珠江口盆地恩平凹陷古近系文昌组地震层序地层单元定量识别
刘强虎1, 2，朱红涛1, 2，杨香华1, 2，舒誉3，黄众1, 2
(1. 中国地质大学 构造与油气资源教育部重点实验室，湖北 武汉，430074；
2. 中国地质大学 资源学院，湖北 武汉，430074；
3. 中海石油(中国)有限公司深圳分公司，广东 深圳，510240)
摘要：采用的定量识别技术对地层单元进行识别，充分利用地震属性信息，进行属性体约束下的层序界面自动追踪，借助Wheeler域转换实现层序单元定量划分。通过无井控条件下的恩平凹陷古近系文昌组的地震层序地层单元定量识别研究，建立等时地层单元及组合形态的地质模式，识别出2个准二级层序，并进一步划分出6个三级层序(SQ1~SQ6)；以SQ6层序为例，对其最大洪泛面进行定量识别，进一步将SQ6层序高位体系域复合前积体分为Ⅰ幕与Ⅱ幕，2幕前积体内各识别出2期次一级沉积体。研究结果表明：定量识别技术在无井区可识别三级层序界面、体系域界面以及典型沉积体内幕期次，效果良好。
关键词：地震层序地层单元；定量识别；内幕分析；恩平凹陷文昌组
中图分类号：P65 文献标志码：A 文章编号：1672-7207(2013)03-1076-07
Quantitative recognition of seismic sequence stratigraphic units in Wenchang Formation, Paleogene, Enping Sag, Pearl River Mouth Basin
LIU Qianghu1, 2, ZHU Hongtao1, 2, YANG Xianghua1, 2, SHU Yu3, HUANG Zhong1, 2
(1. Key Laboratory of Tectonics and Petroleum Resources of the Ministry of Education, China University of Geosciences, Wuhan 430074, China;
2. Faculty of Earth Resources, China University of Geosciences, Wuhan 430074, China;3. CNOOC China Ltd., Shenzhen 510240, China)
Abstract: The technology of quantitative recognition was applied in seismic sequence stratigraphic unit. Using the seismic attribute information, the sequence interfaces under the control of the steering cube were auto-track, and the quantitative subdue sequence units in virtue of Wheeler-transformed domain was realized. With the limitation of insufficient well, based on the technique of quantitative recognition, the geological models of basic unit and combined form of isochronous stratum were established. Two sub-second-order sequences which can be subdivided into six three-order sequences SQ1-SQ6 from base to top can be recognized in the strata of Wenchang Formation, Paleogene, Enping sag. As an example, based on the quantitative recognition of maximum flooding surface within the sequence SQ6, the progradational complex of highstand system tracts can be subdivided into two stages (Ⅰ and Ⅱ) and four sub-order sedimentary bodies. The results show that quantitative recognition technology can provide a good way to identify three-order sequence boundaries, system tract boundaries and the inner stages of a typical deposition.
Key words: seismic sequence stratigraphic units; quantitative recognition; detailed stage analysis; Wenchang Formation in Enping Sag
地震资料是开展层序地层学研究的核心资料，可有效揭示钻井之间的层序发育样式，尤其在无井区层序地层单元识别过程中具有不可替代的作用，其中地震反射结构参数能够反映产生反射的地下地质单元宏观上的结构特征，并可以对精细的等时地层格架、层序界面及高级别层序单元内部结构进行识别[1-3]。但是，受到地震资料(特别是深层地震资料)分辨率的限制以及陆相湖盆盆地类型的多样性[4-8]、层序充填过程的独特性及其控制因素的多变性[9-11]影响，不同研究者基于对层序划分、旋回识别原理的不同认识，对同一套地层可以划分出不同的层序单元，造成层序划分方案、层序内部界面(体系域界面)不统一与矛盾[12-13]，且按传统定性划分方法很难判定方案的合理性。因此，很多专家借用地球物理高分辨率处理手段，开展地震资料的层序地层单元定量识别，以消除人工划分层序的不确定因素，提高旋回划分、对比的精度和准确性，实现层序旋回划分从定性到定量的转变。随着勘探目标的精细化发展，基于地震资料对层序地层单元划分技术，逐步从区域定性的地震地层学及辅助地震信息处理方法向利用地震剖面中层位属性信息半定量-定量的时频分析或产状预测技术发展和转变。地震地层学以地震反射资料为基础，从地震反射剖面上的反射结构识别地层沉积序列，并认为地震反射同相轴基本上是沉积等时面。地震反射特征与层序发育特点间存在一定的对应关系[14-15]，主要体现为层序界面在地震剖面上的不协调的反射终止类型。在一些反射特征不易识别的区带进行层序单元划分时，需借助一些特殊的地震反射特征或地质模式并兼顾内部总体反射特征，以辅助层序划分。此外，地震地层学解释过程中，除单一运用常规剖面划分层序外，瞬时相位、振幅强化特征点等辅助处理方法[16]可突显界面有效反射信息，提高划定区域层序界面的可信度和精度。时频分析技术将频率域信息和时间域信息联系起来进行信号分析，其基本原理是通过对地震道记录进行频率扫描，找出主频随时间的变化特征[17]。与传统定性划分层序界面方法相比，时频分析基于不同级别的层序体内部在沉积上具有旋回性，能够将微小的时频差异显现出来，实现地震旋回体的解释，减少人为因素的影响[18]。Fomel[19]提出利用地震数据体中产状信息进行精细层位追踪，结合内部层序反射终止方式与Wheeler域转换实现层序单元的定量划分。该技术采用平面波叠加获取主测线与联络测线采样点上产状信息，通过特定算法计算生成三维导向体[20-21]，并在数据驱动模式下使用层位自动追踪技术[22-23]，运算出地层内部精度突破λ/4界面的相对地质年代。将层序自动追踪结果结合其内部反射特征与Wheeler域转换定量识别地层内部沉积间断与尖灭样式。产状预测技术相对Stark[24-25]所提出的瞬时相位去周期化处理技术实现了层位追踪的自动化，并较好地克服了地层切片技术[26-27]在同相轴间进行线性插值可能穿时的影响。通过充分提取地震数据体内层位相关属性信息，并实现属性约束下的层位自动追踪技术，对定量化层序单元的识别显得尤为重要。自动追踪所有的等时地层界面，可以真正地实现在年代地层框架模型中包含所有的沉积作用控制的地质等时界面的目标。本文作者应用产状预测技术对恩平凹陷古近系文昌组进行地震资料定量解释，实现三级层序界面的定量识别及其内部典型沉积体的内幕期次分析。
1 区域地质概况
珠江口盆地位于华南大陆南缘，处于欧亚、太平洋和印度洋三大板块交汇处附近，是在燕山期花岗岩及前第三系褶皱基底上发育起来的中—新生代大型沉积盆地[28]。受NE和NW向2组共轭断裂的控制，盆地呈现南北分带、东西分块的构造格局，由北向南可划分为北部断阶带、北部坳陷带、中央隆起带、南部坳陷带和南部隆起带5个NE向构造单元。研究区恩平凹陷是北部坳陷带的组成部分，由EP17洼、EP18洼和EP12洼3个北断南超的半地堑组成(图1)。其中，早—中始新世受珠琼运动一幕影响[29]，文昌组EP17洼面积最大，基底沉降最深，是最主要的洼陷。珠琼一幕构造活动在地震剖面上的区域不整合为古近系底界面Tg；发生在晚始新世与早渐新世之间的珠琼运动二幕其延续时间长，造成的文昌组抬升剥蚀量大，并伴有断裂和岩浆活动，在地震剖面上对应于区域性不整合面T80，相当于下渐新统恩平组的底面；该运动使得北部坳陷带湖盆范围进一步扩大[30-31]，湖盆由断陷阶段向断坳阶段转化。
恩平全区范围内，仅1口井EP17-3-1钻遇文昌组，且未钻穿；基于此，需充分利用地震资料开展有限井控条件下的层序格架建立及精细层序单元识别。但是，文昌组地层受构造活动影响显著，地震反射杂乱，连续性较差，人工定性识别的层序级别和精度有限，且存在多解性；通过引进、使用产状预测技术可为解决无井区层序格架的建立提供新的思路。
图1 研究区构造位置及文昌组地层分布
Fig.1 Tectonic location of study area and distribution of Wenchang Formation in Enping Sag
2 古近系文昌组地震层序地层单元定量识别
基于地震资料的定量识别技术通过对层序内部等时地层界面的追踪、拾取可划分层序界面并建立沉积旋回韵律体。通过产状预测技术对地震数据体进行滤波、除噪处理并提取导向数据体，据区域不整合反射特征，追踪、校正确定层序二级界面。在二级层序内部按导向体约束下的数据驱动模式进行层位自动追踪、拾取，将其转换至Wheeler域内实现层序三级界面的定量划分。在三级层序内部根据Wheeler域中旋回变化定量识别体系域界面并依据典型沉积体的等时地层界面组合模式精细刻画内幕期次。
2.1 三级层序界面识别
恩平凹陷文昌组处于断陷期，其层序发育受控盆断裂活动影响显著。在其中选定文昌组地层发育相对齐全，厚度大而又能延续到斜坡上的标准剖面(图2(a))；在地震剖面中根据区域不整合上超、下削反射特征确定文昌组顶界面T80与底界面Tg。在文昌组内，按传统地震地层学方法解释，仅局限于地震相、产状差异及分辨率有限的反射终止方式识别，具有人为性、多解性。通过地震产状信息约束下的数据驱动模式进行层位自动追踪，产生一系列高精度等时地层界面，可突破地震分辨率与复杂沉积环境的限制。根据文昌组内部精细地层界面反射终止方式，将其划分为6个三级层序，自下而上依次为SQ1~SQ6(图2(b))，将高精度等时地层界面转换至Wheeler域内(图2(c))，通过图中沉积物分布范围的迁移、叠置模式分析，揭示文昌组沉积组合间空间关系，突出沉积、侵蚀和层序内部叠加模式，深刻理解沉积、侵蚀和沉积时间、沉积体时-空演化关系，并动态校正三级层序界面的划分。文昌组三级层序界面(SB2~SB6)确定后，结合层序内地震反射特征进行解释(图2(d))。
根据图2(b)中等时地层界面组合形态与地震剖面中同相轴间的对应关系，建立层序地层单元识别模式(表1)。等时地层基本单元有5种，其中包括4种“梭形”体，上部加速收敛，下部缓慢收敛对应为削截梭形体；上部与下部均缓慢收敛对应为顶超梭形体；上部缓慢收敛，下部加速收敛对应为上超梭形体；两端均为加速收敛对应为下超梭形体。根据“梭形”体的空间组合形式(削截、上超、下超)及其指示的地质意义，可以定量识别层序界面特征及展布样式，指导层序地层单元划分。
通过图2(b)与图2(c)可知，研究区SB5界面为文昌组内部重要的沉积转换面(准二级层序界面)，具体识别特征为：(1) 该面之下具有稳定削截特征，之上具有“梭形”体呈现为上超终止特征；(2) SB5界面存在明显的沉积坡折；(3) 该面之下地震同相轴呈现平行、亚平行反射特征，界面之上表现为上超充填特征；(4) 该界面上下地层产状存在明显差异，界面之下地层倾角大于界面之上地层倾角；(5) 该面上下的地层厚度分布存在明显差异，之上的SQ5层序地层不等厚分布，沉积中心明显向NW方向迁移，且沉积范围缩小，指示该阶段为上文昌准二级层序的初始期。
通过定量识别层序界面，SQ1层序在洼陷内分布局限，呈楔形杂乱反射，其顶界面SB2近SE侧坡折带上存在“梭形”体上超特征，界面之下为稳定的高角度削截特征，其在Wheeler域中以发育上升半旋回为主。SQ2层序沉积范围向两侧扩大，表现为低—中等连续楔形前积反射，近断层侧仍为杂乱反射，SB3界面在SE侧坡折处存在上超，界面下削截特征不明显，以上升半旋回为主，下降半旋回所占比例增加。SQ3层序沉积范围保持稳定，表现为中等连续楔形前积反射，SB4界面上超、下削反射终止特征较明显，在图2(a)中可识别，其稳定性较SB5界面差，该阶段上升半旋回与下降半旋回比例趋近。SQ4层序分布范围向NW向扩大，呈中等连续平行-亚平行反射，SB5为沉积转换面，内部旋回比例相等。SQ6层序沉积范围向NW侧大幅度迁移且明显减小，变现为典型的沉积充填特征，连续性较好，SB6界面顶部发育削截特征，Wheeler域中以下降半旋回为主。SQ6层序沉积范围向两侧明显扩大，呈高—中等连续平行-亚平行反射特征，仍以下降半旋回为主。文昌组层序充填序列及其充填过程，可通过高精度等时地层界面与年代地层剖面定量指示，为层序界面的定量识别提供依据。
表1 等时地层单元、组合形态及地质意义
Table 1 Basic unit, combined morphology and geological significance of isochronous stratum
2.2 三级层序体系域界面定量识别
基于地震资料传统人工解释最大洪泛面，在湖区主要依据区域稳定的平行、连续的强振幅反射，三角洲或扇三角洲发育区表现为一套平缓进积反射层的下超面。但是，在三级层序解释剖面(图3(a))中，SB5界面之下层序受控盆断裂及地震资料品质的影响，同相轴连续性较差，且三级层序内部反射终止不易判别，其最大洪泛面的识别存在多解性。SB5界面之上，地层发育以伸展作用控制为主，控盆断裂影响减弱，地震剖面上同相轴连续性变好。在图3(a)中选取SQ6层序的坡折带充填地层进行研究(图3(b))，地震相以中等-强振幅、中等连续、楔形前积反射为主，但前积体底界面的中振幅同相轴存在合并现象，影响该层序最大洪泛面的定量识别。
通过定量识别技术对内部层序界面进行Wheeler域定量转换，其中三级层序内上升半旋回至下降半旋回的转换点，为最大洪泛面[32]。根据图2(c)中层序内旋回转换点所处位置，定量识别出在图2(b)中SQ1~SQ6层序的最大洪泛面。其中，SQ6层序最大洪泛面经Wheeler域定量识别，在地震剖面图3(d)中可以将其从合并的同相轴中定量分离出来，呈现为连续的中振幅反射。实例表明，定量识别技术可以克服地震分辨率的限制，有效指导体系域界面的划分。
2.3 层序内部典型沉积体内幕期次分析
层序内部典型沉积体一般为多期发育、多次沉积的复合体，其内部结构非常复杂，如何有效分析其内幕期次，是储层预测过程中面临的关键问题。在图3(b)中，SQ6层序的高位体系域为一典型的复合前积体，基于人工解释，因分辨率影响，高位复合前积体不易划分出其内幕期次界面。在复合体内部，没考虑地震同相轴间存在合并的影响，划分单砂体时，沿肉眼可见的地震同相轴划分，解释结果存在一定误差[33]。
在SQ6层序高位体系域内(图3(c))，层序内部沉积体对应等时地层界面组合呈梭形体分布。根据SQ6层序高位体系域内复合前积体分布特征，结合年代地层剖面中相应阶段短期旋回的变化，将其划分为内幕Ⅰ期与Ⅱ期。在整体向NW方向迁移的高位体系域内，内幕Ⅱ期相对内幕Ⅰ期向NW方向进积。在内幕Ⅰ期内部，突破地震分辨率限制，将合并的同相轴细分为次一级别的沉积体A和B；内幕Ⅱ期内部，可细分为次一级的沉积体C和D。图3(c)指示Ⅰ幕与Ⅱ幕沉积体中的次一级沉积体仍具依次向NW方向进积、迁移的特征，沉积体叠置方式与图2(c)中短期旋回变化可较好的关联。通过定量技术识别的内幕期次界面及其次一级砂体，可有效指导复合沉积体内幕期次精细划分，如图3(d)中的解释结果。
图2 恩平凹陷文昌组三级层序界面定量识别
Fig.2 Quantitative identification of three-grade sequence boundaries of Wenchan Formation in Enping Sag
图3 恩平凹陷文昌组SQ6层序内部体系域界面及典型沉积体内幕期次定量识别
Fig.3 Quantitative divided systems tract boundary and times of special sedimentary bodies in sequence SQ6 of Wenchan Formation, Enping Sag
在构造活动影响的珠江口盆地恩平凹陷文昌组地层中，根据内部断裂体系特征、等时地层单元的组合形态模式(削截、顶超、上超、下超等)及其在Wheeler域中转换的空间分布关系(进积、加积或退积等)进行三级层序界面与内部典型沉积体界面的划分，说明产状预测技术可有效突破地震分辨率与复杂沉积环境的限制，充分提取地震资料中的地层信息，实现层序地层单元的定量识别。此外，该定量识别技术对薄层及短周期沉积旋回的刻画和划分具有指导意义，特别是在无井或少井区，具有更大的应用潜力与优势。
3 结论
(1) 定量识别技术可突破地震分辨率的限制，建立高分辨率层序地层格架；结合高分辨率年代地层剖面反映的地层空间分布及相互叠置样式，动态校正层序地层单元界面的识别，提高层序地层单元界面划分的可信度，实现由定性向定量化解释。
(2) 在无井控条件下的恩平凹陷文昌组，应用定量识别技术建立的等时地层单元及组合形态的地质模式，识别出2个准二级层序界面，进一步划分出6个三级层序界面。
(3) 在SQ6层序最大洪泛面(mfs)进行定量识别的基础上，将其高位体系域沉积复合体内幕划分为Ⅰ期、Ⅱ期，两幕前积体内各识别出2期次一级沉积体A和B与C和D，实现无井区层序地层单元定量识别。
致谢：
感谢美国德州大学奥斯汀分校Jacson学院的经济地质局(BEG)和荷兰dGB公司提供的OpendTect软件及技术支持。
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(编辑 赵俊)
收稿日期：2012-01-25；修回日期：2012-04-05
基金项目：国家自然科学基金资助项目(40702024)；国家科技重大专项(2011ZX05023-001-015)；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目(CUGL100412)；霍英东教育基金会资助项目(132020)
通信作者：朱红涛(1976-)，男，河南开封人，副教授，从事层序地层学及其模拟、地震沉积学的教学与科研工作；电话：027-67883563；E-mail: zhuoscar@sohu.com
