馬學(xué)軍，張雪瑩，李海英，陳本池，牟 棋

(1.中國石化西北油田分公司勘探開發(fā)研究院，烏魯木齊 830011；2.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)能源學(xué)院，北京 100083；3.中國石油化工股份有限公司科技部油田處，北京 100728)

在油氣勘探開發(fā)過程中，精確的層位標定是保證三維高精度地震資料解釋的首要前提，它直接關(guān)系到目的層劃分、地震相解釋及后期儲層預(yù)測的精度[1]。層位標定是構(gòu)造解釋、儲層分析、油藏描述等基于地震資料特別是三維地震資料的各種物探新方法和新技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是構(gòu)造解釋和巖性儲層地震解釋的基礎(chǔ)[2-3]。層位標定的目的是在地震剖面上建立準確的時間域與深度域的對應(yīng)關(guān)系。目前，中外主要的層位標定方法有兩種，其一是利用測井數(shù)據(jù)得到合成地震記錄，將其與井旁地震道按最大相關(guān)系數(shù)標定；其二是利用垂直地震剖面(vertical seismic profiling，VSP)資料具有時間域和深度域的雙重信息來進行直接標定[4]。

合成記錄層位標定方法主要利用聲波測井和密度測井資料[5]。蔡偉祥等[6]對準噶爾盆地西北緣克百斷裂帶下盤單斜帶的五3東區(qū)進行了合成記錄標定。孫海川[7]也對合成地震記錄制作與層位標定問題進行了探討。但常規(guī)的合成記錄層位標定方法存在許多問題：由于地震速度和測井速度之間存在差異，并且二者采樣精度不一致，常常出現(xiàn)合成記錄和地震道難以匹配的現(xiàn)象[8]。合成記錄層位標定存在一些問題：若通過人工校正來使得地震道與合成記錄匹配，這種方法受人為因素的影響較大，會降低精細儲層標定的精度；聲波測井和密度測井在實際測井工作中往往不是進行全井段觀測，因此資料制作的合成記錄在地震剖面上的位置是不確定的，不能準確標定層位[9]；同時聲波測井和密度測井資料往往會受到泥漿污染與井壁結(jié)構(gòu)的影響，使得用于制作合成記錄波阻抗界面的反射系數(shù)精確度降低[10]。

與地面地震觀測系統(tǒng)不同，VSP是指在地面激發(fā)震源而將檢波器放置在井中接收信息，其獨特的觀測方式，相比于地面地震減小了地面噪音影響，同時減少了半程的能量衰減，提高了成像剖面的信噪比和分辨率，使得地震標定層位和儲層預(yù)測更加精確[11-15]。由于檢波器在井中深度已知，VSP具有時間域和深度域的雙重信息，因此VSP標定層位可以將地震的時間與鉆井的深度聯(lián)系在一起[16]。李婧銘[17]在復(fù)雜小斷塊油藏中利用VSP-LOG剖面進行了三維地震剖面層位標定。楊行軍[18]針對鄂爾多斯盆地進行了VSP標定。即使如此，VSP層位標定仍舊存在一些問題：成像的VSP資料與地面地震資料的疊加速度存在差異，導(dǎo)致兩者對應(yīng)的時間波形不一致[19]；VSP和地面地震的震源不同，VSP用的是人工激發(fā)的可控震源，而地面地震采用的是炸藥震源，二者在頻率、相位上有較大差別[20]；VSP和地面地震的處理流程上有很大的不同，每個環(huán)節(jié)的參數(shù)選擇和處理方式都會影響到剖面的效果[21]。

傳統(tǒng)的橋式層位標定是利用VSP資料進行直接標定，但是會忽略掉地面信息，使得結(jié)果受VSP資料的質(zhì)量影響較大[22]。在前人研究的基礎(chǔ)上，分析合成記錄標定和VSP標定存在的問題，以塔里木盆地巴楚隆起的瑪北1井為例，針對地質(zhì)難點及VSP資料處理的難點建立了該區(qū)域VSP資料的處理流程，綜合考慮合成記錄標定和VSP資料標定的雙重影響，利用瑪北1井校正的聲波曲線合成記錄和VSP走廊疊加剖面來進行綜合層位標定，將深度域測井、地質(zhì)層位資料與時間域地震資料連接起來，并通過分析層速度驗證了標定結(jié)果的準確性，最后結(jié)合泊松比預(yù)測了有利儲層段。

1 工區(qū)概況

塔里木盆地位于青藏高原北側(cè)，是中國面積最大的含油氣盆地，其北緣為天山弧形山鏈，南緣為昆侖-阿爾金弧形山鏈?，敱?井位于塔里木盆地巴楚隆起(圖1)。巴楚隆起位于塔里木盆地中央隆起帶西部，北臨北部坳陷，北東接塔中隆起，東南與塘古坳陷相接，西南則與西南坳陷為臨[23-24]。巴楚隆起的形成演化過程及不同階段隆起的構(gòu)造性質(zhì)和變形強度，受控于整個塔里木盆地的構(gòu)造演化歷程，并決定了該區(qū)域的成藏組合和油氣聚集的基本特征[25]。研究表明，巴楚隆起為活動型古隆起，主要經(jīng)歷了加里東構(gòu)造旋回階段(Z-S)、海西構(gòu)造旋回階段(D-P)、印支-燕山構(gòu)造旋回階段(T-K)和喜山構(gòu)造旋回階段(E-Q)四期構(gòu)造演化，其雛形出現(xiàn)于奧陶紀晚期，在上新世最終定型[26]。

圖1 巴楚隆起構(gòu)造位置

在對VSP數(shù)據(jù)進行地震層位標定時，通常采用零井源距VSP觀測，使用可控震源激發(fā)提高資料一致性，全井段接收。圖2為零井源距VSP井下Z分量原始記錄，井下Z分量原始記錄直達波起跳干脆，波形連續(xù)清晰，能量強。

所研究的瑪北1井是零偏VSP資料(表1)，偏移距為145.515 m，瑪北1井分為三段觀測井段。在觀測井段10～3 540 m，觀測點距為10 m；在觀測井段3 550～4 100 m，觀測點距為5 m；在觀測井段4 110～6 450 m，觀測點距為10 m。

表1 瑪北1井零偏觀測系統(tǒng)

2 地質(zhì)難點及VSP資料處理難點

2.1 地質(zhì)難點

在該工區(qū)用測井合成記錄標定地震層位存在諸多問題，包括測井和地震采樣精度不一致、合成記錄標定受人為因素影響大、測井受泥漿污染和井壁結(jié)構(gòu)影響而使得合成記錄制作的波阻抗界面反射系數(shù)精度降低等。圖3為瑪北1井聲波合成記錄標定結(jié)果，圖3左側(cè)為深度域測井信息及合成記錄，右側(cè)為時間域聲波合成記錄及地面地震剖面。分析可得出聲波合成記錄與地面地震的波組關(guān)系大部分都不能很好匹配，合成記錄層位標定在瑪北1井區(qū)域不適合。若單使用VSP資料直接進行標定，會使得標定結(jié)果受VSP資料的影響較大，并且會忽略掉地面的信息。因此，本工區(qū)擬采用VSP走廊疊加與合成記錄綜合標定的方法進行層位標定。

2.2 VSP資料處理難點

在瑪北1井的VSP資料處理的過程中，多次波壓制與波場分離是兩大處理難點。在該井區(qū)，無論是地面地震，還是VSP，多次波能量都很強。多次波的存在會影響成像精度，并且與有效波相互干擾，更為嚴重的會出現(xiàn)假相，導(dǎo)致抹殺實際地質(zhì)現(xiàn)象，造成地質(zhì)解釋的偏差。與地面地震壓制多次波方法不同，VSP資料的上下行波中都會存在多次波，本次資料處理將考慮將兩者波場相結(jié)合來壓制多次波。

波場分離的目的是通過濾波方法來分離上、下行波，其中濾波方法的選取非常關(guān)鍵。VSP波場分離常用方法包括中值濾波方法、F-K濾波方法、偏振分析方法和基于反演的波場分離方法。對于一般的簡單模型，中值濾波和F-K濾波可以取得較好的效果，當處理復(fù)雜的構(gòu)造區(qū)域時，中值濾波和F-K濾波取得效果往往不是很理想。基于反演和偏振分析的VSP波場分離方法取得的效果較好，但是需要用到多個分量，且實現(xiàn)過程復(fù)雜，效率不高。因此，為提高效率及效果，本工區(qū)擬采用中值濾波和F-K濾波綜合的波場分離方法。

3 有效的針對性的處理技術(shù)及流程

通過大量參數(shù)的測試，建立了瑪北1井的整套處理流程如圖4所示，處理手段主要包括初至拾取、球面擴散補償、反褶積、波場分離和走廊疊加等。

圖4 瑪北1井處理流程圖

3.1 初至拾取

在對零偏VSP資料進行靜校正和三分量偏振處理的基礎(chǔ)上，進行零偏VSP資料的初至拾取，初至拾取為后續(xù)的上行波動校正等處理提供基礎(chǔ)，并且初至拾取的精度會影響到后續(xù)時深關(guān)系建立和層速度計算的準確度。理論上認為可控震源激發(fā)得到的信號是零相位記錄應(yīng)拾取最大值，因此為了能夠使拾取的精度較高，采用人機交互的方式進行初至拾取。圖5為Z分量的下行縱波初至拾取。

圖5 Z分量的下行縱波初至拾取

3.2 球面擴散補償

在反射波下行傳播過程中，到深層接收時已損失了大量的高頻信息及振幅能量。圖6為球面擴散補償前后的對比，其中圖6(a)為未進行球面擴散補償，可以看到在中深層的振幅能量較弱；圖6(b)為在經(jīng)過球面擴散補償后的剖面，剖面中的中深層反射能量得到了提高。

圖6 球面擴散補償前后對比

3.3 反褶積

反褶積的目的是壓制多次波和提高分辨率。VSP使用的反褶積方法與地面地震資料處理的反褶積方法不同，首先通過波場分離得到純凈的下行波場，從分離得到的下行波場中選取資料較好的深度段平均獲得下行波子波，此下行波作為期望輸入，分析下行波主頻，選取雷克子波作為期望輸出，從而提取反褶積算子利用此反褶積算子進行反褶積，壓縮地震子波提高分辨率。經(jīng)過試算采用了200 ms的反褶積算子，如圖7所示，經(jīng)過反褶積處理，可以看出多次波得到了有效壓制，上行波能量得到了顯著增強。

圖7 反褶積前后對比

3.4 波場分離

波場分離是VSP數(shù)據(jù)處理中最重要的一個環(huán)節(jié)。從零偏VSP原始波場記錄可以看到多種類型的波疊合在一起、波場信息豐富(圖2)。中值濾波的效果主要取決于濾波跨度的選取，跨度太小，不能達到濾波的要求，跨度太大，會使平滑太嚴重，造成部分有效信號被壓制掉。通過參數(shù)實驗和方法比較，采用了21道中值濾波法來分離上、下行波場，再用F-K濾波去除其他干擾和隨機干擾。圖8為用上述方法分離的下行波和上行波，可以看到分離的效果較好，上下行波分離較為干凈，干擾波去除較為徹底。

圖8 波場分離

3.5 走廊疊加

利用速度模型將上行波動校正，通過截取井附近的窄走廊，這樣做可以避免多次波等干擾波參與疊加運算，保證VSP成果的可靠性。VSP走廊疊加剖面是在動校正上行波剖面的基礎(chǔ)上，避開多次波在一次反射波的區(qū)域進行走廊疊加而形成。制作走廊疊加剖面的過程如圖9所示。圖9(a)中，先將反褶積后波場分離得到的上行波場按雙程旅行時動校正；之后再截取最靠近反射界面深度的VSP檢波器所接收到的地震信息，作為該反射界面信息，由于所選取的檢波器最靠近該界面，故其所接收的信息具有最大的保真性，如圖9(b)所示；將切除得到的初至在時間域進行疊加得到一個輸出道，再按合成記錄的方式顯示，圖9(c)為最后得到的走廊疊加剖面。走廊疊加的結(jié)果可以表征該工區(qū)地層的波組關(guān)系。

圖9 瑪北1井零偏VSP走廊疊加剖面處理過程

4 效果及分析

4.1 VSP與測井綜合層位標定

VSP資料反射層位與地面三維地震資料反射層位對比標定是先將VSP上行反射波排齊剖面進行基準面校正，使其與地面三維地震資料處于相同的基準面上，再選取零偏VSP上行反射P波剖面上的單次反射波區(qū)域，進行走廊疊加形成VSP走廊疊加道，將經(jīng)過基準面校正后的VSP上行反射波剖面、VSP走廊疊加道、地面地震剖面組成橋式對比圖，并考慮反射波的能量強弱變化和相位特征等的一致性，綜合有關(guān)地質(zhì)信息，實現(xiàn)VSP反射層位與地面三維地震剖面的對比標定。圖10為傳統(tǒng)的VSP橋式層位標定方法，圖10左側(cè)為瑪北1井零偏縱波VSP上行波動校正剖面，中間為VSP走廊疊加剖面，右側(cè)為地面地震剖面。

由于傳統(tǒng)的標定方法忽略了合成記錄的影響，因此綜合考慮合成記錄，以瑪北1井為例，把VSP的走廊疊加與校正后的合成記錄同時用于標定，增加了深度域的走廊疊加與合成記錄，把深度域測井、地質(zhì)層位資料與時間域地震資料連接起來。圖11為瑪北1井VSP與測井綜合層位標定圖，與傳統(tǒng)的橋式層位標定制圖方法不同，為了更加直觀，將所有的數(shù)據(jù)都縱向排列顯示。圖11左側(cè)為深度域的測井資料、深度域的合成記錄和走廊疊加剖面，測井資料包括聲波曲線、密度曲線和伽馬曲線，右邊部分是時間域的走廊疊加剖面、VSP校正后的合成記錄與時間域的地面地震剖面。這樣就可以將深度域和時間域連接起來，根據(jù)已知地質(zhì)資料對地面地震剖面進行層位標定，可以將地層沙井子組、開派茲雷克組、卡拉沙依組、巴楚組、柯坪塔格組、良里塔格組、蓬萊壩組、丘里塔格下亞群和沙依里克組很好地進行層位標定。

圖11 瑪北1井VSP與測井綜合層位標定圖

4.2 層速度分析及儲層預(yù)測

在前面的部分已經(jīng)得到了Z分量的初至信息。之后，通過對偏移距的校正得到了近似自激自收的垂直單程時間，為求取層速度提供了可靠保證。由此，根據(jù)VSP深度域信息計算出觀測井段對應(yīng)的層速度(圖12)。層速度是研究地層巖性的重要參數(shù)，其變化特征與地層巖性密切相關(guān)，能夠反映出地層巖性的變化規(guī)律，可用于地面地震資料的偏移處理和地層巖性解釋。依據(jù)零偏VSP的時深關(guān)系，針對地層各組段進行了大套地層的層速度計算。層速度的計算公式為

(1)

式(1)中：di+1和di分別對應(yīng)相鄰檢波器的深度，m；Ti+1和Ti分別對應(yīng)的雙程旅行時間，ms[27]。

由于瑪北1井VSP觀測點距太小，初至拾取的精度對層速度的影響較大。因此，當瑪北1井VSP測井間隔為10 m時，選取層間距為3個間隔即30 m來計算層速度，然后向深處錯動一個點距，再按10 m的層間距計算層速度。依次連續(xù)計算，在同一深度就可以得到3個層速度值，通過加權(quán)平均得到該層的層速度[28]。

圖12為瑪北1井的縱波層速度、套層速度和泊松比的對應(yīng)圖，對比圖11的標定結(jié)果和圖12的層速度可知，在新的綜合標定法和層速度上層位有著良好的對應(yīng)關(guān)系，開派茲雷克組在2 000～2 500 m，巴楚組在3 000～3 500 m，良里塔格組在4 000～4 500 m，蓬萊壩組在4 500～5 000 m，丘里塔格下亞群在5 000～5 500 m，沙依里克組在5 500～6 000 m，分析可知新的綜合標定法有著較為準確的標定結(jié)果。

從圖12可以看出，層速度和套層速度以及泊松比的變化趨勢吻合較好，淺層速度普遍低于3 000 m/s，在中深層由于壓實作用的增強層速度明顯增加，該區(qū)域碳酸鹽巖地層平均層的速度在4 500 m/s以上，并由于該區(qū)域廣泛發(fā)育較厚層的碳酸鹽地層且橫向上分布較為穩(wěn)定，所以測得層速度能較好地反應(yīng)地層巖性信息。并且結(jié)合地質(zhì)背景資料，在4 800～4 925 m泊松比出現(xiàn)低值，該段為灰?guī)r，推測可能為有利儲層段。通過瑪北1井鉆井揭露顯示，在4 819～4 820、4 879～4 880、4 921～4 922 m井段含油級別為氣測異常層，預(yù)測的結(jié)果得到了印證。

5 結(jié)論

針對傳統(tǒng)VSP層位標定中受VSP資料影響較大的問題，以塔里木盆地巴楚隆起的瑪北1井區(qū)域為研究對象，綜合考慮合成記錄和VSP的影響，針對地質(zhì)難點及VSP資料處理難點建立了相應(yīng)的處理流程，制作了VSP走廊疊加剖面，將該區(qū)域井校正的聲波曲線和VSP走廊疊加剖面聯(lián)系起來進行綜合層位標定。通過資料的分析與處理，得出以下結(jié)論。

(1)通過聲波合成記錄的約束，VSP綜合層位標定結(jié)果更加精確，對比地質(zhì)背景資料與層速度的分層結(jié)果可以得到驗證。

(2)通過層位標定結(jié)果、層速度的分層以及泊松比的特征，推測在深度4 800～4 925 m為有利儲層段，并在鉆井結(jié)果中得到了印證。