片特征分析与地震地貌切片的提出

不同类型切片由于制作方法不同,制作难易程度有差异,揭示地震数据体属性的视角和敏感性也有区别,因而反映地下地质体构造、沉积、岩性、古地貌等信息的能力各有侧重。

时间切片是沿某一固定地震旅行时从数据体中提取的切片,制作方法简单,主要在构造解释、断层平面组合、圈闭形态分析等方面发挥重要作用。当沉积地层倾角或地层厚度变化较大时,时间切片穿时明显,不能有效描述沉积体系或储层内部结构与沉积信息。

沿层切片是沿地震地质解释层位或漂移一定时窗后提取的切片,可刻画地层的沉积特征,也可对古地貌、古海岸线变迁等进行有效恢复。制作沿层切片需要对主要目的层界面进行精细追踪解释,但是目的层内插得到的次级沿层切片往往由于地层起伏变化而存在穿时现象,不能准确描述目的层内部的沉积特征。

地层切片是地震资料90°相位化后,在地层顶、底界面间按照厚度比例线性或非线性内插一系列层面而逐一生成的切片。地层切片有利于开展沉积体系分析与储层描述研究,但当地层顶、底面不能很好地控制地层产状和厚度的变化时,采用内插算法得到的地层切片同样存在穿时现象,难以准确描述沉积地层内部变化特征(表1)。

表1时间切片、沿层切片、地层切片特征对比表

注:示意图红色实线表示地质层位,蓝色实线表示不同类型切片位置。

整体来看,上述类型切片的分析结果与约束层位的等时性密切相关,如果约束层位等时性较差或具有明显的穿时现象,则切片分析效果变差,主要表现在揭示或预测地质体构造、沉积、岩性等的能力降低或预测结果不准确,并给实际地质体空间归位带来困难。

从切片制作过程看,上述类型切片更多地是从地震数据体的地球物理特征出发进行切片的制作与分析,主要通过相应数学运算求取切片位置,进而提取地震属性并进行地质解释,突出了切片制作过程中地震数据分析的地球物理特性。为进一步达到地震数据分析的最终地质解释目的,有必要进一步深入挖掘地震数据的地质特性,从地震数据体的地质特性出发进行地震数据解释,更好地以地质思维为指导挖掘已有地震资料的解释潜力,提高地震资料的地质解释水平。张军华等[1]从模型出发,讨论了时间切片、沿层切片选取的时间位置、时窗大小、属性特征等与相关地质特征的关系。近年来,随着地震沉积分析技术的发展,地层切片得到了广泛应用[3,4,5]。李国发等[6,7,8]认为,尽管在纵向上不能对厚度小于四分之一波长(λ/4)的薄层砂体进行识别和分辨,但薄层结构的差异会导致地震反射特征发生变化,这种差异和变化会在地震属性切片上有所反应。刘化清等[9]通过正演模拟实验,讨论了砂泥岩薄互层条件下地层切片的合理性及影响因素,认为地层切片较沿层切片更加贴近沉积等时面,能够反映单砂体的平面分布轮廓及纵向沉积演化,标志层选取是否等时是制作地层切片的关键;倪长宽等[10]讨论了地层切片的应用条件及其分辨薄层的能力,认为地层切片仅适用于厚度小于地震分辨率的薄层预测,要求地层切片的范围应大于或局部大于沉积体系的规模,且参考层间的地层厚度不能剧烈变化,主要用平面检测率代替地震的垂向分辨率。

地貌条件,作为沉积地层发育特征分析背景,是源汇系统中沉积物最终沉积并控制沉积物空间分布的主要因素[5]。所以,从反映沉积背景的地貌条件入手[11],沿反映古地貌变化的地震数据部位制作切片对沉积体系展布与演化分析至关重要。据此,本文提出地震地貌切片的概念并归纳其制作方法。地震地貌切片是指沿地震数据体中反映一定时期古地貌特征的部位制作的一种切片类型。其依据古地貌变化特征分析沉积体系的空间分布,突出了利用切片技术开展地震数据体解释的地质特性,是一种易于被地质解释人员理解并使用的地震切片解释技术。

2、地震地貌切片制作方法

地质背景分析是制作并进行地震地貌切片解释的基础工作,主要目的是了解整个地震数据体或目的层段构造、沉积、岩性、地貌等发育类型与分布、演化特征,分析方法主要包括地质特征分析和地球物理特征分析。区域构造与沉积演化研究是地质分析的主要内容,地震线、道、任意线与时间切片的快速扫描是地球物理分析的主要手段。通过地震数据体快速扫描,观察地震数据体或目的层段地震波形及其组合变化特征,有效逼近导致沉积体系发生变化等反映古地貌特征差异、具有勘探意义的地震反射变化部位,重点分析数据体中地震反射发生变化的地质原因,以确定地震地貌切片制作的位置。实际探索表明,地质体空间追踪法和小时窗透视法是地震地貌切片制作的有效方法。

2.1地质体空间追踪法

在目的层段或地震反射发生变化部位首先生成时间切片,通过上下移动时间切片连续开展同一类型地质体或感兴趣目标的空间追踪解释,建立地质体或研究目标分布的骨架网格,进而通过内插得到地质体或目标分布的空间位置与范围,最后通过提取相关属性进行地震反射及其组合所代表的地质体或目标的地质解释(图1)。

图2展示了地质体空间追踪法制作地震地貌切片后的地震属性分析效果。研究区为一陆相湖盆边缘沉积作用发生变化的部位,古地貌控制了沉积类型和沉积体系空间分布。由于地貌条件变化和可容纳空间增大,湖盆外河流入湖后演变为水下分流河道沉积体系。为了精细刻画水下分流河道沉积体系平面展布与纵向演化特征,把水下分流河道沉积体系及其展布范围作为一个统一的沉积地质体在时间切片上进行空间追踪并解释,目的是从地震数据体中找到水下分流河道沉积体系开始发育的位置。由于水下分流河道发育前后沉积环境的差异,地震反射特征发生变化,变化部位(图1a、图1b)的构造形态反映了控制水下分流河道沉积发育的古地貌格局,所以以地震反射变化部位作为制作地震地貌切片的空间位置和范围(图1c)。然后通过向上移动切片位置分析水下分流河道的平面分布与纵向演化特征(图1d)。图2清晰地揭示了区内多个物源的水下分流河道沉积体系发育形态及其演变过程:由于古地貌坡度较陡,水下分流河道沉积体系主要呈近乎平行的小规模河道形态向湖盆中心延伸;早中期,分别源自西部、西南部、南部的多条水下分流河道沉积体系在湖盆低部位发生交汇(图2a～图2c);晚期,该区主要发育西部物源的多条水下分流河道沉积体系(图2d)。

该方法在一定程度上类似于常规层位解释中的沿层切片层位解释方法,但由于它主要针对引起地震反射变化的关键地质体,着重追踪特定地质体引起的地震反射变化范围,所以,可有效减少同一沿层切片中相邻地质体对目标体在地震属性分析中的干扰,因针对性强而具有良好的地震属性分析与地质解释效果。同时,从上述的切片制作与分析过程可以看出,该方法主要适用于研究区块内平面上不同类型沉积体系并存时对其中某单一类型沉积体系的精细刻画。

2.2小时窗透视法

针对目的层段或特定地质现象引起的地震反射变化部位,在数据体中快速追踪一个层位(图3a～图3c),并根据研究地质体的厚度规模沿该追踪层位设置相应的时窗大小,相当于在整个数据体中沿追踪的层位提取了一个具有一定时窗范围的小数据体(图3a、图3d);再针对该小数据体提取相应的地震属性(如绝对振幅、均方根振幅等),通过选取合理的属性值变化范围进行透视显示(图3e),从而揭示相关地质体在小数据体中的分布(图3f)。

图4展示了小时窗透视法制作地震地貌切片后的地震属性分析效果。研究区为一陆相盆地内某目的层单一河流沉积体系广泛发育的地区,微古地貌变化控制了河流沉积体系的发育、展布与变迁。首先从地震数据体中找到控制该河流沉积体系发育的地震反射变化部位;其次根据该沉积体系发育的纵向规模确定合理的时窗大小;再次通过调节小时窗相关属性(本实例为反射振幅)的不透明度,并上下移动切片位置分析沉积体的平面分布与纵向演化特征。实例揭示了研究区目的层系50ms范围内以南北向为主的多条河道沉积随地质时间的平面分布与纵向变迁特征。

图1地质体空间追踪法制作地震地貌切片

(a)时间切片,在时间切片上连续追踪同一地质体或目标,本实例为时间切片1～10;(b)不同时间切片上同一地质体或目标追踪结果在三维地震数据体上的显示;(c)追踪层位内插得到地质体或目标在空间的分布位置与范围,即制作地震地貌切片的位置与范围;(d)沿切片提取相关地震属性并进行地质解释与分析

图2沿切片提取相关地震振幅属性

(a)0ms;(b)上移20ms;(c)上移40ms;(d)上移60ms。图a～图d表示切片位置由下向上,揭示了水下分流河道沉积体系平面展布格局和演化特征。黄色箭头示物源方向,绿色线条AA′示图1中地震剖面位置

图3小时窗透视法制作地震地貌切片

(a)沿目的层系的地震反射同相轴快速解释层位;(b)在三维数据体中建立解释层位的骨架网格;(c)以骨架网格为约束内插形成切片所用层位;(d)层拉平生成小时窗范围的切片叠加体(小时窗数据体);(e)设置切片叠加体的不透明度;(f)在小时窗范围内上下移动切片位置分析沉积体系的平面分布与纵向演化特征

图4地质体的平面分布与纵向演化特征

(a)切片1;(b)切片2;(c)切片3;(d)切片4。切片1～4表示位置从下到上,蓝色线条BB′示图3中地震剖面位置

该方法有效避免了在整个数据体或大时窗数据体中上下相邻地质体对目的层段或特定地质现象在透视过程中的干扰,便于针对目的层段选择最优的地震属性透视值范围;同时大小适当的时窗范围保证了地质体地震反射波形的完整性,有利于清晰刻画目的层段小时窗数据体中包含的同一类型地质现象。

通过上述地震地貌切片解释技术的运用,清晰刻画了目的层系沉积体系的平面展布形态与纵向演化特征,实际应用效果较好,在一程度上说明了地质体空间追踪法和小时窗透视法制作地震地貌切片的合理性及切片分析结果的有效性。需要指出的是,上述两种方法在多数情况下可以结合使用,以取得更好的切片制作、属性分析与地质解释效果。

3、地震地貌切片解释技术优势分析

整体来看,地震地貌切片制作方法在一定程度上类似于常规的地震切片,但由于在切片制作过程中从地质角度出发,重点考虑了地貌条件对切片制作位置的约束,因而该切片应具有良好的沉积体系分析优势,可以有效提高地震解释中沉积体系分析的精度,对于沉积体系平面展布和纵向演化特征研究的效果良好。

3.1适应性广,效率高

无论是在地震剖面上还是在时间切片上,约束层位的快速解释过程均表明,地震地貌切片制作方法对于约束层位解释的精度要求相对比较低,对层位是否完全等时不是很敏感。在沉积体系研究中不需要严格按照地震反射同相轴的波形相位进行精细追踪。可用于品质相对较差地震资料的解释,适应性广,具有较高的解释效率。

3.2实用性强

在切片制作过程中,由于充分考虑了古地貌格局对沉积体系分布的控制作用,因而便于地质解释人员根据沉积发育前的古地貌格局理解后期沉积物在平面上的分布规律,对沉积单元可以进行有效的空间归位,增强了地震资料解释的地质特性,是一种易于被地质人员理解并应用的切片制作与解释方法,具有较强的实用性。

3.3预测结果合理

由于采用了与现今地貌格局类比下的沉积体系与沉积物空间分配的分析方法,一方面可以对沉积体系展布格局进行合理预测,同时通过与现代沉积体系的类比,可以对小于地震分辨率的相关沉积体系厚度进行量化预测,因而解释结果更接近或符合实际地质规律,最终地质预测结果更为客观。如Posamentier等[5]通过对现代泰国湾实际河流沉积体系的观察与测量,建立了点坝厚度、河道宽度、河流点坝长度等参数之间的统计关系,对小于地震分辨率、与河流沉积体系相关的点坝厚度和分布范围进行了量板量化预测,预测结果合理。

4、问题讨论

在切片技术应用过程中,以下三个问题需要引起地质解释人员的重视,以使包括地震地貌切片在内的地震切片分析取得更好的地质解释效果。

4.1层拉平技术及其应用

层拉平技术是利用沿层切片、地层切片和地震地貌切片等开展地震数据体地质特征分析的常用中间过程,主要应用于古地貌恢复、沉积环境变化和断裂活动期次分析等,具有直观、不易穿时的优点。在沉积体系研究过程中,需谨慎选择拉平层位并进行地质特征的综合分析,确保取得良好的层拉平分析效果。

地层沉积时的地貌特征和基准面升降决定了沉积体系的空间分配,参照沉积基准面变化趋势并选择最大洪泛面拉平层位更有利于沉积体系平面分布与纵向演化特征分析。在实际应用过程中,沿趋势面的层拉平可消除局部构造因素等引起的地震反射同相轴畸变现象,趋势层拉平往往可以取得更好的沉积分析结果(图5)。

4.2断层发育区地震地貌切片解释对策

断层是盆地沉积盖层中发育的一种普遍地质现象,也是地震切片分析过程中不可回避的问题。由于地震地貌切片主要参照地貌形态变化(断层本身就是构成地貌形态的一部分)制作切片并进行解释,在一定程度上已经综合考虑了断层对于切片分析效果的影响。但在实际切片制作和解释过程中,仍需要消除断层对切片分析效果的影响。

图5层拉平与趋势层拉平效果对比

(a)原始地震剖面;(b)自动追踪层位与层位趋势平滑;(c)沿自动追踪层位拉平后的地震剖面;(d)上部地层地震反射同相轴出现畸变;(e)沿平滑后自动追踪层位拉平的地震剖面;(f)上部地层地震反射同相轴横向变化合理

对成岩期后活动过程较为单一的断层,如果为正断层,则可通过层拉平去除断层的影响。从成图方面看,断层的断距垂向投影区存在地震属性提取空白带,该空白带不影响切片本身的解释,只要通过平移就可以进行合理的地质体空间归位。如果为逆断层,由于同一层位在断层断距垂向投影区的重复,导致该区切片提取和解释不完整,这就需要针对断层上下盘分别制作切片,然后通过断距恢复进行统一解释。如果成岩期后断层活动过程复杂或断层在地震数据体中呈断裂带的形态出现,则往往出现相对较大的切片制作与解释空白带或层位重复带,这就需要按照地貌约束下的沉积体系发育规律进行合理的填充,以充分预测目的层段沉积体系的发育规模。对于同沉积断层,由于地震地貌切片综合考虑了地貌条件且该类断层断距不大,在实际切片制作和解释过程中,可以忽略其影响。

4.3薄层地质体在地震数据中的可分辨性与可检测性关系

通过切片技术开展地质体解释时,地震资料中薄层地质体的可分辨性与可检测性是两个容易混淆的概念。分辨能力是指区分两个靠近物体的能力,度量分辨能力的强弱通常有两种方式:一是距离表示,分辨的垂向距离或横向范围越小,则分辨力越强;二是时间表示,在地震时间剖面上,相邻地层时间间隔Δt越小,则分辨能力越强,可分辨的标准是能够同时分辨出一个地质体的顶面和底面。Rayleigh[12]、Ricker[13]、Widess[14,15]提出了不同准则的地震资料垂向分辨率。三种垂向分辨率准则并不存在本质性的差异[16,17,18],其中Rayleigh准则和Widess第一准则分别用λ/4和λ/8作为垂向分辨率的极限,Ricker准则介于二者之间。

随着三维地震勘探技术的发展,地震资料水平分辨率和广义空间分辨率得到广泛应用,并检测出众多厚度小于地震垂向分辨率的地质体。从理论上讲,通过地震反演与岩性预测很难得到其准确厚度和位置,实际上它们是不可分辨的,仅仅只是通过切片技术可检测到该地质体的存在[6,7,8,10]。所以,从地球物理角度看,通过切片分析开展地质体解释与预测时,地震资料中薄层地质体的可分辨性与可检测性是两个有差异的概念。从地质分析角度看,可检测性在一定程度上可以代替可分辨性,但仅表示可以检测并识别该地质体的地震属性特征,很难准确预测地质体的实际厚度。可以确定的是,该地质体的发育厚度小于地震资料可分辨的最小厚度且其位置不能准确预测。

总体来看,在地震资料解释过程中,资料品质是决定地震切片地质解释结果的最主要控制因素。资料品质好,数据驱动就可取得良好的地质解释效果;资料品质较差,则需依靠模型驱动以得到较为科学的地质预测结果[19,20,21]。

5、结束语

考虑古地貌背景的地震地貌切片是利用三维地震资料开展精细沉积体系研究的有效切片。地质体空间追踪法和小时窗透视法是地震地貌切片制作的有效方法。地震地貌切片具有对约束层位等时性要求低而适应性广、从古地貌角度出发易于被地质人员理解并应用而实用性强、采用将今论古对比分析方法而预测结果可靠的特点。通过在实际资料中的应用,证实了该概念的科学性、切片制作方法的合理性和分析结果的客观性。在实际应用中,应采用趋势层拉平技术分析古地貌变化特征,以取得良好的切片分析效果,并注意利用地震切片技术开展薄层目标识别和预测时目标的可分辨性与可检测性之间的差异。

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