基于斯瓦尔巴群岛露头尺度地震模型的硅质碎屑岩与碳酸盐岩互层岩性复杂性分析

为解决薄层沉积单元在油气藏、CO2 封存和地下水勘探中的分辨率难题，研究人员利用斯瓦尔巴群岛高分辨率数字露头模型（DOM），通过2D点扩散函数卷积地震建模技术，系统分析了硅质碎屑岩-碳酸盐岩互层体系的检测阈值（包括层厚、几何形态和岩性变化）。研究发现，即使在高速地层（5-5.5 km/s）条件下，亚垂直分辨率单元仍可被检测，并通过6种情景测试揭示了薄层互层单元对地震振幅、调谐效应的关键影响。该研究为复杂储层地震解释提供了重要理论支撑，成果发表于《Marine and Petroleum Geology》。

　　

在地球深部资源勘探领域，薄层沉积单元构成了油气藏、CO₂
封存和地下水储层的重要部分，但其厚度往往低于常规地震反射数据的分辨率阈值。这些亚分辨率单元通过地震波干涉作用影响成像质量，尤其在硅质碎屑岩-碳酸盐岩互层体系中，岩性的垂向和横向快速变化会导致反射特征的空间异质性。传统的地震解释方法难以准确识别这类复杂储层结构，亟需建立高精度的地质-地球物理关联模型。

挪威斯瓦尔巴大学中心等机构的研究团队选择斯瓦尔巴群岛南部斯匹次卑尔根和比约恩岛两处典型露头，针对石炭纪至三叠纪的硅质碎屑岩-碳酸盐岩互层体系开展创新研究。通过整合数字露头建模、井孔数据分析和地震正演模拟技术，团队成功量化了薄层单元对地震成像的影响机制，相关成果发表在《Marine and Petroleum Geology》期刊。

研究采用三项关键技术：1）基于无人机摄影测量构建厘米级精度的数字露头模型（DOM），通过结构光扫描（SfM）算法处理获得二维地质模型；2）利用斯匹次卑尔根岛Reindalspasset-I和Troms?breen-II井的测井数据（包括伽马、声波、密度曲线）建立8种岩性的弹性参数数据库；3）采用2D点扩散函数（PSF）卷积建模方法，设置60Hz主频Ricker子波和45°倾角照明条件进行地震正演模拟，并对比不同参数场景下的成像效果。

【研究结果】

1. 岩性与弹性参数特征：通过井孔数据交叉分析，确定了10种岩性单元的密度（2.55-2.79 g/cm³
   ）和纵波速度（V_p
   4.5-6.38 km/s），其中白云岩化灰岩声阻抗（AI）最高达16.8 kg/s/g/cm³
   ，与硅质碎屑岩形成显著反差。

2. 数字露头模型构建：Treskelodden模型（2.8 km²
   ）揭示45°东倾的互层结构，包含砾岩、砂岩与灰岩的指状交错；Landn?rdingsvika模型（0.095 km²
   ）显示30°西倾的岩溶改造灰岩单元，发育直径60m的椭圆状岩溶体。

3. 薄层检测阈值：在60Hz高分辨率模型中，5m厚的孤立砂岩单元（Sst1）虽未达垂直分辨率（约20m），但因高AI反差仍可检测；而1m以下的薄层移除后（L-4模型），反射连续性降低但振幅增强。

4. 岩性边界响应：Kapp Starostin组燧石单元与下伏灰岩（AI差3.63 kg/s/g/cm³
   ）接触面呈强反射，而与砂岩接触（AI差0.03）则几乎无反射，显示岩性组合对振幅的调控作用。

5. 岩溶构造成像：14m厚的椭圆状岩溶体在60Hz模型中呈现"软-硬"反射组合，但受限于横向分辨率产生约20m的成像扩散，与Franklin Mountains岩溶洞穴模型（Jensen et al., 2021）具有相似地震响应。

6. 断层识别陷阱：垂直断距10m的断层可引起反射同相轴错断，但薄层尖灭（如Treskelodden模型中的砾岩单元）也会产生类似断层的振幅不连续假象。

【结论与意义】
该研究建立了从厘米级露头观测到地震尺度模拟的全链条研究方法，揭示了三个核心规律：1）岩性差异主导的声阻抗反差是薄层检测的决定因素，即使亚分辨率单元仍可通过调谐效应被识别；2）薄互层产生的调谐/衰减效应会掩盖真实地层结构，在硅质碎屑岩-碳酸盐岩过渡带可能形成假断层解释；3）地震参数选择（如30Hz vs 60Hz子波）会显著影响薄层分辨能力，噪声水平达20%即会严重干扰弱反射层识别。

这项研究为巴伦支海等地区碳酸盐岩-硅质碎屑岩混合储层的地震解释提供了定量标尺，其创新的DOM-to-seismic工作流程可推广至其他复杂储层研究。特别是对岩溶发育带和薄互层体系的识别标准，直接指导了油气勘探中储层构型的精确刻画。未来结合人工智能噪声压制技术和三维露头建模，有望进一步提升地质模型与地震响应的匹配精度。