高精度沉积层序分析的地层切片技术

高精度沉积层序分析的地层切片技术,中国石油大学（北京）CNPC物探重点实验室曹思远,内容,引言地震同相轴的穿时性地层切片制作的步骤与其它方法的比较切片上的岩相图实例结论,引言（1）,在许多地方三维地震资料中，地震同相轴与数据频率的关系密切。尽管有些同相轴与频率变化无关，但许多同相轴因频率变化而发生变化，因此，这些同相轴与地质时间界面不平行。这里介绍的资料中，低频剖面上地震同相轴的最大穿时跨度可达120ms。低频资料中的强烈干扰可能产生虚假的地震相并且使真正的地层关系变得模糊不清。这种现象对地震解释具有很重要的意义，尤以层序地层解释为甚。,引言（2）,地层切片技术已极大地减缓了穿时的问题。制作地层切片（stratalslicing）时，首先追踪不随频率变化而变化的、相当于地质时间界面的参照地震同相轴。然后在两个参照层之间根据线性内插建立地层时间模型和作振幅地层切片数据体。新的地层切片数据体的X、Y轴与原坐标系统的一致，而Z轴则为相对地质时代。,引言（3）,地层切片是盆地分析和储层粗略描述中的一项有用的新办法，它使沉积相成图工作变得比较简单，特别适合于楔形沉积层序的分析。一些实例也表明河道、三角洲和海底浊积等沉积体系可以在横向分辨率较高的三维地震资料中显示出来。,引言（4）,介绍在地震解释中同相轴与频率变化有关的特性和受频带宽度变化影响的实例一些同相轴近于平行于等时面，而另外的同相轴则是穿时的。这种地层对比的误差对高精度层序地层研究及储层表征来说是不能允许的。在地震等时参照面之间，用地层切片或假想层作图的方法有可能改进目前的地震界面切片的方法,引言（5）,分析表明，等时地震同相轴与频率变化无关，这为识别实际地震数据的穿时性提供了一种机理。实际三维资料的研究表明，地层切片不仅适用于比较简单的、沉积层序，同时也适用于岩相、厚度横向变化剧烈的沉积盆地中的地震数据。各种沉积相的高质量图像最能说明这种方法的有效性，用其它方法是很难对它们进行沉积相分析的。,二、实际地震同相轴的穿时性,图1a是从墨西哥湾海域三维地震数据体中随机提取的一条地震部面。剖面方向为北西-南东，剖面上显示了陆坡上的几个上新世到更新世的前积层序。地层的构造变形很弱，只有二条断距小的正断层。资料质量很高，在0.5-2.1s时窗范围内信噪比较高，频带较宽，为5-60Hz，主频达到30Hz。,低通滤波处理后，高频成分衰减并使主频降到14HZ左右。尽管低频剖面中减少了一些同相轴，但两条剖面的几何形态仍是很相似的。两条剖面上的一些同相轴是一致的，或者至少还是互相平行的，说明它可能具有年代地层的特性。然而，仔细地对比低频剖面中的同相轴与较高频剖面中对应的同相轴，就显示出两者间的明显差异,（a）是原地震记录的频谱；(b)低频谱地震资料的振幅谱，是地震剖面0.5-2.0s时窗内的10个空间地震道的平均值。,不随频率变化而变化的层位,随频率变化而变化的层位,低频剖面图(右)中，同相轴AA被确定在一组斜交前积反射之顶（顶超）。而在左图剖面中，该同相轴却表现为横切一个上超层序，从顶部贯穿到底部。,低频剖面图中的同相轴BB明显是在一组S形反射中的一个轴，而在左图上却表现为相干性很差、并且突然插入到两组性质不同且不连续的雁行斜列同相轴之中。,上超层序,顶超层序,低频剖面左图中的同相轴CC被解释为一套顶超层序之顶，而在右图高频剖面中则可见到它切过一套S形同相轴。,低频剖面右图中的同相轴DD看似是同相轴CC之下一组顶超同相轴中的一个，而在左图高频剖面中却开始于一个S形前积同相轴上、终止于另外一个S形同相轴上，两者相隔数个波峰和波谷。,几点认识,低频剖面中的一些同相轴（图中的aa-ee）是不随频率变化而变化的，并且与等时地质面平行低频剖面中的许多同相轴（图中的AA-DD）与高频剖面中的同相轴不一致。它们与高频剖面中的同相轴之间有交角，因此这些同相轴是受频率变化影响并且是穿时的如果地震主频从30HZ逐渐减少到14HZ时，会看到高频剖面中的同相轴是如何经过旋转并互相连接在一起的,几点认识,在高、低频剖面中，对一些同相轴（如图1中的同相轴AA、CC和DD）所做的地震相解释和地层关系解释可能是不同的。以宽频带剖面中的同相轴作为参照点，对比低频剖面同相轴的穿时性，则地层的穿时误差可达120ms或更大（同相轴BB）,几点认识,如果地震同相轴不随频率变化而变化，则可以做这样的假设，即这些同相轴与时间界面相平行。Vail等人在1977年曾主张“原始的地震反射平行于年代地层（时代地层）界面，而不是穿时的岩性地层单元”的论点是不完整的，（他们仅仅用固定频率的地震资料与井和古生物资料进行了对比）。,三、地层切片的制作步骤,地层切片很容易完成，尽管它对原始三维资料做一些修改，其运算比较简单。在任何一种地震解释系统中都能完成,不同地震界面切片方法的对比。（A）时间切片趋于穿时倾斜的参考时代界面。（B）如果地层存在厚度变化，则与一个参考时间面近于平行的层切片会穿过另一个参考时间界面。(C)地层切片成比例地分布于两个参考时间面之间，且与这两个参考面都呈整合关系,在（B）中，如果地层存在厚度变化，则与一个参考时间面近于平行的层切片会穿过另一个参考时间界面。这样的顶界面也不一定是平行于等时面的参照地震同相轴,在层切片中，其顶界不是目的层的顶，需要另外的解释结果。这是由于目的层在横向上不是很稳定，因此其顶界面一般选取在目的层上方，离目的层的最近的，但又在某个区域内稳定的同相轴，然后把它拉平。,地层切片制作步骤,第一步-选择平行于等时面的参照地震同相轴第二步-建立一个地层时间模型第三步-建立地层切片数据体,第一步：选择平行于等时面的参照地震同相轴,最重要的是选出具有地质时间界面意义的参照同相轴。检验地震同相轴的地质年代简单的方法就是，依据它的频带宽度选择一个匹配的小波，及相应的参数，作一个合适的多尺度分解。,第一步：选择参照地震同相轴,如果地震同相轴相当于一个地质时间面，则它在时频分解的剖面上是不随频率变化而变化的，至少在一个倍频程的频率范围内是如此。（同相轴aa-ee）很多情况下，不随频率变化的同相轴在地震剖面中的连续性与相关性都是很好的。轴也大都是强振幅；,第一步：选择参照地震同相轴,在拾取参照同相轴时，需要注意复杂的地质背景，如断层，旁流沉积和角度不整合面，减低地层切片错误的最佳途径是使用较多的参照同相轴。在缺乏好的参照同相轴的层段中，如在同相轴aa到bb之间的顶超层序内，制作地层切片是一个复杂的课题,第二步：建立一个地层时间模型,。一旦选取了参照面并予以拾取之后，即可启用线性内插公式建立一个地层时间模型t，用以逼近真实的地层时间构造T（X、Y、S）,第二步：建立一个地层时间模型,地层时间模型的X、Y坐标体系与原来的三维数据体相同，但Z轴却是相对的地质时间。这个模型中的每个时间切片所记录下的双程旅行时都保存了相应振幅地层切片的构造信息，并且是连接原始三维数据体与振幅地层切片与数据体之间的桥梁。,第三步-建立地层切片数据体,在原始三维数据体中，沿这个地层时间模型的各地层层位（时间切片）提取振幅便形成了振幅地层切片数据体在地层时间模型的指导下，时间上压缩或伸长各地震道，以相同的数据长度或“厚度”形成一个新的三维地震数据体,第三步-建立地层切片数据体,与地层时间模型一样，新的三维地震数据体的X、Y坐标都与原始三维数据体的相同，而Z轴却是相对地质时间。数据体中的任何一张时间切片都代表这一地层时间模型中相应地质时间界面的地震响应。,地层切片的做法。（a）原始三维数据体，具有4个已经对比了的不随频率变化的参照轴（红色）;（b）地层时间模型，其X、Y坐标与（a）中的相同，而Z轴为相对地质时间;（c）振幅地层切片数据体，其中X、Y坐标与（a）中的相同，而Z轴为相对地质时间。（b）和（c）中的全部参照轴都被拉平了。,几点说明,内插参数可能导致一些微小的差异，但用参照面作图的误差总体上可以忽略不计参照面越多越好，这样，误差的累加就少参照面常常是最好的地震同相轴从三维数据体中拾取参照面的“艺术性”较少，科学性较高,四、地层切片与层切片,四、地层切片与层切片,层切片与底层解释精度没关地层切片与顶底的解释结果有关,A00B00,A01B01,A02B02,A03B03,A04B04,A05B05,A06B06,A07B07,A08B08,A09B09,A10B10,A11B11,A12B12,五地层切片上的岩相图实例,地层切片技术为根据三维地震资料进行岩相成图提供了新的工具解释人员就不需要首先在二维地震剖面中识别某地震相或地震异常，根据他们的经验或直觉来拾取感兴趣的同相轴可以快速地浏览三维数据体中的所有层序并且可能发现更多感兴趣的岩相图像和隐蔽的地层关系,墨西哥湾第三纪地层切片实例,主频为15-40HZ，相应的调谐厚度为633m，（相应的层速度为2000-4000m/s），等于或略大于地层中的砂岩厚度反映埋深1000-3000m的上中新统和上新统，其波阻抗值从纯净砂岩到泥质砂岩到页岩逐渐上升（波阻抗是岩性的指示器）地质干扰极小，在选取的地层切片上，没有其它的可被关注砂体的较强痕迹或阴影,1、河道,地层切片显示的路易斯安那州陆上盐丘附近的新世分流河道体系。（a）主频为35Hz（b）10001200m（1000-1207ms）,1、河道,从三维地震数据体中选取了两个地震参照轴，这两个轴比同一层段内其它轴的连续性好，相关性强。时频分析的结果表明它们不随频率变化而变化。,1、河道,地震相呈变振幅、低连续性的特征盐丘附近的测井资料已证实这套地层为典型的河流沉积在地震剖面上只能识别极少的河道,1、河道,地层中曲流河的振幅图形存在两组河道：一组为正振幅（蓝色），另一组为负振幅（红色）。蓝色河谷切割红色河谷并覆盖在其上。隐蔽关系在剖面上是很难看到的。根据地层切片上观测到的这条河道最窄处的宽度，等于该地震数据的横向分辨率（约为30m）,2.河控三角洲,三维资料的主频较低（约18HZ）。同一地区的钻井资料较少（紧靠研究区的外部）表明该层序是与古密西西比三角洲有关的一套向上变粗的层序，由于本区存在同生断层导致的地层加厚，没有见到倾斜的前积地震相（Sangree和Windnier，1977）。没有较多的钻井控制，地震相的解释含糊不清，常规的层序地层学分析也只能得出过于简化的沉积相分布情况,2.河控三角洲,地层切片显示的路易斯安那州陆上盐排出盆地中的上新世河控三角洲。（a）主频为18Hz的（时间）剖面;(b)18002700层段内（1840-2480ms）的一地层切片。B：三角洲间海湾或湖泊;C：主分流河道;D：前三角洲远端沙坝;L：单个三角洲朵叶;M：河口坝。,2.河控三角洲,地层切片是在两个不随频率变化的参照轴之间拾取并做出的。地层切片在剖面上的位置以虚线表示，在剖面中它是连接起来的不连续、受干扰的同相轴，实际上是无法用手工拾取的。由于该层序内地层厚度变化显著，尽管地层切片紧靠顶参照面，拉平这个参照面并做时间切片仍可能漏掉目标,2.河控三角洲,这个层段内的砂岩厚度不在调谐厚度范围之内，且波阻抗值低（据邻近井的资料在该层顶部拾取的负振幅值），它总体上与砂岩的厚度呈比例关系。地层切片上的这些细长的振幅分布符合河控三角洲的定义（Galloway等，1983）,2.河控三角洲,红色强负振幅值突出表现了较厚的主分流河道，这些河道分叉和分枝说明是一个碎屑来自北方的三角洲体系。许多小分流河道段限定了单个三角洲朵叶的大致范围，因为这些朵叶是附属于主分流河道的。沿着这些那朵叶边缘分布的、没有被波浪改造过地方发育的细长河口坝很容易被确定。较薄的三角洲远端沙坝以不规则的弱振幅（红色）为特征，分散在正振幅（蓝色）的总体背景中，指明是三角洲间海湾或湖泊的环境,3路斯安那州深海区的海底扇,（a）一条主频为40Hz的垂直（时间）剖面，三维地震资料质量好（b）1400-1800m（1750-1950ms）层段内的一层切片。这是一个更新世海底扇的地层切片和紧靠扇体轴部的一条地震剖面。这个海底扇距海岸线约170km，位于一个排盐盆地之中。除了上、下部有几个连续好的强反射之外，其充填的都是杂乱反射，充分反映了盆地内充填物的反射特征，说明是高能的浊积地层（Sangree等，1977）,3路斯安那州深海区的海底扇,1）地层切片是在两个连续性好、不受频率变化影响的参照轴之间进行的2）底参照面选在一组强上超反射之顶，以避免上超面上的时间间断。这个层段内的地震同相轴在盆地两侧斜坡区基本上是反射空白区和弱振幅，推测具发散特征。,反射空白和弱振幅区,3路斯安那州深海区的海底扇,这个扇符合Walker1978年提出的典型的碎屑岩海底扇的模式，这个扇的结构特征为：由主补给水道组成的狭窄的上海底扇（蓝色）由合并河道和小型的河漫滩沉积组成的中海底扇（红色）由更像席状的远端浊流沉积组成的宽阔下海底扇（红色）中海底扇和下海底扇逐渐过渡成盆地相，并且还有一些来自其它扇系的极远端扇沉积（蓝色和白色）,4.滑塌体和海底峡谷,地层切片显示路易斯安那州海域、早中新世的一个滑塌体特征和一个海底峡谷。(a)主频为18Hz的（时间）剖面;(b)2500-3400m（2430-3040ms）层段内的一张地层切片,4.滑塌体和海底峡谷,1)两个边界同相轴被选定为参照面，因此它们的特征不受频率变化