低速異常帶平均速度場建模方法研究
——以渤海Q油田為例

邊立恩，于　茜，谷志猛，韓自軍，屈　勇

（中海石油（中國）有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津300452）

低速異常帶平均速度場建模方法研究
——以渤海Q油田為例

邊立恩，于茜，谷志猛，韓自軍，屈勇

（中海石油（中國）有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津300452）

時深轉換作為聯(lián)系地震與地質的橋梁，是地球物理研究的一大熱點。隨著渤海油田勘探開發(fā)程度的不斷加深，對時深轉換的要求逐漸提高。渤海Q油田目的層為明下段曲流河沉積，具有典型的低幅度構造特征，且地層速度橫向變化較大，具有明顯的低速異常特征。這兩方面特征增加了該油田時深轉換研究的難度。針對常規(guī)速度建模方法的缺陷和不足，提出了種子點約束空間插值的平均速度場建模方法。該方法首先根據(jù)地震資料并結合測井及地質分層，來確定低速異常帶的分布；然后根據(jù)速度異常量的大小，在低速異常帶范圍內設置種子點并結合井點處的速度，進行空間約束插值，進而建立速度場并用于時深轉換。從實際鉆井情況來看，該方法預測精度較常規(guī)方法有了較大提高，并取得了良好的實際應用效果。

時深轉換；低幅度構造；速度異常；種子點；空間插值

0　引言

時深轉換是地球物理研究的一大難點，其是聯(lián)系地震與地質和測井的橋梁。如何求取準確的速度分布，一直是地球物理研究工作者努力的方向和目標［1-2］。近年來，隨著渤海海域勘探程度的不斷加深，低幅構造與巖性圈閉等亦逐漸成為勘探者所研究的對象。在這種情況下，對時深轉換即速度的精度所提出的要求也就更高［3］。雖然國內外學者［4-16］圍繞這一主題開展過大量研究和探索，并取得過許多成效，但每種方法都有其自身的適應性和局限性。因此，在研究過程中需要結合研究目標的實際特征，采取更加適用和有效的方法，進而達到提高勘探開發(fā)精度的目標。

渤海Q油田位于渤海海域石臼坨凸起中部，是在古隆起背景上發(fā)育的被斷層復雜化的斷裂背斜構造，構造幅度5～20 m，為典型的低幅度構造油田。該油田因受到巖性組合及儲層含油氣性的影響，地層速度橫向變化較大。從已鉆井的時深關系對比圖（圖1）可以看到，Q3井從1 200 m左右開始傳播速度逐漸偏低于其他井，呈明顯的低速特征，這對該油田的時深轉換非常不利，因為低速異常的平面分布范圍無法確定。常規(guī)的速度建模方法在井點以外是利用一些純數(shù)學的方法通過插值來生成速度場，這與真實的空間速度變化規(guī)律并不吻合，從而影響了對速度異常平面分布的真實刻畫，進而導致無法準確預測圈閉和儲層深度［17］。因此，常規(guī)的速度建模方法在該油田已經并不適用。綜合以上多方面因素，筆者認為，時深轉換已成為渤海Q油田精細構造研究的首要問題。

圖1　渤海Q油田已鉆井時深關系對比圖Fig.1　Comparison of time-depth relationship of drilled wells in Q oilfield

基于渤海Q油田的地質和地球物理特征，要解決其時深轉換問題，尋找速度異常帶的分布則顯得尤為重要。筆者通過研究，提出根據(jù)地震資料并結合測井和地質分層，來確定低速異常帶的分布，然后通過種子點約束空間插值來構建平均速度場，并用于時深轉換。實際應用結果表明，該方法可行。

1　方法原理與技術流程

1.1方法原理

要解決渤海Q油田的時深轉換問題，首先需要尋找其速度異常帶的分布。圖2中，用R0代表目的層頂面的同相軸，R1代表目的層底面的同相軸，Δt為目的層段地震波的垂直傳播時間，h為相應位置處的實際地層厚度，v為地震波在相應地層段內傳播的平均速度。根據(jù)地震波的傳播速度、傳播時間及其穿過的地層厚度之間的關系，有

圖2　偏移時間剖面示意圖Fig.2　Diagram of migrated time section

由式（1）可見，在地層等厚（h為一常數(shù)）的情況下，地震波在目的層段的垂直傳播時間Δt為傳播速度v的函數(shù)，二者呈負相關，低速的地方必然會導致傳播時間的增大。如圖2（a）所示，雖然AA′與BB′的真實地層厚度相同（都為h），但由于AA′地層的傳播速度小于BB′地層的傳播速度（v0＜v），所以在偏移時間剖面上AA′的時間厚度大于BB′的時間厚度（ΔtA＞ΔtB），即當某一地層其厚度在橫向上不變時（處處等厚），傳播速度發(fā)生橫向變化時其相應的地震波的傳播時間會隨之發(fā)生變化，那么，若能得知地震波傳播時間發(fā)生異常變化的范圍就等于找到了速度異常的分布。對于圖2（a）所示的情況，傳播時間發(fā)生異常變化的范圍較易得知，只需用R1的時間層位與R0的時間層位相減，再扣除目的層段間的正常傳播時間（背景時間）Δt，即可得到時差ΔT= TR1-TR0-Δt，則ΔT＞0的范圍即為速度異常的分布。

由于實際地層并非處處等厚，而更多的情況是以圖2（b）所示的形式存在。此時，式（1）可表示為

式中：i表示不同的地層位置點。此時，由于地層厚度h也為一變量，因此地震波在目的層段的垂直傳播時間Δt為速度v與地層厚度h的函數(shù)，是v與h綜合影響的結果。在這種情況下，若求取時間的異常分布采用前述方法則無能為力，因為此時的時差ΔT既包含了速度異常引起的時差，也包含了地層厚度變化對時間的貢獻。

1.2技術流程

1.2.1求取地層的時間厚度

通過對目的層頂、底面進行精細解釋，可求取目的層段的時間厚度分布。圖3中，黃線代表目的層頂?shù)膶游唤忉?，黑線代表目的層底的層位解釋，將這兩層位相減，即可得到目的層段的時間厚度（圖4）。由于實際地層并非處處等厚，所以計算所得到的地層時間厚度包含了低速異常引起的時間變化及真實地層厚度變化對時間的影響。只有去除地層厚度對時間產生的這種影響才能得到單純只由速度異常所引起的反射時間厚度的異常。

圖3　參考層段地震剖面Fig.3　Seismic section of strata

圖4　地層反射時間厚度Fig.4　Time thickness of strata

1.2.2去除地層厚度變化對時間的影響

首先，根據(jù)地層對比結果，結合地質分層，對井點處的地層厚度進行網格化，得到地層厚度的平面分布（圖5）；然后，通過多井時深數(shù)據(jù)的直線擬合，求得該層段的背景平均速度（圖6），其中擬合公式為y=kx+b。之所以選擇直線擬合是由于直線擬合的斜率（深度與時間的比值）正好是速度的表達式。由于x代表的時間為雙程旅行時，且其單位為ms，應換算到標準單位s，因此研究區(qū)參考層段的背景平均速度v=y/（0.5·x·10-3）=2 000·k，單位為m/s。

圖5　地層厚度平面等值線分布Fig.5　Contour distribution of strata thickness

圖6　參考層段背景平均速度的擬合Fig.6　Fitting background velocity

1.2.3求取單純由速度異常引起的時間異常分布

用地層厚度除以該層段背景平均速度v，即得到該地區(qū)目的層段的正常反射時間（背景時間）的分布；然后用已求得的地層時間厚度減去該背景時間，即得到只由速度異常引起的時間（ΔT）分布（圖7）。根據(jù)理論分析，圖7中的時間異常分布（紅色區(qū)域）即代表速度異常的分布。

圖7　速度異常引起的時間分布（ΔT）Fig.7　Time distribution（ΔT）caused by velocity anomaly

1.2.4速度場的建立

確定了速度異常的分布后，還需要確定該異常范圍內每點（以下稱種子點）處速度值的大小，才能最終完成速度場的建立。由于ΔT越大，則低速異常越突出，即真實的速度越小，因此根據(jù)ΔT的大小來對速度異常量Δv進行刻度，進而最終確定異常范圍內種子點處速度值的大小。將存在低速異常的Q3井及正常井Qs2井作為刻度的參考，設它們在目的層的真實平均速度為vQ3和vQs2，則速度異常量與時間異常量之間的關系為

式中：C為一正的常數(shù)。

將Q3井和Qs2井各井點處的相應速度vQ3和vQs2及時間異常量ΔTQ3和ΔTQs2代入式（3）即可求得C。這樣，對于速度異常區(qū)內的其他任意一點B，有

將相應數(shù)據(jù)代入式（4）即可求得速度異常范圍內任意種子點處的速度值，然后結合異常區(qū)外其他井點處的速度，即可進行種子點約束下的空間插值（圖8）?？紤]到速度異常范圍的精確性，要求異常范圍內所有種子點值都參與空間插值運算，最終建立平均速度場的平面分布。圖（8）中黑實圈標注的井為后期的評價井，在本文研究中作為驗證井。

圖8　平均速度場的平面分布Fig.8　Distribution of mean velocity field

2　實際應用效果

利用本文方法建立的速度場對目的層的等t0圖進行時深轉換可得到構造圖，圖9是利用Landmark軟件中常用的方法TDQ法與本文方法時深轉換結果的對比。從圖中可以看到，2種方法在藍色橢圓圈標注部分的構造形態(tài)差異較大。圖9（a）的構造形態(tài)具有比較明顯的數(shù)學幾何特征（棱角特征明顯），這是由于采用純數(shù)學方法對井點處的速度進行井間插值所導致的，而圖9（b）的構造形態(tài)起伏變化更加自然。2種方法預測的深度（圖中箭頭所指的位置）相差達到7 m。

圖9　TDQ法（a）與種子點約束空間插值方法（b）轉換結果對比Fig.9　Comparison of results between TDQ method（a）and seed point method（b）

從評價井Qs1井和Q8井的實鉆情況來看，本文方法深度預測的誤差較小（表1）。主要原因在于，與TDQ方法相比，本文方法對于速度異常范圍的刻畫更加精確，所建立的平均速度場更加接近實際地質情況。因此利用該平均速度場進行時深轉換的精度也就更高。另外，從實鉆井的時深關系來看，Qs1井和Q8井均不存在低速異常，這也從另外的角度驗證了本文方法所建立的速度場的可靠性。

表1　深度預測誤差對比Table1　Comparison of depth prediction error

3　結論

（1）隨著勘探目標的精細程度及開發(fā)程度的不斷加深，對時深轉換提出的要求逐漸提高，所以要根據(jù)研究目標的實際情況，針對具體問題具體分析，進而采取更加實用而有效的方法。

（2）基于渤海Q油田本身的地質和地球物理特征，常規(guī)的速度建模方法已無法滿足該油田時深轉換精度的需求。

（3）本文提出的種子點約束空間插值的方法忠于實際地震資料，有效克服了常規(guī)速度建模方法的缺點和不足。從實際鉆井情況來看，利用該方法確定的速度異常范圍與實際地質情況更加吻合，深度預測的精度較常規(guī)方法也有所提高，為該區(qū)后續(xù)的進一步勘探評價提供了重要的參考和依據(jù)。同時，該方法對類似構造特征區(qū)的時深轉換研究也具有一定參考價值和借鑒意義。

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（本文編輯：郭言青）

Research on mean velocity field modeling method for low velocity anomaly zone：A case study from Q oilfield，Bohai

BIAN Li'en，YU Qian，GU Zhimeng，HAN Zijun，QU Yong
（Bohai Oilfield Research Institute，Tianjin Branch，CNOOC China Limited，Tianjin 300452，China）

As the bridge to connect seismic and geological，time-depth conversion is a hot topic of geophysical research.In recent years，with further exploration and exploitation of Bohai Oilfield，higher accuracy of time-depth conversion is required.The target zone of Q oilfield is the deposition of meandering river of Minghuazhen Formation，and it is characterized by typical low amplitude structure，large lateral variation of formation velocity and obvious low velocity anomaly.The above two features brought new challenges to the research of time-depth conversion method for this oilfield.Based on the flaw and insufficiency of conventional velocity modeling method，this paper proposed a new method that firstly determines the distribution range of low velocity anomaly by seismic data combined with logging and geological stratification，then creates seed points inside the anomaly range according to the degree of velocity anomaly，finally builds the velocity field by spatial interpolation under the restraint of velocity at seed points and well points.The velocity field can finally be used for time depth conversion.From actual drilling situation，this method can improve the prediction accuracy more greatly than conventional methods and has made a good practical application.

time-depth conversion；lowamplitude structure；velocityanomaly；seed point；spatial interpolation

P631.4

A

1673-8926（2015）03-0122-05

2014-07-15；

2014-09-16

中國海洋石油總公司“十二五”重大科技專項“海上開發(fā)地震集成與應用研究”（編號：CNOOC-KJ125 ZDXM 06 LTD-10-KFSC-14）資助

邊立恩（1982-），男，碩士，工程師，主要從事地震資料解釋與儲層預測方面的研究工作。地址：（300452）天津市塘沽區(qū)閘北路海工樓247室。電話：（022）25800754。E-mail：bianlien@163.com。