超详细——地震相的定义、识别标志与分析方法
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不同沉积体系的各级界面、岩性及几何特征在地震剖面上的综合表现。
地震相分析就是识别每个层序内独特的地震反射波组特征及其形态组合,并将其赋予一定的地质含义,进而进行沉积相的解释。
因此对有利层序内陆震相的研究,可以确定砂 岩储集体的沉积相及横向的分布范围,从而为有利储层的综合预测奠定了基础。
2、识别标志
(1)地震反射基本属性与结构
(2)内部反射构造
(3)外部几何形态
(4)边界关系(包括反射终止型和横向变化型
(5)层速度等。
3、描述原则
地震内部反射构造是指地震地层单元内部多个同相轴的形态组合
而外部几何形态则 是地震地层单元的外观形体特征,反映上、下两个同相轴所构成的几何形态。
前者属于地 震相的内部属性,而后者则为地震相的外观形态,因此在描述的语言上应有明显的区别。
4、地震反射基本属性与结构
地震反射属性是指地震剖面各组成部分(即同相轴)的 物理地震学特征,其基本属性包括振幅、视频率、连续性三个要素。
4.1 基本属性
(1)振幅(Amplitude)
振幅是质点离开其平衡位置的位移量。
视振幅反映相应地震界面反射系数的大小。对于相同的入射波而言,界面的反射系数越大则所产生的反射波振幅越强。
反射系数的大小 由界面上下岩层的波阻抗差所决定,波阻抗差越大则反射系数就越大。
波阻抗与岩性有着密切的关系,一般说来泥岩的波阻抗较低,砂岩的波阻抗中等,而碳酸盐岩的波阻抗较高。
因此,视振幅的大小最终可归结为界面上、下岩性差别大小。
(2)视频率(Frequency)
视频率反映了相邻反射界面之间间距的大小。
间距越大,上、下界面处产生的反射波之间的时间间隔就越大,即视频率越小;
反之,间距越小则视频率越大。
当界面间距小于 入射地震波的 1/4 主波长时,两个界面形成的反射波将相互叠加成为一个复合波;
从而无法将两个界面区分开,这就是所谓的地震波垂向分辨率(能确定出两个独立界面而不是一 个界面所需的最小反射面间距,这里为 1/4 主波长)。
(3)连续性(Continuity)
连续性是指同相轴的视振幅与视频率在横向上的延伸状况,反映界面上、下岩性差别 或界面间距在横向上的稳定程度。
4.2 反射结构
地震反射结构(Seismic Reflection Texture)与后叙的地震反射构造明显不同;
反射结构主要是指地震单元内部多个同相轴的振幅、频率及连续性三者或者是振幅本身在剖面所 表现出的强弱、好坏之差异,它代表着岩性的差异、沉积时水动力条件的强弱与稳定性;
而反射构造则是指地震单元内部多个同相轴在剖面上的排列与组合方式,它是沉积作用和过程的响应结果。
在地震相的标志中,反射结构通常有两种描述和命名方法:
① 当地层单元内部上述 三个方面的上、下界面特征都比较均匀时,可直接按“视振幅 + 视频率 + 连续性”的顺序 进行描述和命名,例如“强振幅、高频、高连续性地震反射结构”。
② 当以上特征在上、 下界面不均匀时,则可根据其在垂向上的变化特点进行描述和命名,例如“向上增强反射 结构”等。常见的典型反射结构如下表。
(1)杂乱反射结构(高振幅低连续性结构)
杂乱(Chaotic)反射结构的基本特征就是振幅很强,但又不连续,波形显得杂乱无章,无规律可寻。
振幅强意味着界面上、下岩性差异大。不连续则意味着岩性或岩层厚度横向变化快,从而反射系数横向上变化很大。
这种反射结构代表其是水动力条件动荡不定,且能量相对较高环境下形成的产物,也可能是原生连续地层遭受后期改造变形后的结果;
往往发育于冲积扇、陡崖浊积扇、海底扇等扇体中,或者由于重力滑动或构造变动而发生强烈变形的地层。
(2)空白反射结构(极低振幅结构)
空白反射的基本特征就是振幅极低,几乎看不出同相轴的存在。导致无反射结构的根本原因是岩性均一、难以形成反射界面,此时代表能量相对稳定的沉积环境。
可能是巨厚的砂岩、泥岩或石灰岩,也可能是生物扰动改造后的似均匀沉积层。
从沉积学角度上来说,它可以是薄层细粒沉积,也可以是厚层粗粒沉积。
深湖相泥岩、滨海相砂岩、陆棚相灰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,它们的岩性差别很大但其内 部相对较为均一。
空白反射的形成与单元顶部的波阻抗差也有关系,当顶界面反射系数很 大时,透射能量较低,可以屏蔽下伏地层的地震反射,使得反射振幅极弱,甚至变成空白 相。
(3)三高反射结构(高幅高频连续性好结构)
地震反射具有高振幅、高频及连续性好的三高反射特征。
振幅高意味着界面上、下岩性差异大;
频率高意味着层厚较小且岩性交替变化频繁;
连续性好或高则意味着岩性和岩 层厚度在横向上十分稳定。
三高组合通常是浊积砂发育的深水相或薄煤层稳定发育的滨湖沼泽相的典型地震反射特征。
(4)向上增强或减弱反射结构
向上增强反射结构基本特征是振幅在下部较弱,而向上显著增强。这表明在下部岩性较均一,而向上岩性差别增大。
这种反射结构通常发育在下降半旋回(即高位体系域)的沉 积相组合中,三角洲、海退型进积海岸或陆棚沉积等常常形成这种组合特征。
同样也可出现 与此正好相反的反射结构,即向上减弱的反射结构,它通常发育在上升半旋回(即水进体系 域)的沉积相组合中,三角洲、海进型退积海岸或陆棚沉积等常常形成这种组合特征。
由此可见,通常振幅强弱与界面上、下岩性差别大小相对应;频率高低与岩层厚薄相 对应;连续性好坏与岩层的横向稳定性相对应。
抓住这些特点,再通过对不同沉积相单元 中的岩性差异特点、横向变化规律和旋回性的分析,就可进一步对沉积相加以分析和解释。
4.3 地震内部反射构造
地震内部反射构造是指地震剖面中的各个组成部分(即同相轴)在空间上的排列与组合方式,是岩层叠加形式的直接体现,反映沉积作用的性质和沉积补偿状况等。
地震反射构造讨论的是地震地层单元内部同相轴间的几何形态与相互关系,属于形态或几何地震学范畴。
不同的反射构造特征都具有明显的沉积作用意义(下表)。
1)平行或亚平行形(Parallel or Subparallel) 平行或亚平行形反射构造以同相轴彼此平行或微有起伏为特征。
它是沉积速率在横向上大体相等的均匀垂向加积作用的产物,在陆棚、深海盆地、深湖或浅湖、沼泽等许多相带中 都可发育。
此反射构造中的连续性一般较好,振幅和频率则可以视情况的不同而有所差异。
2)波形(Wavy) 波形反射构造的特征是各同相轴之间在总体趋势上相互平行,但在细微结构上有一定程度的波状起伏。
它是不均匀垂向加积作用的产物,也就是说从准层序或成因层序这一地层单元的级别上来看,总体上表现为垂向加积作用,从而同相轴之间在总体上相互 平行。
但从更细的级别上看沉积速率在横向上并不相同,甚至还存在次级的侧向加积作 用。
通常在冲积平原、浅海至半深海(湖)以及总的沉积速率相对比较缓慢的扇体等相 带中容易产生这种构造。另外,等深流也可形成此种反射特征。
3)发散形(Divergent) 发散形反射构造表现为同相轴之间的间距朝着一边逐渐减小,其中一些同相轴逐渐消失,从而使同相轴的个数也朝一边减少,与之对应的地层单元厚度相应减薄,形似楔状。
这种地层厚度减薄并不是由于在地层单元顶、底界发生削蚀或上超所造成的,而是由于各同相轴的间距向一边减小所致。
它是在差异沉降的背景下,由于沉积速率在横向上递减, 导致岩层厚度向一方变薄。
4)前积形(Prograding Clinoforms or Forset) 若以准层序组的顶、底界为参照平面,则其间的同相轴相对倾斜并朝一方侧向加积。
标准的前积构造具有顶积层、前积层和底积层。根据其内部反射构造差异、前积层的形态 特点以及顶积层、底积层的发育程度,可进一步将前积形构造细分为 S 型、顶超型、下超 型、斜交型和叠瓦型。
虽然它们之间有着种种差别,但都具有前积 层,都是沉积物顺流加积的产物,反映了古水流方向。前积构造是三角洲、扇三角洲、各 种扇体以及坡折转化的典型标志(图 3-36)。
① S 型(Sigmoid)。
S 型是标准的前积构造,具有顶积层、 前积层和底积层。
内部发育一组相互叠置的反 S 型反射同相轴,在反 S 型的上端为近水平的顶积层,中部为倾斜的前积层, 向下同相轴逐渐变的平缓,形成底积层。
顶积层发育表明当时该地区的水平面处于相对上升状态,可容纳空间增大,从而陆源物质得以向上垂向加积。
底积层发育表 明在沉积体的前方也沉积了大量物质,而根据沉积分异原理,较粗的碎屑物质应在
前积层及顶积层的部位上卸载,在与底积层对应的地区则主要为细粒沉积物。
因此,可以把底积层发育看作陆源物质粒度较细、泥质沉积特别丰富的表现。通常在大陆坡和泥 质丰富的三角洲中容易发育这种反射构造。
②顶超型(Tangential)
顶超型译为切线斜交型,其特征是缺失顶积层,前积层向上方以顶超方式终止于地层单元的顶界上。
顶超的存在表明,顶积层不是因后期构造侵蚀而缺失的,而是由于在水平 面相对静止时期可容纳空间保持不变,使水平面以上无法发生垂向加积作用;
路过的沉积物只能在沉积体前缘带加积,从而缺失顶积层,其底积层发育的地质意义同 S 型前积构造 相同。
通常在水平面相对静止时期泥质丰富的三角洲中容易发育这种反射构造。
③下超型(Complex Sigmoid-Oblique)
下超型又称为 S- 斜交复合型,其特征是缺失底积层,前积层向下方以下超的方式终止于地层单元底界上。
顶积层发育表明它是在水平面相对上升时期形成的,而缺失底积层则表明陆源碎屑物质粒度较粗,缺乏细粒沉积物。一般在冲积扇、陡崖浊积扇和扇三角洲 上容易发育该构造。
④斜交型(Parallel)
从英文而言应译成平行型,但从中文上很容易混淆,故多数人将其译成斜交型。
其特征是顶积层和底积层均不存在,由一组相对陡倾的反射同相轴组成,在其上倾方向表现为顶超,而在其下倾方向出现下超。
它是在水平面相对静止时期由较粗的碎屑物质侧向加积造成的,其前积方向一般与断陷盆地的长轴方向大体一致,通常解释为三角洲或扇三角洲 环境的产物。
⑤ 叠瓦型(Shingled)。
叠瓦型反射构造在形态上如叠在一起的瓦片一样,其特征与斜交型相似, 但前积层倾角十分平缓,所对应的地层较薄,通常仅相当于 1 ~ 2 个同相轴的 间距。
它是在水体相对静止、水深较浅、 坡度较缓的背景下,由沉积物侧向加积而成,通常发育于缓坡河控三角洲、坳 陷湖盆三角洲中。
叠瓦型前积构造由于 规模较小,故在地震剖面上较难识别, 但在湖盆中最为常见,因此在我国陆相含油气盆地研究中具有格外重要的意义。
⑥乱岗形(Hummocky Clinoforms) Hummocky Clinoforms
本意为丘型斜交,主要由不规则、连续性差 的反射段组成,常有非系统性反射终止 和同相轴分叉现象,波动起伏幅度小,接近地震分辨率的极限。
乱岗形反射构 造反映弱水流沉积,常见于三角洲、扇 三角洲沉积中。
⑦ 双 向 下 超 形(BidirectionalDownlap) 双向下超形反射构造的特征是同相轴在中间向上凸起,其两侧依次下超于 地层单元的底界上,表现为双向的侧向加积。
这与前述朝着一个方向的侧向加积在外观上有着截然不同,实际上与那些无底积层前积构造沉积体的横切面地质意义相同。
⑧眼球形(Eyeball) 眼球形反射构造的规模较小,一般发育于准层序组内部。特征是同相轴上凸下凹,形如眼球,厚度多为几个同相轴左右。
一些规模不大的河道砂体,沿岸沙坝和叠置扇朵叶等 容易形成这种反射构造。
综上所述,各种反射构造特征明显,易于识别,与沉积相大多有密切的对应关系。
因此,在地震相分析结合其构造背景和区域沉积特征,可进行沉积体的识别和判断。
4.4 地震相外部几何形态
地震相单元外部几何形态简称单元外形,是指在三维上具有相同反射结构或反射构造的地震相单元的外部轮廓或形体特征,它和地震反射构造一样都属于几何地震学的范畴。
但在实际的操作过程中,主要是指地震剖面上由某种地震反射结构或构造组成的外部形态, 它可以提供有关沉积体的几何形态、水动力、物源及古地理背景等方面的信息。
大多数地 震相外部几何形态都是沉积体外形直接的、良好的反映,例如丘状外形是沙坝或三角洲横 剖面的反映等。
显然,它对沉积相的解释有着重要的意义。地震剖面上常见的地震相外部 几何形态有以下几种类型(图 3-37,表 3-20)。
1)席状(Sheet)
席状是分布最为广泛的一种外形。地震相单元的 厚度相对稳定,上、下界面与其间的同相轴平行或亚 平行,其横向范围比地层厚度大得多,剖面上一般与平 行(亚平行)构造或波状构造相对应。
它是以垂向加积 为主所形成的产物。平行席状外形一般代表深海(湖)、 半深海(湖)等稳定沉积环境,亚平行席状外形一般代 表滨浅海(湖)、冲积平原、三角洲平原等不稳定环境。
2)披覆状(Sheet Drape)
披覆状的特征与席状相似,但弯曲地盖在下伏的不整合地形之上。其形态与不整合地形的形态完全一 致,且其间无上超关系存在。
它是在深水环境中由悬 浮沉积物均匀地垂向加积所致,否则将出现上超关系。
因此,这是深水、尤其是远洋沉积的显著标志。
3)楔状(Wedge)
楔状的特征是地震相单元沿倾向上厚度增大,具发散反射构造,反映沉积时基底的差异沉降作用或沉积速率的横向变化。
走向上厚度变化不大,具平行(亚平行)构造或波状构造。其地质意义与发散反射构造相同,代表沉积体常发育于盆地或凹陷边缘斜坡地带。
4)滩状(Bank)
滩状地震相单元沿倾向上厚度减小,具前积构造,或以杂乱构造、无反射为特征。
在走向方向上中间厚、两边薄,具双向前积构造或丘状构造,平面上呈扇状。
它是扇体、三 角洲等沉积体的典型标志。
5)丘状(Mound)
以“底平顶凸”的外形为特征,底部的同相轴连续平缓,顶部的同相轴上凸,形成沙丘状。
通常解释为高能沉积作用的产物,代表沉积物搬运过程中的快速卸载。
大型的二维 丘状内部常有双向下超反射,通常为三角洲横向剖面的特征;
当其规模较小时,结合构造 部位常可解释为近岸水下扇、冲积扇等;
湖盆内部的中小型三维丘状体,特别是在其顶面 有披盖反射时,是浊积扇发育的极好反映。
另外,当丘状反射的角度较大时,则通常是由 于生物礁或各种刺穿构造作用造成,一般发育于水体较深的环境中。
6)透镜状(Lens)
在剖面上以“双向外凸”的眼球形为其基本特征,总体上为中间厚、两边薄的透镜状。
这种外部形态所代表的沉积体可以产生于多种沉积环境中:
一是中间沉降速率和沉积速率 大,两边小所造成,即原生成因;
二是中间砂岩发育、两边泥岩发育,成岩过程中由于差 异压实作用而形成,即次生成因,这两种原因通常共生。
这种构造具有重要的指相意义, 大型的透镜状反射往往是三角洲前积作用或继承性主河道的表现,而小型透镜状反射所代 表的沉积体几乎可以在每一种沉积环境中都可出现。
7)充填状(Channel-fill/Trough-fill)
在剖面上以“顶平底凹”的下凹形为特征,地层局部突然增厚,向下侵蚀充填于下伏地层之中,与丘状形成镜向对称关系。
通常在盆地凹陷轴的横切面上容易形成这种反射构 造,它是局部性的水下侵蚀河道的典型标志,通常指示海底峡谷或浊流水道冲刷,形成于 海平面相对下降时期,其内部有六种充填模式。
5、地震相分析
地震相划分是在地震地层单元内部,根据地震相标志划分出不同的地震相单元,即根据地震相特征进行沉积相的解释推断。
不同的地震相标志在平面分布范围上以及所对应的沉积相单元级别上均有很大差别,因此在划分地震相时不应把它们等同看待,而应根据它们之间的层次关系采用三级划分的方法。
首先根据地震相单元外部几何形态划分一级地震相单元,
进而根据地震内部反射构 造划分二级地震相单元,
最后根据地震反射参数划分三级地震相单元。
对所划分出的地震 相单元可根据地震相单元外形 + 地震反射构造 + 地震反射属性(视振幅、视频率、连续性) 的顺序来命名,这样就实现了从地震剖面上识别和划分地震相,并将其代码标 定在平面上得到地震相的平面图。
地震相分析就是根据地震相进行沉积相的解释推断,要实现这目标,就必须搞清地震相的特点,进而建立一个正确的研究方法。
5.1 地震相分析的特点
地震相是沉积体外形、岩层叠置形式以及岩性差异在空间上组合的综合反映,它们分别与地震外部几何形态、地震内部反射构造相对应。
多解性是地质研究中的一个普遍问题,在地震相分析中表现得尤为明显。一方面,截然不同的沉积相单元可能产生相同的地震相特征。
例如冲积扇与盆缘浊积扇的地震相 特征十分相似,都是滩状外形、前积形或波形、杂乱形;
再如浊积砂发育的深海盆地相与内陆淤积湖泊含煤沼泽相都表现为席状外形、平行形。
这是由于地震相只是沉积体外形、岩层叠加形式和岩性差异组合的物理响应,不同沉积相单元在以上三个方面有可能 恰好相似,这时只有根据岩相、生物相和测井相特征才能将它们区分开,而地震相却不 能反映出这些特征。
另一方面,完全相同的沉积相单元可能产生出不同的地震相特征, 其根本原因在于地震相特征不仅与沉积相背景有关,还要受到地震资料采集、处理效果 的影响。
为此,必须保持地震资料的一致性。
5.2 地震相分析的思路
由以上分析可知,地震相分析应从沉积体(骨架相)识别着手,以建立盆地的沉积模 式为目的,以钻井作为控制点,与岩性地震技术相结合,由此搞清盆地的沉积体系和沉积 体系域的空间展布规律。
沉积体的识别是地震相分析的核心和精髓,首先从沉积学上看,沉积体是水流体系和物源供给的最直接的体现,它们构成了沉积体系域中最重要的组成部分——骨架相。
根据骨架相的性质和展布规律可分析充填于其间的其他沉积相单元。
盆地沉积模式是对沉积盆 地的构造背景、气候背景、沉积体系的展布,以及它们的时空发育演化规律的全面深入概 括和总结。
以钻井作为控制点的作用在于确定该处这种地震相应当属于什么沉积相,至于 其他地区相同地震相应当作何解释,应当根据该区与骨架相的相互关系、与控制井点的相互关系以及盆地沉积模式加以推断。
最后,与岩性地震技术相结合的意义在于可以由此对 研究层段的岩性分布特点加以把握,进而可帮助发现和识别各种沉积体,并确定地震相单 元的沉积相意义。
5.3 地震相图及地质相解释
沉积相分析是建立在地震相划分的基础上,主要通过对区域地质特征、海平面变化特 征以及各层序的地震相、地震速度—岩性分析结果以及各相序之间的关系研究,综合分析 其形成的水动力条件、沉积环境的差异及其特定的沉积作用,确定沉积相。
将地震相转换为沉积相时,应尽可能将地震、岩性等多种信息综合解释,优先对重 点构造剖面进行分析以确定地震相所代表的沉积相。
抓住具特殊反射构造和外形的地震 相,从已有的盆地大地构造性质、岩石学等资料出发,研究各地震相的组合关系,以确定各类沉积体、沉积相及沉积体系的轮廓和分布。
在划分沉积相和储集体的边界时,常 用方法包括利用地震反射构造边界,特殊外形地震相单元,反射振幅、频率和连续性变化,含砂率等值线图等图件形态以及钻井资料外推和内插等,最后确定沉积相的平面分布。