多波地震沉积学在地质异常特征识别中的应用：方法创新与案例分析

《Frontiers in Earth Science》：Multi-wave seismic sedimentology in geological anomaly characterization: methodological innovations and case applications

多波地震沉积学方法在四川盆地沙溪庙组页岩气储层预测中的应用研究。通过整合P波、PS波及伪S波属性数据，采用90°相位旋转、高频分层切片和差异振幅相位分析技术，有效识别了纵向上叠加的多相位河道砂体，储层预测精度达90%以上。试验验证显示PS波在岩性识别上具有稳定性，伪S波属性可提升垂直分辨率，解决传统P波方法在低阻抗对比储层中的局限性。该技术为早期勘探阶段缺乏井控的地区提供了高效低成本解决方案，支持了水平井钻遇率87%的工业应用效果。

　　随着非常规资源需求的不断增长，对致密砂岩气藏的准确表征变得至关重要。本研究引入了一种创新的多波地震沉积学方法，结合P波、转换S波（PS波）和伪S波属性，以提高四川盆地侏罗系沙溪庙组砂体预测和储层异质性分析的精度。通过整合90°相位旋转、高频层切片和PP波与PS波振幅和相位差异分析，该工作流程能够有效识别垂直叠加的砂体，并确定高孔隙度的“甜点”区域。研究结果表明，PS波数据在岩性识别方面提供了稳定的极性响应，而伪S波属性则在多相通道识别中提高了垂直分辨率。现场验证确认了在砂体几何预测中超过90%的准确性，水平钻井在储层遭遇率方面达到了87%。该方法克服了传统P波方法在低阻抗对比储层中的局限性，并为早期勘探阶段提供了一种成本效益高的解决方案，通过有限的井数据实现对储层的可靠预测。

在勘探和开发领域，非常规天然气资源的探索愈发受到重视，尤其是在传统天然气资源日益枯竭的背景下。中国拥有丰富的致密砂岩气资源，广泛分布于多个含气盆地，其中四川盆地尤为突出。近年来，中国在四川盆地及其周边地区的致密砂岩气勘探中取得了显著进展，不仅地质储量和年产量持续增长，还成为天然气资源增储上产的重要领域。四川盆地的沙溪庙组被认为是该地区致密砂岩气资源的潜在勘探目标，其沉积环境为浅水三角洲-湖泊沉积，具有多期次砂体叠置和强储层异质性的特点。传统的P波方法在复杂波组关系下存在一定的局限性，难以准确识别砂体分布和物理性质的变化，因此亟需开发新的技术手段以提高砂体识别的精度和储层预测的可靠性，从而支持致密气资源的高效勘探与开发。

多波地震沉积学方法结合了P波和转换S波数据，为地下地质目标的岩性和物理特性提供了全面的洞察。这种方法在低孔隙度异质系统中展现出独特的优势，能够更准确地识别砂体和预测储层。本研究重点探讨了该方法在多组分地震联合解释中的应用，强调了利用剪切波数据和地震沉积学方法在岩性预测和表征中的价值。我们提出了一种工作流程，通过快速处理常规P波三维地震数据，高效地推导出表征岩性分布模式的属性体。这种方法在早期勘探阶段尤为有价值，能够在大规模三维地震解释中迅速识别潜在勘探区。

PS波地震数据处理的核心在于后-stack振幅保持技术。关键步骤包括静态校正、低频噪声抑制、各向异性预-stack时间迁移和吸收补偿。高精度振幅恢复和一致性处理确保了振幅能够准确反映反射系数和岩性变化。对于P波数据，预-stack AVO（振幅随偏移量变化）处理注重高保真振幅恢复和校正。关键步骤包括地表一致振幅补偿、信号增强（如波束形成和Radon变换）、高分辨率速度分析、各向异性预-stack时间迁移、时变频谱约束反演以及预-stack数据集正则化。这些步骤保留了偏移量依赖的振幅关系，为后续预-stack属性分析和地震响应模式识别提供了高质量的数据集。

所有处理流程均在GeoEast软件平台上实施。处理结果表明，PP波的主频为35 Hz，PS波的主频为25 Hz。伪S波的构建基于预-stack AVO技术，其理论基础源于弹性波反射理论，通过分析反射振幅随入射角的变化来推断岩性和流体性质。这一方法基于Zoeppritz方程，描述了反射系数与P波速度、S波速度和密度对比之间的非线性关系。为了提高实际应用的可行性，已经发展了多种Zoeppritz方程的近似形式，其中Shuey的双项近似因简单性和适用性而被广泛采用。它表达了PP波反射系数与入射角之间的关系，并在小角度入射（通常<30°）下有效。此外，研究还指出，当P波与S波速度比接近2时，方程可以简化为更易处理的形式，从而在地震沉积学分析中发挥更大作用。

为了减少噪声和异常值的影响，同时提高大规模预-stack地震数据集的计算效率，本研究采用了一种基于超数据集的AVO属性提取方法。通过将相邻偏移量的反射轨迹进行叠加，生成超数据集，从而进行AVO属性计算。这种方法显著降低了数据量（通常比后-stack数据大几个数量级），同时保持了计算精度。实际应用中，将30°入射角范围内的数据集按3°间隔进行叠加，生成了10个超数据集，从而大幅减少了计算时间。比较分析显示，原始数据集与超数据集之间的AVO拟合曲线偏差小于5%。此外，所得的截距和梯度属性剖面在空间趋势和值范围上表现出高度一致性，超数据集的属性显示出更高的信噪比，因为噪声被有效抑制，线性拟合稳定性得以提高。

地震沉积学作为一种连接地球物理与沉积学的跨学科方法，利用地震数据重建沉积系统、岩性分布和地层结构。其理论基础在于将地震反射重新解释为非 chronostratigraphic 标志，强调横向岩性变化而非严格的等时性。在核心技术中，90°相位旋转技术能够通过将地震波形与岩性界面对齐，提高薄层识别能力。传统的零相位地震数据往往难以解析薄层，而90°相位旋转能够有效克服这一问题。此外，高频率层切片技术（1–5 ms采样间隔）从相位旋转后的PP波和PS波数据集中提取，以描绘多相次河流和三角洲砂体的横向分布。该技术通过在 chronostratigraphic 标志之间进行比例插值，保持沉积几何结构，从而在复杂储层中解析横向岩性变化。

在实际应用中，PS波数据表现出比伪S波属性更高的振幅聚焦能力和更清晰的砂体横向边界识别能力。然而，伪S波属性的准确性高度依赖于预-stack数据集的质量，噪声污染会显著增加AVO解释的不确定性。因此，尽管伪S波属性在解析薄层和垂直叠加砂体方面具有优势，其应用仍需依赖高质量的预-stack数据，包括足够的覆盖次数（>40次）和信号噪声比（>2.0）以获得稳定的剪切阻抗估计。预-stack数据质量不佳时，如噪声污染、覆盖次数不足或振幅恢复不当，会导致AVO解释的不确定性增加，进而影响流体和岩性预测的准确性。

通过整合PP波、PS波和伪S波属性，本研究建立了一种混合工作流程，用于联合P波和S波地震数据对砂体进行表征。这一流程包括以下几个关键步骤：岩性驱动的地震响应分析、90°相位旋转和 chronostratigraphic 框架构建、高频率层切片用于砂体映射以及多属性分析用于识别高孔隙度砂体。在四川盆地的沙溪庙组区域，通过这种工作流程，成功预测了砂体的横向分布和高孔隙度“甜点”区域。多组分地震联合预测结果表明，这些预测与实际钻井数据高度一致，为复杂沉积环境下的储层表征提供了可靠的基础。

此外，本研究的应用还展示了多波地震沉积学方法在致密砂岩气藏勘探中的重要性。特别是在缺乏足够井数据的区域，该方法能够有效识别潜在的勘探目标。通过结合PS波的横向连续性和伪S波的垂直分辨率，本研究在研究区域成功预测了多相次砂体的分布，并验证了其高精度。例如，新钻井的W1井在1250米水平段实现了99%的砂体遭遇率和87%的储层遭遇率，所遇砂体的平均孔隙度为9%，与预钻预测高度吻合。这表明，多波地震沉积学方法在解析复杂河流储层结构方面具有显著优势，特别是在异质阻抗对比的区域中，能够有效降低解释的不确定性并提高预测的准确性。

总体而言，本研究的成果为致密砂岩气藏的勘探和开发提供了新的技术手段。通过整合多波地震数据，该方法不仅能够更准确地识别砂体的几何形态和分布，还能有效区分不同孔隙度的储层类型。这一方法在实际应用中展现出良好的适应性和可靠性，为未来的勘探工作提供了重要的参考价值。同时，研究还强调了数据预处理在提高地震沉积学分析效果中的关键作用，指出高质量的预-stack数据集对于准确提取属性和减少解释不确定性至关重要。未来的研究应进一步优化角度依赖的反演流程，并结合岩性物理约束，以提高储层属性的定量分析能力。在复杂的沉积盆地中，多波地震沉积学方法的引入不仅提升了储层表征的精度，还为降低勘探风险和提高勘探效率提供了有力支持。