随着鄂尔多斯盆地延长组、松辽盆地白垩系浅水三角洲勘探开发的成功，开启了寻找浅水三角洲薄砂层岩性油气藏勘探的新领域。勘探实践证明，浅水三角洲具有较好的生储盖耦合关系，有利于大型油气藏的形成，勘探前景广阔。前积结构如斜交型、S型、S型-斜交型复合、叠瓦状等，在可容空间较大的沉积环境中能够清晰表征向沉积中心沉积的建造特征。浅水三角洲砂体往往厚度较小，会受到其他地层沉积界面反射特征干扰而使波形混叠在一起，其前积结构在地震剖面上难以直接识别。Zeng等^[1]将无法直接在地震剖面上识别的前积结构称之为隐性前积结构。因为隐性前积结构难以识别，浅水三角洲沉积结构特征未能得到广泛关注^[2]。对浅水三角洲前积体系认识不清会影响对储层分布规律的认识，进而制约对该类沉积体的勘探开发。如何利用地震沉积学手段将浅水环境下三角洲沉积体系信息进行挖掘是解决该类油气藏精细勘探的一个重要课题。

在准噶尔盆地莫索湾凸起的地震沉积学研究中发现，芳草湖地区清水河组清一段（K₁q₁）沉积中存在与浅水三角洲有关的隐性前积地震相。结合邻区勘探开发成果，认为该地区清水河组一段具有较好的勘探开发前景。利用莫索湾凸起芳草湖地区钻井及三维地震资料，依据本区构造沉积演化及层序特征，应用准层序组内高低频旋回波形分离、浅水三角洲薄砂体地层切片特征提取^[3-5]、地震沉积体分频融合等技术进行浅水三角洲地震沉积学特征分析，并总结识别浅水三角洲沉积相模型，以期为今后浅水三角洲前积沉积体系的研究和应用提供借鉴和依据。

芳草湖地区位于准噶尔盆地中央坳陷腹部莫索湾凸起南部，属于“凹中凸”构造特征，紧邻生油凹陷，是油气有利的聚集区，在该区已经发现了多个油气藏，如莫索湾油气田等（图 1）。整体来看，侏罗系头屯河组是主要油气产层。然而，近年在与芳草湖地区相邻的其他探区都发现了白垩系清水河组一段油气藏，例如位于莫索湾凸起南部斜坡带上的永6井发现了工业油流，这表明芳草湖地区白垩系清水河组一段也具有油气勘探前景。

图 1

Fig. 1

下载原图 图 1 准噶尔盆地芳草湖地区清水河组勘探成果综合图 Fig. 1 Exploration results of Qingshuihe Formation in Fangcaohu area, Junggar Basin

图 2

Fig. 2

下载原图 图 2 准噶尔盆地芳草湖地区清水河组连井对比剖面 Fig. 2 Inter-well correlation diagram of Qingshuihe Formation in Fangcaohu area, Junggar Basin

准噶尔盆地芳草湖地区在经历了晚侏罗世剧烈构造活动后，在早白垩世开始稳定沉降，湖盆范围扩大，基准面旋回的升降变化控制了沉积体系演化^[6]，在清水河组一段识别出3个地层界面：①清一段底面。在白垩系清水河组沉积早期，相当于基准面初始上升期，底部沉积了厚层低位域底砾岩层（底砂岩段），底砾岩与下伏地层呈角度不整合界面，即白垩系与侏罗系的分界面。②清水河组一段中的底砾岩段（K₁q₁²）与上覆泥岩地层（K₁q₁¹）的分界面。莫索湾地区K₁q₁底部和顶部主要受北部德伦山物源体系影响，主要发育辫状河三角洲前缘沉积。K₁q₁底部为底砾岩段，K₁q₁上部主要发育滨浅湖相泥岩沉积（K₁q₁¹）。③滨浅湖相泥岩沉积与上覆砂岩地层接触面为第3个地层界面，即清水河组一段与二段的分界面。

准噶尔盆地腹部下白垩统清水河组为北高南低的单斜缓坡湖盆背景，阜康凹陷为沉降中心，围绕沉降中心发育多级东西向展布的坡折。低位域期，受北部物源影响的辫状河三角洲砂体经南北向沟谷输送至坡折带之下形成低位扇沉积，预测面积可达1 000 km²。低位扇沉积岩性以中—细砂岩为主，牵引流成因的沉积构造较发育，分选和磨圆较好，成分成熟度和结构成熟度较高，孔隙度大于10%，渗透率大于14 mD，孔隙类型主要为原生粒间孔，埋深接近6 000 m，发育相对优质储层，储集条件较好；低位扇砂体顶部发育初始湖侵期泥岩，侧向发育河漫滩相泥岩，盖层和侧向遮挡条件较好，岩性圈闭条件优越；另外，阜康凹陷为准噶尔盆地最大的生烃凹陷，发育二叠系和侏罗系2套烃源岩，石油资源量11.9亿t，天然气资源量1.32万亿m³，该地区具有较大的勘探潜力。

做好浅水三角洲薄层砂体的精细刻画，需要对地震资料进行深入分析研究。为了凸显薄砂层的地震响应特征，需要进行准层序内高低频旋回波形分离^[7-8]。由于砂体厚度小，浅水三角洲前积结构不明显，难以识别，且薄砂层的地震反射特征往往存在干涉效应，导致砂体展布形态不清，这是浅水三角洲薄砂层沉积体地震识别的另一个难点。利用地震沉积体融合技术可以更好地描述沉积体内部的展布细节^[9-10]。

从分析地层反射结构特征出发，找到了3项关键技术来解决浅水三角洲薄层砂岩储层识别难的问题。

准层序是指一套以海（湖）水洪泛面或者与其可对比的界面为界、相对整合、彼此有成因联系的地层或地层组。陆相沉积的准层序是以沉积间断或小的湖侵面为界的一套地层组^[11-13]。在一个准层序组内可将其相带分布与岩性组合视为主要由两部分地层叠加而成，即由具有区域性的沉积低频旋回地层以及与该类地层有成因关系的高频旋回地层组成。以准层状地层模型为例，低频旋回地层指较大的地层界面，而高频旋回地层则是受较大层序界面控制的次一级地层，比如砂体。浅水三角洲往往发育薄层砂体，而这种薄层砂体的地震响应特征又容易被上覆高一级地层界面地震响应特征所屏蔽，造成薄砂体难以识别^[14-18]。

准层状地质模型可以转化为1个地球物理模型，由地层平均速度模型和砂体剩余速度模型两部分组成，其中地层平均速度模型组分对应低频旋回沉积，砂体剩余速度模型组分对应高频旋回沉积。低频旋回地层代表着区域性的地层组合关系，其地震响应特征为：横向上相位一致、地震频率低。高频旋回地层相对于低频旋回的地层来说，地震反射相位较为杂乱，地震频率较高。可以利用这些特征差异分离这2种波场，从而去除低频旋回地层反射波的影响，凸显次一级旋回的地震响应特征，达到识别隐性前积砂体的目的。

对于实际地震数据体，首先，需要进行地层体转换，把实际地震地质剖面简化为准层状模型^[19]，以消除地震数据体或者其他属性体中由构造运动产生的变化，恢复古沉积环境，直观了解同时期沉积环境下地层的情况，另一重要作用是便于下一步地震道与地震道之间的波形对比分析。其次，选择基于主成分分析的波形分解方法进行地层反射特征分析。准层序组内的低频旋回地层反映了地质时期的主要沉积信息，具有空间连续、缓变的特点，波形具有一定的相似性，即同一时期沉积的地层界面具有波形相位一致的特征^[20]。波形主成分分析就是利用波形相位一致这一特征，通过井-震标定，将低频旋回位置处相位具有一致性的波形作为沉积背景提取出来，用原地震数据减去沉积背景地震响应，从而突出了高频旋回沉积特征，达到高、低频旋回分离的目的（图 3）。高频旋回更能表征隐蔽砂体的地震响应特征^[21-22]。

图 3

Fig. 3

下载原图 图 3 去除地层强反射特征原理示意图 Fig. 3 Schematic diagram of principle for removing strong reflection characteristics of formation

利用以上波形分离法去除大的沉积界面地层强反射地震波形，剩余地震波形将原始弱反射地震波储层特征凸显出来，即是准层序内部弱反射储层发育特征。图 4（a）为原始地震剖面，图 4（b）为去除了强反射后地震剖面，可以看出下切河道反射特征得到凸显，剖面红色箭头指示部位，前积型沉积结构反射特征也有明显改善。

图 4

Fig. 4

下载原图 图 4 准噶尔盆地芳草湖地区清水河组准层序组内高低频旋回波形分离技术应用 Fig. 4 Application of high and low frequency cycle waveform separation technology in parasequence set of Qingshuihe Formation in Fangcaohu area, Junggar Basin

对浅水三角洲沉积特征刻画，不仅要找到薄层的发育位置，也要识别出薄层的分布形态^[23]。限于目前地震数据采集技术，不必一味地追求地震剖面纵向的分辨率。由于浅水三角洲薄层砂体的横向发育尺度往往大于地震数据的横向分辨率，发育特征在等时地层切片上会有明显的反映，因此地层切片是识别浅水三角洲薄层砂体的有效工具。然而，在利用地层切片研究浅水三角洲沉积体系过程中，由于大多数是薄互层，其厚度通常在25 m之内，在地震响应中存在薄互层综合叠加干涉效应。因此，在薄层地震解释中，如何消除薄砂层地层切片中的干涉效应，是有效利用地层切片解决薄层问题的关键。

薄砂体地层切片特征提取技术能够很好地消除薄互层干涉的影响，进而有效识别薄层的分布规律。将通过设计薄砂层正演模型[图 5（a）]来论述该方法的有效性。

图 5

Fig. 5

下载原图 图 5 多层薄层砂体模型地震正演及地层切片特征 Fig. 5 Seismic forward modeling and stratigraphic slice characteristics of multilayer thin sand bodies

假设地质模型3层砂体分别用“3”，“4”，“5”等3种字样叠置标识，砂体时间厚度分别为2 ms，3 ms和4 ms，纵向间隔均为4 ms。通过地震模型正演，可以获得正演地震数据，进行90°相位旋转[图 5（b）]，可以看到，由于砂体较薄，在地层切片上发生干涉现象[图 5（c）]，造成地质体平面分布不清。

通过提取连续地层切片，利用同相法可以分析出砂体的个数、展布范围和叠置关系。在极性相同（同为波峰或同为波谷）的情况下，某一砂体的地震响应振幅值会出现由弱变强再变弱的规律，在渐变的过程中，找出所述砂体地震响应振幅值最大的切片，如图 6中的砂体“4”的振幅响应幅值最大的是30~34 ms时的切片，在这些切片上可以初步确定该砂体的展布范围。在极性相反的情况下，30~ 36 ms切片中，30 ms，32 ms切片上砂体“3”横向展布范围及振幅强度和34 ms，36 ms切片中砂体“3”极性相反，横向展布范围、振幅强度相同。因此，可以将30 ms，32 ms切片与34 ms，36 ms切片相加，这样利用极性相反、振幅数值相同的特点消除砂体“3”的砂体干扰，突出了砂体“4”的展布特征。重复以上步骤，遍历整个连续地层切片，依次统计砂体地震响应振幅极性反转情况，找出所有砂体的特征切片位置。在某个确定砂体的展布范围内，利用特征切片加减法确定砂体的特征切片位置（图 7）。依次对切片进行处理，可以去除薄层砂体干涉效应，准确识别砂体的发育特征、展布范围及叠置关系。

图 6

Fig. 6

下载原图 图 6 薄层砂体模型地层切片特征 Fig. 6 Stratigraphic slice characteristics of thin sand bodies

图 7

Fig. 7

下载原图 图 7 薄层砂体模型地层切片加减运算效果 Fig. 7 Operation effect of addition and subtraction of stratigraphic slices of thin sand bodies

利用薄砂体地层切片特征提取技术，对清水河组一段进行砂体分布范围精细刻画。为研究该区砂体分布和自下而上的演化特征，对区内三维地震资料进行连续的地层切片提取，高值区代表以砂岩为主的碎屑岩沉积体，清晰反映沉积向南西扇形散开，第2期砂体分布形态较为清晰（图 8）。

图 8

Fig. 8

下载原图 图 8 准噶尔盆地芳草湖地区清水河组一段薄层砂体地层切片特征 Fig. 8 Stratigraphic slice features of thin sand bodies of the first member of Qingshuihe Formation in Fangcaohu area, Junggar Basin

在碎屑岩沉积体系中，依据发育的长宽比值大小，可将沉积体分为面状、线状和点状3种类型。比如湖底扇、三角洲平原、心滩等属于面状沉积体，而线状、点状沉积体往往“镶嵌”在面状地质体之中，比如河道、坝（沿岸坝、河口坝）。不同尺度的沉积地质体在三维地震数据体上有不同的频率响应特征，低频反射往往指示着沉积背景，高频响应则更多反映小尺度沉积体的发育^[24-25]。针对不同的地质目的，需要使用不同频段的地震信息。如果要在同一数据体上、同一沉积时期内，同时刻画面状沉积体、线状和点状沉积体则需要对不同频段的数据体进行融合分析。在面状背景沉积体刻画时需要注意时窗尺度的选择，一般要求满足地震波形纵向变化能够包含沉积背景的完整旋回，而线状、点状沉积体则可以用小时窗层间信息进行横向差异表征。

目前常用的融合技术是时频三原色（RGB）分频混色技术，对时间域地震数据进行时频分析，得到3个不同时频的数据体，分别依据沉积体结构特征，按合适的时窗提取较为敏感的时频属性体，然后将其中3个属性体进行RGB混色显示。对3个数据体分别赋予红、绿、蓝三原色对应的256个基色，通过融合重新显示成一个三维数据体，不同的颜色代表高、中、低不同的频率权重信息，将等时地层界面上振幅与对应的频段联合显示，通过调节融合切片上颜色及亮度突出不同岩性的边界，并且由颜色区分出不同的岩性组合。RGB显示技术能更好地反映沉积相边界，因此，可以用于沉积相带识别及储层精细研究。图 9为工区等时地层界面RGB混合显示，可见河道下切特征较明显。

图 9

Fig. 9

下载原图 图 9 准噶尔盆地芳草湖地区清水河组一段RGB融合地震地貌图 Fig. 9 RGB fusion seismic geomorphological map of the first member of Qingshuihe Formation in Fangcaohu area, Junggar Basin

准噶尔盆地腹部莫索湾凸起芳草湖地区白垩系清水河组一段沉积期古地貌坡度小，水深通常不超过20 m^[26-27]，河道自物源区进入平缓浅水区后，能量减弱，流速降低，平面上分流河道弯曲分叉，形成浅水曲流河三角洲。浅水曲流河三角洲平原发育水下分流河道及河道间沉积，水下分流河道间主要发育大面积的红色泥岩。河口坝易受湖浪及沿岸流改造，泥岩不太发育，多见大面积分布的席状砂。K₁q₁的沉积表现出典型的由低水位域向高水位体系域的湖平面振荡的演化过程，第1期砂体在下切谷呈低位扇体沉积展布，扇体边界清晰；第2期为湖侵期，芳10井区发育第2期扇体；第3期进一步湖侵，芳10井区发育浅湖—半深湖沉积，泥岩盖层发育；第4期为湖退期，芳10井区发育第3期扇体；第5期为湖侵期，芳10井区发育滑塌体；第6期为湖泛期，主要发育大套泥岩。

（1）低位楔前积浅水三角洲前缘扇

通过浅水三角洲地震沉积学分析方法的应用，在低位域，发现K₁q₁底部砂层组发育下切水道，在地震剖面上，其外部形态具有独特的“U”字型或“V”字型几何特征。下切水道的发现，可以确定层序界面^[28]。在研究区的南部即下切水道的末端出现波折带，砂体散开形成扇状沉积[图 10（a）]，地震剖面上呈现楔状反射特征。相对较强振幅区与地震剖面上所识别出的各前积朵叶体位置基本对应^[29]，反映了K₁q₁¹ 前积砂层的发育与叠置特征，这些前积砂体与西北部K₁q₁底部厚层砂体不连通，四周被弱振幅的泥质岩所分隔，这些特征在地震剖面上也有清晰反映。

图 10

Fig. 10

下载原图 图 10 准噶尔盆地芳草湖地区清水河组一段地震沉积演化 Fig. 10 Seismic sedimentary evolution of the first member of Qingshuihe Formation in Fangcaohu area, Junggar Basin

（2）湖侵期隐性前积浅水三角洲前缘扇

在湖侵期，地震剖面上表现为弱振幅、不连续的亚平行反射特征，局部可见叠瓦状前积短反射。其地层切片具有相应的特征，能清楚看到振幅异常体在平面上呈扇状分布，存在明显的振幅分带现象，边界清晰，振幅地层切片中河道状和垛状地貌体系反映隐性前积浅水三角洲前缘体系，湖平面位于研究区坡折带附近，沉积向南西表现为扇形散开[图 10（b）]。

（3）高位域隐性前积浅水三角洲前缘扇

经历最大湖泛期后，湖平面开始缓慢下降，出现砂进湖退的特征，利用三维地震地层切片同样可以清晰地展示扇状砂体发育的平面特征[图 10（c）]。

（1）对于浅水三角洲沉积体系砂泥薄互层，砂体的地震响应特征不易识别，在准层序内分离不同地层响应，可以突显砂体的地震响应特征，以利于砂体地震信息的挖掘。

（2）在地震响应中往往会存在薄互层综合叠加干涉效应，利用正负能量叠加方法消除薄砂层地层切片中的干涉效应，是利用地层切片解决薄层问题的有效手段。

（3）分频融合技术能够更准确刻画不同尺度的沉积体边界。

（4）准噶尔盆地芳草湖地区白垩系清水河一段浅水曲流河三角洲沉积体系发育3套储盖组合，是潜力较大的勘探层系。

致谢: 感谢晶石软件技术公司提供软件帮助。