《地震沉积学》主要介绍地震沉积学的基本概念、研究思路以及主要技术方法。《地震沉积学》共分8章，主要内容包括地震沉积学研究基础、地震相分析、地震属性参数与沉积相、地震波形聚类、地震波阻抗反演与岩性预测等，并对地震沉积学的适用性进行探讨。

　　自从20世纪末（1998年）曾洪流等学者提出地震沉积学以来，地震沉积学作为一门新的学科越来越受到地质学家们的关注。随着沉积学理论和地球物理勘探技术的发展，地震沉积学的技术手段也在不断进步。近二十年来，国内外学者就地震沉积学的理论、研究思路、技术方法等发表过很多文章，但关于地震沉积的专著尚未见到，本书希望能在各位学者研究的基础上，结合笔者的相关研究成果与认识，对地震沉积学的理论、研究方法、技术手段等方面做一个较为全面的论述。
　　本书在写法上力求通俗易懂，着重于理论联系实际，尽量在每一章都给出研究实例。对地震沉积学研究手段的认识，采用的是广义的定义，即任何有助于沉积体系研究的地震勘探技术都可以视为地震沉积学的技术方法。全书共分8章。第1章主要介绍地震沉积学提出的背景、概念、研究思路、技术方法及发展现状；第2章从地震勘探的基本原理出发，讨论地震沉积学的研究基础；第3章介绍宏观地震相的研究方法，以及从地震相到沉积相的转化；第4章较为系统地介绍地震属性的提取方法，各类地震属性的地质含义以及它们与沉积相的关系；第5章介绍波形聚类分析的基本原理和方法，并选取实际地震工区利用波形聚类的方法开展沉积相研究；第6章主要介绍地震波阻抗反演的方法，并利用波阻抗体进行岩性解释，阐明首先要进行各类沉积地层的物性统计分析，明确各类岩性之间的波阻抗关系，然后才能较好地开展岩性预测，进而开展沉积体系的研究；第7章讨论利用地震频谱分解技术进行薄砂层的检测方法和原理；第8章对地震沉积学研究方法的适用性进行了讨论。
　　本书得到油气资源与勘探技术教育部重点实验室资助，得到长江大学科学技术发展研究院资助，在此一并表示感谢。
　　地震沉积学构思、选材与成文过程得到非常规油气湖北省协同创新中心大力支持与资助，中心主任罗顺社教授、陈波教授，首席专家陈孔全教授，就地震沉积学在页岩气勘探开发领域中的应用提出了很多指导与建设性的意见。书中部分成果与资料也是在参加非常规油气湖北省协同创新中心研究团队中取得的，这里一并表示感谢。
　　笔者曾就地震沉积学研究与东方地球物理公司大港分院的李玉海总地质师及分院专家、学者进行过多次交流，获益匪浅，在这里深表谢意。另外，汪勇、徐世敏、左中航、杨锋、张东军、黄诚、陈琪、罗明、方旭蕾、张庆、王庆之、李俊飞、徐扬威、易浩、王宇、周影、董林、任智剑、邱鹏、金兴学、刘晶、周倩、刘金帅、周舟、孙均、余兴、熊冉、刘伶俐、魏三妹、潘喻斌、孙远成、吕财、刘登、董娉婷、张超、蔡芃睿、孟令阳、廖磊、颜开、王黎等参与本书的部分工作，在此深表感谢。
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目录
第1章绪论1
1.1地震沉积学提出的背景1
1.2地震沉积学概念1
1.3地震沉积学主要研究思路4
1.4地震沉积学主要技术方法6
1.4.1地震岩石学6
1.4.2地震储层反演技术6
1.4.3地震资料90°相位转换8
1.4.4地层切片分析技术8
1.4.5地震属性分析技术9
1.4.6地震相分析技术10
1.4.7地震波形聚类分析技术12
1.4.8分频解释与时频分析技术13
1.5地震沉积学研究现状及发展趋势14
第2章地震沉积学研究基础15
2.1地震反射波的基本理论15
2.1.1地震波传播介质15
2.1.2地层岩石的弹性模量16
2.1.3地震波的形成与分类17
2.1.4地震波传播的基本原理20
2.2影响地震波振幅的主要因素23
2.3影响地震波速度的主要地质因素25
第3章地震相分析31
3.1地震相概念31
3.1.1定义31
3.1.2主要地震相参数及其地质意义32
3.1.3地震相与沉积相的关系36
3.1.4地震相转化为沉积相37
3.2地震相标志38
3.2.1地震相或层序的外形38
3.2.2内部反射结构40
3.2.3动力学(dynamic)和运动学(kinetic)标志44
3.2.4层序的顶、底接触关系45
3.3主要沉积体的地震相特征47
3.3.1陆相湖盆主要砂岩沉积体地震相特征47
3.3.2碳酸盐岩构造形态、地质体的一般反射特征54
3.4地震相分析方法57
3.4.1地震相的特点57
3.4.2地震相分析的思路61
3.4.3基于地震地貌学的相划分法62
3.5地震相图制作方法62
第4章地震属性及其地质含义64
4.1地震属性的概念及其发展历程64
4.2地震属性的类型65
4.3三维体属性提取66
4.3.1道积分66
4.3.2反射强度体67
4.3.3相位体68
4.3.4频率体69
4.3.5地震体相似性检测70
4.4地震层属性提取时窗选取72
4.5地震反射层面属性提取75
4.5.1振幅类75
4.5.2复地震道统计类79
4.5.3频谱分析类83
4.5.4层序分析类85
4.5.5相关性分析类88
4.6地震属性的地质意义90
第5章地震波形聚类分析92
5.1地震道波形聚类研究原理93
5.1.1地震道分类技术基本原理94
5.1.2地震道分类技术核心和技术特点94
5.2地震波形聚类工作方法95
5.3地震波形聚类实例分析96
5.3.1油田基本概况96
5.3.2研究区单井相分析98
5.3.3波形聚类分析101
5.3.4沉积相带划分106
第6章地震波阻抗反演与岩性预测111
6.1地震波阻抗反演的主要类型111
6.1.1相对波阻抗反演112
6.1.2递归反演113
6.1.3稀疏脉冲反演115
6.1.4基于模型的反演117
6.2常用几种地震反演方法技术118
6.2.1递推反演（Seislog）118
6.2.2地震岩性模拟(SLIM)120
6.2.3模型约束反演——Strata 反演120
6.2.4地质统计学反演121
6.2.5波阻抗多道地震反演（ISIS地震反演）122
6.2.6稀疏脉冲波阻抗反演（Jason地震反演）125
6.3岩性预测127
6.4波阻抗岩性预测实例132
6.4.1研究区地质概况132
6.4.2岩石物理分析133
6.4.3测井约束稀疏脉冲反演136
6.4.4岩性预测结果分析140
第7章分频技术144
7.1分频解释技术的原理144
7.2分频解释的数据要求及实现步骤148
7.3分频技术应用149
第8章地震沉积学适用性158
8.1地震资料的分辨率159
8.2对于90°相位转换技术应用的讨论161
8.3分频技术的讨论165
参考文献167
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第1章 绪论
1998年，曾洪流、Henry、Riola等首次使用地震沉积学一词；2001年，他们正式提出地震沉积学是利用地震资料来研究沉积岩及其形成过程的一门学科；2004年，Eberli、Masaferro、Sarg等认为，地震沉积学是基于高精度地震资料、现代沉积环境和露头古沉积环境模式的联合反馈来识别沉积单元三维几何形态、内部结构和沉积过程的一门新兴学科。近年来，多位学者，如曾洪流、林承焰、陆永潮、杜学斌、魏嘉、朱文斌等对地震沉积学的概念、研究方法、技术手段等进行了较为深入地探讨与研究，推进了地震沉积学的发展与繁荣。
1.1地震沉积学提出的背景
随着地震勘探原理的不断完善，相关电子和计算机技术的发展突飞猛进，地震勘探技术业已广泛地应用于各类油气田的勘探与开发，成为现今油气田勘探开发不可或缺的重要手段。自20世纪70年代三维地震首次得到商业性应用以来，地震技术取得了长足进步，完成了从光点地震仪向模拟磁带地震仪再到数字磁带地震仪，从二维地震勘探向三维地震勘探，从普通三维地震覆盖向高分辨率三维地震覆盖及从三维地震勘探向四维地震勘探的一系列发展。一些盆地三维地震工区已经接近或者可以达到全盆地覆盖的规模，如国内的珠江口盆地、江汉盆地、苏北盆地等。三维地震资料具有覆盖面积大、能客观反映沉积体系宏观的三维形态和地层相互接触关系并能连续追踪等特点，为建立盆地内的年代地层格架提供了科学依据。
地震记录不仅反映地下地层界面的展布，还可以间接反映（或通过地震反演）地下地层的原始古地理沉积环境。也就是说，随着现代地震技术的发展，地震记录不但能反映地下地质构造特征，还可以进一步从地震记录中获得地层沉积单元的岩相、岩性及内部沉积结构等沉积学及沉积岩石学方面的信息。由于不同古地貌、物源等地质背景因素控制着沉积体系的发育，准确恢复这些沉积背景因素对于研究储集砂体的展布特征具有重大意义。另外，地震多属性分析技术还实现对沉积体系、岩石物理特征等的定量描述。这就使得地震勘探技术能广泛地应用于沉积学研究，并能与沉积学研究相融合，即构成地震沉积学。
1.2地震沉积学概念
地震沉积学创立初期首先被定义为“利用地震资料来研究沉积岩及其形成过程的一门学科”（Zeng et al.，1998）。随后学者认为，应该在沉积学领域里建立一门分支学科，即“地震沉积学”，并将其定义为基于高精度地震资料、现代沉积环境和露头古沉积环境模式的联合反馈(mutual feed-back)，以识别沉积单元的三维几何形态、内部结构和沉积过程的一门学科（林承焰等，2007），其研究核心就是建立更为精细沉积体系的三维构成。而同样被视为地震沉积学一个学派的地震地貌学，Posamentier（2009）将其定义为“利用三维地震数据中的相关图像信息，对古地貌进行研究的学科”。地震沉积学被引入国内后，林承焰、张宪国、董春梅等将其定义确立为“利用地震的手段，结合井的资料，进行宏观的地层、岩石、沉积史、沉积体系和沉积相的平面展布研究”。
2005年2月，在美国休斯敦召开了地震沉积学国际会议，地震沉积学作为一门新的学科越来越受到地质学家们的关注。但是，由于地震资料分辨率和技术研究手段的限制，地震沉积学尚没有构成一套完整的理论体系，还处于不断完善之中。近几年，虽然国内广泛利用地震资料开展地层岩性识别、沉积相的分析研究，但还没有出现有关地震沉积学的系统专著。因此，地震沉积学研究一方面显示出它的优势和广阔前景，同时也正需要我们去不断发展它的理论和关键技术。在目前的技术条件下，地震沉积学的研究注重于地震地貌学（古地貌恢复）、地震岩石学、岩相古地理、沉积体系、沉积结构和沉积史研究。
1970年前，主要通过二维地震勘探的地震反射旅行时间来获取地下的构造形态信息，油气勘探以寻找构造油气圈闭为主。随着二维地震数据质量的提高及各种新地震资料分析技术的投入使用，研究人员开始注重利用地震波的外部形态、内部反射结构及地震反射同相轴的平行性、连续性、振幅强度、波形及显示频率等特性的变化，来挖掘地震资料中蕴藏的地层和沉积信息，并形成了地震地层学这门学科。地震地层学是基于下面一个假设：沉积层序的地震反射是沿有明显声阻抗差的地层界面产生的，因为地层界面反映等时沉积界面，所以地震反射具有等时意义，这一假设是地震地层学进行地震解释的基础。
在总结各项地震地层研究成果的基础上，Mac Jeryey在20世纪70年代后期在数学上模拟和定量表示了产生全球旋回曲线的海平面、构造沉降和物源供给之间的相互关系，这项工作将地层学和盆地演化研究有机地结合起来，显示出巨大的研究潜力，为层序地层学诞生奠定了基础。20世纪80年代后期，Vail、Samgree和van Wagoner等学者正式提出层序地层学概念，并不断完善层序地层学理论体系，形成独立的学科。Vail等（1977）以海洋环境为背景，针对被动大陆边缘提出了层序地层学概念及其相关沉积模式。层序地层学的核心部分是研究全球海平面升降变化对沉积作用的控制，包括对大陆边缘碎屑沉积作用的控制和对大陆边缘碳酸盐沉积作用的控制。层序及其内部组成部分体系域是全球海平面升降、构造沉降，以及沉积物供给之间相互作用的产物。全球海平面升降和构造沉降共同作用的结果是引起海平面的相对变化。在全球海平面升降的控制下，海平面的相对变化速度是碎屑沉积地层类型和岩相分布的主要控制因素；在长期构造运动的背景下，海平面的相对变化控制碳酸盐沉积地层类型和岩相分布。
层序地层学是在地震地层学的基础上发展起来的（Vail et al.，1977），它概括了地震地层学的基本概念和方法，并综合了生物地层学、同位素地层学、磁性地层学、沉积学和构造地质学的最新成果。其基本原理是构造运动、全球绝对海平面变化和沉积物供应速度综合作用的结果，产生了地层记录，这些记录反映了上述地质作用的规模、强弱、持续时间和影响范围。其中，构造作用与海平面变化的结合引起了全球性相对海平面变化，它控制了沉积物形成的可容空间。构造作用与气候变化的结合，控制了沉积物的类型和沉积数量，以及可容纳空间中被沉积物充填的比例。而河流和海洋环境中的沉积作用又由于水流与地形和水深间的相互影响而引起不同的岩相分布。
层序旋回周期的规模可以分为六级：持续时间大于5000万年的称为一级周期，500万～5000万年的为二级周期，50万～500万年的为三级周期，10万～50万年的为四级周期，1万～10万年的为五级周期，小于1万年的为六级周期。一级周期的起因是地壳的拉张、负载引起的地壳下挠、地壳的热冷缩等，其地层记录表现为沉积盆地的形成与发展；二级周期的起因是板块边界的调整、热的扰动、大洋盆体积的变化等，表现为大规模的海进-海退旋回、大规模的大陆淹没与暴露；三级周期的起因是局部或区域性的应力释放与地质构造运动、气候的变化、水体体积变化引起的海平面的相对变化，地层记录表现为褶皱、断层、岩浆活动、刺穿作用和层序地层学的基本单位沉积层序的形成；第四、第五、第六级周期的起因分别是气候和水体体积的变化、地球轨道偏心率的变化、地轴倾角的变化，以及岁差引起的米兰科维奇频率。地质学界一般认为，海平面的升降是全球性的，而构造活动是地区性或区域性的。尽管后者的强度通常明显大于前者，但是构造活动只能增强或削弱层序的边界不整合面和层序内部的沉积间断面，但不能制造这些面。
层序地层学主要根据露头、测井、地震资料和高分辨率的生物地层学断代资料，进行沉积层序分析，解释层序、体系域、准层序，建立年代地层框架；根据层序边界编制构造沉降和总沉降曲线，并解释盆地的地质历史。将板块碰撞或离散事件、重大海进-海退旋回、岩浆活动、重大不整合面等构造事件与地层特征联系起来，进行构造-地层综合分析，划分构造-地层单元、编制相应图件、利用计算机模拟它们的发展历史，即为层序地层研究过程。
研究层序内部的不同级次地层单位，包括沉积体系域、沉积体系、准层序组和准层序。确定其地层分布模式和相带分布；编制年代地层框图、海面升降曲线、古地理图件、岩相图件等，以进行综合解释；圈定有利生油和有利于形成油藏的地段，提出可供勘探的井位，圈定有利于形成其他矿产，如煤、铁、磷灰石等沉积矿床的地段，提出可供勘探的靶区。
层序地层学的诞生，提出了一系列新的概念。依照这些新概念，几乎一切与沉积地质学有关的学科都要接受重新检验和研究。层序地层学下一步的重要发展方向是建立和完善不同构造、不同环境背景下的不同级次的层序地层模式，特别是目前研究薄弱的陆相环境及元古宙的模式；改进和完善全球海平面相对变化曲线，以及统一的年代地层表；在层序地层学理论与高分辨率地震岩性勘探和计算机技术相结合的基础上，实现油藏、气藏、煤田和沉积矿床等的钻前预测和合理的资源开发。
层序地层学的最大特色是建立一个受控于海平面变化、物源供给、构造沉降及气候变化等因素，并具有强大预测功能的沉积地层层序垂向叠置框架模式。层序地层学的主要优势在于区域地层格架的建立及宏观的沉积体系的展布与预测研究。随着石油地质勘探的不断发展，传统的层序地层学研究已经不能满足油气勘探对储层沉积体系三维几何形态进行精细刻画的实际需求，而地震沉积学却可以结合层序地层学的优势，并在层序格架下进一步结合地质、测井资料，通过各种地震资料处理与解释技术来深化利用地震资料（如形成多种地震属性体及各类层间属性切片等），辅助沉积相与沉积体系的研究，从而更充分全面地认识地层或地质体的岩性、沉积过程、沉积特征及物性特征(如孔隙度、渗透率等)。地震地层学及层序地层学研究主要利用纵向的地震剖面与信息，而地震沉积学则综合利用纵向的地震剖面信息及水平方向的各类地震属性切片信息。地震沉积学正是在这种背景下诞生的，并且成为油气储层精细刻画及定量描述的主要手段（图1.1）。
图1.1地震沉积学学科演变及定位
综合来看，地震沉积学是利用地震信息研究沉积相、沉积体系及沉积岩形成过程的学科，它是继地震地层学、层序地层学之后发展起来的又一门新兴边缘交叉学科(吴因业等，2008)，其理论基础在于对“地下沉积体系任何纵向和横向的变化都会引起地震波形及属性变化”的重新认识(林承焰等，2006)，地震沉积学与地震地层学的最大不同在于，它认识到地震同相轴既不简单反映等时界面，也不单纯反映岩性界面，而是受到地震资料频率的控制，不同频段的地震数据反映的地质信息是不同的。低频资料中反射同相轴更多地反映岩性界面信息，而高频资料中反射同相轴更多地反映等时沉积界面信息。地震沉积学是层序地层学和沉积学的发展而不是替代，地震沉积学研究要以地质研究为基础，在沉积学规律的指导下进行（Zeng et al.，1998）。地质记录是沉积环境的响应，而从地震资料所获得的各类信息又是地质记录的地震响应。所以，从地震记录可以间接地反映和反演出地质记录的原始古沉积环境。
从上述学者们给出的地震沉积学概念可以看出，地震沉积学是在地震资料成功应用于层序地层格架内沉积体系研究与沉积相划分的基础上提出来的，是地震资料应用于沉积学研究和油气储层分析定量化需求的必然结果。因此，地震沉积学可以定义为以高精度三维地震资料为基础，以精细沉积学模式为指导，通过综合应用地球物理技术方法，在层序地层格架内研究沉积体系分布特征及其演化的一门学科(董春梅等，2006a;2006b)。
1.3地震沉积学主要研究思路
地震沉积学研究的主导思想是利用高精度现代地震技术与沉积学研究进行互动反馈、相互印证。它综合了当前高新地震勘探技术与现代沉积学思想，充分运用高新地震勘探技术，结合地质与地球物理资料（包括钻、测井资料及地震资料），对地下地质体进行综合分析研究，从而得出全面准确的沉积学认识(林正良等，2009)。
地震沉积学以高精度地震资料、露头古沉积环境模式分析、现代沉积环境研究的综合研究为基础，并以识别层序地层格架下各沉积单元的三维几何形态、内部结构和沉积过程为目的(图1.2)。
图1.2地震沉积学研究思路和流程
地震正
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