先 偉 梁宏剛 徐 楠 蘇丹丹 趙鎖利 金滿庫(kù)

(①中石化西北油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院；②中國(guó)石油大學(xué)(北京)安全與海洋工程學(xué)院；③天津方聯(lián)科技發(fā)展有限公司；④中國(guó)石油大港油田公司第二采油廠)

0 引 言

在地震勘探中，一個(gè)重要的運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)是地震波在地下介質(zhì)中的傳播速度[1-2]。準(zhǔn)確的速度求取不僅可以進(jìn)行地震數(shù)據(jù)的時(shí)深轉(zhuǎn)換，還可以識(shí)別巖性、劃分沉積相、圈定速度異常區(qū)及預(yù)測(cè)有利勘探目標(biāo)等。速度求取的準(zhǔn)確與否直接影響地震勘探的各個(gè)環(huán)節(jié)，精確的速度資料是深度構(gòu)造成圖精度的保證，只有得到準(zhǔn)確的速度，才能再現(xiàn)地下真實(shí)構(gòu)造形態(tài)。

三道橋東地區(qū)位于新疆維吾爾自治區(qū)阿克蘇地區(qū)庫(kù)車(chē)縣，勘探面積為670 km2。該區(qū)目的層段存在超覆沉積和高角度剝蝕沉積間斷，造成地層缺失嚴(yán)重，地層跨度大，縱向地層組合關(guān)系橫向差異大，導(dǎo)致某一界面之上地層的平均速度橫向變化大。在三道橋東地區(qū)的三維地震區(qū)內(nèi)完鉆井少，僅有11口井，且集中分布于中部構(gòu)造較高部位，地震速度井控程度嚴(yán)重不足，常規(guī)分析思路難以準(zhǔn)確落實(shí)無(wú)井區(qū)速度變化，導(dǎo)致無(wú)法準(zhǔn)確識(shí)別該區(qū)整體的地質(zhì)構(gòu)造特征。為此，針對(duì)三道橋東地區(qū)具體地震地質(zhì)特點(diǎn)，開(kāi)展了精細(xì)三維空間速度分析，分析研究了各個(gè)目的層段速度變化特征，實(shí)現(xiàn)了對(duì)目的層段深度構(gòu)造特征的精細(xì)刻畫(huà)。本次研究在精細(xì)井控標(biāo)定的基礎(chǔ)上，結(jié)合地震速度譜分析，開(kāi)展全區(qū)精細(xì)速度分析，力求速度分析結(jié)果準(zhǔn)確合理，地下構(gòu)造形態(tài)真實(shí)可靠。

1 區(qū)域地質(zhì)特征

三道橋東地區(qū)構(gòu)造位置處于塔里木盆地塔北隆起區(qū)沙雅隆起雅克拉斷凸中部，發(fā)育有海相碳酸鹽巖、海相碎屑巖和陸相碎屑巖地層。受構(gòu)造位置及構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的影響，主要研究目的層段(泥盆系東河塘組、石炭系、三疊系、侏羅系、白堊系亞格列木組)在該區(qū)西北部存在較嚴(yán)重的缺失，各層缺失狀況不同。從地震剖面特征上看(圖1)，以T50侵蝕面為分界，界面上下具有明顯不同的構(gòu)造特征：其下的前中生界地層受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)控制，造成地層的嚴(yán)重缺失，形成了高角度的不整合接觸關(guān)系，且地層埋深橫向變化較大；其上的中生界地層受古地形控制，地層超覆沉積于T50界面之上。

該區(qū)復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造特征在很大程度上會(huì)加大地震平均速度的變化。能否準(zhǔn)確落實(shí)目的層的平均速度變化特征，直接關(guān)系到能否真實(shí)認(rèn)識(shí)該區(qū)地質(zhì)構(gòu)造特征，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高效地進(jìn)行勘探部署與實(shí)施，因此全區(qū)的精細(xì)速度分析是本區(qū)構(gòu)造落實(shí)的關(guān)鍵。

圖1 三道橋東地區(qū)過(guò)DH 3-AD 27井地震解釋剖面

2 速度分析技術(shù)的原理、方法及思路

2.1 速度分析技術(shù)的原理及方法

速度資料的獲取一般有三個(gè)來(lái)源，即地震VSP資料、聲波測(cè)井資料和地震速度譜。地震VSP和聲波測(cè)井為直接測(cè)量得到，求取的平均速度也最為準(zhǔn)確，精度高，但數(shù)據(jù)量有限且分布不均，不能形成較好的全區(qū)控制；地震速度譜由三維空間上的地震拾取與處理得到，數(shù)據(jù)量大，全區(qū)分布且密度很大，能夠控制速度橫向變化規(guī)律，但往往精度較低。在速度分析過(guò)程中，全面認(rèn)識(shí)研究區(qū)不同速度資料的具體特點(diǎn)，通過(guò)不同速度資料的聯(lián)合應(yīng)用，利用適合研究區(qū)的速度分析建場(chǎng)技術(shù)開(kāi)展精細(xì)速度分析。

目前速度分析的技術(shù)方法有多種[3-7]，如層控綜合速度分析法、射線追蹤法、模型層析法、層速度反演法等，這些方法均以地震VSP、聲波測(cè)井、地震處理等速度資料為基礎(chǔ)，利用不同的計(jì)算模型和分析思路開(kāi)展空間上的速度分析。不同的技術(shù)方法都有其自身的優(yōu)勢(shì)和局限性，比如：層控綜合速度分析法，分析過(guò)程相對(duì)較簡(jiǎn)單，適用于構(gòu)造具有一定的復(fù)雜程度，但地質(zhì)情況又相對(duì)簡(jiǎn)單的地區(qū)；射線追蹤法能夠解決復(fù)雜的地質(zhì)問(wèn)題，如存在大型逆掩斷層或特殊巖性掩體等造成速度異常的地區(qū)，但分析計(jì)算量大。因此，研究過(guò)程中要根據(jù)研究區(qū)的實(shí)際地質(zhì)情況以及研究需求等進(jìn)行技術(shù)方法的優(yōu)選和研究過(guò)程的優(yōu)化設(shè)計(jì)，確定最佳的分析研究方案。目前應(yīng)用最多的是層控綜合速度分析法，利用聲波測(cè)井、地震VSP、地震速度譜等資料，以層位作趨勢(shì)控制，進(jìn)行綜合速度建場(chǎng)。

2.2 速度分析技術(shù)的思路

三道橋東地區(qū)含油目的層段白堊系亞格列木組-奧陶系各層段間地層產(chǎn)狀差異較大，單一層段橫向產(chǎn)狀多變，造成層面平均速度橫向多變。該區(qū)完鉆井較少，且集中分布于高部位，不能形成全區(qū)控制，據(jù)多井標(biāo)定時(shí)深關(guān)系擬合圖看(圖2)，各井速度一致，呈單一線性關(guān)系，不能滿足變速成圖的需要，因而必須將地震速度資料作為速度分析的主體。

圖2 多井標(biāo)定速度擬合曲線

根據(jù)構(gòu)造特征分析，三道橋東地區(qū)主要含油目的層段存在較嚴(yán)重的地層缺失，構(gòu)造層面不能在全區(qū)形成速度趨勢(shì)控制，研究中利用地震速度作為變速成圖空間延拓的趨勢(shì)控制。地震速度資料能夠轉(zhuǎn)換成與深度相關(guān)的平均速度和層速度，通過(guò)深度-速度交會(huì)可知，平均速度與深度呈正相關(guān)，且相關(guān)系數(shù)為0.98，既能夠反映地層埋深的趨勢(shì)變化，又能達(dá)到全區(qū)的資料覆蓋。因此，采用平均速度的等速面替代層位，作為速度建場(chǎng)的趨勢(shì)控制條件。

三道橋東地區(qū)速度分析流程主要包括4步：第一步，在譜分析和多井標(biāo)定的基礎(chǔ)上，利用地震速度譜和多井時(shí)深關(guān)系表分別建立相應(yīng)的平均速度場(chǎng)；第二步，以井點(diǎn)分析為基礎(chǔ)求取地震速度、井速度相關(guān)系數(shù)，利用地震平均速度場(chǎng)等速面作趨勢(shì)控制，進(jìn)行空間模擬插值，形成空間相關(guān)系數(shù)體；第三步，通過(guò)地震平均速度場(chǎng)和相關(guān)系數(shù)體進(jìn)行運(yùn)算，利用單井地質(zhì)資料進(jìn)行速度校正，得到全區(qū)平均速度場(chǎng)；第四步，提取各目的層面的平均速度，進(jìn)行變速時(shí)深轉(zhuǎn)換，編制深度構(gòu)造圖。

3 三維空間速度建場(chǎng)

3.1 地震速度譜校正

本區(qū)地震疊加速度資料數(shù)據(jù)點(diǎn)66 311個(gè)，總體網(wǎng)格密度為200 m×200 m。通過(guò)實(shí)際應(yīng)用分析，地震速度譜存在以下4方面問(wèn)題：(1)雖然數(shù)據(jù)整體分布均勻，但在主測(cè)線282-382、1 382-1 482區(qū)間存在較大的數(shù)據(jù)缺失，造成速度漏失；(2)聯(lián)絡(luò)測(cè)線320、512、816處存在速度異常，會(huì)造成速度分析橫向異常帶；(3)受邊界效應(yīng)影響，北部存在邊部速度異常；(4)縱向上速度點(diǎn)分布不均，且存在較小的速度異常，造成速度剖面和平面圖上存在“掛面條”現(xiàn)象。

這些問(wèn)題不可避免地會(huì)對(duì)速度分析造成困難，出現(xiàn)速度分析上的假象。據(jù)地震速度平面特征分析，區(qū)域上總體具有較好的變化趨勢(shì)，對(duì)速度分析具有可行性。研究中，根據(jù)分析結(jié)果對(duì)地震速度譜資料進(jìn)行了校正，包括縱、橫向疊加速度分析，異常數(shù)據(jù)道和邊部異常數(shù)據(jù)的剔除；對(duì)于大多數(shù)較小的隨機(jī)異常，采用合理的網(wǎng)格化參數(shù)進(jìn)行了平滑壓制。經(jīng)過(guò)編輯和隨機(jī)干擾壓制后，得到了較好的地震疊加速度譜資料，進(jìn)而利用DIX公式進(jìn)行速度反演轉(zhuǎn)換得到地震平均速度體。據(jù)校正前后平均速度剖面(圖3)對(duì)比看，校正后速度剖面質(zhì)量較好，平均速度變化趨勢(shì)清晰，與實(shí)際地震反射特征具有較好的相似性。

3.2 三維速度建場(chǎng)

3.2.1 井震相關(guān)分析

利用編輯校正之后的地震平均速度體，提取9口標(biāo)定井點(diǎn)處地震平均速度，與井標(biāo)定平均速度進(jìn)行對(duì)比分析(圖4)，標(biāo)定得到的擬合速度曲線在目的層處與實(shí)際速度具有較好的吻合程度，而地震速度與目的層處實(shí)際速度存在一定差異，通過(guò)井震相關(guān)對(duì)比，二者相關(guān)系數(shù)在0.95左右，具有較高的相似程度，表明利用井速度對(duì)地震速度校正不會(huì)產(chǎn)生速度異常。

圖3 地震疊加速度剖面圖

圖4 井震平均速度相關(guān)分析曲線

3.2.2 三維空間平均速度場(chǎng)

在三維速度建場(chǎng)過(guò)程中，通過(guò)井震速度相關(guān)計(jì)算得到各井點(diǎn)處縱向井震速度相關(guān)系數(shù)曲線，以地震平均速度空間等速面趨勢(shì)替代構(gòu)造層面作控制條件，在三維空間上進(jìn)行模擬插值，形成井震相關(guān)系數(shù)空間體。進(jìn)而對(duì)地震平均速度場(chǎng)作整體校正，得到所需的全區(qū)三維空間平均速度場(chǎng)。

3.2.3 合理性分析

從譜圖分析結(jié)果看(圖5)，本區(qū)地震速度雖然存在局部較大的速度異常，但總體上速度橫向趨勢(shì)較好，縱向上速度變化規(guī)律性強(qiáng)。經(jīng)速度譜校正后，開(kāi)展井震聯(lián)合三維速度建場(chǎng)，得到的最終速度譜(圖5d)由淺至深規(guī)律性更強(qiáng)，速度變化幅度減小，壓實(shí)趨勢(shì)趨于一致。同時(shí)，利用三維速度模型進(jìn)行時(shí)深轉(zhuǎn)換，據(jù)井點(diǎn)處時(shí)深關(guān)系對(duì)比分析，深度大于時(shí)間，地層越深，差異量加大，符合地質(zhì)規(guī)律。綜合分析表明，該區(qū)的速度分析合理可靠。

圖5 地震疊加速度譜分析

4 變速度構(gòu)造成圖

4.1 平均速度提取

通過(guò)地震速度譜精細(xì)分析與校正，剔除了異常地震譜數(shù)據(jù)，聯(lián)合完鉆井資料、地震時(shí)間域解釋成果及地質(zhì)分層，建立了精確的三維空間平均場(chǎng)。在三維平均速度場(chǎng)中，將各目的層時(shí)間層面所處位置的平均速度值提取出來(lái)，進(jìn)行數(shù)據(jù)網(wǎng)格化形成三道橋東地區(qū)的三維工區(qū)內(nèi)各層平均速度平面等值圖(圖6)。

根據(jù)各層平均速度統(tǒng)計(jì)分析，該區(qū)目的層段平均速度介于3 244～3 693 m/s，最淺的T34層面平均速度均值為3 382.95 m/s，最深的T70層面平均速度均值為3 476.33 m/s，平均速度隨地層埋深加大而增大。通過(guò)各目的層平均速度與構(gòu)造埋深對(duì)比分析，認(rèn)為橫向上平均速度的變化與構(gòu)造埋深有關(guān)，構(gòu)造位置淺平均速度低，構(gòu)造位置深則平均速度大，符合地質(zhì)上平均速度的變化規(guī)律。

4.2 變速時(shí)深轉(zhuǎn)換

在構(gòu)造精細(xì)解釋的基礎(chǔ)上，編制各目的層界面的等T0構(gòu)造圖。利用提取的各層面平均速度，對(duì)構(gòu)造進(jìn)行變速度時(shí)深轉(zhuǎn)換，得到各層面深度構(gòu)造圖。通過(guò)時(shí)間與深度構(gòu)造對(duì)比，深度構(gòu)造所反映出來(lái)的構(gòu)造起伏特征與時(shí)間構(gòu)造相似，說(shuō)明構(gòu)造變速時(shí)深轉(zhuǎn)換合理可靠。

通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)還存在一定時(shí)深差異，如局部深度構(gòu)造幅度有所加大、局部構(gòu)造圈閉略有偏移等現(xiàn)象。其產(chǎn)生的原因是：地震疊加速度橫向變化趨勢(shì)與地震時(shí)間剖面反射產(chǎn)狀特征具有一定的角度差異，不可避免地會(huì)造成深度與時(shí)間構(gòu)造上的一定差別，表現(xiàn)在深度構(gòu)造上加大了局部構(gòu)造幅度，在工區(qū)西北部深度與時(shí)間構(gòu)造具有構(gòu)造反轉(zhuǎn)現(xiàn)象。其根本原因在于局部地層缺失，年代跨度大造成了速度上的疊加變化。

4.3 誤差分析

對(duì)研究區(qū)內(nèi)各井進(jìn)行了誤差統(tǒng)計(jì)分析，共7個(gè)目的層解釋構(gòu)造面，所有井所有層井震絕對(duì)誤差為0～18 m，相對(duì)誤差為0～0.4%。其中T46構(gòu)造層面絕對(duì)誤差最大為18 m，其他均在10 m以內(nèi)，如表1、表2所示。

圖6 三道橋東地區(qū)前中生界侵蝕面T50平均速度

表1 三道橋東地區(qū)井震誤差統(tǒng)計(jì)1 m

井號(hào)T34地震分層誤差T40地震分層誤差T46地震分層誤差T50 地震分層誤差A(yù)D 27-4 470-4 4777-4 505-4 5083-4 627-4 6314-5 000-5 0022DH 1-4 430-4 424-6-4 475-4 473-2-4 526-4 5293-4 578-4 577-1DH 11-4 409-4 4090-4 450-4 4544-4 502-4 5075-4 540-4 5411DH 13-4 468-4 462-6-4 505-4 5072-4 565-4 564-1-4 649-4 6490DH 2-4 462-4 4686-4 492-4 4986-4 539-4 5390-4 576-4 575-1DH 20-4 408-4 402-6-4 450-4 4500-4502-4 501-1-4 540-4 532-8DH 21-4 520-4 5233-4 570-4 5722-4 605-4 62318-4 635-4 6427DH 22-4 579-4 573-6-4 607-4 6070DH 24-4 605-4 6050-4 648-4 645-3-4 700-4 7000DH 25-4 620-4 615-5-4 645-4 642-3DH 3-4 560-4 557-3-4 594-4 5940-4 615-4 6183

表2 三道橋東地區(qū)井震誤差統(tǒng)計(jì)2vm

井號(hào)T56 地震分層誤差T57地震分層誤差T70 地震分層誤差A(yù)D 27-5 290-5 30111-5 400-5 4011-5 643-5 6430DH 1-4 665-4 663-2-4 732-4 7364-5 000-4 994-6DH 11-4 635-4 6372-4 719-4 7190DH 13-4 750-47577-4 833-4 8330DH 2-4 620-4 6222-4 835-4 829-6DH 20-4 635-4 6350-4 717-4 7170-4 962-4 955-7DH 21-4 655-4 6705-4 750-4 7566DH 3-4 850-4 839-11

通過(guò)綜合分析認(rèn)為，本區(qū)的速度分析成果能夠滿足構(gòu)造特征研究的需要，能夠較真實(shí)反映地下構(gòu)造形態(tài)，井震吻合情況較好。

5 結(jié) 論

速度分析的技術(shù)方法很多，其優(yōu)缺點(diǎn)和適用條件各異，需要依據(jù)具體的地質(zhì)情況和研究目的進(jìn)行分析論證來(lái)確定適用的分析方法。在分析過(guò)程中不能拘泥于一個(gè)方法、一套軟件，有時(shí)可能需要一個(gè)工區(qū)分區(qū)帶、分方法進(jìn)行，以滿足各區(qū)帶研究的需要。

(1)三道橋東地區(qū)構(gòu)造起伏較大，速度橫向變化較快，速度分析與變速成圖是構(gòu)造研究的關(guān)鍵。

(2)三道橋東地區(qū)各目的層缺失較嚴(yán)重，且缺失情況不同，橫向上地層層速度上下跨度大小不同，層位控制可能會(huì)造成速度場(chǎng)的局部異常。

(3)地震速度譜是地震勘探構(gòu)造研究中的關(guān)鍵資料，對(duì)于構(gòu)造刻畫(huà)起到了關(guān)鍵控制作用。在完鉆井少且集中分布的地區(qū)，應(yīng)用地震速度建立三維空間速度場(chǎng)能夠較好地滿足油氣勘探研究的需要。