地震沉積學在塔北哈拉哈塘地區古河道識別中的應用

姜華 ，汪澤成，王華，王擁軍，方欣欣，劉偉，張永超

(1. 中國石油勘探開發研究院，北京，100083；2. 中國地質大學 資源學院，湖北 武漢，430074；3. 中國地質大學 能源學院，北京，100083；4. 中國石油冀東油田公司,河北 唐山，063000)

地震沉積學(Seismic sedimentology)或地震地貌學(Seismic sedimentology)是繼地震地層學和層序地層學之后出現的一門現代地震技術與沉積學相結合的新興交叉學科，目前已經成為應用沉積學的一個熱點，并且在油氣勘探與巖相古地理的研究中得到了廣泛的應用[1-7]。2005年2月，在美國休斯頓召開的地震地貌學會議上，Posamentier等[1]和Zeng等[2]分別提出了地震地貌學和地震沉積學的概念。它們的概念和研究內容等基本相同，從而奠定了地震沉積學的核心思想體系，即將三維地震的地球物理解釋技術與沉積學研究相結合，刻畫沉積體系的平面展布、空間形態及其演化過程，地震巖石學和地震地貌學組成了地震沉積學的核心內容[8]。近年來，地震沉積學在國外的海相地層研究中取得了重大的進展(尤其是對古河流體系和海底水道的研究中)，國內學者對這一領域的研究正逐漸展開并深入。如董春梅等[9]認為地震沉積學研究中的關鍵技術主要包括 90°相位轉換技術、地層切片技術和分頻段解釋技術。陸永潮等[10]將測井約束反演技術、地層切片和屬性分析技術、分頻解釋技術等都歸屬于地震沉積學的主要技術方法。隨著地震技術的不斷發展，通過沉積學的基本原理與新的地球物理技術的結合，對古沉積的認識將不斷深入，并不拘泥于某一種或幾種手段。因此，本文作者以地震沉積學基本原理為指導，以分頻及混頻技術為核心技術，以地震切片技術和精細地震解釋為主要手段，對塔北哈拉哈塘地區的古河道展開研究，并對其獨特的發育特征及沉積古地貌背景進行了分析。

1 區域地質

哈拉哈塘凹陷位于塔里木盆地塔北隆起輪臺凸起以南，發育在輪南低凸起和英買力低凸起之間。其南部緊鄰滿加爾凹陷，是海相油氣的有利指向區[11-12]，區域位置十分優越，勘探面積達4 369 km2(圖1)，其中研究區為506 km2的高分辨率三維地震區。

受多期構造運動影響，塔北地區沉積古地貌不斷發生演化，總體趨勢向南部傾斜。由于晚加里東運動的強烈作用，哈拉哈塘北部奧陶系遭受強烈剝蝕，桑塔木組地層局部缺失，底部良里塔格組地層也受到一定程度的剝蝕。總體上，從奧陶系-二疊系沉積期表現為海相碳酸鹽巖沉積向海相碎屑巖沉積過渡，再經歷海陸過渡相沉積(圖2)。在此期間，沉積環境經歷了漫長的演化過程，蓬萊壩沉積時期為半局限臺地、鷹山組沉積時期為半局限臺地-開闊臺地，一間房組沉積時期為開闊臺地環境，吐木休克組沉積時期轉化為淹沒臺地環境，良里塔格組沉積時期變為沉積陸坡環境，桑塔木組沉積時期為混積陸棚環境，至志留系沉積時期則演化為海相碎屑發育的沉積陸棚環境。從良里塔格組沉積前-志留系沉積期，沉積環境從陸坡向陸棚轉化，在這一時期，河道開始發育并隨著地貌形態的變化形成多期和多種形態的河道系統。這些河道對于下覆的碳酸鹽巖巖溶儲層的發育起到了重要的影響，識別和研究其發育特征及演化是分析古巖溶地貌的重要手段之一。

2 古河道的識別與追蹤

三維地震數據體的廣泛使用使古河流的刻畫成為可能。應用地震屬性體和三維透視技術是早期刻畫河道的主要手段，近年來，隨著地震分辨率的提高，分頻技術得到了較好的應用，應用地震分頻技術擺脫了僅依賴振幅類以及振幅衍生類地震屬性信息的問題，可以極大限度地去除噪音以及其他無關信息的干擾[13-14]。由于沒有鉆井資料鉆遇古河道，本次研究主要借助地震資料對古河道進行刻畫和研究。綜合運用地震沉積學中地層切片等手段，借助高分辨率三維地震，應用相干技術、分頻和混頻技術，識別各時期河道的底界面形態，進而研究其發育期次及分布規律。

圖1 塔里木盆地塔北隆起區域構造圖Fig.1 Regional structural sketch in North Tarim uplift

圖2 塔北地區地層及構造事件圖Fig.2 Sketch of strata and structure events in North Tarim

2.1 相干技術

相干切片技術是三維地震研究中具有重要意義的一種方法，它通過對地震數據道間能量的重新計算增大了地震反射的差異強度，從而使斷裂、古河道等在地震體中得以更清晰的現實。Posamentier等[15]在2006年應用相干體水平切片技術獲得了墨西哥灣某曲流河形態的清晰成像，從而使該技術成為地震體中古河道識別最成熟的手段和方法。本次研究中，通過相干運算方法建立三維相干地震數據體，并通過水平地層切片分析，發現從3 800～4 070 ms之間具有河流成像特征，發育地層為奧陶系一間房組、吐木休克組、良里塔格組以及志留系底部。但是，由于受到古巖溶串珠反射的影響，使古河道的成像受到干擾，在相干體中進行古河道的識別十分困難(如圖3所示)。

2.2 地震分頻與RGB混頻技術

地震分頻是基于地震頻譜分析的全新地震成像方法。其原理主要是基于地震數據體由多頻率地震子波與反射系數褶積形成的，不同頻率地震信號對地質信息具有不同的反射特征。應用分頻技術將三維地震進行頻譜分解，形成不同的頻率體，在單頻數據體上尋找反映地質體的成像特征并優選出最具特征的頻率體[16-17]。在此基礎上，選擇不同頻率段中最能反映地質體特征的單頻體并重新混合成為一個數據體，獲得地質體的全部特征，這種方法就是混頻技術。混頻具有多種處理方法，其中 RGB混頻是最有效的方法之一，主要方法是將不同頻率的單頻體分別放入紅(red)、綠(green)、藍(blue)三原色中不同的通道內重新混合成像用以實現地質體形態清晰的刻畫。本次研究中在20～180 Hz之間對地震數據體進行頻譜分析，認為低頻對古河道具有更清晰的反映，并優選的20 Hz，32 Hz，48 Hz 3種頻率體分別通過應用RGB混頻技術生成混頻地震體，獲得古河道的清晰成像(圖4)。在此基礎上，應用三維立體解釋技術將混頻體中的河道成像特征與振幅地震體中的同相軸特征進行對比并進行精細追蹤，完成河道的雕刻解釋。本次研究實現了奧陶系吐木休克組底界面和志留系底界面古河道的刻畫(圖5)。

圖3 塔北哈拉哈塘地區相干切片(T3920)Fig.3 Coherence slicing in Halaharang Area of North Tarim(T3920)

圖4 時間切片(T3904)的單頻率及混頻成像特征Fig.4 Characters of single frequency and frequency mixing in time slicing(T3904)

圖5 志留系底部與奧陶系吐木休克組底部古河道特征Fig.5 Characters of paleo-channels in bottom of Silurian and Tumuxiuke formation of Ordovician

3 古河道特征及其識別的意義

3.1 古河道發育特征

下切水道常作為判斷不整合界面的重要標志，正是由于沉積間斷期地貌形態的改變導致基準面的變化從而使河道形成，并且不同的地貌控制著不同的河道形態。哈拉哈塘地區的河道與層序界面密切相關，吐木休克組底界面、志留系底界面上主要發育于2個不同時期的古水道。

(1) 吐木休克組底界面發育河流特征(圖5(a))。該期河道主要發育于吐木休克組地層沉積前，應用地層切片技術發現該組河道存在于該組底界面以下40 ms內，是明顯發育于層序界面上的水流系統。該水流系統可以分為上游、中游、下游3個區，上游部分2個分支都表現為高彎曲度特征且下切深度不一，中游部分河道變得異常寬緩、下切較淺，在下游河道又變為高彎曲特征。在河道的許多部位可以清晰的看到河流側向遷移特征。河道近南北向，總體反映北高南低的地貌趨勢。

(2) 志留系底界面發育河流特征(圖5(b)和圖6)。該期河道主要發育期為晚加里東構造運動期，全部河道皆表現為高彎曲的特征，并且北部為多分支河道發育區，在南部匯合為一條河道。志留底界面是塔里木盆地最重要的不整合界面之一，塔北地區暴露時間長，地貌改造強烈，此時形成的河道深切至下覆的桑塔木組和良里塔格組，并對其巖溶發育產生重要影響。自北而南，整個水系表現為不斷匯聚的特征，可以判斷在該古河道發育期整體北高南低的古地貌格局。

3.2 古河道類型及其發現意義

在不同的地貌背景下，河流展現為不同發育特征，主要表現在下切深度、坡降梯度、寬深比、彎曲度等特征的差異[18](圖7)。因此，不同類型的河流特征亦可以反映其發育期的地貌形態。根據Rosgen在1994年對河流的分類，針對研究區發育的河流進行了彎曲度的分析，進而獲得對河道發育期古地貌形態的認識。根據彎曲度指標和河流成像特征分析認為：吐木休克組底界面發育的河流屬于典型曲流河,而志留系底界面發育河流則表現為穩定曲流河特征(圖8)。

志留系和奧陶系吐木休克組底界面河道的發現具有十分重要的意義[19-20]：(1) 證明了這 2期都存在暴露型沉積間斷，特別是吐木休克組底界面一直被認為是淹沒型不整合，屬于水下沉積間斷，而其界面上曲流河的發現則揭示在哈拉哈特地區甚至更廣闊的地區曾經發生過短暫的暴露。這就為塔北地區巖溶儲層主要發育于吐木休克組底界面以下一定范圍內提供更為合理的解釋；(2) 無論是曲流河還是高曲度的穩定曲流河，都反映了河流發生時地貌處于一種平緩的趨勢，從而為該區域的古地貌分析提供了一種新的方法。

圖6 志留系底界面河道在任意線上的特征(圖中箭頭指示志留底界面與任意線河道交匯部位)Fig.6 Characters of paleo-channels on bottom of Silurian in arbitrary line of 3D seismic

圖7 河流分類及特征(據Rosgen,1994[18])Fig.7 Classification and features of rivers(after Rosgen,1994[18])

圖8 兩期河流形態特征與河流類型Fig.8 Characters and types of two periods of paleo-channels

4 結論

(1) 應用地震沉積學識別古河道是目前古河道體系研究較為先進的手段，結合鉆井、測井等可以更準確地認識河道充填物性質，從而確定其對儲層發育的意義。本文中描述的古河道尚未有鉆井揭示，通過刻畫河道形態研究古地貌對于認識古巖溶發育背景及發育程度是一種嘗試。

(2) 以混頻為核心技術，將相干體技術、混頻技術相結合，應用時間切片、沿層切片等方法，刻畫了該區域吐木休克組沉積前和志留系沉積前發育的兩期主要河道的全貌，并分析了兩期河道的主要特征，認為奧陶系吐木休克組底界面發育河道屬于典型曲流河，而志留系底界面發育河道屬于高曲穩定曲流河。

(3) 應用前人對現代河流發育類型及其與地形關系的研究成果，確定兩期河道發育時，古地貌都相對平緩，且志留系底界面穩定曲流河發育比奧陶吐木休克組底界面典型曲流河發育時期應具有更平緩的地貌。

(4) 吐木休克組底界面河流的發現證明在哈拉哈塘地區可能存在著一定時間的暴露性沉積間斷而不是單一的水下沉積間斷，從而為研究其界面下古巖溶儲層的發育提供了更為合理的解釋。

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