石油地震地質學若干問題探討

衛平生，李相博，雍學善，劉化清，陳啟林，高建虎

（中國石油勘探開發研究院西北分院）

石油地震地質學若干問題探討

衛平生，李相博，雍學善，劉化清，陳啟林，高建虎

（中國石油勘探開發研究院西北分院）

針對當前石油地質研究中的地震-地質一體化研究思路及石油地震地質學研究現狀，該文重點對石油地震地質學的學科概念、分支學科及其界定、研究思路和方法及關鍵技術、理論和實驗基礎、研究尺度及其與相關學科的關系等六大科學問題進行了初步探討。最后指出，隨著地球物理技術的進一步發展，利用石油地震地質學這門新興交叉學科較為準確地發現油氣藏并實現高效開發或許會成為現實。

問題討論；研究方法；關鍵技術；石油地震地質學

0 引言

隨著地震勘探技術的不斷發展，地震數據處理與解釋一體化、地震-地質一體化的綜合研究思路與方法正日益為人們所廣泛接受，也由此產生了一門新興的交叉邊緣學科，即石油地震地質學[1-3］。就目前的研究現狀而言，這門學科僅處在起步和發展階段，還很不完善，還存在諸多方面的問題。也許正如林承焰等[4］最近撰文所說，石油地震地質學目前呼之欲出，但由于缺少獨立的理論體系，暫時還不能成為一門真正的學科，而是一個利用地球物理技術解決石油地質學和油藏描述問題的技術集成。由于該學科被認為是今后油氣勘探實現重大突破的關鍵[3］，為了提高其在石油勘探開發中的應用水平，筆者重點圍繞影響該學科發展的六大關鍵科學問題進行了剖析，以期促進該學科的發展與完善。

1 石油地震地質學的概念演變與學科特點

只有正確理解石油地震地質學的概念內涵，才能把握其學科特點和發展規律。“石油地震地質學”與“地震地質學”概念內涵完全不同，后者是一門運用地質學的理論和方法研究地震成因、地震活動規律的學科[5］，前者則是與石油地質研究相關的學科術語，其概念最初由袁秉衡等[1-2］于20世紀80年代初期提出，后來譚試典[6］對這一概念及研究內容進行了補充，將20世紀90年代之后迅速發展起來的儲層橫向預測、烴類檢測、油藏描述、地層壓力預測等研究內容納入到了石油地震地質學的研究范疇。隨著當前地震勘探技術的快速發展，地震資料在石油地質各分支學科中的應用逐漸從定性化走向定量化。楊杰等[3］根據國內外研究的新進展，尤其是高精度三維及四維地震資料在石油地質中的應用，將石油地震地質學作出了如下最新定義：以高精度三維地震資料為基礎，以現代石油地質理論為指導，綜合利用地震、地質、測井、鉆井及測試等資料，研究含油氣盆地的形成與演化、地層與構造特征、油氣圈閉與資源潛力以及沉積、儲層、油氣運移與保存等，從而對油氣藏進行描述、建模、動態分析等研究的一門綜合的、系統的前緣交叉學科。顯然，這意味著石油地震地質學的研究內容涵蓋了油氣勘探開發的全過程。在此基礎上，楊杰等[3］又提出了石油地震地質學的五大分支學科和具體的12項研究內容，指出了地震與地質二者的有機結合是石油地震地質學的根本研究方法，并明確了石油地震地質學的八大技術，標志著這門學科的發展進入了一個新階段。

如何更深刻地理解前人關于石油地震地質學的概念，或者說更好地把握其內涵和外延呢?通俗地講，石油地震地質學去掉“地震”二字就是石油地質學，去掉“地質”二字就是石油地震學，由此可見，石油地震地質學是石油地質學和石油地震學的交叉學科。含油氣盆地及其各類目標（包括油氣聚集的區帶、圈閉、油氣藏）是石油地震地質學的主要研究對象，油氣的形成（生油）、聚集（儲層、運移、圈閉）、保存（蓋層）以及油氣藏描述、表征、建模、開發等都是其研究內容，最終目的是評價盆地的油氣勘探潛力，發現油氣藏和提高油氣藏開發采收率，它涵蓋了油氣勘探開發的全過程。因此，石油地震地質學中的“石油地質”并非傳統意義上的石油地質，其跨越了傳統石油地質學和油田開發地質學兩大學科；“石油地震”包括了地震、測井和非地震物探，實際上是地球物理勘探學。

石油地震地質學有以下幾個特點：①系統性和層次性。石油地震地質學貫穿于勘探開發的全過程，包含了較多的分支學科，是一個系統的大學科；各分支學科之間的銜接是過渡的，研究內容各有側重，并具有層次性。②綜合性。石油地震地質學的研究不僅充分利用了地震信息，而且綜合利用了地質、測井、鉆井、測試、采油、分析化驗等各種資料，甚至利用了非地震物探資料，強調的是多學科的協同和地震與地質的結合，因此具有很強的綜合性。石油地震地質學的核心就是地質與地震的有機結合。③精細性。這里強調的是高精度三維地震資料，其廣泛使用不僅使石油地震地質學的研究在很多方面實現了從定性到定量，而且實現了從點、面擴展到三維甚至多維空間，使研究目標的各種屬性特征真正實現了“體”的描述和表征，追求目標體空間細節的精雕細刻。同時，三維可視化以及虛擬現實技術的廣泛使用，可使研究目標的特征屬性在三維空間直觀可視。石油地震地質學的精細性是其最大的特色。④實用性。石油地震地質學強調的是解決油氣勘探開發實際地質問題的思路、方法和實用技術，注重的不是“世界觀”，而是“方法論”，落腳點是“實踐論”，即解決實際問題的能力和效果。石油地震地質學是個應用性學科，直接服務于油田勘探開發。

綜上所述，可將石油地震地質學的概念簡單概述為：充分利用地震信息和地質資料，通過地震與地質的有機結合，評價盆地的油氣勘探潛力，發現油氣藏和提高油氣藏開發采收率的一門系統綜合的、精細實用的應用性前緣交叉學科。這里的“地震信息”主要指高精度三維地震資料，當然也包括了二維地震、高密度地震、井筒地震、多波多分量地震、四維地震、測井和非地震等資料；“地質資料”包括通常所說的地質、鉆井、測試、采油、分析化驗等資料。地震與地質有機結合中的“地質”指地質分析方法和評價技術，“地震”主要指地球物理勘探的實用方法和技術。因此，就內涵和外延而言，“石油地震地質學”準確的名稱應為“石油地球物理勘探地質學”。

2 石油地震地質學的分支學科及重點研究任務

只有正確建立石油地震地質學的學科框架體系，才能做到研究目標明確、重點突出。楊杰等[3］曾以石油地震地質學的研究對象、研究內容和學科特點為依據將其劃分為五大分支學科，即地震構造學、地震沉積學、地震儲層學、地震成藏學和開發地震學。實際上，含油氣盆地中油氣形成的研究十分重要，它直接關系到盆地的勘探前景，而以往該領域屬于有機地球化學的研究內容。如何利用地震信息、地震與地質相結合來研究有機質的豐度、類型和成熟度，進而評價含油氣盆地的資源潛力也是石油地震地質學的重要研究內容和發展方向。目前一些學者已在嘗試做這方面的工作，如張寒等[7］利用地震和測井信息預測和評價渤海灣盆地富油凹陷的烴源巖；Q.R.Passey 等[8］、朱光有等[9］、袁東山等[10］利用測井信息獲取烴源巖地球化學參數。隨著這方面研究的深入，“地震有機地球化學”將會成為石油地震地質學的一個獨立分支學科，目前這部分研究內容可暫時放到地震成藏學當中。

Hongliu Zeng 等[11］、羅群等[12］、衛平 生等[13］、馬在田[14］和劉振武等[15］分別提出了地震沉積學、地震成藏學、地震儲層學和開發地震學的概念、研究內容、方法和關鍵技術，基本涵蓋了石油地震地質學研究的內容、方法和技術。王建功等[16］、張虎權等[17］、譚開俊等[18］分別進一步提出了碎屑巖、碳酸鹽巖和火成巖地震儲層學的概念、研究內容、方法和關鍵技術。但作為獨立的分支學科，它們之間的研究內容重疊較多。因此，從石油地震地質學整體的角度考慮，有必要界定各分支學科之間的相對界限，使其研究各有側重、特點突出。表1給出了各分支學科的主要研究內容、研究尺度和研究目標，界定了各分支學科研究內容的相對界限。從表1中可看出，從油氣勘探到開發階段，石油地震地質學的研究內容越來越精細，研究目標越來越具體、定量，成圖的精度也越來越高，顯示的方式也由“點”、“面”到“體”，石油地震地質學的精細性越來越得到體現。

表1 石油地震地質學分支學科研究內容、尺度和目標（據文獻[19］修改）Table 1 The research contents,scale and targets of the subdisciplines of petroleum seismogeology

3 石油地震地質學的研究思路、方法和關鍵技術

正確的研究思路與方法能保證人們的實踐活動始終在正確的理論指導下進行。石油地震地質學的基本研究思路是“地質→地震→地質”，表現方式為“點→面→體”，注重的是地質資料的標定。其方法可簡單概述為“四步法”：第一步，充分利用現有的地質資料，包括地面露頭、鉆井、測井、分析化驗、測試、采油等，建立“點”上的地質模型；第二步，在地質模型的指導或約束下，利用各種地震技術將地震信息轉換為含有地質信息的各類數據體或剖面，如波阻抗、自然電位、自然伽馬、電阻率、各類屬性體或剖面等；第三步，在地質理論模式的指導下，通過地震與地質的有機結合解釋這些數據體或剖面，并建立模型；第四步，用地質資料對解釋的結果進行檢驗、再標定，給出準確結果，從而建立更為全面、精細、準確的地質模型。圖1顯示的是“四步法”實現流程，是一個完整的從地質出發，通過地震與地質相結合，再回歸地質的全過程，充分體現了地震與地質的有機結合。以某個具有三維地震資料的研究工區為例，其沉積相研究的“四步法”為：首先，利用地面露頭、鉆井取心及其分析化驗資料，進行單井取心井段的沉積相分析，用分析結果標定取心井段的測井曲線（自然電位、自然伽馬等），使沉積相以測井曲線的形態表達，再利用這些測井曲線研究未取心井段的沉積相，進而完成目的層段的沉積相分析（單井相劃分）；其次，通過儲層參數反演，將地震數據體轉換成波阻抗、自然電位、自然伽馬等數據體，或者通過地震數據體的分類、聚類等分析，將地震數據轉換為多種地震相；再次，在沉積相模式的指導下，通過地震與地質的結合解釋這些數據體，得出較為準確的沉積相平面、剖面圖，直至通過建模和三維可視化給出三維空間的沉積體系模型；最后，用單井的沉積相進行檢驗、再標定，得出最終結果。

圖1石油地震地質學研究思路和方法——“四步法”框圖Fig.1 Diagram showing the Four-step Method of petroleum seismogeology

地震與地質的有機結合是“四步法”的關鍵，也是石油地震地質學的根本研究方法。地震與地質相結合的內涵就是利用地質資料，通過地震技術和地質分析方法，將地震信息賦予地質含義。地震的多解性是地球物理本身難以解決的問題，而地質的標定是解決地震多解性最好的方法。如地震的同相軸代表的是波阻抗界面，各類屬性體中的“同相軸”代表的是不同屬性值的大小，它們本身并沒有直接的地質含義，這就需要地質的標定賦予其地質含義。地質標定有以下幾種方法：①地質模型標定法。用已有的地質模型標定地震資料，再用地質原理進行分析，對地震資料賦予地質含義。②合成記錄標定法。利用聲波和密度測井資料作過井地震道的合成地震記錄，再與過井地震道的實際地震記錄進行對比，賦予實際地震記錄地質含義。③正演模擬標定法。利用現有的資料建立地下二維與三維地質模型，根據地震波在地下介質中的傳播原理，通過射線追蹤或波動方程等方法，正演模擬所建立模型的地震記錄[20］，再進行偏移成像和反演。該方法的主要目的是通過模擬記錄與實際地震記錄的對比分析，修正初始模型，使之更接近地下真實的地質情況，從而達到認識地下目標的目的。

隨著計算機技術與地震資料在油氣勘探開發中的廣泛應用，在地震資料采集、處理和解釋3個層次中形成了多套實用而有效的技術系列[21］。石油地震地質學以解決油氣勘探開發中的實際問題為目標，注重地震、地質協同，其技術特點應突出解釋和評價。現今的地震資料解釋已不僅僅滿足于常規的構造解釋，而是更傾向于以地震信息為主，借助先進的解釋技術，開展儲層特征綜合分析、油氣藏分布預測等更深層次的研究[22-23］。因此，根據解決問題的不同，可將石油地震地質學的關鍵技術歸納為7個系列，如表2所示。

表2 石油地震地質學關鍵技術Table 2 The key technologies of petroleum seismogeology

4 石油地震地質學的理論和實驗基礎

獨立的理論體系是石油地震地質學能否成為一門真正學科的關鍵[4］。從上述分析可看出，石油地震地質學的理論基礎是石油地質學、油氣田開發地質學、石油地震學、地震巖石物理學和石油測井學，其實驗基礎也建立在這些學科的實驗基礎之上。與大多數應用性學科一樣，石油地震地質學有了這些理論基礎的支撐，再加上學科本身的研究思路、方法和技術就形成了一門獨立的學科。如含油氣系統，它是基于傳統石油地質理論的、將存在于自然界中相對獨立的天然烴類流體單元視為系統的、將系統論的觀點引入到石油地質研究中的一種新思路、新方法[24］，其“四圖一表”簡明實用的表達方式，更有利于石油地質學家分析油氣是如何從烴源巖進入到圈閉的全過程[25］。再如層序地層學，是因地質學（特別是地層學、沉積學、構造地質學）和地球物理學的相互滲透而發展起來的一門邊緣交叉學科[26］。層序地層學發展至今，在理論上，已形成了Vail經典層序地層學、Cross高分辨率層序地層學、Galloway成因層序地層學三大主流派系；在方法上，除了運用傳統的露頭、巖心、測井和高精度地震資料外，還可運用地震資料三維可視化、古生物、地球化學、數值分析和計算機模擬等技術，使得層序地層學研究更靈活、更精細[27］。因此可以預期，隨著石油地震地質學的廣泛應用，其理論體系、研究思路、研究方法和關鍵技術等方面將會逐步得到完善。

5 石油地震地質學的研究尺度選擇

研究尺度與研究內容、研究目標緊密相關，因此，研究尺度的選擇至關重要。就地質研究方面而言，其研究尺度直接取決于儀器、資料等主客觀條件。如現代精密石油儀器的快速發展使得儲層孔喉微觀結構的研究可達到納米級。石油地震地質學的研究方法是地震與地質相結合，因此，其研究尺度的選擇要同時考慮目標的級次及地質和地震條件，要把握好“度”，應遵循以下2條原則：其一，以所研究對象的級次和目的為原則。大尺度目標（如盆地級別）的研究，在做圖時應選擇小比例尺；小尺度的目標（如圈閉、單砂體）應選擇大比例尺，達到準確、精細表達觀點的目的。其二，以地質條件與地震分辨率相匹配為原則。就資料條件而言，目前地面露頭、鉆井的地質研究精度遠高于地震。單純利用地質資料進行研究的特點是研究精度高，但多局限在“點”；而利用地震資料進行研究的特點是雖然精度稍低，但可擴展到“面”和“空間”。石油地震地質學的研究就是要把二者的特點結合起來，使研究的精度達到最佳，研究的范圍由“點”擴展到“面”和“空間”，這就要求通過地震與地質相結合來選擇研究尺度。盡管目前的地震技術發展很快，但由于受地面、地下地質條件和地震儀器等的限制，地震的分辨率仍然很局限，這也是石油地震地質學的發展受到局限的重要原因，因此，目標研究尺度的選擇要盡量考慮地震條件。

6 石油地震地質學與其它相關學科的關系

如前所述，石油地震地質學是一門涉及石油地質學、構造地質學、沉積學、石油地震學、計算機圖形圖像學等研究領域的綜合性邊緣學科，其基礎依賴于石油地質學和石油地震學的進展與創新。隨著石油地質理論的發展、地球物理技術的進步以及計算機PC-Cluster與GPU的廣泛應用，石油地質學與石油地震學在應用領域越來越趨于一致（圖2），也正是由于二者向應用領域擴展的趨同才催生了其交叉學科，即石油地震地質學的誕生。因此，石油地震地質學與其它相關學科的關系表現在以下2個方面：一方面，其與傳統石油地質學、石油地震學及地震地層學、層序地層學等學科是循序漸進、不斷繼承和不斷發展的關系；另一方面，由于其在研究內容、研究思路及方法上具有不同于上述任何單一學科的顯著特點，決定了這門新興學科的結構與功能也必然具有其特殊性[19］。

圖2 石油地震地質學形成背景與理論基礎Fig.2 The formation background and theoretical basis of petroleum seismogeology

7 結束語

目前石油地震地質學在一些問題上的認識還有待進一步深入，其理論基礎和研究方法還有待進一步完善。但不可否認的是，經過近30年的發展，石油地震地質學研究已經取得了長足的進步，尤其是面對當前勘探開發的目標越來越復雜、隱蔽，其難度也越來越大，風險也越來越高，地震-地質一體化的研究思路及方法已被人們普遍使用，并取得了良好的應用效果。因此可以預期，隨著地球物理技術的進一步發展，利用這門新興的交叉學科較為準確地發現油氣藏并實現高效開發或許會成為現實。

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Discussion on petroleum seismogeology

WEI Ping-sheng，LI Xiang-bo，YONG Xue-shan，LIU Hua-qing，CHEN Qi-lin，GAO Jian-hu
（Research Institute of Petroleum Exploration&Development-Northwest,PetroChina， Lanzhou 730020， China）

In view of the present situation of research ideas of seismic-geology integration and petroleum seismogeologyresearch, the six scientific problems of petroleum seismogeology including concept, subdisciplines and their definition,research ideas and approach and key technologies, theory and experiment basis, research scale and relations with relateddisciplines are discussed. It is pointed out that with the further development of geophysical exploration technologies, maybeusing petroleumseismogeology to find reservoirs accurately and carry out high efficiency development can become true.

problemdiscussion； research approach； key technologies； petroleumseismogeology

TE132.1+4

A

1673-8926（2011）03-0001-06

2011-02-18；

2011-03-25

衛平生，1965年生，男，博士，教授級高級工程師，主要從事石油地質理論、技術方法和應用方面的研究工作。地址：（730020）甘肅省蘭州市城關區雁兒灣路 535號。電話：（0931）8686133。E-mail：weips@petrochina.com.cn

王會玲）