三維地震區(qū)井震資料不符原因及解決方案——以北三臺凸起西地2井三維地震區(qū)為例

溫鐵民，羅曉霞，吳新星，李道善，李隆梅（中國石油集團東方地球物理公司研究院，河北涿州072750）

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三維地震區(qū)井震資料不符原因及解決方案
——以北三臺凸起西地2井三維地震區(qū)為例

溫鐵民，羅曉霞，吳新星，李道善，李隆梅
（中國石油集團東方地球物理公司研究院，河北涿州072750）

摘要：對西地2井三維疊前時間偏移剖面的研究發(fā)現(xiàn)，位于構(gòu)造高部位的鉆井，在時間剖面上目的層梧桐溝組t0反而比構(gòu)造低部位大，這種井震資料不符的現(xiàn)象從古近系底界開始出現(xiàn)。分析認為，出現(xiàn)井震資料不符的主要原因是新生界速度橫向上的變化所致。疊前深度偏移處理技術(shù)是解決復雜構(gòu)造正確成像的有效方法。采用Kirchhoff積分法進行疊前深度偏移處理，得到了符合研究區(qū)空間變化規(guī)律的由南至北逐漸降低的速度模型，使地層的形態(tài)得到了正確校正，井間相對關(guān)系得以正確恢復，井震資料不符的問題得到了解決。

關(guān)鍵詞：準噶爾盆地；北三臺凸起；井震資料不符；時間剖面；Kirchhoff積分法；疊前深度偏移；速度模型

1　問題的提出

西地2井三維地震區(qū)主體位于準噶爾盆地東部隆起北三臺凸起南段，東鄰吉木薩爾凹陷，西鄰阜康凹陷，南部為阜康斷裂帶（圖1），研究區(qū)具有良好的石油地質(zhì)條件，相繼在二疊系、三疊系和侏羅系發(fā)現(xiàn)多個含油氣構(gòu)造。在研究區(qū)實施三維地震旨在查清主要目的層二疊系梧桐溝組（P3wt）、三疊系韭菜園組（T1j）、石炭系（C）等接觸關(guān)系，以及各目的層小斷裂分布與砂體的配置關(guān)系，精細落實構(gòu)造特征。

在對西地2井三維地震區(qū)疊前時間偏移剖面研究中發(fā)現(xiàn)，相鄰兩口鉆井目的層的實際深度與時間域地震資料的產(chǎn)狀出現(xiàn)了矛盾（圖2）。

對比圖2a 和圖2b（圖中北84 井和北83 井海拔對齊）可以看出，北84 井梧桐溝組底界海拔為-2 679 m，時間剖面t0為2 560 ms，北83井梧桐溝組底界海拔為-2 610 m，時間剖面t0為2 717 ms（圖2）。也就是說，位于構(gòu)造高部位的鉆井，在時間剖面上的t0反而大。

圖1　西地2井三維地震區(qū)構(gòu)造位置

圖2　疊前時間偏移連井剖面（a）及測井曲線（b）

2　原因分析

針對北84井和北83井出現(xiàn)的地震疊前時間剖面解釋結(jié)果與實際鉆井資料不符（井震資料不符）的問題，筆者從兩個方面進行了針對性分析。

（1）靜校正分析從表層結(jié)構(gòu)特征分布來分析研究區(qū)是否存在靜校正問題。研究區(qū)表層結(jié)構(gòu)類型主要為戈壁、農(nóng)田、山前礫石和山地露頭。在研究區(qū)內(nèi)，出現(xiàn)井震不符的區(qū)域，主要為由多期沖積扇交疊而成的山前礫石堆積區(qū)，其表層結(jié)構(gòu)非常復雜，低降速層厚度較大（50～120 m），高速層地震波速度大于2 000 m/s.針對復雜的表層結(jié)構(gòu)特征，通過多輪次靜校正方法的迭代處理，由表層變化所帶來的靜校正問題得到了較好的解決（圖3）。從圖3可見，4口井的海拔從南向北逐漸降低，淺層同相軸沒有明顯扭曲和抖動，也沒有同相軸自上而下整體拱起或者下拉現(xiàn)象，因此，靜校正不是引起井震資料不符的主要因素。

（2）淺層速度變化分析以圖3連井剖面中較淺的古近系底界為例，可以計算出北84井、北83井、北22井、西地2井4口井與速度相關(guān)的參數(shù)（表1）。

圖3　過北84井—北83井—北22井—西地2井疊前時間偏移連井剖面（剖面位置見圖1）

表1　4口井與速度相關(guān)的參數(shù)

北84井、北83井、北22井和西地2井4口井由南向北分布，從表1中可以看出，無論是根據(jù)古近系底界單程旅行時和鉆井井深計算出的平均速度，還是在速度譜上讀取的對應(yīng)古近系底界的速度，均是由南向北逐漸減小，北84井古近系以上地層的平均速度最84井古近系底界對應(yīng)的t0是最小的，產(chǎn)生這個現(xiàn)象的原因主要是北84井區(qū)的古近系的上覆地層中有高速體存在，使地震波穿過北84井區(qū)的雙程旅行時變小。而由南向北速度由高至低的變化，使得4口井古近系底界對應(yīng)的雙程旅行時逐漸變大，這和時間域處理的結(jié)果相吻合。由于在淺層沉積了多套高速礫巖且礫巖厚度由南向北減薄并逐漸消失，使得研究區(qū)淺層速度從南向北降低。正是由于上覆地層速度的變化，才導致了鉆井目的層深度和時間域處理結(jié)果目的層所對應(yīng)t0的高低關(guān)系出現(xiàn)相反的現(xiàn)象。

3　解決方案

復雜的上覆構(gòu)造通常會導致速度的橫向變化。在速度橫向變化劇烈時，由時間偏移得到的地質(zhì)體成像往往是不準確的，因此，必須通過深度偏移得到深度域的地質(zhì)體成像[1]。雖然研究區(qū)上覆地層構(gòu)造僅為單斜，但是由于巖性、地層厚度的橫向變化，使得速度差異明顯，而速度差異是引起井震資料不符的主要原因。因此，疊前深度偏移是唯一的解決方案。

本次疊前深度偏移采用的是Kirchhoff積分法。Kirchhoff積分法具有較陡構(gòu)造成像及計算效率高等優(yōu)勢[2]，被廣泛應(yīng)用到科研生產(chǎn)中，逐步形成了一套完整的處理技術(shù)，包括已經(jīng)比較成熟的疊前道集的精細處理技術(shù)、偏移基準面的選取與校正、初始層速度模型的建立、層速度模型的優(yōu)化以及各向異性偏移處理技術(shù)。Kirchhoff積分法疊前深度偏移主要包括以下4個處理步驟。

3.1偏移基準面的選取

疊前深度偏移處理選擇的偏移方法不同，偏移基準面的選擇也將不同。Kirchhoff積分法作為一項成熟的疊前深度偏移技術(shù)，一般選擇圓滑地表作為偏移基準面[3]。不同平滑半徑偏移基準面的偏移效果會有所不同，差異主要體現(xiàn)在淺層，對中深層沒有太大影響，目的層埋深較淺時，可以適當考慮平滑半徑更小的偏移基準面，從而獲得相對較好的偏移成像效果。由于研究區(qū)地表高程變化較為平緩，因此，在疊前深度偏移處理中，選擇平滑半徑較小的地表平滑面作為偏移基準面。

3.2初始速度模型的建立

正確的初始速度模型是疊前深度偏移處理成功的關(guān)鍵。初始速度模型建立的步驟一般包括：層位解釋、均方根速度場的優(yōu)化、速度填充。為了提高初始速度模型的準確性，將鉆井、測井資料約束初始速度模型作為一項關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用到初始速度模型的建立當中，即從地質(zhì)意義角度來約束初始速度模型，減少層速度模型的多解性。

（1）層位解釋疊前深度偏移的層位解釋不同于地震成果中地質(zhì)層位的解釋。疊前深度偏移的層位主要用來控制速度的變化，其準確的定義應(yīng)該是具有等時意義的速度控制層。選擇的標準是：能夠控制全區(qū)的構(gòu)造形態(tài)、連續(xù)性好、反射能量強的速度界面[4]。不同于波阻抗界面，速度界面不一定是反射界面，但波阻抗界面一定是反射界面。在能控制速度變化的前提條件下，層位模型要簡單實用并能真實地反映地下地質(zhì)構(gòu)造速度場的變化規(guī)律，從而在保證偏移效果的同時，減少層速度模型的迭代次數(shù)，縮短處理周期。

（2）均方根速度場的優(yōu)化利用疊前時間偏移進行均方根速度場的迭代與優(yōu)化，首先必須考慮構(gòu)造形態(tài)的變化，保證速度的變化趨勢與構(gòu)造形態(tài)具有一致性，同時應(yīng)盡量按照速度不反轉(zhuǎn)、由Dix公式轉(zhuǎn)化的層速度由淺至深有規(guī)律的變化、層速度在1 430～6 700 m/s之間等標準進行優(yōu)化。

（3）速度填充在地震資料信噪比滿足疊前深度偏移需求的情況下，一般可利用均方根速度場通過Dix公式轉(zhuǎn)換得到層速度體，然后提取沿層速度對初始速度模型各層的速度賦值。

當淺層資料信噪比低時，為了提高初始速度模型的合理性，可以進一步利用鉆井、測井資料來約束初始速度模型，從而保證偏移結(jié)果的正確性。

3.3層速度模型的優(yōu)化

初始速度模型的建立和層速度模型的迭代與優(yōu)化是建立偏移速度場的核心內(nèi)容，也是整個疊前深度偏移最關(guān)鍵的技術(shù)。層速度模型迭代與優(yōu)化的基本準則是：剩余譜歸零和道集拉平。判斷最終的偏移速度場是否合理，除以上2點基本準則外，還可以用以下2點依據(jù)：①速度在構(gòu)造上的準確性[5]，即與解釋人員溝通并參照鉆井分層數(shù)據(jù)判斷速度在構(gòu)造上是否準確，盡量避免層速度模型的多解性問題；②深度域的層位模型與深度偏移結(jié)果吻合。

（1）淺層層速度變化規(guī)律當淺層剩余譜難以識別時，可以利用淺層下面層位的剩余速度變化來判斷淺層層速度的變化。具體的判斷方法是：如果下面幾層的剩余延遲量都是負值，則說明下面層位的層速度均偏小，淺層的層速度也偏小，因此淺層層速度應(yīng)該往增大的方向調(diào)整。

（2）利用偏移深度來約束層速度當速度變化主要受埋深控制時，利用深度來約束層速度模型，既能控制好速度的變化趨勢，又能在細節(jié)處取得更好的偏移效果。當層速度迭代進行到一定程度時，通過深度與層速度之間的交會圖得到一個線性函數(shù)，將之應(yīng)用

到層速度上得到一個新的層速度，使用該層速度偏移得到的深度偏移結(jié)果與地層深度更吻合。

3.4各向異性疊前深度偏移處理

基于偏移基準面選取、初始速度模型的建立、層速度模型的優(yōu)化等方法，得到的是各向同性疊前深度偏移速度，它一般大于或等于測井速度（測井速度近似為偏移成像速度的垂向分量），因此，各向同性疊前深度偏移得到的地層深度大于或等于鉆井深度。

為了得到空間位置更準確的疊前深度偏移剖面，在疊前深度偏移速度建模中引入各向異性成像技術(shù)[6]。本次處理采用VTI（垂向各向同性）介質(zhì)各向異性疊前深度偏移技術(shù)來解決井震深度誤差問題，同時提高目的層成像及橫向歸位精度。

VTI介質(zhì)各向異性參數(shù)主要有：vint，δ，ε.其中，vint為縱波垂向傳播速度；δ為縱波各向異性強度，主要影響偏移剖面上反射層深度和鉆井深度的匹配精度；ε為變異系數(shù)，主要解決沿炮檢距方向的各向異性問題，提高偏移成像精度。求取VTI介質(zhì)各向異性參數(shù)主要包括以下幾個步驟。

（1）利用近炮檢距信息（炮檢距小于地層深度時，滿足各向同性假設(shè)）進行各向同性疊前深度偏移，在層速度迭代與優(yōu)化過程中得到各向同性的速度場v0.

（2）研究區(qū)內(nèi)可靠的鉆井、測井地質(zhì)分層厚度與相應(yīng)深度偏移厚度之比作為約束系數(shù)，對速度場v0進行約束，建立初始各向異性層速度模型。Thomsen參數(shù)用于表征地層各向異性參數(shù)，目前最普遍的做法是每層賦予一對各向異性參數(shù)（ε，δ均為常數(shù)[7]）。ε及δ依賴于巖性的變化，ε通常比δ大，且都遵循隨深度變化的壓實趨勢。盡可能使井中分層與主要地震同相軸相匹配，以此來控制各個地層中vint的精度[8-9]。

式中ΔhI——各向同性偏移剖面的層厚度，h；

ΔhA——測井地質(zhì)分層厚度，h.

然后，計算VTI介質(zhì)各向異性中縱波垂向傳播速度：

最后，定義初始ε.本次處理中，令ε=δ，滿足橢圓各向異性的假設(shè)[10]。

（3）進行VTI介質(zhì)各向異性疊前深度偏移，判斷道集是否校平、井間誤差是否消除。在該步驟迭代中，如果道集未校平，則仍需對ε進行迭代優(yōu)化，直到道集拉平，剩余譜歸零，井間誤差消除。

通過上述疊前深度偏移處理得到各向異性疊前深度偏移速度場。仍以古近系地層為例，北84井、北83井、北22井、西地2井在圖4中由南至北分布，古近系的層速度為2 720～3 360 m/s，最南部的北84井層速度約3 300 m/s，最北部的西地2井層速度約3 000 m/s，反映了研究區(qū)速度由南至北逐漸降低的空間變化規(guī)律，與前文中對研究區(qū)速度變化的認識一致。

圖4　古近系底面深度偏移速度平面

得到較為準確的疊前深度偏移速度場后，通過Kirchhoff積分法得到疊前深度偏移數(shù)據(jù)體。在較好地刻畫淺層速度分布的基礎(chǔ)上，進行疊前深度偏移處理，地層形態(tài)得到了正確校正，井間相對關(guān)系得以正確恢復，井震資料不符問題得到了解決（圖5）。

圖5　過北84井—北83井—北22井—西地2井疊前深度偏移連井剖面（剖面位置見圖1）

由于疊前時間偏移使用的是隱性平滑的速度模型，橫向速度變化趨于平緩，速度模型空間分辨率低；而疊前深度偏移使用的是顯性的三維速度模型，可以較好地適應(yīng)速度的空間變化，速度空間分辨率高。因此，從圖6中可以看到，疊前深度偏移不僅恢復了地下地層的真實形態(tài)，而且在斷裂成像精度方面較疊前時間偏移也有明顯的提高。

4　結(jié)論與建議

（1）疊前深度偏移技術(shù)是準確描述速度橫向變化的成像技術(shù)，并對斷裂刻畫，特別是基底陡、傾角大斷層的成像有很大幫助。

（2）疊前深度偏移技術(shù)更適用于信噪比較高的地震資料的處理。

圖6　疊前時間偏移（a）與疊前深度偏移（b）處理剖面對比

（3）疊前深度偏移技術(shù)雖然在地表復雜區(qū)或地質(zhì)結(jié)構(gòu)復雜區(qū)應(yīng)用中取得了一些進步，但還存在很多問題。就目前復雜山前帶地震資料的成像來說，關(guān)鍵問題是地震資料速度模型如何準確求取。在速度模型準確、資料具有較高信噪比的前提下，應(yīng)用Kirchhoff積分法進行疊前深度偏移可以獲得較好的偏移成像結(jié)果。

（4）由于西地2井三維地震區(qū)所在的北三臺地區(qū)淺層速度橫向變化較大，地震資料信噪比較高，建議在研究區(qū)普遍開展疊前深度偏移處理，以徹底解決困擾研究區(qū)的井震資料不符問題。

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（編輯潘曉慧楊新玲）

Reason Analysis and Solution for Log?Seismic Data Discrepancy in 3D Seismic Area：A Case Study of Well Xidi?2 3D Seismic Area in Beisantai Swell, Junggar Basin

WEN Tiemin, LUO Xiaoxia, WU Xinxing, LI Daoshan, LI Longmei
(Research Institute of Geology, BGP, CNPC, Zhuozhou, Hebei 072750, China)

Abstract:The study of 3D prestack time migration profile of Well Xidi?2 indicates that the time domain profile of the Wutonggou formation as a target zone in drilled well with hither structural position has bigger t0compared with well logging data.Such a log?seismic discrepancy occurs from the bottom of Paleogene in this area.The analysis suggests that the reason for it mainly results from the lateral velocity changes of the Cenozoic here.Prestack depth migration processing technique is an effective approach for precise imaging of complex structures.This paper uses Kirchhoff ingegral method to make prestack depth migration processing, and gets the south?north reducing velocity model for the space variation in this area.Finally, the morphology of formation has been corrected, the relative relationship between wells has been recovered, and the problem of the log?seismic data discrepancy has been resolved.

Keywords:Junggar basin; log?seismic data discrepancy; time profile; Kirchhoff integral method; prestack depth migration; velocity model

作者簡介：溫鐵民（1970-），男，天津人，高級工程師，地震資料處理，（Tel）13833221445（E-mail）wentiemin@cnpc.com.cn.

基金項目：中石油“新疆大慶”重大專項（2012E-34-11）

收稿日期：2015-06-16

修訂日期：2015-10-29

文章編號：1001-3873（2016）01-0078-05

DOI：10.7657/XJPG20160115

中圖分類號：P631.443.2

文獻標識碼：A