基于高精度層速度場構建的構造成圖技術
——以川中磨溪地區(qū)燈二段為例

劉 微， 梁 鋒， 范 玲， 李 明， 付小東

(1.中國石油 西南油氣田公司川中油氣礦，遂寧 629001；2.中國石油 杭州地質研究院，杭州 310023)

0 引言

四川盆地震旦系燈影組氣藏首次發(fā)現(xiàn)于1964年在威遠構造的威基井，探明了我國第一個震旦系大氣田-威遠震旦系氣田，探明地質儲量為400×108m3。2011年高石1井燈二段獲日產氣102.14×104m3高產工業(yè)氣流，由此拉開樂山-龍女寺古隆起震旦系勘探的新篇章，并加大了高石梯、磨溪、龍女寺、廣安等地區(qū)的鉆探力度[1]。截至2019年6月，磨溪區(qū)塊燈二段完鉆井11口，鉆穿燈二段井1口，正鉆井1口，試油井7口，獲工業(yè)氣井7口。工業(yè)氣井累計測試日產氣76.52×104m3，平均測試日產氣10.9×104m3。前期鉆探及研究表明磨溪區(qū)塊燈二段屬于構造氣藏，在構造圈閉之內具有較好的含氣性，展示出較好的勘探開發(fā)前景。因此，準確地刻畫燈二頂界面的構造海拔是燈二段儲層預測的關鍵問題。特別是2019年完鉆的磨溪124井的燈二段頂設計垂深為5 275 m，海拔為-4 982 m；實鉆垂深為5 382 m，海拔為-5 089 m，實鉆較設計加深了107 m。在燈二氣藏為一典型底水氣藏的情況下，對燈二段頂界構造成果精細程度提出了更高的要求，構造細節(jié)需要得到進一步落實，確保構造的準確性和圈閉規(guī)模。

目前常規(guī)的地震層速度場構建方法主要有基于測井數(shù)據的時深關系擬合方法[2]、基于疊加速度的DIX公式計算方法[3]、基于疊加速度的層約束DIX公式反演方法[4]及綜合波阻抗反演的組合層速度場構建方法[5]等。其中①基于測井數(shù)據的時深關系擬合方法是最簡單的計算方法，計算效率快，但是僅適用于構造變化小且層速度橫向緩慢的地區(qū)；②基于疊加速度的DIX公式計算方法受疊加速度精度的影響大，其計算得到的地下地層的地震層速度場精度不足，難以勝任地層孔隙壓力預測的要求；③基于疊加速度的層約束DIX公式反演方法是目前的主流方法，其通過層位約束有效地提高了層速度的縱向變化規(guī)律的正確性，但是其縱、橫向分辨率仍受制于疊加速度的精度；④綜合波阻抗反演的組合層速度場構建方法綜合利用了多源數(shù)據(疊加速度、測井數(shù)據、構造解釋數(shù)據、地震數(shù)據等)的綜合利用和多種層速度計算方法(DIX公式方法、波阻抗反演方法等)可以獲得準確地地震層速度場，但是目前該技術僅用于地層壓力預測領域，國內尚未有應用于常規(guī)油氣勘探的構造成圖研究的成功案例。

為了獲得準確的磨溪地區(qū)燈二頂界面的構造圖，筆者進一步細化了綜合波阻抗反演的組合層速度場構建技術的技術流程，從而獲得了準確可靠的燈二頂界面的構造成果圖，為磨溪區(qū)塊燈二氣藏的高效開發(fā)提供借鑒。

1 高精度層速度場構建的方法原理

綜合波阻抗反演的組合層速度場構建技術[6]的主要思路，是將地下地層分為上、下2段地層：①下段地層采用波阻抗反演方法計算層速度；②上段地層采用多種常用的層速度計算方法計算層速度，并結合下層地層的層速度，形成多套組合層速度，最后根據與鉆井地層深度誤差最小的原則，優(yōu)選出最佳的組合層速度[5]。該技術目前主要應用于地層壓力預測研究[7]。

筆者對上述的綜合波阻抗反演的組合層速度場構建技術，從上、下段層速度場的融合、基于完鉆井測井數(shù)據或VSP數(shù)據的井控誤差校正等方面進行了細化，從而完善了高精度層速度場構建的技術流程，具體如下：

1)基于地震層位數(shù)據，將地下地層分為背景地層段和目的層段兩部分。

2)基于輸入的疊加速度體采用三維層約束DIX公式反演方法[4]，求取背景地層段的地震層速度。

3)對目的層段進行波阻抗反演，求取目的層段地震層速度場。目前，對目的層段進行疊后波阻抗反演方法理論成熟，方法眾多，筆者采用欒穎等[8]提出的方法反演波阻抗。獲得波阻抗數(shù)據后，考慮到地震層速度與地層密度之間存在著名的Gardner關系式：

ρ=aυb

(1)

式中：ρ代表地層密度；υ代表地震層速度；a和b是需要確定的常系數(shù)。基于測井數(shù)據中聲波時差(換算得到地震層速度)曲線及密度測井曲線，利用最小二乘法擬合得到目的層段的Gardner關系式系數(shù)a和b。在此基礎上可利用擬合得到的Gardner關系式和波阻抗換算，得到目的層段的地震層速度場。

4)對步驟3)得到的目的層段的地震層速度場，采用三維保邊去噪算法進行濾波處理。筆者采用的三維保邊去噪算法是Albinhassan N等[9]提出的方法，該方法在每個參與濾波的中心目標點周圍建立大小為5×5×5的體時窗，在這個125個點的三維正方體數(shù)據內，進一步劃分出32個更小的三維數(shù)據體，并分別計算32個數(shù)據體內數(shù)據的平均值及標準差。標準差計算公式為式(2)。

(2)

式中：σ′表示計算得到的標準差；N為統(tǒng)計數(shù)據樣點個數(shù)；xi為第i個數(shù)據點；μ表示N個數(shù)據點的平均值。通過尋找32個數(shù)據體內標準差最小的一個數(shù)據體，再利用該數(shù)據體內的平均值作為預測中心目標點處的三維保邊去噪結果，將其存放在5×5×5小立方體的中心目標點處。循環(huán)計算完目的層段地震層速度數(shù)據體，得到經過三維保邊去噪處理后的目的層段的地震層速度場。

5)采用高斯加權濾波方法[10]，對背景地層段的地震層速度(步驟2)的計算結果)和目的層段的地震層速度(步驟4)的計算結果)進行數(shù)據融合處理。融合方式是依靠層位數(shù)據(目的層段的頂界面層位)，將層位上方的地震層速度賦值為背景層段的地震速度(步驟2)的計算結果)，將層位下方(含層位的位置)的地震層速度賦值為目的層段的地震速度(步驟4)的計算結果)。

6)對步驟5)的融合完成后，進一步在層位邊界處進行高斯加權濾波平滑處理，高斯加權濾波特征如下：

對于融合完成后的第i道，第j個采樣點位置處的地震層速度值記為υ(i,j)，平滑后的地震層速度值記為υ′(i,j)。υ′(i,j)由包含(i,j)領域內若干個地震層速度值在空間上的加權平均結果決定：

(3)

式中：x、y表示鄰域P內所有相關點的道數(shù)和采樣點數(shù)；A表示以(i,j)為中心的領域點集合；G(x,y)是該速度在鄰域內求平均時的權值。高斯平滑濾波器是根據高斯函數(shù)的形狀選取權值，平滑濾波器可以選用二維零均值高斯函數(shù)，用式(4)表示。

(4)

式中：σ表示高斯函數(shù)中的標準差。當σ值取值較大時，待處理的速度點鄰域越大，參與平滑的速度點數(shù)較多，平滑效果強烈；當σ值取值較小時，待處理的速度點鄰域較小，參與平滑的速度點數(shù)較少，平滑效果弱。

在此基礎上，依次將層位邊界上每個地震層速度值當做中心點速度值，在中心點周圍選擇一個小的空間鄰域內計算該點距離中心點的距離值x、y。根據二維零均值高斯函數(shù)計算相應位置處的權值G(x,y)，最后將鄰域內各地震層速度值與高斯權值加權平均得到的結果，作為層位數(shù)據中心點處的地震層速度濾波結果。

7)對步驟6)的計算得到的地震層速度場，采用完鉆井測井數(shù)據或VSP數(shù)據進行井控誤差校正。

8)將步驟7)的計算結果輸出作為地下地層地震層速度場。

2 磨溪區(qū)塊燈二頂界面構造成圖分析

磨溪區(qū)塊燈二頂界面呈強波峰反射(圖1)，且橫向連續(xù)性好，雖然局部存在復波，但仍能準確地追蹤。因此，導致磨溪124井的構造海拔預測誤差107 m的主要原因在于層速度場。從圖2可見，研究區(qū)的地層在龍?zhí)督M存在低速異常特征(平均速度為3 440 m/s)，低于上下圍巖的地層速度(平均速度為5 500 m/s)；而且該地層的平均厚度僅95 m，小于疊加速度譜的縱向采樣點間距。

此外，由圖2可見，研究區(qū)的地層在飛四底至燈二頂之間的速度變化較大。為此，筆者選取飛四頂?shù)貙又翢舳蔚貙幼鳛槟康膶?，采用波阻抗反演獲得了該層段的速度數(shù)據體。圖3是對應圖1的9口完鉆井的反演速度連井剖面，其準確地反演了龍?zhí)督M的低速地層，且與完鉆井的速度曲線(圖3中的井旁色標柱)符合好。

圖1 研究區(qū)9口完鉆井的連井疊前時間偏移剖面Fig.1 Prestack time migration profile of 9 completed wells

圖2 研究區(qū)4口完鉆井的速度測井曲線Fig.2 Velocity logging curves of 4 completed wells

表1 基于4種層速度構建方法的燈二頂界面構造的預測誤差Tab.1 Prediction error of Dengying 2 top interface corresponding to Fig.4

圖3 對應圖1的9口完鉆井的反演速度連井剖面Fig.3 Corresponds to the inversion velocity profile corresponding to Fig.1

圖4 4種層速度構建方法得到的燈二頂界面的構造圖Fig.4 Structural diagram of Dengying 2 top interface obtained by four layer velocity construction methods(a)基于時深關系擬合方法(方法1);(b)DIX公式轉換方法(方法2);(c)基于層約束的DIX公式轉換方法(方法3);(d)本文方法(方法4)

圖4是基于4種層速度構建方法得到燈二頂界面的構造圖，可見4種方法得到的構造圖的宏觀形態(tài)一致，但是細節(jié)(局部構造高點形態(tài)及位置)差異較大。此外，由表1可見，采用本文的高精度層速度構建流程，獲得的層速度計算得到構造圖的燈二頂界面的預測絕對值誤差小于10 m，其計算精度優(yōu)于常規(guī)方法，成果可靠。

4 結論

1)以綜合波阻抗反演的組合層速度場構建技術為基礎，從背景層速度場和目的層段的速度場的融合處理和基于完鉆井測井數(shù)據或VSP數(shù)據的井控誤差校正等方面對原技術流程進行了細化，得到了一套適用于構造成圖的高精度層速度場構建的技術流程。

2)高精度層速度構建流程的核心在于,采用疊后波阻抗反演方法計算目的層段(含異常速度層段)的層速度，其比常規(guī)的基于疊加速度的層速度計算方法具有更高的縱、橫向分辨率。

3)實際資料的計算結果表明，采用本文的高精度層速度構建流程獲得的層速度,計算得到構造圖的燈二頂界面的預測絕對值誤差小于10 m，其計算精度優(yōu)于常規(guī)的基于DIX公式的計算方法，可以獲得準確的目的層的構造成果圖。