松南梨树断陷高精度地震层序及地震沉积相识别

宫雪^{1, 2}，沈武显²，逄海明³

(1. 西北大学 地质学系，大陆动力学国家重点实验室，陕西 西安，710069；

2. 西安石油大学 地球科学与工程学院，陕西 西安，710065；

3. 中石化东北油气分公司 勘探开发研究院，吉林 长春，130062)

摘要：依据地震反射波终止关系，在研究区地震剖面识别出基岩顶面、地层侵蚀不整合面、地层超覆不整合面、地层平行不整合面这4种地震层序界面，将断陷层地震单元划分为5个地震层序(SQ1~SQ5)，从而建立梨树断陷高精度地震层序地层格架。以外部几何形态、内部反射结构、振幅、连续性、频率、波形和层速度等参数为依据，在研究区内共识别出弱振幅中连续亚平行、中振幅好连续平行、中振幅中连续乱岗状、中振幅好连续上超充填、强振幅差连续杂乱、叠瓦状前积、楔状体、侵蚀河道、丘形共9种反射地震相类型。结合三维地震属性(均方根振幅和平均能量)分析，以较高的精度和合理性分析区域地震沉积相分布规律。研究结果表明：各层序体系地震沉积相分布既具有北部、东南部物源在各时期相对稳定且持续发育的明显继承性，又存在其空间展布范围此消彼长的阶段性特点。

关键词：梨树断陷；断陷层；地震层序；地震沉积相

中图分类号：TE121             文献标志码：A         文章编号：1672-7207(2014)05-1566-08

High resolution seismic sequence and seismic sedimentary facies in Lishu fault depression of southern Songliao Basin

GONG Xue^{1, 2}, SHEN Wuxian², PANG Haiming³

(1. State Key Laboratory of Continental Dynamics, Department of Geology, Northwest University, Xi’an 710069, China; 2. School of Earth Sciences and Engineering, Xi’an Shiyou University, Xi’an 710065, China;

3. Exploration and Development Research Institute, Northeast Oil and Gas Branch, SINOPEC,

Changchun 130062, China)

Abstracts: Based on the termination relationship between seismic reflection, the top surface of bedrock, the strata erosional unconformity surface, the strata overlying unconformity surface and the strata parallel unconformity surface on the seismic profiles of the study area were identified. The rift formations were divided into five seismic sequence units(SQ1-SQ5), and the Lishu rift high precision seismic sequence stratigraphic framework was established. According to the external geometry, internal reflection structure, amplitude, continuity, frequency, waveform, velocity and other parameters, nine seismic facies types were identified in the study area including weak amplitude-medium continuous- sub-parallel type, medium amplitude-well continuous-parallel type, medium amplitude- medium continuous-messy state type, medium amplitude-well continuous-ultra filling type, strong amplitude-poor continuous-messy state type, imbricated forward accretion type, wedge type, erosional watercourse type and hummocky type. Combined with three-dimensional seismic attributes (root mean square amplitude and average energy) the regional seismic sedimentary facies distribution were analysed with high accuracy and reasonableness. The results show that in each sequence system of seismic sedimentary facies, the northern and southeastern sources are stable and sustain significant inheritance during each period, and the spatial distribution range own shifting periodic features.

Key words: Lishu fault depression; fault formation; seismic sequence; seismic sedimentary facies

中国石油化工股份有限公司(即中石化)在梨树断陷的开采和勘查矿权登记面积为1 838.6 km²，经过3次资源评价，认为梨树断陷总资源量为3.94×10⁸ t，尽管整体上勘探程度高，但发现程度较低，其中石油发现程度为23.5%，天然气发现程度为70.5%，具有广阔油气勘探前景。然而，人们对该区目前仍有地质结构、沉积格局、圈闭类型及成藏控制因素等诸多方面地质问题认识不清，制约着梨树地区的油气勘探，因此，依据二维、三维地震资料综合地质解释，对梨树断陷地层进行整体认识，对油气地质特征重新进行评价，以利于寻找有利沉积相带，指导下一步勘探^[1-5]。

1  地质及地层特征

松南梨树断陷总面积为2 346 km²，构造上属于早白垩世以来发育的断坳叠置复合型盆地，为受西边界桑树台弧形大断裂所控制的箕状断陷，地层由西向东逐层超覆沉积，向北部急剧收敛减薄，至杨大城子凸起从上到下逐层被剥蚀。作为松辽盆地的一部分，十屋断陷形成与演化在整体上受松辽盆地主体构造作用及应力场的控制，现今形态可分为桑树台次洼带、北部斜坡带、中央构造带、东部向斜带、东南斜坡带、双龙次洼带共6个二级构造单元区带(图1)，是东南隆起区地层发育最齐全、沉积厚度最厚，埋藏深度最大(断陷层最厚达到8 km)、有机质演化程度最高的断陷之一^[1-7]。

2  高精度地震层序划分

划分地震层序核心部分就是识别限定地震层序的界面，在地震剖面上，主要依据反射终止关系来确定不整合面的准确位置，并进一步追踪与之相对应的整合界面，地震反射界面通常是具有密度和速度差异的层面和不整合面，依据这些界面可以进行层序地层单元的划分。地震反射波终止方式主要有削截、顶超、上超和下超等4种，意味着其附近存在着不整合界 面，是各级层序界面在地震剖面上最直观和可靠的识别标志。

图1  梨树断陷构造单元划分图

Fig. 1  Division of structural unit in Lishu fault depression

2.1  地震层序界面特征

在前人区域地质认识以及钻测井资料综合表明，梨树断陷其断陷地层自下而上可划分为晚古生界顶部基岩、火石岭组、沙河子组、营城组和登娄库组，地层顶面对应的地震反射标志层分别为T₅，T₄²，T₄¹，T₄和T₃(图2)^[8-10]。

各反射层的波组特征表现为：T₅相当于侏罗系底界，基底一般反射能量较强，下部为杂乱弱反射或呈层状较弱反射；T₄²相当于火石岭组顶面，反射波在区内为中、强振幅，连续性变化较大，上部反射波组为上超，下部反射波组为削截，基本是一套强反射的顶界；T₄¹相当于沙河子组顶面，在全区特征比较明显，界面之上反射波为大套的较强连续反射，之下为连续性较好的弱反射，上部波组的上超面，局部可见剥蚀；T₄相当于营城组顶界，是整个松了辽盆地的区域不整合面，声波时差由低变高，为一套强反射和弱反射的分界面，表现为中强振幅、连续性较好、其上为弱反射的地震反射特征，之上为上超和其下为削截；T₃相当于登娄库组顶界，为松辽盆地的标准层，在地震剖面上反射能量较强，表现为中强振幅、连续性较好的反射特征，与下伏登娄库组为角度不整合接触。另外，在营城组内部可识别出局部小型超覆面T₄⁰，其反射特征较弱，不易全区识别。

依据地震反射波终止方式的识别标志，在其地震剖面中，主要可以识别出4种地震层序界面，见图2。

(1) 基岩顶面(T₅)。火石岭组与晚古生界顶部基岩为全区不整合接触(T₅)，松辽盆地基岩顶面为海西—印支期构造运动面，在板块内或板块间都可进行对比，延续时间在几百至几十百万年，为巨层序边界。该不整合界面在地震剖面上显示为一组多相位、强振幅、低频率、较连续的地震反射特征，界面上下的地震反射特征差异明显，划分标志十分确切。

(2) 地层侵蚀不整合面(T₄²和T₃)。火石岭组与沙河子组接触地层(T₄²)、登娄库组与泉头组相接地层(T₃)在地震剖面上显示出明显的侵蚀削截的特征，界面之下地层呈现出角度不整合接触，界面之上由于河道下切引起的地层起伏不平及其内部显示超覆充填特征。

(3) 地层超覆不整合面(T₄²和T₄)。火石岭组与沙河子组接触地层(T₄²)、营城组与登娄库组接触地层(T₄)在盆地的边缘其沉积厚度有所变化，地震剖面特征显示出上超现象，可反映出此时期基准面的大幅度上升，水侵体系域的细粒沉积物上超在湖盆斜坡边缘之上而形成的特征。

(4) 地层平行不整合面(T₄¹和T₄⁰)。沙河子组与营城组的接触面(T₄¹)多为地层平行不整合面，在地震剖面上显示为一组强振幅、中频率、连续的反射特征，营城组内部营二段与营三段的沉积接触面(T₄⁰)则表现为中振幅、中频率、较连续的反射特征；虽然2个界面并无十分明显的地层角度接触关系，而可依据钻测井组合形态，识别出标定层序的界面，为平行不整合的沉积旋回转换面。

2.2  地震层序特征分析

通过地震不整合特征的识别及其性质分析以及地震合成记录在地震剖面上标定的观察研究，再经松辽盆地梨树断陷全区的二维、三维地震精细解释和地震层位的追踪对比，可将断陷层地震单元划分为5个地震层序(SQ1~SQ5)，建立梨树断陷的高精度地震层序地层格架，见图3。

图2  梨树断陷地震层序界面类型

Fig. 2  Tapes of seismic sequence boundary in Lishu fault depression

图3  梨树断陷地震层序联井剖面(位置见图1)

Fig. 3  Well tie sections of seismic sequence in Lishu fault depression

(1) 层序SQ1。该层序相当火石岭组。层序的底界反射总体较强，与基底变质岩地层区别十分明显，易于识别。层序SQ1整体表现为强振幅、较连续特征，局部可见到地层切割充填和超覆现象，全区地层厚度变化较大，大早部分地区已被剥蚀，部分期形成的小断陷内沉积地层被保存下来。

(2) 层序SQ2。该层序相当于沙河子组地层。层序SQ2整体表现为多相位、强振幅、较连续特征，在地震剖面上其层序界面为地层侵蚀削截而形成的明显的角度不整合面，界面之上可以识别出起伏不平的河道切割及其内部超覆充填现象。在东西向地震剖面上，依旧为东部地层层序厚度较薄，西部地层层序厚度较大，且在东部地区地层存在极其明显的上超及削蚀现象，为寻找层序界面提供依据；在南北向地震剖面上，地层层序整体厚度变化不大，地层厚度比其他层序而言较薄，表明此时期地层抬升幅度较大，遭受风化剥蚀严重，大部分地层被削蚀殆尽。

(3) 层序SQ3和SQ4。该层序相当于营城组地层。层序底界大致相当于沙河子组顶界，整体表现为中—强振幅、连续的强反射，部分地区可见到的不连续的波状反射，为低位体系域的发育特征。在南北向地震剖面上，该层序的南部和北部地区其地层厚度急剧减小，在两侧的地层超覆和削截现象明显，为局部层序界面的识别提供了显著的标志。从东西向地震剖面可以看出，西部地层比东部地层厚度较厚，与下部地层相比，层序厚度明显增大，表明层序SQ2沉积后，地层开始快速构造沉降，地层基准面迅速上升，西侧的裂陷幅度较大，沉积中心主要分布于中西部地区。

(4) 层序SQ5。大致相当于登娄库组地层。在地震剖面上，整体表现为中振幅、连续的反射特征。在东西向地震剖面上，可以识别出西部地层厚度仍然比东部地的大，但与营城组下部地层相比，层序厚度有所减少，显示层序SQ5发育时期，古地貌趋于平缓，营城组沉积后期地层由快速裂陷沉降转变为裂陷萎缩期，地层基准面也开始下降，东部为古地貌高部位，中西部地区仍旧为湖盆沉积中心。从南北向地震剖面来看，其南北两侧地区地层厚度较小，地震上显示的全区的削蚀和超覆现象十分明显，为区域性的地层角度不整合面，表明该层序发育后期，构造沉降逐渐消停，地层基准面下降幅度较大，河流三角洲冲蚀面积广泛，同时也显示出十屋断陷的裂陷阶段已基本完成。

3  高分辨率地震相识别

地震相分析是地震地层学其中研究的重要部分，它是由特定地震反射参数所限定的三维空间地震反射单元，也为特定沉积相或地质体的地震响应，因此，可以利用地震几何学和物理学参数来确定地震相类型，再结合区域背景及钻测井资料，对目的层系的沉积环境和沉积体系进行综合解释。本文作者主要以外部几何形态、内部反射结构、振幅、连续性、频率、波形和层速度等参数来区分不同的地震相类型和作为命名地震相的依据。

3.1  地震相类型及其划分

通过对研究区地震剖面进行测网式逐一分析，并按层序为基本作图单元对其特征实施分类总结，将研究区地震相主体类型共划分为9种，见图4。虽然各层序地震相都存在着复杂的变化，但仍能找到一些相似特征和组合规律。

(1) 弱振幅、中连续、亚平行反射地震相。该类地震相的特点是反射振幅较弱，连续性较稳定，反映为水域面积大幅度扩张，此时物源体系供给较为充足，在湖盆中央或西部深凹处发育大套湖泊相细粒沉积。主要发育在研究区SQ3和SQ4层序内，可与滨浅湖相相对应。

(2) 中振幅、好连续、平行反射地震相。在研究区主要表现为地震反射层彼此平行或微微起伏的亚平行形态特征，振幅较强，连续性亦好，平面上广泛分布于西部地区；在纵向上，主要发育于SQ3和SQ4这2个层序中，是沉积水体较深环境下湖泊相尤其是半深湖相等成层的细粒沉积，亦可为盆地演化后期准平原化沉积背景下河流相的地震响应特征。

(3) 中振幅、中连续、乱岗状反射地震相。该类地震相总体反射特征为中等振幅，连续性在不同区域地貌背景下变化较大，靠近盆地边缘部位振幅较强、连续一般，而在断陷内部，连续性相对较差，往往对应于辫状河或扇三角洲前缘与滨浅湖相沉交互沉积。由于当时粗粒碎屑沉积物较为发育，沉积速率快，在盆地边缘地层形成大套沉积，因而，反射连续性好；当进入扇三角洲前缘相区后，与滨浅湖交互沉积，地层连续性及相应的地震反射连续性变差。

图4  梨树断陷主要地震相类型

Fig. 4  Tapes of seismic facies in Lishu fault depression

(4) 中振幅、好连续、上超充填反射地震相。该类地震相在研究区的反射特征是振幅和连续性为中等，局部连续性较好，地震特征总体反映较为稳定且分布范围大。在层序中广泛发育，主要分布在断陷的斜坡区，代表水域面积逐渐扩大，地层超覆于盆地边界，沉积环境相对平静的低能条件下形成的，多与三角洲前缘和滨浅湖相对应。

(5) 强振幅、差连续、杂乱反射地震相。该类地震相的特点是振幅较强、反射不规则、连续性较差，发育于断陷早期沉积地层，主要分布于靠近湖盆边缘或重要大断层等部位，代表着不稳定高能量的快速近源粗碎屑冲积环境或扇三角洲平原沉积，在研究区火石岭组火山岩也可能为此反射特征。

要注意的是：识别特殊地震反射结构，因为各类特殊地震几何结构特征在地层学与沉积学解释分析上往往更具有明确的地质成因和地质解释。

(6) 叠瓦状前积反射地震相。研究区中以中等角度、迭瓦状前积为主，顶部部分可见顶超终止反射特征，前积层具有中等振幅，连续性一般，侧向可延续一定距离，主要分布在研究区SQ2，SQ3和SQ4这3个层序的中上部，是斜坡沉积背景下三角洲向前伸展的地震响应特征。

(7) 楔状体反射地震相。主要分布在十屋断陷西部桑树台控盆断裂之下，以较高角度的前积形式存在，纵向上主要发育于SQ2，SQ3和SQ4这3个层序。楔状—前积结构是在断陷期控盆断裂构造运动强烈的背景下，西部物源沉积作用形成的近岸水下扇而形成的地震反射特征。

(8) 侵蚀河道反射地震相。湖盆断陷期三角洲相沉积普遍发育，侵蚀河道反射特征也异常明显，主要发育于侵蚀作用强烈的SQ1和SQ2层序湖盆边缘地区。

(9) 丘形反射地震相。反射层向两侧不同方向前积，形成双向下超结构，由于中间厚、两翼薄，从而构成丘状外形。该类地震结构往往代表着三角洲的横切剖面，与沉积物源方向垂直。主要发育于湖盆边缘地层较薄的SQ1和SQ2层序。

类型(6)~(9)属于十屋断陷特殊地震反射结构。

3.2  地震相平面展布特征

由地震层序划分和地震相类型识别为基础，结合能有效反映研究区岩性特征的三维地震属性(均方根振幅和平均能量)分析(图5)，划分梨树断陷深层的地震相，结合测井相标定转换成沉积相，以较高的精度和合理性分析研究区地震沉积相分布规律，见图6。

3.2.1  层序SQ1地震沉积相展布特征

火石岭组在地震相展布格局上具有分区性，主要可识别出6种地震相，中振幅、中—差连续、乱岗状反射相主要发育在于盆地的周围边界地区，对应于扇三角洲相沉积区；在断陷斜坡之上出现上超充填，代表着湖泊相沉积；此时期地震相与后期有大不相同之处在于强振幅、差连续、杂乱反射区主要发育于断陷的各个区域，为火山岩和火山碎屑岩沉积反射特征，是初始裂陷期的地层特征。

图5  梨树断陷层序SQ2地震属性图

Fig. 5  Seismic attribute of sequence SQ2 in Lishu fault depression

图6  梨树断陷地震沉积相平面分布图

Fig. 6  Planimetric maps of seismic sedimentary facies in Lishu fault depression

3.2.2  层序SQ2地震沉积相展布特征

盆地的周围边界地区尤其是北部斜坡区和东南斜坡带发育强振幅、差连续、杂乱反射相，是扇三角洲平原相反射特征；随着物源不断向盆地方向推进，地层连续性由差变为中等，扇三角洲前缘相以中振幅、中—差连续、乱岗状反射为主要特征；弱振幅、中连续、亚平行反射所代表的半深湖相沉积范围增加迅猛，代表滨浅湖相的中振幅、好连续、上超充填反射也占据盆地大部分范围，此时也是盆地二级层序的最大湖侵时期；在西部桑树台断裂下发育裙带分布的楔状反射地震相，为近岸水下扇沉积体系。

3.2.3  层序SQ3和SQ4地震沉积相展布特征

东南斜坡带和北部斜坡区的强振幅、差连续、杂乱及乱岗反射的三角洲相发育范围更加广泛，面积也有所增加，表明物源沉积体系的此消彼长。通过测井相分析，营城组时期三角洲沉积体系主要发育辫状河三角洲相。而半深湖相的中振幅、好连续、平行反射和滨浅湖相的中振幅、好连续、上超充填反射范围较层序SQ2有所递减，表明基准面不断下降，陆上可容纳空间减少，物源向湖盆内供给强劲；西部控盆断坡仍发育楔状反射的近岸水下扇相沉积。

3.2.4  层序SQ5地震沉积相展布特征

层序SQ5地震相整体特征与层序SQ4有所相似，而此时期东南斜坡带和西南断裂带的强振幅、差连续、杂乱反射的辫状河三角洲平原相范围开始增加，北部斜坡区辫状河三角洲沉积基本不变，说明东南部物源体系又开始增长；此时期弱振幅、中连续、亚平行反射开始减少，表明半深湖相范围缩减，基准面进一步下降，水体变浅，楔状反射的近岸水下扇相沉积仍有少部分发育。

纵观各层序体系地震沉积相平面分布特征，发现其既具有明显继承性，又存在很强阶段性的特点。继承性表现在北部物源、东南部物源体系在各个不同时期都是相对稳定且持续发育，只是其空间分布展布范围此消彼长，进而也呈现出基准面的先快速上升后缓慢下降的地层沉积旋回过程。

4  结论

(1) 依据地震反射波终止关系，在研究区地震剖面识别出基岩顶面、地层侵蚀不整合面、地层超覆不整合面、地层平行不整合面这4种地震层序界面，可将断陷层地震单元划分为5个地震层序(SQ1~SQ5)，建立梨树断陷高精度地震层序地层格架。

(2) 主要以外部几何形态、内部反射结构、振幅、连续性、频率、波形和层速度等参数为依据，将研究区地震相主体类型划分为9种，分别为弱振幅、中连续、亚平行反射；中振幅、好连续、平行反射；中振幅、中-差连续、乱岗状反射；中振幅、好连续、上超充填反射；强振幅、差连续、杂乱反射；顶超—前积反射；楔状体反射；侵蚀河道反射和丘形反射地震相。结合三维地震属性(均方根振幅和平均能量)分析，以较高的精度和合理性分析区域地震相分布规律。

(3) 纵观各层序体系地震沉积相平面分布特征，发现其既具有明显继承性，又存在很强阶段性的特点。继承性表现在北部物源、东南部物源在各个不同时期都相对稳定且持续发育，只是其空间分布时大时小。

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(编辑  陈灿华)

收稿日期：2013-05-10；修回日期：2013-07-21

基金项目：国家科技重大专项(2011ZX05005-004-008HZ)

通信作者：宫雪(1982-)，女，山东日照人，博士，从事石油地质综合研究；电话：18710682030；E-mail：yuluoo@sohu.com