基于地震正演模擬的精細層序格架分析
——以渤海灣盆地梁家樓地區Es3z為例

楊麗玉，徐少華，秦磊，毛金昕，李小剛，尚文亮，劉家愷

（1.重慶科技學院復雜油氣田勘探開發重慶市重點實驗室，重慶 401331；2.重慶科技學院石油與天然氣工程學院，重慶 401331）

0 引言

層序地層學是由Vail等于20世紀80年代在地震地層學的基礎上提出，并伴隨著地震技術的發展而迅速發展起來的一門新興學科。經過多年的研究實踐，層序地層學主要有Exxon沉積層序、Galloway成因層序和Cross T-R層序3種學派理論，目前有關沉積層序的研究最為普遍。層序地層學多學派共存導致了術語的混亂和概念的不協調，影響了層序地層學的進一步發展[1-2]。 對此，Hunt等[3]強調存在概念體系不協調的同時，為避免將海平面下降期的陸架沉積與深水沉積區分，將原有的低水位體系域細分為強迫型海退楔體系域（FRWST）和低位體系域（LST）2個體系域，提出FRWST的概念。這樣一來，層序邊界處與相對海平面的最低點重合，新體系域邊界與相對海平面變化的速率和方向的變化一致，就解決了以前沉積層序模型中將相對海平面下降和上升同時劃分成LST的問題[3]。Catuneanu等[4-5]進一步認識到沉積物供給速率等因素對層序發育的影響，綜合了Hunt和Tucker的理論模型，提出把1個完整的三級層序依次細分為低位體系域（LST）、海侵體系域（TST）、高位體系域（HST）和下降體系域（FSST）4個體系域。如今體系域四分方案已被越來越多的學者接受，成為了層序地層學標準化理論的重要組成部分。

事實上，標準化理論多用于海相地層單元，在湖相應用較少。Csato等[6]應用體系域四分的方案成功建立了潘諾尼亞湖盆三角洲層序地層格架，是標準化理論實踐于湖相地層的典型案例。渤海灣盆地東營凹陷廣泛發育大型湖盆三角洲（稱為東營三角洲）。東營三角洲在沙河街組三段（Es3）早期形成于湖盆東側。Es3沉積中期，東營三角洲的水系范圍自東向西不斷擴大，三角洲的發育達到鼎盛期，推進至東營凹陷的深洼區，沉積厚度近千米[7]。

在油氣勘探中，完整的層序單元內LST，HST和FSST是儲集砂體的有利靶區。然而受地震剖面垂向分辨率影響，前人在對渤海灣盆地東營凹陷Es3z進行層序地層格架分析時，多以三級層序界面為單元劃分地層[8-11]，所以，以體系域為尺度的四級層序地層格架亟待建立。本文通過井震結合并運用地震正演技術，模擬梁家樓地區Es3z地下地質條件，探索地震剖面上體系域及識別的地層厚度下限，以便提高Es3z的層序地層格架的研究精度。

1 區域概況

梁家樓地區位于渤海灣盆地東營凹陷利津洼陷東南部的斜坡上，南部通過純北斷層與純化古隆起相接，北部緊鄰利津洼陷生油中心，東部以構造脊線與牛莊洼陷相鄰，西部以洼陷的軸線與小營油田相對，面積約250 km2[12-14]。 中、新生代以來，渤海灣裂谷盆地在快速拉張背景下基底發生強烈、持續沉降。Es3z沉積時期，陳官莊—王家崗—勝永斷裂帶分布在東營凹陷梁家樓地區的邊界。此時控制沉積凹陷邊界的主干伸展斷層發生繼承性活動，大部分主干伸展斷層已由早期的平面式斷層演化成為鏟式或坡坪式正斷層，但凹陷內部的基底次級斷層大多數基本不再活動，湖盆凹陷多表現為半地塹結構特征，巖性和厚度變化的規律性強，凹陷的沉降中心相對穩定。沙三段沉積時期表現為穩定伸展盆地的特征[15-32]。

研究區在Es3z沉積時期，沉積環境以三角洲、水下扇和深湖為主。梁家樓地區古近系發育1個一級層序、4 個二級層序和 11 個三級層序[18]。 其中，Es3z的頂、底界面均為不整合面，分別以地震反射界面T4和T6表示，單獨劃分為1個三級層序S6。在S6層序內，下部地層普遍發育油頁巖與砂巖互層，上部地層發育砂巖。S6層序內下部的油頁巖中生成的烴類排入砂巖中，形成下生上儲型油氣藏[18-19]。

2 體系域分析及存在問題

2.1 體系域分析

以地震層位解釋為基礎，在梁家樓地區Es3z地震剖面上（見圖 1a）識別出 8個準層序界面，PB6-8（Parasequence Boundary 6-8）至 PB6-1，由老至新依次劃分出 S6-7（Sequence 6-7），S6-6，S6-5，S6-4，S6-3，S6-2，S6-1，共7套準層序。根據準層序的疊置關系、地震反射終止關系及測井數據，建立了Es3z的層序地層格架（見圖1b）。

2.1.1 S6-7和S6-6

PB6-8（Es3z底界面）具有連續、強振幅的地震反射特征，全區分布穩定，為梁家樓地區Es3z時期的最大湖泛面（即地震反射標志層T6），巖性以暗色泥巖沉積為主。PB6-6和PB6-7向湖盆方向下超PB6-8之上，向陸上超于層序邊界之上。在東營三角洲水系作用下，沉積物以前積的斜層形態向湖盆中央推進，在地震剖面上S6-7和S6-6表現為向上加積，地層厚度垂向上逐漸增大，向湖盆一側逐漸減薄的特征。巖性以粉砂巖及厚層泥巖為主，測井曲線呈微幅鋸齒狀，為HST。

2.1.2 S6-5至S6-2

S6-5至S6-2地震反射結構特征明顯，剖面上可見頂超、下超和削蝕現象。PB6-5上部以低角度收斂于PB6-6之上，表現出頂超的地震同相軸接觸關系。PB6-4下部下超于PB6-5之上，并于PB6-2呈頂超的接觸關系。受相對湖平面快速下降影響，S6-5至S6-2發育高角度的前積層和底積層，頂積層不發育，具有中間地層厚度大，向海、陸兩側減薄的特征。向陸一側可見明顯的侵蝕與暴露現象，地震同相軸振幅弱、連續性差。巖性以粉細砂巖為主，夾薄層泥巖，測井曲線多呈齒狀與漏斗狀，整體具反旋回沉積特征，為FSST。

2.1.3 S6-1的體系域歸屬問題

PB6-1在地震剖面上可見明顯的強振幅、高連續性，區域分布穩定，上超于PB6-2之上，S6-1因此具有類似TST的上超反射。由此推測，研究區缺失LST。然而，單井分析顯示，S6-1內部存在1個巖性和電性的突變面，巖性由界面之下的厚層砂巖轉變為界面之上的薄層泥巖。電性在該界面上下也存在明顯的差異，自然電位曲線（SP）由界面之下的箱型變為界面之上的基線（見圖1）。由此認為，測井上S6-1內部巖性和電性的突變面應為最大海退面（MRS），同時為LST的頂界面，S6-1下部厚層的砂巖應屬于LST。因此，如何準確建立井震匹配的體系域，即如何認識LST的地震識別下限，是確定研究區層序地層格架的關鍵。

圖1 梁家樓地區地震剖面及L57井巖性特征

2.2 地震正演LST的地震識別下限

2.2.1 巖層物性參數

首先，對梁家樓地區地震資料的頻譜進行分析，得出雷克子波主頻；其次，基于聲波測井資料，將聲波速度轉換為地層速度，并利用地質分層數據，結合實際地震剖面，確定地層厚度；最后，統計出正演模型所需要輸入的巖石物理參數（見表1）。

2.2.2 正演結果

利用Discovery LogM軟件，根據實際地震剖面（見圖1），將S6-1上覆地層厚度設計為40 m的均勻單元，其目的在于減少薄層在LST頂界面形成的波形干涉作用。使用雷克子波，子波的主頻為22 Hz，采樣率2 ms，噪音率為0，根據表1中的數據，賦予巖層物性參數，建立正演模型。為精準刻畫LST，采用單因素控制變量法，控制頻率、巖性及地層速度參數不變，僅改變LST的地層厚度進行地震正演。

表1 地層物性參數

當設置LST厚度為15 m時，LST正演結果表現為強振幅、連續性好的一個反射同相軸（即波峰反射）（見圖2），不能識別出LST的頂、底界面，主要原因是來自上下相鄰界面的反射發生干涉增強疊加造成的。

圖2 LST厚度模型及正演結果

在15 m的基礎上以10 m作為一個厚度梯度，逐漸增加LST的厚度 （見圖2），直到LST厚度為45 m時，LST表現為1個具有強振幅、連續性好的波峰同相軸與同樣具有強振幅、連續性好的波谷同相軸。此時能夠清晰分辨LST的頂、底界面。因此，通過正演模擬得到梁家樓地區LST的地震識別下限是LST的厚度為45 m。然而表1表明，梁家樓地區LST的沉積厚度多在10 m左右，這一沉積厚度導致在分辨率較低的梁家樓地區地震剖面上不容易識別。測井因為高分辨率，可識別出LST，因此，地震剖面上將S6-1稱為LST和TST的復合體系域，盡管LST在地震剖面上僅表現出上超地震相。

3 討論

發育于海相環境的低位三角洲通常以薄層的陸上沉積與厚層的水下進積體為特征（見圖 3）[5，30]。 受周期性氣候變化的影響，發育于湖相的低位三角洲厚度較小，難以形成如海相低位三角洲一般的厚層頂積層，故在分辨率較低的地震剖面上LST難以識別（見圖3）。

汪丹等[31]根據1951—2010年鄱陽湖星子水位站觀測資料，統計出每年夏季（氣候溫暖濕潤）湖盆平均水位為17.1m（黃海高程基準，下同），面積達4000 km2。冬季氣候寒冷干燥，湖盆萎縮，平均水位只有6.0 m，面積小于1 000 km2。最大年水位變幅為14.15 m。由此可見，受氣候影響，湖盆水位變化頻繁且變化幅度很小。韓建輝等[32]對具有萎縮期特征的松遼盆地進行研究認為，松遼盆地在該時期，構造相對平靜，控制層序的因素主要為氣候變化。氣候變化導致湖平面頻繁、低幅度的升降，形成的可容空間十分有限，地層沉積速率僅26 m/Ma，致使松遼盆地大部分層序單元厚度僅為40～80 m，單層砂體厚度1～10 m。

圖3 海相環境的低位三角洲進積反射特征及層序模式

正是因為周期性氣候變化的影響，在沙三中亞段沉積時期，湖平面變化頻繁且幅度較小，可容空間有限，制約了砂體的沉積厚度，導致梁家樓地區LST沉積厚度較薄，在分辨率較低的地震剖面上不易識別。

4 結論

1）渤海灣盆地梁家樓地區Es3z時期體系域發育完整，三級層序S6由老至新依次發育HST（S6-7和S6-6），FSST（S6-5 至 S6-2）及 LST 和 HST 的復合體系域（S6-1）。

2）在地震波主頻為22 Hz的條件下，渤海灣盆地東營凹陷梁家樓地區Es3z時期LST可識別的沉積厚度下限為45 m。

3）地震資料品質和地震波干涉相消作用是影響LST在地震剖面上識別的2個主要因素。對于季節性東營湖盆，在氣候干冷時期，相對湖平面下降，可容空間減小，導致梁家樓地區LST沉積厚度往往較小。

致謝本文的資料源于梁東地區Es3z儲層預測及目標研究課題。本文的完成得到中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司純梁采油廠各位專家的幫助，在此表示由衷的感謝！