融合地震结构信息与属性信息表征陆相湖盆沉积体系

杨占龙 刘化清 沙雪梅 苏明军

（①中国石油勘探开发研究院西北分院，甘肃兰州730020；②中国石油集团油藏描述重点实验室，甘肃兰州730020）

融合地震结构信息与属性信息表征陆相湖盆沉积体系

杨占龙*①②刘化清①②沙雪梅①②苏明军①②

（①中国石油勘探开发研究院西北分院，甘肃兰州730020；②中国石油集团油藏描述重点实验室，甘肃兰州730020）

以测井标定为基础的地震相划分方法采用小时窗的地震单一属性、多属性、属性融合及波形分类等划分沉积微相，缺乏对沉积微相宏观约束的背景分析，容易引起微相划分的“窜相”，最终得到的属性平面分布往往突显了某类沉积体而弱化了其他沉积体，从而影响沉积体系研究结果的整体性。为此，在前人工作的基础上，提出了融合地震结构信息与属性信息表征陆相湖盆沉积体系的方法，其中层位—储层两步标定、时窗尺寸选择、两段色标显示及依据隶属关系进行旋回匹配融合等4个方面是该方法的关键点，满足了面状沉积体对地震结构信息完整性描述和线性沉积体对属性横向变化细节刻画的不同要求。实例分析结果表明，利用结构信息与属性信息融合技术得到的融合属性平面图既描述了三角洲内前缘、外前缘、浅湖相等面状沉积体的结构特征，又突显了对常规地震属性敏感的河道、河口坝等线性沉积体，相序更加完整，不同级别相序发育层次合理，有效避免了“窜相”，完整刻画了目的层系沉积体系的发育特征。

结构信息 地震属性 融合技术 沉积体系 陆相湖盆

1 引言

随着陆相湖盆油气勘探的逐步深入，对于沉积体系研究的精度要求越来越高，特别是为了满足富油气区带扩展勘探、油气田开发与剩余油分布分析的需要，对主要目的层系沉积微相平面变化的精细刻画更是研究的重点内容［1-6］。利用地震资料开展精细沉积体系特别是沉积微相空间分布的研究也引起广泛关注［7-11］。沉积体系是指有密切成因联系的三维空间的岩相组合，研究起点是进行系统的沉积相分析，其重点是寻找相标志。目前常用的相标志类型可以归纳为岩性、古生物、地球化学和地球物理等4种。随着高精度三维地震的广泛应用，为精细空间沉积相分析提供了连续分布的地球物理基础资料，并广泛用于沉积相研究［12-27］。

由于不同的沉积相具有不同的岩石组合及结构，因此具有不同的地震反射特征，可以利用地震反射特征差异划分地震相，并结合测井相标定即可转化为沉积相。利用测井相标定地震相的主要原理可以借用地质上的Walther相律，该相律是指在连续的地层剖面中，横向上成因相近且紧密相邻发育的相，在垂向上依次叠覆出现而不间断，反之亦然［28］。测井资料的纵向高分辨率与地震资料相对较高的横向分辨率相结合，为利用测井相标定地震资料并开展空间沉积体系、沉积相研究建立了有效的纽带。

如今以测井标定为基础的地震相划分方法较多［12-26］。在利用基本地震属性解释沉积环境时人们认识到，瞬时频率更适合颗粒粗细的检测，瞬时相位更适合岩性边界的检测，振幅更适合具有波阻抗差异的沉积扇体的检测，相干数据体有利于断裂和沼泽相沉积的检测，波形聚类有利于已知控制点地质信息的外推边界检测等［11，12，20］；陈建阳等［9］以多种地震属性融合技术为基础，结合属性聚类、属性参数与储层砂体厚度之间的拟合关系开展沉积微相与储层建模研究，在沉积微相刻画中效果明显；段春节等［13］基于井位的地震属性融合技术，结合各属性在储层预测中的优点分析油气敏感属性，较好地预测了低孔、低渗油气藏；熊伟等［14］提出了一种确定波形分类数的半自动方法，可快速、准确地划分地震相；杨占龙等［10，11，15，18］提出了针对特定地震相类型的再分类研究，进一步提高了沉积微相的研究精度；曾洪流等［24，25］在地震资料90°相位化的基础上，利用等时地层切片技术刻画沉积体系的空间展布，在砂泥岩薄互层地区取得了良好效果；刘化清等［26］在地震资料等时性分析基础上，引入非线性内插技术，利用地层切片较好地刻画了重力流水道沉积微相；王学习等［27］分析了地层切片穿时现象对地震属性的影响。

上述以测井标定为基础的地震相划分方法采用小时窗的地震单一属性、多属性、属性融合及波形分类等划分沉积微相，缺乏对沉积微相宏观约束的背景分析，容易引起微相划分的“窜相”，最终得到的属性平面分布往往突显了某类沉积体而弱化了其他沉积体，从而影响沉积体系研究结果的整体性。为此，在前人工作的基础上，本文提出了融合地震结构信息与属性信息表征陆相湖盆沉积体系的方法，并取得了较好的效果。

2 结构信息与属性信息融合的必要性

从沉积体系的平面分布及长宽比来看，自然界主要存在面状和线性两种沉积体（图1）。对陆相湖盆来说，不同级别的面状沉积体主要包括三角洲、冲积扇、决口扇、扇三角洲、湖底扇、滑塌扇、三角洲平原、心滩、边滩、近岸滩等；不同级别的线性沉积体主要包括河道（辫状河、曲流河、水下分流河道）、坝（河口坝、沿岸坝）、天然堤等。以冲积扇沉积体系为例，主要通过沉积体的结构、岩性组合及沉积旋回反映扇体的空间展布范围（图2a、图2b），它们对地震结构信息更为敏感（图3），且由于纵向演化时间相对较长而需要较大尺寸的地震时窗进行刻画。线性沉积体主要通过岩性的横向变化来反映（图2c），它们对小时窗内的常规地震属性更为敏感，常规属性横向变化更能反映线性沉积体的变化细节（图4）。

由此可见，在测井标定的基础上，为了利用地震资料全面表征陆相湖盆的沉积体系，必须考虑不同类型沉积体对不同地震属性的敏感性，同时也要考虑地震时窗尺寸。只有所表征的沉积体完整地包含在地震分析时窗内，才能通过地震结构信息揭示沉积体的全貌［18］。从冲积扇的纵（图2a）、横剖面（图2b）来看，采用简单的小时窗属性肯定难以全面表征冲积扇的空间分布，必须结合大时窗的结构信息［21］；而对冲积扇表面相（图2c）来说，利用小时窗的属性或沿层瞬时属性可以清晰地刻画河道［26］。因此，要完整描述冲积扇沉积体系，必须融合大时窗的结构信息与小时窗的常规属性信息，才能反映冲积扇的整体结构，并精细刻画不同时期冲积扇的河道发育背景及细节，同时表征沉积亚相和微相，以满足面状沉积体对地震结构信息完整性描述和线性沉积体对岩性横向变化细节刻画的不同要求。

图1 面状和线性沉积体类型划分①Pete McBride.Colorado River Delta，2014

图2 冲积扇纵剖面（a）、横剖面（b）及表面相（c）［28，29］

图3 冲积扇地震响应（YBL2D1008地震剖面）

3 融合方法及技术应用的关键点

本文提出了融合大时窗地震结构信息与小时窗常规属性信息系统表征陆相湖盆沉积体系的方法，对其主要内容详述如下。

3.1 融合方法

3.1.1 大时窗面状沉积体及结构信息提取

面状沉积体由于平面分布范围较广，内部常规属性横向差异相对较小，主要通过结构信息反映与相邻沉积体的差别。面状沉积体的结构信息在地震剖面上主要通过波形形态、内部结构、振幅、连续性、视周期等反射特征的横向变化来 表征［10，11，20］，其中最重要的是地震波形的横向变化。由于表征结构的信息对于时窗尺度的严格要求，要完整刻画一个面状沉积体的结构，必须满足波形纵向变化的视周期需要，即层位解释所包含的地震波形纵向变化必须包含沉积体的一个完整成因旋回（图4）。根据已有解释经验，纵向上的时窗顶、底高度至少应大于半个视周期，最大则可以达到数个波形视周期［10］。如果时窗尺寸小于半个视周期，则很难保证波形反映的结构信息的完整性和等时性，同时由于视野较窄，看不到一个完整的波峰或者波谷，所提取的波形参数并不真实。当时窗过大时，多个沉积体同时出现，降低了对目的层的分辨率，或者因包含的沉积体类型过多，使提取的地震属性具有多解性或所代表的沉积含义难以确定［10］。应根据研究对象的不同选择合适的时窗尺寸，以包含沉积体的一个完整成因旋回为原则。在平面解释时，尽量囊括沉积体所涉及的范围，即当地震资料的覆盖范围大于目标沉积体规模时，较易识别目标沉积体与相邻沉积体在结构、属性等特征上的差异。如果地震资料的覆盖范围小于目标沉积体的规模，则由于缺乏目标沉积体与相邻沉积体对结构、属性等特征的类比，造成目标沉积体内部的横向属性变化较小而不易直接识别。从实际工作来说，首先进行大时窗沉积体结构标定，选取结构信息的大时窗往往对应于地层组或段，即在勘探阶段以地层组为主，在开发阶段以地层段为主。

图4 河道地震响应（XN-T545地震剖面）与钻井标定

3.1.2 小时窗线性沉积体及常规属性信息提取

线性沉积体的横向分布相对局限，可以利用小时窗层间属性或沿层瞬时属性的横向变化差异识别，目前这方面的研究相对成熟，也取得了良好的应用效果［7，9，10，12，13，15-17］。对于陆相湖盆来说，河道是主要相类型，因其线性特征的易识别性而提高了沉积亚相与微相的研究程度。依据Walther相律可以在纵向或横向推测出邻近的（微）相类型。对于主要反映线性沉积体的层间属性或沿层瞬时属性，除了单一属性、多属性组合应用外，近年来主要发展了同一小时窗范围内的多属性融合技术［9，22，26］。从目前融合属性的提取方法来看，主要针对同一小时窗或沿层瞬时属性。从实际工作来说，在大时窗约束下进行小时窗标定，可以有效避免“窜相”。选取属性信息的小时窗往往对应于地震资料所包含的砂层组或单砂层（或油气层）。即在勘探阶段以砂层组为主，在开发阶段以单砂体（油气层）为主，并不需要对每个砂层组或单砂体进行标定，通过对主要目的层系（砂组或单砂体）标定，可增强研究成果对实际勘探生产的针对性。

3.1.3 属性融合方法

将大时窗内提取的面状沉积体的波形等结构信息与小时窗内或沿层提取的反映线性沉积体横向变化的时窗属性或瞬时属性，采用两段色标显示技术，依据隶属关系进行旋回匹配融合，使以地震波波形为代表的运动学属性与以常规属性为代表的动力学属性有效结合［30］，满足微相发育地质背景（亚相）分析与微相细节刻画等对不同地震信息的差异需求。在结构信息与常规属性融合之前，可以首先进行同一小时窗或沿层属性融合，提高微相刻画细节，再将融合后的属性信息与结构信息进行融合，既可展示亚相约束背景又可提高微相细节刻画。

3.2 技术应用的关键点

通过分析应用效果后认为，层位—储层两步标定、时窗尺寸选择、两段色标显示和依据隶属关系进行旋回匹配融合等4个方面是地震结构信息与常规属性信息融合方法应用的关键点。

3.2.1 层位—储层两步标定

在传统层位标定的基础上，加强储层的精细标定，通过层位—储层两步标定［19］，准确建立测井—地震对应关系，明确不同级别沉积旋回之间及其与储层的隶属关系，为后续地震解释及时窗尺寸选择奠定地质分析基础。

3.2.2 时窗尺寸选择

由于结构信息和常规属性（小时窗属性与沿层瞬时属性）提取对时窗尺寸有不同要求，在提取结构信息时所选取的时窗应以包含沉积体的一个完整成因旋回为标准；对于多旋回发育的沉积体，应根据研究需要至少针对一个成因旋回作为结构信息提取的时窗解释标准；对于线性沉积体，以选择小时窗常规属性或沿层瞬时属性为主。由于表征的对象不同，应根据不同研究对象选择相应的时窗尺寸。

3.2.3 采用两段色标显示

由于提取的以波形为主的结构信息和常规时窗、瞬时属性信息在数值方面的显著差异，需要采用两段色标显示技术分别对两类不同信息进行显示。其中结构信息以背景值形式出现，常规时窗或瞬时属性以刻画细节的主色标出现。

3.2.4 依据隶属关系进行旋回匹配融合

面状沉积体和线性沉积体具有不同的发育旋回级别。对于面状沉积体，发育旋回周期相对较长，主要以反映线性沉积体发育背景为主。线性沉积体主要反映面状沉积体旋回内部发育细节，成因旋回的级别小于面状沉积体。在实际应用中，应根据两者之间的发育隶属关系进行旋回匹配融合，图5为地震结构信息与属性信息旋回匹配融合关系示意图。由图可见：旋回a的结构信息可以分别与次一级旋回a1、a2、a3的属性信息进行融合，旋回b的结构信息可以分别与次一级旋回b1、b2、b3的属性信息进行融合，…，依此类推；对于更大级别的旋回T来说，T的结构信息可以分别与次一级旋回a、b、c的属性信息进行融合，以适应不同勘探阶段的研究需求，尽量避免跨越旋回级别的融合。大级别旋回结构信息与次一级旋回的不同属性信息融合可以得到大级别旋回内部沉积体系演化与变迁的细节过程，如（a-a1）、（a-a2）、（a-a3），（b-b1）、（b-b2）、（b-b3），（c-c1）、（c-c2）、（c-c3）或（T-a）、（T-b）、（T-c）之间的融合等。在纵向上，线性沉积体必须包含在面状沉积体旋回的内部；在平面上，线性沉积体可以在等时地层格架约束下超出面状沉积体的平面展布范围。高品质的三维地震资料是揭示沉积体结构信息和属性信息的保证，特别是在断层相对不发育的地区，应用效果更好；测井资料是准确标定融合结果的基础，测井资料越多，标定结果越准确。

图5 地震结构信息与属性信息旋回匹配融合关系示意图

4 实例分析

SL盆地QJ地区的地形呈从西北向东南缓倾的斜坡，构造形态简单，地震资料品质好，具备开展精细沉积体系研究的资料基础。岩心、钻井、测井及地震沉积学研究表明，该区从北向南主要发育三角洲内前缘、外前缘、残留水下分流河道、席状砂、浅湖等沉积（微）相类型。曾洪流等［24］利用小时窗等时地层切片技术，对白垩系QSK组一段上部砂体（SS2）进行了精细刻画，揭示SS2砂体的主要地震反射外形为树枝状河道充填形态，地震岩性标定砂体为正振幅，岩心观察证实为浅水三角洲分流河道沉积。从沉积体系研究的完整性来说，上述结果主要刻画了对常规地震属性敏感的线性沉积体（分流河道等），未分析河道发育背景（面状沉积体，如内前缘、外前缘、席状砂、浅湖）。图6为SS2砂体振幅、常规属性信息融合、结构信息与属性信息融合及沉积（亚、微）相平面图。由图可见：①由北向南，河道周缘地震振幅属性特征相似，缺少河道发育的亚相背景信息（图6a）；②利用常规属性信息融合技术虽然能更清晰地刻画局部河道细节，但仍然未能有效区分河道周缘的背景相，表现为河道周缘的色标差异小，属性特征近似（图6b）；③利用结构信息与属性信息融合技术将该区从北向南划分为3个区域，分别对应同一河道不同河道段发育的亚相背景，经测井标定后分别属于三角洲内前缘（洪水面与枯水面之间）、外前缘（枯水面以下）和浅湖相（浪基面以上）（图6c、图6d）。其中内前缘坡度相对较缓、以发育决口扇为特征，以分流河道充填沉积为主；外前缘坡度相对较陡、发育一定程度的河口坝和席状砂沉积；浅湖相具备单一结构和稳定水体，出现薄层浊积水道和浊积扇沉积（图7）。采用结构信息与属性信息融合技术能清晰地刻画河道等线性沉积体的亚相发育背景，表现为同一河道的不同段发育于不同的沉积亚相中，其中三角洲内、外前缘的丰富结构信息与浅湖区的单一结构信息有明显区别（图7）。两段色标显示技术以表征地震结构信息的色标作为背景相，以刻画细节的常规时窗或瞬时属性信息的色标为主色标，可在属性平面图中清晰地展示线性沉积体（河道等），便于结合测井标定进一步完整解释沉积体系。

图6 砂体SS2振幅（a）、常规属性信息融合（b）、结构信息与属性信息融合（c）及沉积（亚、微）相（d）平面图

图7 研究区过J58井南北向地震剖面（上）及沉积亚相环境解释图（下）

综上所述，利用结构信息与属性信息融合技术得到的融合属性平面图既描述了三角洲内前缘、外前缘、浅湖相等面状沉积体的结构特征，又突显了对常规地震属性敏感的河道、河口坝等线性沉积体，相序更加完整，不同级别相序发育层次合理，有效避免了“窜相”，完整刻画了目的层系沉积体系的发育特征。

5 结束语

地震结构信息与常规属性信息是利用地震资料全面刻画不同类型沉积体系的重要参数，两者之间的融合是系统表征陆相湖盆沉积体系发育格局的有效方法。分析应用效果后认为，层位—储层两步标定、时窗尺寸选择、两段色标显示及依据隶属关系进行旋回匹配融合等4个方面是利用结构信息与属性信息融合技术的关键点。实例分析结果表明，利用结构信息与属性信息融合技术描述了三角洲内前缘、外前缘、浅湖相等面状沉积体的结构特征，又突显了对常规地震属性敏感的河道、河口坝等线性沉积体。与常规属性融合技术相比，文中方法能同时精细刻画亚相和微相特征，完整刻画沉积体系的发育特征。尚需指出，该技术适用于具备高品质三维地震资料和一定测井资料的地区，在陆相湖盆边缘沉积体系研究中效果更为明显，具有一定应用价值。

在本文撰写过程中，得到了中国石油勘探开发研究院西北分院潘树新博士、黄云峰高工、郭精义博士的帮助，在此表示感谢！

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10.13810／j.cnki.issn.1000-7210.2017.01.019

杨占龙，刘化清，沙雪梅，苏明军.融合地震结构信息与属性信息表征陆相湖盆沉积体系.石油地球物理勘探，2017，52（1）：138-145.

1000-7210（2017）01-0138-08

*甘肃省兰州市城关区雁儿湾路535号中国石油勘探开发研究院西北分院，730020。Email：yang_zl＠petrochina.com.cn

本文于2016年3月2日收到，最终修改稿于同年11月23日收到。

本项研究受中国石油天然气股份有限公司重大科技专项“地震沉积学分析技术研究与软件系统优化”（2014B-0311）和国家重大科技专项“岩性地层油气藏成藏规律、关键技术及目标评价”（2011ZX05001-003）联合资助。

（本文编辑：刘勇）

杨占龙 高级工程师，博士，1970年生；1992年获兰州大学地质系地质学专业理学学士学位；1995年获中国科学院兰州地质研究所构造地质学专业理学硕士学位；2005年获中国地质大学（北京）矿产普查与勘探专业工学博士学位；2006～2008年在清华大学航天航空学院工程力学系博士后流动站工作。现在中国石油勘探开发研究院西北分院从事含油气盆地油气地质特征综合评价与岩性油气藏勘探技术与方法研究。