南堡凹陷精細(xì)速度場研究與應(yīng)用

翟瑞國，段天昊，王方魯，張建坤，張 碩

(1.中國石油冀東油田分公司，河北唐山 063004;2.中國石油大學(xué)，北京 102249)

南堡凹陷歷經(jīng)多年勘探，形態(tài)好、易勘探的構(gòu)造油氣藏越來越少，低幅度構(gòu)造和巖性圈閉為主的隱蔽性油氣藏成為當(dāng)前勘探的主要對象［1－2］，高精度速度場的建立是準(zhǔn)確落實(shí)隱蔽圈閉構(gòu)造形態(tài)及巖性的必要條件［3］。然而，該區(qū)構(gòu)造復(fù)雜，斷層發(fā)育，河流相—淺水三角洲相沉積環(huán)境的砂泥巖頻繁互層，地層橫向變化快，使得地層介質(zhì)各向異性強(qiáng)、速度縱橫差異較大。特別是在深層及火成巖發(fā)育的部位，速度常顯示異?，F(xiàn)象，局部地區(qū)等深度圖甚至呈現(xiàn)構(gòu)造假象。因此，準(zhǔn)確求取高精度的速度場對圈閉構(gòu)造形態(tài)、巖性研究，乃至油氣勘探開發(fā)均具有重要意義。

目前，對變速成圖的研究主要集中在速度場建模和疊前偏移成像領(lǐng)域。其常規(guī)方法主要有射線追蹤法、人工T0圖空校法及疊前偏移剖面法等。上述方法存在著疊加速度精度較低、偏移時(shí)間域T0圖準(zhǔn)確性較低、Dix公式求取層速度誤差大等問題［4－6］。筆者綜合運(yùn)用測井、鉆井和地震資料，利用模型層析法對南堡凹陷速度場進(jìn)行分析，探討適合南堡凹陷含火成巖地層的高精度速度恢復(fù)方法。

1 速度場建模

井點(diǎn)上的速度精度高，而橫向預(yù)測性差;速度譜資料全區(qū)分布，但縱向上的精度低。針對這些缺陷，本文采用4步法建立速度場:①層速度求取;②火成巖速度校正;③速度建場;④速度場校正。

1.1 層速度求取

1.1.1 速度譜質(zhì)控

受信噪比、構(gòu)造復(fù)雜程度等影響，準(zhǔn)確拾取速度譜比較困難。因此，在得到速度譜后，要對速度譜進(jìn)行點(diǎn)、線、面 3方面的綜合檢查分析［7－8］。從南堡凹陷 2500ms等時(shí)地層速度等值線圖(圖1)可以看出，“八”字形邊界斷層控制作用明顯，工區(qū)北部凸起古生界地層速度較高，速度切片沒有發(fā)現(xiàn)速度異常區(qū)，說明速度譜的“點(diǎn)、線、面”綜合檢查確保了疊加速度場的合理性，為建立精確的層速度場提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

圖1 南堡凹陷2500ms等時(shí)地層速度等值線圖Fig.1 2500ms isochronous stratigraphic velocity contour map of Nanpu Sag

1.1.2 模型層析法

模型層析法 (又稱逐層剝皮法)融層位控制、射線追蹤、波動(dòng)方程等多種理論于一體，可消除地下地層傾角大、地層速度縱橫變化大產(chǎn)生的速度畸變，準(zhǔn)確建立精細(xì)速度場，獲得深度構(gòu)造圖。模型層析原理為從上到下逐層逆推，在已知上面N－1層的層速度和N－1個(gè)速度界面時(shí)，利用曲射線追蹤，入射角等于反射角的原理，通過迭代求取第N層的層速度和確定第N個(gè)反射界面的位置，同時(shí)求出實(shí)際反射點(diǎn)QN偏離激發(fā)點(diǎn)S和R的位置［9］;以此類推，逐層“剝皮”求出相應(yīng)的層速度場 (圖2)。

圖2 模型層析法反射波傳播路徑示意圖Fig.2 Reflection wave propagation path with model chromatography

1.2 火成巖速度校正

1.2.1 火成巖速度的恢復(fù)技術(shù)

井軌跡速度譜分析表明，速度譜沒有反映出火成巖高速度的特征，為了能夠真實(shí)地反映地質(zhì)體特征，需要對速度譜進(jìn)行火成巖校正?；鸪蓭r速度恢復(fù)技術(shù)的研究思路:首先將疊加速度譜轉(zhuǎn)換成層速度譜，利用火成巖頂、底界反射時(shí)間提取火成巖的速度;再由VSP或聲波測井資料對火成巖速度進(jìn)行標(biāo)定，用標(biāo)定后的火成巖速度對層速度譜進(jìn)行速度填充;再將填充后的層速度譜轉(zhuǎn)化為疊加速度譜，完成火成巖速度對速度譜的恢復(fù);最后進(jìn)行時(shí)深轉(zhuǎn)換獲得精細(xì)的深度構(gòu)造圖。

1.2.2 火成巖聲波測井響應(yīng)

南堡凹陷含油層系主要發(fā)育兩期火成巖，分別為東營組沉積早期和館陶組沉積時(shí)期?；鸪蓭r巖性主要以基性玄武巖為主，夾陸源火山碎屑，最大累計(jì)厚度超過800m［10］，具有厚度大、分布廣的特點(diǎn)。在火成巖速度恢復(fù)時(shí)，通過拾取聲波測井資料上顯示的火成巖的頂、底界面的深度和時(shí)差確定火成巖的層速度 (圖3)?；孕鋷r呈現(xiàn)低聲波時(shí)差的聲波測井響應(yīng)特征，而酸性巖呈現(xiàn)高聲波時(shí)差的響應(yīng)特征［11］。因此，當(dāng)?shù)貙訋r性從酸性巖變?yōu)榛詭r時(shí)，聲波速度突然跳躍式增加，聲波時(shí)差則驟然減小;當(dāng)?shù)貙訋r性從基性巖變?yōu)樗嵝詭r時(shí)，則相反。

圖3 南堡凹陷館陶組聲波測井 (AC)曲線及火成巖解釋結(jié)果圖Fig.3 Acoustic logging(AC)curves and igneous rocks interpretation results of Guantao Formation

1.2.3 火成巖恢復(fù)結(jié)果與效果分析

通過對火成巖聲波測井響應(yīng)特征分析，得出了135口井館陶組、東營組東一段的火成巖厚度及層速度，如NP1－90井館陶組火成巖累計(jì)厚度為447.64m，對應(yīng)的層速度為3613.67m/s;NP1－29井館陶組火成巖累計(jì)厚度為436m，對應(yīng)的層速度為3587.89m/s;NP1井館陶組火成巖累計(jì)厚度為253m，對應(yīng)的層速度為3479.02m/s，并對速度譜進(jìn)行了校正 (圖4)。結(jié)果表明，校正后的火成巖層速 度變化明顯，較好地反映了火成巖高速度的特征。

圖4 館陶組火成巖層速度恢復(fù)前、后對比圖Fig.4 Contrast of igneous rock interval velocity before and after recovery in Guantao Formation

1.3 速度建場

平均速度公式為:

vi——第 i層的層速度，m/s;

t0，i——第i層底界面以上的雙程旅行時(shí)間，s。

由前面求取的地層的層速度和式 (1)計(jì)算出平均速度［12］，再利用規(guī)則矩形網(wǎng)格化技術(shù)和克里金插值方法把散點(diǎn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成空間連續(xù)的速度場。

1.4 速度場校正

利用速度譜建立的初始速度場雖然對火成巖速度進(jìn)行了校正，但其精度依然不能滿足勘探開發(fā)的要求，需要利用VSP、鉆井等數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，以獲得高精度的速度場。本文地層真實(shí)速度獲得方法有:①鉆井分層深度數(shù)據(jù)與地震層位解釋時(shí)間數(shù)據(jù)計(jì)算得到;②VSP數(shù)據(jù)計(jì)算;③聲波測井?dāng)?shù)據(jù)計(jì)算。本文同時(shí)應(yīng)用這3種方法獲得的速度對速度場進(jìn)行校正。

速度場校正采用層控反距離加權(quán)相對誤差校正方法，即用標(biāo)定的速度除以速度場對應(yīng)的速度得到速度系數(shù)，再對速度系數(shù)進(jìn)行網(wǎng)格化建立系數(shù)場，然后分層系將系數(shù)場與原始速度場以反距離加權(quán)的方式相乘，得到更接近地層真實(shí)速度的速度場。該方法既保證了誤差源點(diǎn)處的誤差校正到位和遠(yuǎn)離誤差源點(diǎn)處的數(shù)據(jù)校正不出現(xiàn)畸變，又引入了層位的概念，體現(xiàn)了沿層速度的合理性。另外，為了檢驗(yàn)速度場的精度，從校正后的速度場中提取井點(diǎn)速度與實(shí)際井點(diǎn)速度進(jìn)行了對比分析，平均絕對誤差一般為0～22m/s，最大誤差為28m/s。校正前后地層平均速度整體變化趨勢一致，沒有出現(xiàn)異常，說明速度場校正合理。

2 應(yīng)用實(shí)例

2.1 南堡1號構(gòu)造

南堡1號構(gòu)造位于南堡凹陷西南部斜坡帶，是最主要的富油構(gòu)造帶。構(gòu)造帶古近系東營組一段 (簡稱東一段)到新近系館陶組發(fā)育大量火成巖，以館陶組三段 (簡稱館三段)最為發(fā)育，平均厚度大于100m［13］?；鸪蓭r以噴發(fā)相為主，巖性主要為玄武巖和凝灰?guī)r，不等厚互層狀分布，具有多旋回、多期次廣泛發(fā)育的特點(diǎn)。

火成巖的發(fā)育使得速度空間變化劇烈，常速成圖精度較低。從圖5可以看出，常速成圖A井相對于B井為構(gòu)造高點(diǎn)，而實(shí)鉆顯示A井為構(gòu)造低點(diǎn)，比設(shè)計(jì)深度低27m，鉆探顯示A井上覆火成巖比B井上覆火成巖厚20m。利用變速成圖技術(shù)編制的構(gòu)造圖中A井比B井低12m，與實(shí)鉆吻合，有效地避免了火成巖造成的“構(gòu)造誤區(qū)”，還原了地下真實(shí)的構(gòu)造形態(tài)。

圖5 南堡1號構(gòu)造東一段油層頂面構(gòu)造圖對比Fig.5 Contrast of top structures of oil layers in the first member of Dongying Formation，Nanpu No.1 Structure

2.2 南堡3號構(gòu)造

南堡3號構(gòu)造位于南堡凹陷南部，構(gòu)造復(fù)雜，地層厚度橫向變化大，其中東營組三段 (簡稱東三段)最大厚度差超過1000m，導(dǎo)致平均速度成圖誤差較大。沙河街組一段 (簡稱沙一段)油層頂面變速成圖與常速成圖對比結(jié)果表明 (圖6)，變速成圖技術(shù)獲得的構(gòu)造圖精度明顯提高 (表1)，反映了真實(shí)的低幅度構(gòu)造形態(tài)。變速成圖的井點(diǎn)處深度與井分層深度誤差為0.5～28m，而常速成圖的井點(diǎn)處深度與井分層深度誤差為5.5～98m;W2井處原構(gòu)造為一斷鼻，變速成圖后為一個(gè)低幅度背斜。此外，據(jù)W4鉆探結(jié)果分析，常速成圖井點(diǎn)處深度與井分層深度誤差為31.8m，變速成圖誤差為4.8m，誤差明顯變小，證實(shí)了變速成圖的可靠性。

圖6 南堡3號構(gòu)造沙一段油層頂面構(gòu)造圖對比圖Fig.6 Contrast of top structures of oil layers in the first member of Shahejie Formation，Nanpu No.3 Structure

表1 南堡3號構(gòu)造沙一段油層頂面埋深誤差統(tǒng)計(jì)分析表Table 1 Statistics of burial depth error at top structure of the reservoir in the first member of Shahejie Formation，Nanpu No.3 Structure 單位:m

3 結(jié)束語

(1)南堡凹陷火成巖分布廣泛且厚度變化較大，現(xiàn)有的地震資料難以進(jìn)行精確解釋。變速成圖消除了火成巖等速度異常體造成的“速度陷阱”，提高了速度分析與構(gòu)造成圖的精度。

(2)通過對南堡凹陷的研究，探索出了一種適合火成巖等特殊地質(zhì)體速度恢復(fù)方法，即利用井資料計(jì)算火成巖速度，再將該速度充填至速度譜中建立高精度的三維速度場，從而獲得較精確的構(gòu)造圖。

(3)建立高精度的速度場取決于速度譜的品質(zhì)與精度、火成巖的厚度與分布的預(yù)測精度、井網(wǎng)密度及井網(wǎng)分布是否均勻。

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