地球物理学进展  2016, Vol. 31 Issue (5): 2181-2186   PDF    
地震相技术之短板及应对方法
徐忠华, 石磊军, 牛小军, 鲍五堂, 张灯亮     
河北省煤田地质局物测地质队, 邢台 054000
摘要: 地震相分析技术并不是陌生的的事物,通常在地震资料解释时已经被不自觉地大量使用.地震相分析技术忠实于地震信息本身,克服了地震反演技术的某些缺陷,是研究沉积相和储层预测的重要手段之一.在做地震相分析过程中一般会遇到多解性问题,不同处理机构使用的软件和处理流程会有差异,处理当中使用不同替换速度和显示方法会产生有差异的时间剖面,这也会对地震相分析造成不同解释,即便使用分析软件依然会加入人为的不确定因素,对地震解释产生干扰.本文针对以上问题进行深入细致地探讨研究,有效地避免以上因素造成的地震相解释的多解性,从而达到对地震成果更为科学准确的解释,以便更好地获得更为准确的地质成果.本次探讨对破解这一难题做出了有益的探索.在这一领域内有重要的理论和实践的意义.
关键词地震相分析     地震地层学     时间剖面解释     沉积相     多解性     地质学    
Shortcomings of seismic facies and its countermeasures
XU Zhong-hua , SHI Lei-jun , NIU Xiao-jun , BAO Wu-tang , ZHANG Deng-liang     
Geophysical Prospecting & Surveying Team of Hebei Provincial Coalfield Geology Bureau, Xingtai 054000, China
Abstract: Seismic facies analysis technique is not unfamiliar things, Often in seismic data interpretation has been heavily used unconsciously. Seismic facies analysis technique faithful to seismic information itself, to overcome some shortcomings of the seismic inversion technology, is one of the important methods to study sedimentary facies and reservoir prediction. Doing more than usually encountered in the process of seismic facies analysis, the problem of sex of different agencies use to deal with difference software and processing, processing of using different substitution speed and display methods can produce different time section, which will cause different interpretations to the seismic facies analysis, even if the use of analysis software will still join artificial uncertainties, the interferences with seismic interpretation. This paper study the above problems are discussed deeply and in detail, and effectively avoid the above factors of seismic facies of explanation, so as to achieve to be more scientific and accurate seismic result interpretation, in order to better get more accurate geological results. This study made a beneficial exploration to solve this difficult problem. In this area has important theoretical and practical significance.
Key words: seismic facies analysis     seismic stratigraphy     time section explain     the sedimentary facies     multiple solutions     geology    
0 引言

地震相是沉积相在地震时间剖面上表现的总和,是由沉积环境(如海相或陆相)所形成的地震反射特征,是指一定面积内的地震反射单元,该单元内的地震属性参数与相邻的单元不同.它代表产生其反射的沉积物的岩性组合、层理和沉积特征(滕吉文等, 2011; 牟中海和尹成, 2013; 董四辉, 2013).

依据测区地层的各种地震反射标志,利用地震反射波的振幅、频率、连续性、内部结构和外部形态等地震反射波特征,总结划分出主要地震相类型,并将地震相的平面展布特征与钻井及区域构造背景相结合,经过地震解释,把地震相转换为沉积相(李庆谋等, 2006; 崔若飞和秦轲, 2010).在此过程中主要是通过对地震时间剖面分析解释,利用地震反射标志推断沉积形态和沉积层岩性.进而预测了有利相带,为后续的勘探工作提出了有益的建议(黄小平等, 2004).

本文通过实际运用当中遇到的不同情况,归类分析了地震相技术研究中容易出现多解性的方面进行阐述,以便把多解性降到最低.

1 地震相技术分析解释过程中造成多解性诸多因素及分析比较 1.1 同一资料不同单位处理的问题

不同的地震资料处理机构、使用不同软件和处理流程制作的地震时间剖面会有差异,使用这些地震时间剖面来做地震相分析解释时会产生多解性的问题.

实际工作当中,相邻的测区由不同单位采集施工,没能在同一家资料处理机构进行地震资料的处理.那么不同的处理机构使用了不同的处理软件及采用不同的流程和算法,对地震资料处理成果也有一定的影响.这种影响到底有多大呢?图 1图 2图 3就是同一测线的原始地震数据由三方处理机构处理制作的地震时间剖面图.

图 1 三高反射结构 Figure 1 Three high reflection configuration

图 2 低反射结构 Figure 2 Low reflection structure

图 3 中反射结构 Figure 3 Reflected in the structure

那么我们针对地震相研究的对象做分析:视振幅、视频率、反射波的连续性、波组反射结构及其外部几何形态等,这些特征反映了目的层的构造情况、岩性、沉积特征等.

(1)图 1属于三高反射结构(高振幅、高频、高连续性)的地震相.振幅高意味着界面上、下岩性差异大;频率高意味着层厚较薄且频繁交替;高连续性意味着岩性和岩层厚度横向上很稳定,它是浊积层、薄煤层稳定发育的浅湖沼泽相的典型特征.岩石结构成熟度普遍较低,分选性差,多为过度类型的岩石,如砂质泥岩、细中砂岩、砂砾岩等.粗、细岩层之间多以突变关系交替,在泥质岩中常见水平纹理及植物化石碎片.

(2)图 2属于低反射结构(低振幅、低频、中低连续性结构)的地震相.其基本特征就是振幅低,能断断续续看见同相轴的存在;频率低意味着层厚较厚且岩性均匀;同相轴的连续性较差,故笼统地称之为中低连续性.形成低反射结构的根本原因是岩性均一、形不成反射界面.这与岩性本身无直接关系,巨厚的深湖相泥岩,滨海相砂岩、陆棚相灰岩、白云岩以及泥质沉积很贫乏的辫状河砂岩中都可发育这种反射结构.它们有岩性差异,但是在宏观上却很均一.

(3)图 3属于中反射结构(中振幅、高频、中连续性结构)的地震相.其基本特征就是振幅中等强度,频率较高、同相轴较连续.总体评价介于以上两者之间.

1.2 资料处理中使用不同替换速度的问题

资料处理过程中,使用不同替换速度对地震相分析造成多解性.在资料处理中通常使用到速度谱分析(图 4)替换速度的选择.这些是人机交互的过程,那么这些人为因素对时间剖面的影响有哪些呢?

图 4 速度谱分析 Figure 4 Velocity spectrum analysis

图 5中两张时间剖面为使用不同扫描速度谱下完成的(徐忠华等, 2010).明显看出时间剖面的视振幅、视频率、波组的连续性、地震反射波组反射结构、外部几何形态等都有不小差别.仅仅是所使用替换速度的不同就造成如此的差异,足见此环节参数选取的重要性(程耀清和蔡冬梅, 2007).

图 5 不同扫描速度谱制作的时间剖面图 Figure 5 Different scanning velocity spectrum profile production time
1.3 地震时间剖面不同的显示方法的问题

在地震资料处理过程中还有一个看似无关紧要的环节,那就是时间剖面图的显示定位对地震相分析造成不同解释.从事地震勘探的人都熟悉单炮记录在没有做自动增益控制AGC显示前,单炮记录面貌是初始时振幅强,随着记录时间增加其振幅急剧减弱.很快在监视记录上就变成空白(见图 6).为了方便对其质量的监控,通常采用AGC算法对其调整,将地震单炮数据的能量进行“归一化”处理(李庆谋和刘少华, 2005),使得整张记录看起来能量均衡,强弱有序.

图 6 左图为未做AGC、右图为做过AGC Figure 6 Left for not do AGC and right for the AGC

同样地在地震时间剖面的处理后期阶段也要对剖面的成图进行能量补偿的调整,目的是为解释人员提供合适“口味”(让解释员看起来面貌合适)的地震成果,以便为下一步解释打好基础.这里的能量补偿就是对其振幅的调整.调整的方法类似AGC算法.调整过程中时间窗口大小的选取对地震时间剖面的振幅影响挺大,图 7选取的AGC窗口是150 ms,其显示出高振幅高频高连续性,属高能量沉积;图 8选取的AGC窗口是300 ms,其显示出中振幅高中频中连续性,属中度能量沉积.对两张时间剖面的波组反射结构及其外部几何形态的解释虽然没有改变,但是对其解释的地层沉积能量高、低已经有了差异,对解释沉积相也出现了分歧(刘保金等, 2009; 刘杏芳和徐光成, 2013).

图 7 选用150 ms的AGC窗口 Figure 7 Choose 150 ms AGC window

图 8 选用300 ms的AGC窗口 Figure 8 Choose 300 ms AGC window
1.4 地震资料处理时剩余静校正引起扰动的问题

地震资料处理流程中有一个环节是剩余静校正,该步骤处理时需要引入剩余静校正速度.速度的选取如果不当就会造成假的构造(唐大海和谢继容, 2004; 王开燕等, 2013):褶曲(见图 9)或断层.图 9显示的向斜构造,经采掘验证是不存在的.这是由于向斜核部上覆地层速度变高导致的处理假象.经过重新处理该位置实际为单斜结构地层.

图 9 剩余静校正使用速度参数不当造成的构造假象 Figure 9 The structure of the residual static correction caused by illusion
1.5 地震相分析解释工作中使用软件分析的弊端

地震相标志分为:反射振幅;反射频率;反射连续性;内部反射结构;外部几何形态及其伴生关系.要参考频率和振幅因素,就会想到使用软件来分析.通常分析软件需要我们选取分析区域,这正是出问题的关键所在(杨勇等, 2005).那么我们假设选定图中蓝色区域和红色区域两种情况进行分析,结果会怎么样呢?如图 10蓝色区域内基本涵盖的是一套的寒武系地层,而红色区域包涵了侏罗系、寒武系和远古宇三套地层.分析结果可以看出:蓝色区域内地震反射波的频率主要集中在40~65 Hz范围,而红色区域内地震反射波的频率主要集中在40~85 Hz范围(如图 11).这个实验说明了即使采用了所谓科学、客观的软件来做分析,由于人为因素的介入,分析结果也还是有扰动.

图 10 不同的区域对分析结果的影响 Figure 10 The influence of different regions of the results of analysis

图 11 针对图 10中选择的两个区域进行频谱分析 Figure 11 Spectrum analysis for two regions selected in Figure 10
2 应对方法

以上是从地震相的视角对地震资料做出的分析解释,结果迥异.造成这种现象的关键在于解释人员的认识、地震资料处理手法和滤波参数等的不同.那么如何解决这些问题呢?

(1)地震资料处理环节和解释环节不能脱节和隔离,二者应该紧密结合,处理和解释同步进行,全程协作,以便让解释员做到胸怀全局.

(2)地震资料处理中所使用的流程和参数集在其所参与地震相解释的测区范围内做到匹配统一原则,这一步也是非常关键.

(3)空间跨度大的测区在做地震相分析时,注意地层在空间域的横向变化.多角度去分析其是由于构造因素引起还是沉积因素引起的时间剖面的变化,从区域范围来思考和入手,做到客观和准确地分析解释.

(4)不同成因类型的沙体,具有特定的地震响应特征,但是由于地震相的多解性,在进行地震相的研究时,必须以取芯井为基础,建立相关的地震相模式作为分类依据.

(5)解释员应该具有对地震资料采集、处理和解释过程以及对地层学知识的熟练掌握和运用的本领,这样在处理两者结合的问题时才能做到整体认识并做出科学合理解释.

具体地说扰动因素可以分为两种:一种是地震地质条件多变,地震波在地下传播过程中的能量衰减和视频率降低,使地震波的振幅随深度加深而逐渐减小,频率特性也发生显著变化,主频逐渐降低;地下岩层的构造复杂情况,使地震波的传播路径发生剧烈变化,从而使反射波性质也出现了复杂变化.另一种是人为因素,如地震波的激发、采集、处理环节等.在同一测线上采用不同的观测系统,或采用不同的处理方法,则剖面上的视振幅、视频率和连续性会有很大不同,表现为不同的地震反射结构特点.其中视振幅与地震波的激发能量,检波器的耦合情况、干扰波的压制效果、静校正的效果、水平叠加和偏移处理效果、动平衡和相干加强的效果以及显示比例因子的选择等均有关系.而视频率则与激发出的地震波频率特性、检波器的组合方式和采样间隔、滤波频率参数的选择、反褶积的效果等有密切关系.至于连续性,因它反映的是视频率和视振幅的横向稳定程度,因此与上述各种因素都有关系.

从笔者多年从事本专业研究以来,对地震数据的软件分析应该建立在合理的统一的尺度上来进行.不同的地震地质条件、不同的激发方式、不同的仪器设备、不同的观测系统以及不同的处理软件和处理机构都会对资料处理成果加入扰动.尤其对地震时间剖面的视频率、视振幅和连续性产生一定的差异性.当然这些所谓的不确定性因素不至于对解释其外部几何形态及其伴生关系造成大的影响,处理不合格情况除外.另外,对所参与解释的地震资料进行处理参数、显示比例和显示方法的“归一化”整理是非常重要的.

3 结论

综上所述,只要抓住振幅强弱与界面上、下岩性差别大小相对应;频率高低与岩层厚薄相对应;连续性好坏与岩体及岩层厚度的横向稳定性相对应这一关键,再根据对不同沉积相单元中的岩性差异特点,横向变化特点和旋回性特点的理解,就可以进行初步的沉积相解释.然而影响地震反射结构的非地质因素很多,它们造成假象是无法避免的,只有进行深入细致地研究和综合分析,才能去伪存真.从而达到对地震成果更为科学准确的解释,以便获得比较满意的地质资料.

致谢 感谢审稿专家和编辑部的大力支持.
参考文献
[] Cheng Y Q, Cai D Q.2007. Application of seismic facies technology in petroleum geophysical prospecting, [J]. (B08):79-82.
[] Cui R F, Qin K .2010. The phase analysis method to delineate coked zone of coal seam using seismic[J]. Chinese coal geology (12) : 54–57.
[] Dong S H .2013. Seismic stratigraphy[M]. Coal Industry Press .
[] Huang X P, Hong L D, Xiao C S .2004. Seismic phase analysis in Shinan-21 wellblock sedimentary facies classification[J]. Xinjiang petroleum geology (6) : 671–672.
[] Li Q M, Liu S H. 2005. Multidimensional fractal singular power spectrum analysis and application of[J]. (4):1015-1020.
[] Li Q M, Liu S H, Liang G H .2006. Component integrated processing, interpretation of geophysical and geological, geochemical, remote sensing data and the ArcGeophysics 1.0:GIS environment (COM) package and application examples[J]. Progress in Geophysics, 21 (1) : 194–202.
[] Liu B J, Hu P, Meng Y Q, et al .2009. In the Beijing area crustal fine-structure of deep seismic reflection profile detection research[J]. Journal of geophysics, 52 (9) : 2264–2272.
[] Liu X F, Xu G C .2013. Seismic facies analysis technology in[J]. Chinese geophysics 2013--twentieth branch works .
[] Mou Z H, Yin C .2013. Seismic stratigraphy[M]. Petroleum Industry Press .
[] Tang D H, Xie J R .2004. Application of Stratimgic seismic facies analysis in the exploration of oil and gas in the[J]. GSM Sichuan Journal of geology, 24 (3) .
[] Teng J W, Li H M, Liu S H.2011.Recent academic activities of the Chinese Institute of Geophysics, the mainland of China, [J]. (2):754-760.
[] Xu Q Y, Wang K Y, Zhang G F, Cheng M C, Li P H. 2013.Seismic attribute analysis technology overview of the progress of the earth physics, 28 (2):815-823.
[] Xu Z H, et al. 2010. Otog Front Banner, Inner Mongolia Autonomous Region, Shanghai temple mining area of West Sand chapter figure mine expand 2D seismic prospecting report[R]. Hebei Province coalfield matter survey team.
[] Yang Y, Bie A F, Yang C E, Meng H Q.2005. Methods for micro seismic facies analysis of neural networks and its application to the Journal of[J]., (05):483-486.
[] 崔若飞, 秦轲.2010. 利用地震相分析方法圈定煤层变焦区[J]. 中国煤炭地质 (12) : 54–57.
[] 程耀清, 蔡冬梅.2007. 地震相技术应用实例[J]. 石油地球物理勘探 (B08) : 79–82.
[] 董四辉.2013. 地震地层学[M]. 煤炭工业出版社 .
[] 黄小平, 杜洪凌, 史晓川.2004. 地震相分析在石南21井区沉积相划分中的应用[J]. 新疆石油地质 (6) : 671–672.
[] 刘保金, 胡平, 孟勇奇, 等.2009. 北京地区地壳精细结构的深地震反射剖面探测研究[J]. 地球物理学报, 52 (9) : 2264–2272.
[] 李庆谋, 刘少华.2005. 多维分形奇异功率谱分析与应用[J]. 地球物理学进展, 20 (4) : 1015–1020.
[] 李庆谋, 刘少华, 梁光和.2006. ArcGeophysics 1.0:GIS环境下综合处理、解释地球物理与地质、地球化学、遥感等资料的组件(COM)包与应用实例[J]. 地球物理学进展, 21 (1) : 194–202.
[] 刘杏芳, 徐光成.2013. 地震相分析技术中的影响因素[J]. 中国地球物理2013--第二十分会场论文集 .
[] 牟中海, 尹成.2013. 地震地层学[M]. 石油工业出版社 .
[] 唐大海, 谢继容.2004. Stratimgic地震相分析技术在川中GSM油气勘探中的应用[J]. 四川地质学报, 24 (3) .
[] 滕吉文, 李惠民, 刘少华.2011. 中国地球物理学会大陆动力学委员会近期学术活动概述[J]. 地球物理学进展, 26 (2) : 754–760.
[] 王开燕, 徐清彦, 张桂芳, 程某存, 李培海.2013. 地震属性分析技术综述[J]. 地球物理学进展, 28 (2) : 815–823.
[] 徐忠华等. 2010.内蒙古自治区鄂托克前旗上海庙西矿区沙章图井田扩大区二维地震勘查报告[R].河北省煤田物测队.
[] 杨勇, 别爱芳, 杨彩娥, 孟海泉.2005. 神经网络微地震相分析方法及应用[J]. 地球学报 (05) : 483–486.