
在石油、煤炭等地下沉积矿产的勘探开发中,沉积相研究具有极为重要的意义。然而,由于目的层深埋于地下,因此所采用的研究手段和研究方法与露头区的沉积相研究相比有很大不同。
在地下相分析中只有通过岩石资料才能够观察到目的的沉积相标志,而钻井取心一般都不是连续进行的,并且一口探井的全井取心率往往只有百分之几到百分之十几,这给沉积相研究造成很大困难。利用电测井资料进行测井相分析虽可对全井做出连续的沉积相解释,但其多解性较强,因此除上述两种资料外,还迫切需要从其它资料中获取更多的信息以提高沉积相解释的准确性。
更重要的是,即使单井相分析的资料足够充分,但采用传统研究方法所得到的毕竟只是一部分信息,而如地层叠置模式、沉积体外形等重要信息并没有利用。进一步看,即使解释完全正确,但毕竟只是“一孔之见”。要想进一步掌握沉积相的平面展布特征就必须有大量的足够密集的钻孔,而这在勘探阶段恰恰难以满足。因此迫切需要一种仅用少量钻孔就能较好地掌握沉积相平面变化特征的新手段、新方法。
地震相分析正是为满足上述迫切需要而产生的。地震相就是在地震反射时间剖面上所表现出来的反射波的面貌。地震相分析则是根据地震相特征进行沉积相的解释推断。在石油勘探及某些煤田、盐矿勘探中,地震勘探资料是必不可少的重要基础资料。这些资料一般在勘探初期就可获得,且一般都能覆盖整个盆地,其中具有极为丰富的地层、构造和沉积相信息,因此是地下地质分析中极为宝贵的基础资料。地震相分析作为地震地层学的一个重要组成部分,诞生于1977年左右,并在世界上迅速传播。十几年来它在广泛的实践中不断发展完善,已成为地下相分析不可缺少的锐利武器。
地震相必须在一定的地震单元内部进行。最重要的地震地层单元是层序,它被定义为相对整一的,成因上有联系的,其顶部和底部以不整合面及与之可对比的整合面为界的一套地层,主要根据地震剖面上的上超,削蚀及退覆型顶超来划分。在层序内部可进一步细分为体系域(或准层序组),体系域以重大海侵面为界,这一界面在地震剖面上表现为很强的连续反射同相轴,并在界面上下伴生有下超、视消截和前积型顶超等现象。每个体系域都具有独特的沉积体系及其组合的特征,因此应以体系域作为地震相分析的基本地震地层单元。
一、地震相标志的基本类型
地震相标志是地震相分析的基础,所谓地震相标志是准层序组内部那些对地震剖面的面貌有重要影响,并且具有重要沉积相意义的地震反射特征。它有两种类型,即地震反射结构、地震反射构型。
1.地震反射结构
在沉积相标志中,沉积结构是指沉积岩各个组成部分的形态特点。例如碎屑岩的结构包括三方面内容:即碎屑颗粒本身的特点(如粒度、分选),胶结物的特点以及碎屑与胶结物的关系。与之类似,地震反射结构是指地震剖面的各个组成部分(即同相轴)的物理地震学特征,包括其视振幅、视周期(视频率)、连续性三个方面。
(1)视振幅-视振幅反映了其相应地下界面反射系数的大小。对于相同的入射波而言,地震反射系数越大则产生的反射波的振幅越强。反射系数的大小由界面上下岩层的波阻抗差所决定。波阻抗是岩层的密度ρ与速度V的乘积。波阻抗与岩性有着密切的关系,一般说来泥岩波阻抗较低,砂岩波阻抗居中,碳酸盐岩波阻抗较高。因此视振幅的大小最终可归结为界面上,下岩性差别的表现(图1)。
| 图1 地震波形的振幅分级 |
| 图2 地震波形的周期分级 |
| 图3 地震波形的连续性分级 |
2.地震反射构型
在沉积相标志中,沉积构造是指沉积岩各个部分的空间排列方式。与之类似,地震反射构型是指地震剖面中的各个组成部分(即同相同轴)的空间排列方式,它在形态上与层理构造十分相似,例如平行反射构型类似于水平层理;前积反射构型类似于交错层理等,从而在某种意义上可将其看做是“超巨型”的层理。但它们在成因机制上有着本质区别。层理构造反映是水流和物质组分粒度特征的变化,而地震反射构型则是厚度大致与准层序(以海洋洪水面为界的地层单元)或成因层(以沉积环境突变面为界的地层单元)相当的岩层的叠加模式的直接表现,反映的是宏观沉积作用的性质和沉积补偿状况等。它们都在沉积相解释推断中具有重要意义。
地震反射构型讨论的是同相轴之间的几何关系,属于几何地震学信息。而地震反射结构讨论的是同相轴的物理特征,属于物理地震学信息。前者受地震波采集和处理过程的影响很小,因此比较可靠,但它只能反射宏观地质特征,如扇体、三角洲等,比较粗略。后者受采集、处理的影响很大,可靠性较差,但在资料可靠的情况下能反映更细致的地质特征,如岩性变化等。因此在地震相分析中应根据它们各自的特点合理应用。
3.非地质影响因素
需要指出的是以上分析仅仅讨论了影响视振幅、视频率和连续性的地质因素。实际上它们作为地震波的物理地震学特点还与地震波的激发条件、传播过程、接收条件,以及资料处理中的流程和参数选择有密切联系,影响因素极为复杂。这些影响有时十分强烈,以至于将地质因素的影响掩盖掉。因此必须对这些非地质影响因此有所了解,才不至于被假象所蒙蔽。
非地质影响因素可分为两类:一类是自然因素,如地震波在传播过程中的能量损失和视频率损失,地下岩层的构造复杂情况等。前者使地震波的振幅随深度而逐渐减小,频率特性也发生显著变化,主频逐渐降低。后者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复杂变化;另一类是人为因素,如地震波的激发效果、采集效果、处理效果等。在同一测线上采用不同的观测方法,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,检波器的偶合情况、干扰波的压制效果、静校正的效果、水平叠加和偏移处理的效果、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密切关系。而视频率则与激发出的地震波的频率特性、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,因它反映的是视振幅与视频率的横向稳定程度,因此与上述各种因素均有关系。作为一个高级地震解释人员必须对以上因素有充分的了解,可参考有关地震勘探的教材。
一个初学者则主要应掌握两个原则:一是用于地震反射结构分析剖面应是采用相同的采集和处理方法获取的,质量应是合格的,切忌将用不同采集处理方法得到的剖面混在一起使用;二是在分析中着重考虑视振幅、视频率和连续性在同一地层单元内的横向相对变化,而不必过分重视它们的绝对值大小。采用这两个原则实际上相当于对地震剖面进行了归一化处理,在一定程度上了消除各种非地质因素的影响。
综上所述,在地震相分析中有两种基本的地震相标志,它们分别具有不同的地质意义,因此应当相互配合使用。下面将分别介绍它们的具体类型及地质意义。
需要注意的是,在国内一些地震地层学教材中将含义为同相轴的排列方式特征的“Seismic configuration”一词译为“地震反射结构”,这与人们对“结构”概念的理解是不吻合的。故在此一律采用地震反射构型的术语。此外在国内外的地震地层学文献中对地震反射构型的术语使用的不很严格,把完全是根据同相轴的物理地震学特征所定义的一些地震相特征也称为某某反射构型,如无反射构型等,这与它所下的定义自相矛盾。因此我们根据“结构”与“构型”的一般定义,将同相轴的物理地震学特征称为地震反射结构,而将同相轴的排列方式称为地震反射构型。
二、地震反射结构
在两种地震相标志中,以地震反射结构的类型为最多。按三类物理地震学特征,每类有三种状态计,可出现27种组合形式。若它们在垂向上分布不均匀,则描述出的类型就会更多。在此我们仅仅介绍几种典型的地震反射结构。
1.杂乱反射结构(强振幅低连续结构)
由于视频率的影响因素很多,干扰因素的影响往往比地质因素更强,因此除了其地质意义特别重要的少数场合,一般可不考虑视频率的特点。杂乱反射结构的基本特征就是振幅很强,但又不连续,故显得很杂乱(图4)。振幅强意味着岩性或岩层厚度横向变化剧烈,从而反射系数横向上变化很大。这种反射结构往往发育于冲积扇,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强烈变形了的地层里。
| 由于重力滑动或构造变动而强烈变形了的地层 | 海底扇的重力滑塌变形造成的杂乱反射 |
| 图4 杂乱反射结构(强振幅低连续结构) | |
其基本特征就是振幅极低,几乎看不出同相轴的存在。在这种情况下很难评价连续性的好坏,故笼统地称之为中连续性(图5)。形成无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。它们的岩性差别很大,但都在宏观上都很均一。
| 图5 无反射结构(极低振幅中连续性结构) |
其特征是振幅、频率、连续性都很高。图6为典型的三高反射结构。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,连续性高则意味着岩性和岩层厚度横向上很稳定,它是浊积砂发育的深海相、深湖相、或者薄煤层稳定发育的浅湖沼泽相的典型特征。
| 图6 三高反射结构(高振幅、高频、高连续性结构) |
其基本特征是振幅在下部较弱,而向上显著增强(图7)。这表明在下部岩性较均一,而向上岩性差别增大。通常在反旋回的沉积相组合中,如三角洲、海退期陆棚沉积等容易形成这种反射结构。
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。然而必须记住,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,因此还必须充分利用其它两类地震相标志。通过综合分析,去伪存真。
| 图7 向上增强反射结构 |
常见的地震反射构型有十种类型,它们受地震资料采集、处理过程的影响较小,且一般都具有显著的沉积相意义,因此在地震相分析中占十分重要的地位。
1.平行(亚平行)反射构型
以同相轴彼此平行或微有起伏为特点(图8)。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,因此多解性很强,但反映了在稳定条件下的均匀沉积这一点是相当明确的。此反射构型中的连续性一般都比较好。振幅和频率则可以因情况不同而异。
| 图8 平行(亚平行)反射构型 |
其特征为各同相轴之间在总体趋势上是相互平行的,但细看都有一定程度的波状起伏(图9)。它是不均匀垂向加积作用产物,也就是说从准层序或成因层这一地层单元的级别上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,甚至还存在次级的进积作用。例如在以曲流河为主的冲积平原上,河流相沉积是由点砂坝的进积作用实现的,而在岸外平原泽发育有细粒的垂向加积产物。在这种沉积作用下,同一地层单元内的岩性横向上变化较大,岩层厚度也不稳定,因此反射界
面在横向上变化较大,岩层厚度也不稳定,因此反射界面在横向上变化不定,使反射波同相轴 表现为波状起伏的特点。这种反射构型的连续性一般都不太好,振幅和频率可以变化较大。通常在冲积平在冲积平原、滨浅海(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
| 其特征为各同相轴之间在总体趋势上是相互平行的,但细看都有一定程度的波状起伏。 | 反射波同相轴 表现为波状起伏的特点。振幅和频率可以变化较大。 |
| 图9 波状反射构型 | |
其特征为同相轴之间的间距朝着一方逐渐减小,其中一些同相轴逐渐消失,从而使同相轴的个数也朝一方减少,与之对应的地层单元的厚度也相应减薄。但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方减小而造成。当两根同相轴的间距减小到地震垂向分辨率的极限时就合并成为一根,从而使同相轴的数量减少(图10)。它是在差异沉降的背景下,由于沉积速率的横向上递减,导致岩层厚度向一方变薄而造成的。在箕状断陷中、陆坡上、盆地的构造枢纽带上以及同生断层下降盘上都可以发育这种反射构型,其构造地质学意义远大于沉积学意义,但对沉积相解释还是有一定帮助的。在这种反射构型中可以出现各种反射结构。
| 图10 发散反射构型 | |
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进积。标准的前积构型具有顶积层、前积层和底积层(图11)。根据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构型细分为八种类型。虽然它们之间有着种种差别,但都具有前积层,都是沉积物进积的产物,都反映了古水流的方向。前积构型是三角洲、扇三角洲、各种扇体以及坡、碳酸盐台地边缘斜坡的典型标志。
| 图11 前积反射构型沉积模式图 |
是标准的前积构型,具有顶积层、前积层和底积层(图12)。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顶积层及前积层的部位上卸载,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。通常在坡和泥质丰富的三角洲中容易发育这种反射构造。
| 图12 s型前积构型 |
其特征是缺失顶积层,前积层向上方以顶超的方式终止于地层单元顶界上(图13)。顶超关系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空间保持不变,使水平面以上无法发生垂向加积作用,沉积过路的沉积物只能在沉积体前缘带进积下来,从而缺失顶积层。其底积层发生的地质意义同s型前积构型相同。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型。
| 图13 顶超型前积构型 |
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(图14)。其顶积层发育表明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这种构造。
| 图14 下超型前积构型 |
层均不存在,前积层分别以顶超和下超的方式终止于地层单元的顶、底界面之上(图15)。根据前面的分析可知,它是在水平面相对静止时期由较粗的碎屑物质进积所造成的,它所对应的沉积体性质与下超型前积构造相同,区别仅在于水平面相对变化的状态不同。
| 图15 斜交型前积 |
其特征与斜交型很相似,区别仅在 于前积层的倾角更平缓,所对应的地层更薄,通常仅相当于1-2个同相轴的间距,从而形态上就如同叠在一起的瓦片一样(图16)。它是在水平面相似静止时期,于水深较浅、坡度较缓的背景下由沉积物进积而形成的。通常发育于浪控三角洲、拗陷湖盆三角洲、碳酸盐台地缓坡等环境中。叠瓦状前积构造由于规模较小,故在地震剖面上较难识别,但在湖盆中最常见的恰恰是这种构造,因此在我国陆相含油气盆地研究中具有格外重要的意义。
| 图16 叠瓦型前积构型 |
在前面介绍的各种前积构型类型中,如果同相轴不平整呈起伏状,并且连续性较差,则可称之为杂乱前积构型(图17)。它的地质意义与其对应的前积构型类型相似,区别在 于其岩性界面横向上不稳定,变化大,这可能是高能条件下沉积所造成的。如冲积扇等常具此种前积构型;也可能是由于重力滑动或构造变动使岩层发生强烈变形,如盆底扇、陆坡扇等可具此种构造。应注意不要把杂乱前积构型的概念与杂乱反射结构的概念相混淆。前者强调的是同相轴之间的排列方式,是几何地震学信息。而后者强调的是同相轴的物理地震学特征。具有杂乱前积构型的沉积体一般都具有杂乱反射结构。然而具杂乱反射结构的岩层如果不具进积的条件,就不会具有杂乱前积构型。
| 图17 杂乱前积构型 |
以上介绍的各种基本类型都与一定的地质条件相对应,如水平面的相对变化状况、沉积物的粒度性质、沉积时的稳定程度等等。在实际情况中,这些条件往往是在不断变化的,从而在不同时期就形成不同的前积构型类型,它们的共生组合就是所谓复合前积构型(图18),我们不难将其分解为各种基本类型,进而可分析其地质条件的演化。
| 图18 复合前积构型 |
其特征是同相轴在中间呈丘形上拱,其两侧依次下超于地层单元的底界上,表现为双向的进积(图19)。这与前述朝着一个方向的进积有截然不同。但它实际上只不过是那些具有无底积层前积构型的沉积体的横切面,从而地质意义也与之相同。当在地震剖面上发现双向前积构型之后,应从与其正交的剖面上找出相当于沉积体纵剖面上的前积构型,并对其进行深入分析。
| 图19 双向前积构型 |
5.退积反射构型
一般发育在陆棚边缘,由于海平面快速上升,岸线大幅度向陆移动,造成陆棚边缘附近沉积物的欠补偿,形成密集段,地层叠置模式为退积模式,即下部界面为上超,准层序向盆地方向减薄尖灭,随地层时代变新,尖灭点向陆移动,从而上部界面为视削截。该反射构型是海进体系域的典型特征(图20)。
| 图20 退积反射构型 |
有两种成因,一种是在由区域性不整合面所造成的地形洼地上由新地层上超充填沉积而成(图21),它除了表明这是在一个新的沉积旋回初期的产物外,无明显指相意义。
另一种是在陆坡下部由海底扇向上上超向下下超所形成。是低水位体系域的典型特征。
| 图21 上超充填反射构型 |
其特征是同相轴之间的间距厚、两边薄,从而向两侧倾斜,总体上表现为丘形正向隆起(图22)。它表明沉积速率为中间大、两边小。通常在各类扇体和三角洲沉积体的横切面上容易见到此类反射构型。它与双向前积构型的区别在于两侧无下超现象,这表明沉积体发育有底积层,泥质沉积较丰富。有时这种构型规模很小,仅见于很少几根同相轴之间,这往往是滩、沿岸砂坝的表现。
| 图22 丘形反射构型 |
其特征与丘形反射构型恰为镜象对称关系,即总体上为谷形负向凹陷(图23)。它表明除了沉积速率是中间大、两边小之外,沉降速率也是中间大、两边小。通常在盆地凹陷轴的横切面上容易形成这种反射构型,而这一构造部位上又恰好是水流汇聚的地方,容易发育河流或三角洲,虽然相互之间对应关系程度不是非常高,但毕竟是很有参考意义的。有时这种构型规模很小,仅见于很少几根同相轴之间,这往往是河道砂体的表现。
| 图23 谷形反射构型 |
其特征为前两种反射构型的叠加,上部为丘形、下部为谷形,总体上为一中间厚、两边薄的透镜形(图24)。其中间下凹表明沉降速率中间大、两边小。而地层中间厚、两边薄则有两种原因;一是中间沉积速率大;二是中间砂岩发育、两边泥岩发育,从而在后期差异压实的作用下中间后、两边薄。这种原因一般是共生的。因此这种构造往往是海底扇上的叠置扇或三角洲、继承性主河道的表现,具有重要的指相意义。
另一种情况是规模较小,一般发育在准层序组内部。特征是同相轴上凸下凹,形如眼球,宽度一般在几百米至几公里范围之内,厚度多为几根同相轴左右。一些规模不大的河道砂体、沿岸砂坝和叠置扇朵叶等容易形成这种反射构型。
| 图24 透镜形反射构型 |
其特征是地层单元在局部突然增厚,向上凸起而被上覆地层所围绕。其同相轴的间距、数量均比同期周围地层要大得多,地震反射结构一般也有显著不同,其间的突变界限十分显著(图25)。这种反射构型有两种成因:一种是由于生物礁的生长作用而截然高于同期地层之上,随后被后期不同性质的沉积物所掩盖;另一种是由于塑性地层或侵入岩体所形成的底辟构造。它们的形态特征一般较相似,需结合速度资料和重、磁资料,以及区域地质背景资料来区分。此外围岩的牵引构造是底辟构造独具的特点,可帮助区分二者。此种反射构型对于识别生物礁具有重要意义。
| 图25 块状凸起形反射构型 |
其特点是地层局部突然增厚,向下侵蚀充填于下伏地层之中,其地震反射结构与围岩有明显区别,同相轴的间距也往往不同,与围岩之间有明显的分界线,但地层的产状与围岩并无很大区别,不具典型的上超关系(图26)。它是局部性的水下侵蚀河道的典型标志,通常发育于陆棚、陆坡和海底扇上,反映了海平面的相对下降。
| 图26 侵蚀充填反射构型 |
其特征是上覆地层为平形构造,但弯曲地盖在下伏的不整合地形之上(图27)。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起来的,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。
综上所述,各种反射构型特征明显,易于识别,与沉积相大多有密切的对应关系。同时它作为几何地震学信息,受资料采集和处理中假象的影响较小,可造性较强,因此在地震相分析中具有特别重要的意义。
| 图27 披盖反射构型 |
所谓地震相划分就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,从而为地震相分析,即根据地震相特征进行沉积相的解释推断,打下必要基础。根据在划分时所利用的地震相标志的不同,可分为单因素和综合划分两种不同方法。
1.单因素划分
这种方法在划分时每次都只考虑一种地震相标志。例如根据地震反对构造进行地震相划分或根据振幅进行地震相划分等,由此编制出各单一地震相标志的相图。其优点在于可以细致地刻划出各种地震相标志的空间变化特征,而缺点是每种地震相标志在单独应用时都只具有有限的沉积相意义,其多解性较强,因此不便于进行沉积相解释推断。在实际应用中,一般仅把它作为一种辅助手段。
2.综合划分
这种方法在划分时间时综合考虑各种地震相标志,由此划分出的每一个地震相单元都具有最丰富的地震相信息,便于进行沉积相解释推断。
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的级别上均有很大差别,例如一种地震反射构型可与一个或多个二级沉积相单元相对应,有 时亦可与一个一级沉积相单元相对应。地震反射结构的分布范围最小,在同一地震反射构型的分布范围内可以出现多种地震反射结构。一种地震反射结构可与多个三级沉积相单元或一个至多个二级沉积相单元相对应。由于存在以上差别,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,即首先根据地震反射构型划分一级地震相单元,最后根据反射结构划分二级地震相单元。对所划分出的地震相单元可根据地震反射构型+地震反射结构(视振幅、视频率、连续性)的顺序来命名。
综合划分方法充分利用了地震资料中的地震相信息,且能较好地反映各种地震相标志之间的内在有机联系,故作者推荐这种划分方法。
五、地震相编图
地震相划分的结果要编制成地震相图以便于分析。有两种基本的地震相图,即剖面图和平面图,其中前者又是后者的基础。
1.地震相剖面图
最简便的方法是在地震时间剖面上直接进行地震相划分,从而得到地震相剖面图。当最终目的是只需要得到地震相平面图时可采用这一方法。而如果想得到正规的地震相剖面图,则应当在由地震时间剖面经过时深转换得到的深度剖面上进行。
2.地震相平面图
这是地震相分析中最重量的基础图件。将各地震剖面上同一地层中的地震相单元投影到平面图上,并将它们连结成为平面相区,就可以得到某一时期地层的地震相平面图。在编图时必须注意解决好以下几个重要问题。
(1)地震相特殊的各向异性问题
大量的实践表明,地震向特征常常具有明显的各向异性,即在同一地区同一地层位中,不同方向的地震剖面可以表现为不同的地震向特征。例如从地震反射构造上看,当主测线上为前积构型时,联络线上可能为丘形反射构型,也可能为双向前积构型,甚至可能为波状反射构型。这是由于岩层的排列方式在不同方式上不同所造成的。再从地震反射结构上看,垂直沉积相走向的剖面上由于相变剧烈,从而水平叠加的效果一般比较差,故连续性相对较低,振幅相对较弱。而在平行沉积相走向的剖面上由于相变缓慢,从而水平叠加的效果一般比较好,故连续性相对较高,振幅相对较强。这种现象在陆相断陷盆地中表现得尤为突出。
地震相特征各向异性问题的存在,给编制地震相平面带来很好困难,在相交地震剖面的交点处会出现两种不同的地震相特征。在编图时应当选用哪一种呢?对比可以采用两方法来处理。一种方法是基本上只要按照主测线的地震相特征编图,对联络线仅用作参考。这样可人为地排除各向异性的影响,方法简便。但此法损失了不少在联络线方向上的信息。
另一种方法是将主测线与联络线的地震相特征都投影到平面图上,在勾图时,选择那种反映出垂直沉积相走向的地震相特征。例如,当一个方向为前积构型而另一方向为波状构造时,将该点作为前积构型处理。再如当一方向为高振幅高连续结构,而另一个方向为中振幅中连续结构时,把该点当作后者处理。
(2)不同采集、处理条件资料的应用问题
当采集、处理条件不同时,地震相特征会有很大不同,尤其表现在对地震反射结构的影响上。而地震反射构型和地震相单元外形因为是几何地震学信息,故对采集、处理条件不太敏感。因此在编制地震相平面图时,应尽可能使用采集、处理条件相同的资料。如果工区内的地震测网是由多期采集、处理条件不同的测线穿插组成的,则应挑选质量最好,覆盖面积最大、密度最大的一期地震剖面为基干剖面。对其它剖面,如果测网密度已足够进行地震相分析时(一般2×4km或4×4km测网就基本上可以满足需要),则可以不用。
当基干剖面太稀而不得不把不同期地震剖面混合使用时,如果各期地震资料的质量都还不错,仅仅是在振幅、频率、连续性上存在一种系统偏差,则可在地震相划分时分别加上相应的系统偏差,以达到全区剖面的一致性要求。如果某一时期地震资料质量相对较差,信噪比较低,则其物理地震学信息是不可信的,只能利用其地震反射构型和地震相单元外形等几何地震学信息,从而在全区编图中只能当做辅助剖面使用。
总之,一定不要把不同时期的采集、处理挑剔不同的地震剖面混杂在一起使用,这样将引起严重的失误。
(3)倾斜的地震相单元分界面的表示方法
目前通用的方法是根据“优势相”的概念,将界线取在该线的中点上,这种方法虽然简便,但不能很好地刻划各地震相单元的空间展布特征。在计算各相单元体积时误差较大。
本文推荐的方法是将地震相分界面与层序顶面的交点投影到平面上,用细线表示,而分界面与层序底面交点投影到平面上,用粗线表示。在勾绘地震相单元平面分布时,将粗、细线分别相连接,由此可在某种程度上用二维平面图表现出地震相单元的三维展布特征。其中由细线指向粗线的法线方向相当于地震相单元分界面的倾向。根据地层厚度和粗、细线之间的距离可换算出该界面的顶角。粗、细线之间的地区是地震相单元逐渐尖灭的部位。当某一地震相单元的内侧为粗、外侧为细线时,表明它是向上逐渐尖灭的,反之则为向下逐渐尖灭的。采用这种表示方法,当把平面相图与地层等厚图相配合计算生油岩或储集岩的体积时,就可得到更为准确的结果。
(4)前积构型的表示方法
前积构型是所有地震反射构型中最为重要的一类构造,它可以反映沉积体的性质、古水流方向及沉积-沉降之间的补偿状况。因此在编制地震相平面图时,应当尽可能对前积构型的类型加以细致划分,并且将各剖面上前积构型的推进方向投影到平面图上。
当前积构型表现为多期推进的特点时,应尽可能将各推进期划分开,并在图上加以注明。在有条件情况下,应计算储前积层的视倾角并标注在平面图上。
(5).地层接触关系的表示方法
为便于进行综合分析,应当将地层单元的削蚀边界和超覆边界表在地震相平面图上。
六、地震相单元外形
地震相单元外形是指在三度空间上具有相同反射结构或反射构型的地震相单元的外部轮廓。大多数地震相单元外形都是沉积体外形的良好反映,例如扇状外形是扇体的反映,丘状外形是礁体的反映等等。显然它对沉积相解释有重要意义。
在以露头为基础的沉积相研究中,由于受观察视野的,一般看不出沉积体的外形,正所谓“只见树木,不见森林”。对其外形只有当相图和等厚图编完之后才能从图上认识,因此没有把沉积外形当作沉积相标志,这是一件十分可惜的事,因为沉积体外形特征显著,对沉积相解释极为有效。而在以地震剖面为对象的地震相分析中,由于可在三度空间上连续观测,视野开阔,从而可以较容易地掌握沉积体的外形特征,这为沉积相研究引入了一个特别有效的相标志。
常见的地震相单元外形有八种类型(图28),它也是一种几何地震学信息。
| 图28 地震相单元外形 |
这是分布最广泛的一种外形,其特征是地震相单元的厚度相对稳定,上下界面与其间的同相轴大体平行,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的沉积作用的表现。
2.披盖状外形
其特征与席状外形相似,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起来的,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.楔状外形
其特征是地震相单元沿倾向上厚度增大,具发散反射构型。而在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型相同。
4.锥状外形
其特征是地震相单元沿倾向上厚度减小,具前积构型、或以杂乱结构、无反射结构为特征的波状构造。在走向方向上中间厚、两边薄、具双向前积构型或丘形反射构型、平面上呈扇状。它是扇体、三角洲等沉积体的典型标志。
5.扇状外形
其特征是地震相单元在平面上呈扇状,但地层厚度在各个方向上都变化不大。与相邻的地震相单元厚度相同,区别仅在 于它以具杂乱反射结构或无反射结构的波状反射构型为特征。这表明横向上沉积速率相近但沉积作用有显著差别,一般在泥质沉积很丰富的断陷湖盆中,由阵发性的陡崖浊积扇所构成的沉积体容易形成这种外形。
6.丘状外形
其特征是地震相单元在正交的剖面上均表现为块状凸起反射构型,平面上为圆形或条形。它是生物礁或各种刺穿构造的典型标志。
7.条带状外形
其特征是地震相单元在横剖面上为侵识充填构造或眼球形构造,平面上则为条带状。它是水下侵蚀河道或砂坝等砂体的典型标志。
8.透镜状外形
其特征是地震相单元在横剖面上为眼球形构造,平面上则为朵状。它是叠置扇、河道砂体的典型标志。
综上所述可知地震相单元外形在成因意义上与地震反射构型和地震反射结构有着密切的关系,但又有其特殊意义。三种相标志相互配合进行沉积相解释将可以大大排除多解性问题,得到较满意的结果。
从分布面积上看,大多数地区的地震相单元外形都是席状外形,其指相意义很差。但是在少数地区中所发育的其它各种地震相单元外形则一般都与某种沉积体有密切联系,因此具有重要的指相意义,一定要将其识别出来并标记在地震相平面图上。
地震相单元外形虽然只有在三度空间上才能确定,但除席状外形以外的其它外形一般都在剖面上有特殊的表现,例如锥形外形在剖面上表现为丘状凸起,而纵剖面上表现为楔状等。因此可以从剖面上所观察到的特殊现象出发,通过对相交多条测线的空间追索确定出地震相单元的外形。在实际研究中,可先编制出只包括地震反射构型和结构体关系较为密切的构造或结构的部位,应进一步深入研究其地震相单元的外形。此外还可以利用地层等厚图,在地层厚度变化较剧烈的地方,往往是可能出现特殊地震相单元外形的地方。经过对地震相单元外形的深入研究之后才可能得到最终的地震相平面图。
七、地震相分析的思路
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。
1.地震相与沉积相之间的联系和区别
(1)地震相是沉积相某些特殊物质表现的物理响应
沉积相是一定沉积环境的产物,而岩相、生物相、化学相是沉积相的不同物质表现。在传统的沉积相研究中,都是首先对岩相、生物相和化学相进行细致的观察,由此确定沉积时期的物理、生物和化学条件,进而重塑古沉积环境,并由此确定沉积相的类型。在地下相分析时,为了弥补钻井取心的不足,发现了测井相分析的方法。而测井相本质上是岩相的一种物理响应。
地震相与测井相有某种相似之处,它也是对沉积相的某种物质表现的物理响应。但这种物质表现不是岩相,更不是生物相和化学相,而是某种在传统的沉积相研究中基本上没有加以利用和考虑的新的物质表现——这就是沉积体的外形、岩层的叠置模式以及岩性差异的组合方式(它们分别与地震相单元的外形、地震反射构型和地震反射结构相对应)。正由于它引入了这些全新的沉积相的物质表现形式,因此它不同于测井相那样仅仅成为岩相研究的一种辅助手段,而是成为地下沉积相研究中不可缺少的一个重要方面。换言之,如果有了连续的全井取心则可把测井相弃之不用,因测井相与岩相本质上是一样的;然而不论钻井中的资料有多么丰富,地震相分析仍然是十分必要的,因为它反映了沉积相另外一个不同侧面,正好弥补了传统的沉积相研究中的不足。
(2)地震相具有卓越的三度空间观测能力
在传统的沉积相研究中,不论在露头上还是在钻孔中,都只是对三度空间中一个点的研究,而对点与点之间的沉积相特征只能是进行推断。正由于这种研究手段的,人们对于具有很强指相意义的沉积体外形和岩层叠加模式等沉积相特征一直没能加以利用。当钻孔数量少、井距稀时,对于沉积相的平面展布特征岩浆就束手无策。
地震相研究恰好能弥补这一不足,由于地震测网一般都能覆盖整个盆地,从而能对地下沉积相单元进行三度空间上的连续观测,对于刻划其空间展布特征具有其它资料所不可比拟的独到能力。
(3)地震资料对于控制沉积的背景因素具有独到的观测能力
沉积环境与构造活动性质和强度、距物源区的远近嘎地形特征等均有密切联系,而地震资料则对以上因素具有独到的观测能力,这决定了它可以沉积背景控制因素出发开展研究。
(4)地震相分析的多解性
多解性是地质研究中的一个普遍问题,而在地震相分析中表现得尤为明显。一个严重的问题是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,都是锥状外形、前积构型或波状构造、杂乱结构;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、平行构造、三高结构。出现以上现象的根本原因在于地震相只是沉积体外形、岩层叠加模式和岩性差异的组合方式的物理响应,而不同沉积相单元在以上三个方面有可能恰好相似。只有根本岩相、生物相和化学相特征才能将它们区分开,而地震相却不能反映这些特征。
另一个严重的问题是完全相同的沉积相单元可能产生不同的地震相特征。其根本原因在于地震相特征不仅与沉积相背景有关,还要受地震资料采集、处理因素的影响。为此必须保持地震资料的一致性。
(5)地震相分析的分辨率
进行地震相分析的地层单位为准层序组,或者为准层序,其厚度一般在一百米以上。而在沉积相研究杂,其三级相的厚度一般在几米至几十米,二级相的厚度一般在几十米至几百米,一级相的厚度则一般在近百米至上千米。由此不难看出,根据地震相分析所解释出的沉积相单位一般最高只能达到二级相。
目前一些油田正尝试利用单一同相轴进行波形分析,由此做出微相(即三级相)解释。一般说来,一根同轴大致相当于十几米至几十米厚的地层,规模上可以与三级相大致相对应。必须看到,波形特征反映的只是岩性差异的组合方式,而非岩相本身,因此只能对砂体展布进行追索,但并不能确定它的“微相”。为了不致于与沉积学中的概念相混淆,对这种研究称之为地震砂体追索更为合适,而不宜称之为地震微相研究。
2.地震相分析的思路
根据以上分析,可知在沉积相研究中,地震相有其独到的优点,也有其明显的弱点。我们进行地震相分析时应充分地扬长避短,以满足沉积相研究的需要。目前在进行地震相分析时所采用的思路各不相同,其中在生产单位杂比较流行的一种思路是首先编出地震相平面图,再通过钻井资料进行沉积相解释,进而找出地震相与沉积相之间的对应关系,即所谓地震相模式。据此将地震相图“转相”而形成沉积相图。这种思路粗看起来似乎是很合理的,符合从已知未知这样一种思维逻辑,但仔细分析一下就不难看出它存在一些严重的缺陷。首先,如果钻井数量比较少,不足以在每种地震相区杂都有一口井时,则有些地震相就无法“转”为沉积相。更重要的是,即使每种相区中都有钻井控制,但由于同一种地震相完全可能对应于不同的沉积相,因此这种机械地“转相”的结果很可能导致严重的错误。例如在研究区中有多块席状外形、平行构造、三高结构地震相区,若有一口井揭示它为含煤沼泽相,并全部按此解释的话,就有可能把深海盆地相也解释成为含煤沼泽相。反之,若有两口井分别钻遇含煤沼泽相和深海盆地相,则会给确定“转相”原则造成困难,人们无法确定对这种地震相究竟该按哪种沉积相解释更为合适。这种思路的根本问题在于它把地震相看做相互对应的关系,同时也没有很好地考虑如何发扬地震相的长处,克服其短处。
本文推荐的思路是:从沉积体(骨架相)识别着手,从盆地沉积模式着眼,以钻井做为控制点,与岩性地震技术相结合,由此搞清盆地沉积体系和沉积体系域。
其中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的最直接的体现,它们构成了沉积体系域中重要的组成部分——骨架相。而只要把骨架相的性质和展布规律搞清楚,则充填于其间的其它沉积相单元乃至于沉积体系域的性质也就迎刃而解了,正所谓“纲举目张”。再从地震相的特点上看,识别宏观沉积体是其独到的长处。它可以在三度空间上清楚地刻划沉积体的外形和岩层的叠置模式,而这是识别沉积体的极为重要的依据。由于沉积体的识别主要利用的是几何地震学的信息,因此其受地震资料采集和处理因素的影响比较小,可靠程度比较搞。大多数沉积体都有明显的差别,故“同一地震相对应多种沉积相”的问题相对比较小。即使那些多解性较强的沉积体,也可以根据其它标志综合研究而加以区分。因此不论从哪方面看都应当从沉积体识别入手。
从盆地沉积模式着眼是地震相分析的另一个重要思路。盆地沉积模式是对沉积盆地的构造背景、气候背景对于沉积环境组合进而对于沉积体系域特征的控制作用,以及它们的时空发育演化规律的全面深入的概括和总结。因此,只要搞清沉积盆地的背景控制因素就可以根据盆地沉积模式对其沉积相特征进行预测和推断,这在资料比较少,质量差时尤其显得重要。在是地震相分析时,因地震资料中所具有的信息毕竟是比较少的,再加上多解性强、分辨率低的问题,深感可用资料的不足。所以完全必要采用盆地沉积模式类比的方法。而地震资料在反映盆地的构造背景、演化规律、古地形特征、物源区远近等背景控制因素方面具有独到的能力,应当充分发掘其潜力。
以钻井作为控制点与由钻井出发总结地震相模式有着本质不同,地震相与沉积相之间不具有一一对应关系,因此在其二者关系对照表中,一种是地震相可以与多种沉积相相对应。钻井的作用在于确定该处这种地震相应当属于什么沉积相。至于其它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,以及与控制井点的相互关系,根据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,并帮助确定地震相单元的沉积相意义。在地形平坦、构造沉降缓慢且水进水退十分频繁的盆地中,沉积体因经常迁移故特征不明显,难以从地震反射构型和外形上加以识别,这时岩性地震技术就显得格外重要。
下面将介绍按以上思路进行地震相分布的具体方法。
八、典型沉积体的识别
当物源性质不同时,沉积体的类型亦有很大不同。在陆源碎屑沉积环境中,沉积体的类型最为丰富,其中规模较大从而易于在地震剖面上识别出来的有冲积扇、近岸水下扇、三角洲、扇三角洲、陆坡和深海浊积扇等。在碳酸岩沉积环境中,由于陆源物质极少,故沉积体的类型亦十分贫乏、大型的沉积体主要为碳酸岩岩隆和台地边缘斜坡。此外在火山活动强烈地区还发育有各种火山喷发岩体。
沉积体一般具有明显的地震反射构型特征,此外,在地震相图上,沉积体一般具有特殊的地震相单元外形。地震相单元外形与地震反射构型都是属于几何地震学信息,受非地质干扰因素影响较少,比较可靠,是识别沉积体的主要依据。不同之处在于地震反射构型是单一地震剖面上的特点,而地震相单元外形则是在多条剖面上或地震相平面图上所表现出来的在三度空间上的特征。下面分别介绍各主要沉积体的地震识别标志。
1.冲积扇
冲积扇发育在盆地边缘的陆上沉积环境中,多由阵发性泥石流携带的碎屑物堆积而成,在某些地区亦发育有以辫状河沉积物为主的冲积扇。它们都为近物源沉积体,对于指示盆地边缘以及物源区水流体系具有重要意义。其他震识别标志主要是:
(1)与盆地边缘大断裂相伴生。
(2)在横剖面上沉积体为丘状,在纵剖在上为楔将,向盆地内部厚度减薄,总体上表现为明显的锥状外形。其规模一般较小,长、宽在数公里的范围之内。但横向上多个冲积扇往往沿着断层边界呈串珠状排列,形成冲积扇裙。
(3)多数冲积扇都具有前积构型,在纵剖面上以杂乱前积构型最为常见,亦有下超型前积构型和斜交型前积构型。在横剖面上则可发育双向前积反射构型。其前积构型的共同特点是底积层很不发育,前积层与下伏地层呈下超接触。这是由于在冲积扇上所沉积的碎屑物质粒度很粗,在山口处的局部沉积速率特别高所造成的。在辫状河发育的冲积扇上,由于河流在扇体上的侵蚀和般运作用强烈,使得扇体坡度减小、长度增加,进积束率减低,从而前积构型不发育,而是表现为波状构造,相应地其地震相单元外形也由锥状外形转变为扇状外形。
(4)其反射结构主要为杂乱反射结构或无反射结构,前者常出现在以泥石流为主的冲积扇上,后者则以在辫状河发育的冲积扇上为常见。一般说来从扇根向扇端方向振幅有所增强、连续性有所变好。
| 图29 冲积扇的地震反射特征 |
2.近岸水下扇
近岸水下扇发育在盆缘边界大断层之下,是一种以浊流流动占主导地位的浊积扇体,断层强烈活动所造成水深坡陡的地形特征是产生近岸水下扇的重要条件(图30)。由于此类扇体直接进入到深湖区中,距油源岩近,易于形成油气藏,因此在油气勘探中具有特别重要的意义。
近岸水下扇在地震相单元外形,地震反射构型和地震反射结构上与冲积扇很相似,发育的构造背景也很相似,易于从地震剖面上识别并与其它沉积体区分开。但在地震剖面上直接将近岸水下扇与冲积扇分开则十分困难。我们只能根据它们各自的伴生相带不同而间接地加以区分。冲积扇发育于陆上,与冲积平原相或沼泽相相伴生;而近岸水下扇则是发育于水下,与深湖相相伴生,这是二者之间的重大差别。据此,我们可先对伴生相带进行地震相分析。
| 图30 近岸水下扇地震反射特征 |
(2)当扇体前方具三高结构时,若无钻孔资料控制,则可以层序地层学研究和盆地构造演化阶段分析的基础上,根据一般性的盆地沉积模式加以推断。从我国东部中新生代断陷盆地的盆地沉积模式来看,冲积扇主要发育在断陷早期阶段,而近岸水下扇则主要发育在断陷中期(最大水进期)。
3.海盆河控三角洲
三角洲是最重要的一种沉积体,它是在较平缓的地形背景下(通常在盆地内部并且不受盆缘边界断层控制),由河流流入水体(海盆或湖盆)后在河水和海(湖)水的共同作用下所形成的复合沉积体。由于海盆中的可容空间大,沉积过程持久稳定,故三角洲的进积作用明显,沉积体规模大,地震相标志明显,易于识别。其中又以河控三角洲为高建设性三角洲,受改造破坏的影响小,三角洲的特征更为突出,故在此首先讨论海盆河控三角洲,其基本特征是:
(1)离盆地边界较远,不受盆缘边界断层活动的控制。
(2)地震相单元具锥状外形。由于其规模一般较大,长、宽可在数十公里甚至上百公里,因此受视野的,其外形特征在地震剖面上可能不很明显,这时应注意从沉积体的等厚图上分析其外形特征。
(3)其最重要的标志是发育有各种前积构型,其中以S型、顶超型和复合型前积构型最为普遍。它们的共同特征是底积层较发育,反映陆源物质较细、泥质沉积物十分丰富,这与前述的冲积扇和近岸水下扇形成显著差别。
(4)在三角洲的不同部位上具有不同的地震反射结构。一般在顶积层部位(大体相当于三角洲平原相)主要为中振幅中连续性结构;在前积层部位(大体相当于三角洲前缘相)由于砂泥比减小,泥岩厚度增大,使砂、泥岩之间的波阻抗增大,故振幅和连续性有所增强;至底积层部位(大体相当于前三角洲相)有两种情况:一种是三角洲进积速率高,从而三角洲前缘斜坡的坡度较陡,这时容易诱发浊流,形成三角洲前缘浊积扇,以三高结构为特征;另一种是三角洲进积速率较低,从而三角洲前缘斜坡的坡度较缓,浊流不发育,这时在前三角洲主要发育稳定的巨厚的泥岩,以弱振幅甚至无反射结构为特征。一般说来以前一种情况为多.从振幅在三角洲层序中的垂向变化上看,在前缘浊积扇发育的三角洲中一般表现为向上减弱反射结构;而在前三角洲为稳定泥岩的沉积体中则一般表现为向上增强反射结构。
| 图31 海盆河控三角洲地震反射特征 |
4.海盆浪控三角洲
当波浪和沿岸流的能量很强,将河口处的沉积物再搬运至河口两侧沉积时,则形成浪控三角洲。这种强烈改造破坏的结构是使三角洲的长度减小、宽度增大,进而使三用洲的向前推进作用大大减弱。因此在浪控三角洲上一般找不出较大规模的前积构型,而是以叠瓦状前积构型为基本特征。同时三角洲的平面形态也不再是一伸长的朵状体,而是成为宽度远大于长度的裙边状。图32为×××浪控三角洲的纵剖面,其三角洲层序很薄,前积构型为倾角十分低缓的叠瓦状前积构型。
| 图32 海盆浪控三角洲地震反射特征 |
在湖盆中,波浪、沿岸流以及潮汐的作用都秕海盆微弱得多,因此所形成的三角洲基本上都属于建设性的河控三角洲。但是湖盆与海盆在形状、水深、坡度和容纳沉积物的能力上有着很大差别,从而所形成的河控三角洲亦很不相同。
海盆是开敞性的很深的盆地,在侧向上相对于注入的河流而言几乎具有无限的容纳能力,从而可以保证三角洲的前积斜坡长期稳定推进而不至于因为前方被沉积物所填满从而前积斜坡的坡度变平。此外在海盆中海平面相对变化的速率和频率要比陆盆中慢得多,因此三角洲往往能持续性地向盆地内推进,形成规模巨大的沉积体,发育各种大型的前积构型,从而易于在地震剖面上识别出来。湖盆则基本上是封闭的盆地(即使有泄水水系但从沉积上看也是微不足首的),其水深亦比较浅,容纳沉积物的能力有限。因此当河流携带的粗碎屑沉积物在河口卸载时,往往同时有大量的泥质沉积物在湖盆中间沉积下来,从而使河口部位与湖盆中间部位的沉积速率相差不很大,三角洲的进积速率减小,不利于前积构型的发育。此外湖盆的水平而相对升隆变化要比海盆中强烈得多,岸线的频繁进退使得三角洲的位置经常改变,同样不利于前积构型的发育。
因此除了断陷盆地在盆地处于强烈欠外偿状态的断陷中期阶段可能出现具较大规模前积构型的三角洲外(如济阳拗陷东营凹陷中的牛庄三角洲,见图33),湖盆中的三角洲一般都不发育大型的前积构型,而是以叠瓦状前积构型较为常见,甚至于没有前积构型。在进行三角洲解释时,不应机械照搬国外海盆河控三角洲的地震相模式,而应从实际资料出发总结适当的地震相模式。通过对松辽盆地白垩系中的大型拗陷湖盆三角洲的研究,总结出如下的地震识别标志。
| 东营凹陷古近系东西向层序地层对比剖面图(EW5) |
| 发散型S型前积反射构型,或为帚状反射构型,收敛点指向扇根物源处;在垂直水流方向呈丘形,内部反射可见双向下超 |
| 图33 湖盆三角洲地震反射特征 |
根据地层等厚图,并结合地层接触关系分析,可对古地形特征做出推断。一般说来,大型湖盆三角洲往往沿着盆地拗陷长轴发育,尤其是常与拗陷轴分叉的部位相对应,在那里由盆地倾没区过渡成为多个盆地凹陷区,水体突然开阔,从而使沉积物迅速卸载而形成三角洲。垂直盆地长轴亦可发育一些小型三角洲,表现出地层厚度在局部地区增大,如英台三角洲。
(2)岩性展布特征
三角洲是一个粗碎屑物质格外发育的沉积体,与大型的砂岩体具有良好的对应关系,可利用地震速度资料进行砂地比计算(具体方法将在下一期中介绍),由此勾绘出砂岩体的空间分布特征,为识别三角洲提供有力的佐证。
(3)地震反射结构特征
在三角洲上,沿着纵剖面可以看到地震反射结构发生显著的有规律的变化。在三角洲平原上,尤其是在主河道继承性发育的部位,由于砂岩特别发育,一般形成低振幅、低连续性结构。在三角洲前缘,由于砂岩层逐渐减薄,泥岩层逐渐增多增厚,从而使波阻抗差增大,振幅和连续性逐渐增强,可形成中-强振幅、中-高连续性反射结构(当进积作用强烈时,可形成叠瓦状前积构型)。在前三角洲部位,一般为巨厚的稳定泥岩,波阻抗差减小,形成低振幅、高连续性反射结构。但当水进水退频繁从而形成前缘砂与深湖互层时,亦可形成高振幅、高连续性、低频结构。根据地震反射结构编制出地震相平面图,则可圈定出三角洲的空间展布。由于地震反射结构受非地质干扰因素的影响很大,故所勾绘的地震相图中难免有许多是虚假的,这时应结合古地形分析和砂体展布特征分析进行综合解释,以得到一个更合理更逼真的解释结果。
6.扇三角洲
扇三角洲是由河流在盆缘大断层之下形成冲积扇后很快就转入水下形成三角洲而产生的一种冲积扇与三角洲的复合体。其中缺失在正常情况下冲积扇与之三角洲之间应当发育的冲积平原相带,因此扇三角洲兼有冲积扇和三角洲的地震相特征(图34)。
| 扇三角洲是扇与三角洲的复合体,兼具二者的特点。一般与盆地边缘断层相伴生 |
| 图34 扇三角洲地震反射特征 |
(2)具锥状外形,规模一般比冲积扇大,长度可达几公里至几十公里。
(3)在纵剖面上,地震反射构型在沉积体的前半部与后半部有显著差别。在后半部(相当于冲积扇部位,一般较短)主要表现为杂乱前积构型或波状构造;而在前半部(相当于三角洲前缘及前三角洲部位,一般较长)则各种前积构造均可能出现,尤其以下超型前积构型和斜交型前积构型较为常见。在横剖面上可出现双向型前积构型或波状构造。
(4)从冲积扇部位向三角洲部位,振幅和连续性逐渐增强。
扇三角洲兼具冲积扇和三角洲的特征,据此可与冲积扇或三角洲相区分。而与近岸水下扇相比,由于二者都是在盆缘边界断层之下,由陆源碎屑很快进入水体而形成的,其地震相特征也往往较接近,规模亦相仿,故区分起来十分困难。据此有人主张对二者不加区分,统称为扇三角洲。我们认为扇三角洲与近岸水下扇是应当区分开的,二者的流动有显著不同:前者以牵引流为主;后者则以重力流为主。所形成的砂体特征有显著不同,在油气勘探和开发中应区别对待。二者也是可以区分开的,在钻孔中,前者具冲积扇三角洲的相标志;后者则具浊积扇的相标志,区别是很显著的。问题在于没有钻井时如何从地震剖面上将二者区分开。
由于二者的本质区别在于流动不同,而控制重力流所起作用大小的关键在于坡度,因此我们可以从反映古沉积表面的前积层的坡度入手进行分析。一般说来,扇三角洲上前积层的坡度比较平缓,而近岸水下扇上前积层的坡度比较陡。据此可粗略地对两种沉积体加以区分。这里需要注意的是,在地震剖面上垂向坐标为时间,横向坐标为距离,二者量纲不同,需将前积层经过时深转换后和能求取其倾角。并且地震剖面上求取的倾角一般为视倾角,只有用多条剖面编制某前积层的构造图后,才能求取其真倾角。有关时深转换和编构造图的方法的可参考有关的地震勘探教材。
由于扇三角洲不象近岸水下扇那样必须具备深坡陡的条件,故在盆地发育的不同阶段均可以产生,是更为常见的沉积体。
7.陆棚(台地)边缘斜坡带
在陆棚边缘和碳酸盐台地边缘均可发育斜坡带。斜坡带是分隔陆棚(台地)相与盆地相的一个重要地带,因此识别出斜坡带在区域岩相古地理研究中极为重要。斜坡带的沉积过程与海平面相对变化有着非常密切的关系。当海平面相对静止或缓慢上升时期,陆坡表现为强烈进积,形成S型或顶超型前积构型,这与海相河控三角洲的剖在特征极为相似,区别在于三角洲的前积相带在平面上呈扇状,而斜坡带的前积相带则呈伸长的带状;当海平面相对上升时期,陆坡遭受侵蚀,尤其在陆棚坡折带首当其冲,形成视削蚀。图35为×××的一个坡的地震纵剖面,可见到在视削蚀面之上再次沉积了陆坡前积层。
| 图35 陆棚(台地)边缘斜坡带地震反射特征 |
一般发育在陆坡、深海扇上,以发育侵蚀充填形反射构型为基本特征(图36)。
| 图36 侵蚀峡谷地震反射特征 |
深海浊积扇发育在陆坡之下,是由浊流所形成的浊积体。其规模一般较大,长、宽可达数十至数百公里。Mitchum_(1985)从地震可识别的角度出发,提出了一种深海浊积扇模式(图37)。根据这一模式,深海浊积扇由峡谷充填、上部扇和下部扇三部分组成。
(1)峡谷充填发育在陆坡处,其顶界面在横剖面上为平的或凹面向上的,底界面为V型或U型,具侵蚀充填构造,有时在纵剖面上可表现为杂乱前积构型或斜交前积构型。一般为低振幅中连续性结构。
(2)上部扇主要由堤成谷构成,其顶界面在水道处位置最高,而在天然堤处向两翼下倾,凹面向上,倾角逐渐减小。堤成谷复合体在总体上为一不规则的丘状,底界面在中部下凹,向两翼抬起;在横剖面上具双向前积构型,振幅通常较低且变化较大,连续性在总体上较差,在天然堤部位变化。
(3)下部扇主要由朵状体构成,其顶界面一般为高振幅高连续性反射,总体上为丘状,没有明显的天然堤,其上履地层对着它为上超或下超。朵状体一般充填在由更老的朵状体所构成的沉积洼地之上,具眼球状构造或双向前积构型。振幅一般较高,连续性一般较差,向下连续性变好。
| 图37 深海浊积扇地震反射特征 |
在陆坡下部,由于等深流的作用所形成的沉积体,其特征是丘状外形,并且向陆坡上前积。
11.碳酸岩岩隆
碳酸岩岩隆是由生物作用所形成的凸起于同期地层之上的沉积体,包括生物礁和生物丘。岩隆的识别不论在沉积相研究上还是在油气勘探上都具有重要意义。碳酸岩岩隆的地震识别标志是:(2)岩隆往往发育在断层上升盘、火山岩体、同沉积隆起等正向地形背景上,尤其在区域性断裂带的上升盘上可成带发育;(2)具丘状外形是岩隆最根本的特征,或者说是岩隆一词的意义所在。岩隆的幅度可达数百米,其平面形态可以是圆形、椭圆形、长条形,甚至可以成为环形(环礁);(3)在横剖面上均具有明显的块状凸起构造,沉积体与围岩在地震反射特征上差别明显;(4)通常在岩隆内表现为无反射结构,但当礁体为多期生长时,亦可能出现较强的反射界面;(5)岩隆中的速度通常比围岩高,但当岩隆中含气时亦可表现为低速;(6)岩隆的外侧常可发育超覆现象,其顶部可形成披盖构造。在岩隆边缘处往往绕射波比较发育;(7)在一些发育较充分、规模较大的岩隆上,可划分出礁前和礁后。礁前处岩隆边缘倾角较陡,其下发育礁前塌积相,以杂乱前积反射构型为特征;礁后处岩隆边缘倾角较缓,其外侧地层的振幅和边续性一般较强。当地层埋藏较深时,受分辨率,一般不容易区分礁前和礁后。图38为珠江口盆地生物礁的地震剖面,上述特征均十分明显。
| 图38 台地边缘礁地震解释剖面 |
在我国中新生代断陷盆地中往往伴随有火山活动,从而在沉积岩系中夹有火山岩系,在地震剖面上识别各种火山喷发岩体具有重要意义。图39为我国东部某盆地中的火山喷发岩体的地震相特征。从地震剖面上可识别出两类最主要的喷发岩体:一种是层状火山岩体;另一种为丘状火山岩体。
(1)层状火山岩体一般为基性岩,如玄武岩,因其流动性强,往往可以覆盖较大区域,成层状展布。因火山岩与沉积岩之间有很强的波阻抗差,故形成连续性很强的强反射同相轴。
(2)丘状火山岩体一般为中、酸性岩,如流纹岩等,因其流动性差,常呈爆炸式喷发。火山物质一般围绕着火山口在一个不太大的范围内堆积成丘状(常在盆缘边界大断裂附近发育),并以强振幅低连续性为特征。
| 岩株-闪长花岗岩浅层侵入体,火山口-火山碎屑,火山锥-火山碎屑和流纹岩 ①-安山岩夹凝灰岩 |
| 图39 火山岩地震反射剖面 |
1.盆地沉积模式的概念
随着沉积相分析理论的成熟完善和沉积盆地分析理论的兴起,人们开始把研究重点从沉积相模式转 移到盆地沉积模式上来。在地质研究过程中,当可以利用的资料比较缺乏时,采用盆地沉积模式类比的方法。则可以从少量的已知资料出发从待研究盆地中获取更丰富的认识。因此在沉积相研究中,进行盆地沉积模式的总结和类比,既有重要的理论意义,又有重大的实用价值。
邱东洲于1984年发表的《陆相盆地沉积模式分析》一文是我国系统论述盆地沉积模式的最早的一篇论文。笔者在科研实践中,对有关概念做了进一步发展和完善。
我们认为:在沉积盆地分析中,与进行沉积相分析时的沉积环境、沉积相和沉积模式这三个基本概念相对应的概念是:沉积盆地、盆地充填和盆地沉积模式。后者比前者深刻、广泛得多。
沉积盆地是受成盆构造背景和气候背景控制的各种沉积环境在空间上和时间上的有规律的配置组合。其中总的构造背景和气候背景控制了总的沉积环境特征,在盆地不同部位上的次级构造背景控制了该区的次级沉积环境特征。在时间上,沉积盆地的发育表现出明显的阶段性,从而在盆地的不同发育阶段具有不同的沉积环境组合特征。
盆地充填是沉积盆地的产物。在盆地的不同发育阶段,与其特定的沉积环境组合特征相对应,形成特定的沉积体系的组合,即沉积体系域。盆地充填则是由相互叠置的多个沉积体系域所组成的。从第一章所讨论过的成因年代地层学的意义上看,沉积体系域是盆地的一个发育阶段的产物,在实体上与一个成因组相当。而盆地充填是盆地的整个发育过程的产物,在实体上与一个成因群相当。沉积体系域的特征受沉积环境组合特征的控制,后者又是一定的构造背景和气候背景的产物。沉积体系域在垂向上的演化具有明显的规律性,它是由构造背景和气候背景的规律性的演化所引起的沉积环境组合的规律性的演化所决定的。而盆地沉积模式则正是沉积盆地的构造背景和气候 背景对沉积环境组合进而对沉积体系域的控制作用,以及它们的时空发育演化规律的全面的深入的概括和总结。
2.盆地类型识别
3.盆地的演化阶段划分
4.盆地的古沉积环境背景分析
5.原始沉积边界恢复和古地形分析
6.盆地的物源区和古水流方向分析
十、非骨架相解释
1.解释思路
非骨架相的地震相标志主要是地震反射结构。在第一节中已指出,每种地震反射结构往往可能与多种沉积相相对应。为了排除这种多解性,主要应从以下三个方面入手:
(1)沉积相模式类比
沉积相单元的平面组合是有规律的,当搞清盆地中各骨架相,即沉积体的分布特征后,可根据沉积相模式按照非骨架相与骨架相之间的组合关系进行非骨架相的解释。
(2)盆地沉积模式类比
沉积相在盆地的不同发育阶段以及盆地的不同部位上的发育也是有规律的,表现为不同沉积体系域的充填序列的变化。因此,结合盆地发育阶段分析和盆地构造部位分析也可帮助进行非骨架相的解释。
(3)钻井、露头资料控制
最有效的方法莫过于利用钻井、露头资料进行控制。这样用少量的井即可控制住较大地区的非骨架相的解释。
总之,非骨架相解释是地震相分析中最为困难的一个环节,必须充分利用各种资料,从不同角度开展综合分析,才能得到较正确的解释。
2.主要非骨架相的地震相特征
(1)滨岸相
(2)沼泽相
(3)浅湖相
(4)深湖—较深湖相
(5)陆棚相
(6)深海盆地相
