L-Va曲線監(jiān)控偏移時(shí)間剖面構(gòu)造畸變現(xiàn)象及其校正

梁順軍,李金芝,胡 峰,刁永波,王中海,周躍宗

(1.中國(guó)石油集團(tuán)東方地球物理勘探有限責(zé)任公司西南物探研究院,四川成都610213;2.中國(guó)石油集團(tuán)東方地球物理勘探有限責(zé)任公司西南物探分公司,四川成都610213)

在山地復(fù)雜構(gòu)造勘探中,因地層橫向速度變化大,下伏地層受上覆地層構(gòu)造形態(tài)和層速度結(jié)構(gòu)的雙重影響,形成上覆地層“速度上拉效應(yīng)”或“速度下拉效應(yīng)”的速度陷阱,從而在時(shí)間偏移剖面上發(fā)生畸變而形成假構(gòu)造,不能真實(shí)地反映構(gòu)造形態(tài),甚至與地下實(shí)際構(gòu)造形態(tài)迥異,因此需在深度剖面中進(jìn)行校正[1-7]。獲取地震深度剖面的方法主要有疊前深度偏移方法和變速時(shí)深轉(zhuǎn)換方法,疊前深度偏移方法所用時(shí)間是變速時(shí)深轉(zhuǎn)換方法所用時(shí)間的5～10倍。

在地震資料信噪比高的勘探區(qū)域(海洋、灘涂、平原及淺丘等),采用疊前深度偏移方法獲得的疊前深度偏移剖面能可靠地反映地下實(shí)際構(gòu)造形態(tài)[8-13]。但在地震資料信噪比低的復(fù)雜構(gòu)造區(qū)(逆沖斷褶帶、石灰?guī)r、火成巖及變質(zhì)巖出露區(qū)等),地震成像質(zhì)量普遍差,且疊前深度偏移處理周期長(zhǎng),難以及時(shí)滿足油田勘探開(kāi)發(fā)的需求,所以變速時(shí)深轉(zhuǎn)換方法仍然是山地復(fù)雜構(gòu)造油氣勘探開(kāi)發(fā)中常用的方法[14-20]。

無(wú)論資料信噪比高低,生產(chǎn)處理流程都要依次進(jìn)行疊后時(shí)間偏移、疊前時(shí)間偏移及疊前深度偏移處理,前者為后者提供初始偏移速度模型和偏移成像質(zhì)量的“參照物”。由變速時(shí)深轉(zhuǎn)換和疊前深度偏移獲得的地震深度剖面,能否校正時(shí)間偏移剖面上構(gòu)造形態(tài)畸變現(xiàn)象,能否反映地下真實(shí)構(gòu)造形態(tài),完全依賴于經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷,其可信度較低。采用沿層L-Va曲線,能有效監(jiān)控時(shí)間偏移剖面構(gòu)造畸變,判別深度剖面構(gòu)造形態(tài)的合理性及可靠性,提高構(gòu)造圈閉落實(shí)精度,該方法特別適用于低信噪比的山地復(fù)雜構(gòu)造勘探的資料處理。

1 方法介紹

通過(guò)建立構(gòu)造+層速度模型,得到沿層L-Va曲線,觀察L-Va曲線形態(tài)及趨勢(shì),可監(jiān)控時(shí)間偏移剖面上構(gòu)造是否發(fā)生畸變及其畸變類型,方法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程如圖1所示。

圖1 L-Va曲線監(jiān)控和校正地震剖面構(gòu)造畸變流程

1.1 建立時(shí)間域構(gòu)造+層速度模型

1) 建立構(gòu)造模型。以構(gòu)造運(yùn)動(dòng)學(xué)和幾何學(xué)理論為指導(dǎo),以地震解釋剖面為基礎(chǔ),綜合應(yīng)用研究區(qū)內(nèi)構(gòu)造地質(zhì)、地面露頭、鉆井及傾角測(cè)井資料等,建立符合地質(zhì)規(guī)律的構(gòu)造模型[16,21]。

2) 建立層速度模型。根椐地層結(jié)構(gòu)、地震測(cè)井、聲波測(cè)井及巖石密度,結(jié)合油氣田勘探目的層,確定層速度[22]。

3) 構(gòu)建構(gòu)造+速度模型。將層速度充填到構(gòu)造模型中,即將構(gòu)造模型和層速度模型融合在一起,合并成構(gòu)造+層速度模型,下文簡(jiǎn)稱速度模型。

1.2 沿層拾取加權(quán)平均速度

應(yīng)用公式(1)或公式(2),按一定的采樣間隔,在鉛垂方向上沿層拾取加權(quán)平均速度,得到沿層L-Va曲線(圖2、圖3)。

圖2 L-Va曲線監(jiān)控時(shí)間偏移剖面畸變(Ⅰ)a,b,c 沿層L-Va曲線; d,e,f 速度模型; g,h,i 偏移時(shí)間剖面

圖3 典型L-Va曲線形態(tài)a 水平; b 單邊上升; c 單邊下升; d 下凹; e 上凸; f 臺(tái)階上升; g 臺(tái)階下降

(1)

(2)

式中:v為速度;h為深度;t為時(shí)間;i=1,2,…,n,其中n=S/Δs,S為剖面長(zhǎng)度,Δs為采樣間隔。

1.3 分析L-Va曲線形態(tài)

L-Va曲線形態(tài)變化主要受兩個(gè)因素控制,一是構(gòu)造幾何形態(tài)縱橫向變化,二是低速層和高速層的厚度變化。L-Va曲線的幾何形態(tài)反映了目標(biāo)層加權(quán)平均速度的橫向變化程度,也反映了偏移時(shí)間剖面構(gòu)造形態(tài)畸變大小及其畸變類型(圖2)。

1) L-Va曲線呈水平直線,表明時(shí)間剖面構(gòu)造未發(fā)生畸變。

背斜界面L(圖2d),L-Va曲線呈水平直線,表明速度橫向變化為恒速(圖2a),沒(méi)有速度上拉(或下拉)效應(yīng),時(shí)間偏移剖面上構(gòu)造形態(tài)未發(fā)生變化(圖2g)。

2) L-Va呈曲線,表明時(shí)間剖面構(gòu)造已發(fā)生畸變。

圖2e中水平界面L,其L-Va曲線某一段速度增大,曲線上凸(圖2b),產(chǎn)生速度上拉效應(yīng),傳播時(shí)間縮短,在時(shí)間剖面上形成“背斜型假構(gòu)造”(圖2h)。反之,L-Va曲線在某一段速度減小,曲線下凹(圖2c),產(chǎn)生速度下拉效應(yīng),水平界面L在時(shí)間剖面上形成“向斜型假構(gòu)造”(圖2i)。通過(guò)這3個(gè)簡(jiǎn)單L-Va曲線幾何形態(tài)描述,說(shuō)明了上覆地層構(gòu)造形態(tài)和層速度結(jié)構(gòu)不同,會(huì)導(dǎo)致下伏構(gòu)造形態(tài)在時(shí)間偏移剖面上發(fā)生不同類型的構(gòu)造畸變現(xiàn)象。

1.4 采用變速時(shí)深轉(zhuǎn)換和疊前深度偏移方法校正

采用變速時(shí)深轉(zhuǎn)換方法進(jìn)行校正分為兩步[1]:①在時(shí)間域歸位,在水平疊加時(shí)間剖面上建立速度模型,對(duì)水平疊加剖面上的構(gòu)造畸變現(xiàn)象(回轉(zhuǎn)波、繞射波、斷面波及傾斜反射波),采用疊后時(shí)間偏移或疊前時(shí)間偏移進(jìn)行歸位;②在深度域歸位,在時(shí)間偏移剖面上建立速度模型,采用公式(3)進(jìn)行變速時(shí)深轉(zhuǎn)換,將時(shí)間偏移剖面轉(zhuǎn)換為深度剖面,對(duì)時(shí)間偏移剖面構(gòu)造畸變現(xiàn)象進(jìn)行深度域校正,并參考L-Va曲線模式,分析深度剖面構(gòu)造形態(tài)的合理性。

(3)

疊前深度偏移通過(guò)深度域速度模型反復(fù)迭代,使其地震成像達(dá)到最佳狀態(tài),直接輸出深度剖面,對(duì)時(shí)間偏移剖面構(gòu)造形態(tài)畸變進(jìn)行校正。

2 建立典型L-Va曲線模式

依據(jù)山地復(fù)雜構(gòu)造特征和油氣勘探實(shí)例[22-23],建立典型速度模型。通過(guò)調(diào)節(jié)水平界面L上方地層的構(gòu)造幾何形態(tài)、層速度結(jié)構(gòu)和大小,其L-Va曲線形態(tài)會(huì)發(fā)生不同的變化,揭示了不同的速度陷阱類型(圖3)。分析L-Va的形態(tài)、對(duì)稱性及變化梯度,可以判定實(shí)際時(shí)間偏移剖面中構(gòu)造形態(tài)是否發(fā)生畸變、畸變大小及背斜高點(diǎn)偏離方向。

2.1 目標(biāo)層的上覆地層為單斜層

1) 水平L-Va直線(圖3a),說(shuō)明無(wú)速度陷阱,時(shí)間偏移剖面背斜形態(tài)未發(fā)生畸變,與深度剖面背斜形態(tài)一致。

2) 單邊上升L-Va曲線(從左到右觀察,下同,圖3b),速度陷阱為“單邊—上拉”模式,時(shí)間偏移剖面背斜向上發(fā)生傾斜,背斜高點(diǎn)向L-Va曲線上傾方向發(fā)生偏離。

3) 單邊下降L-Va曲線(圖3c),速度陷阱為“單邊—下拉”模式,時(shí)間偏移剖面背斜向下發(fā)生傾斜,背斜高點(diǎn)向L-Va曲線下傾反方向發(fā)生偏離。

2.2 目標(biāo)層的上覆地層為向斜和背斜地層

1)下凹L-Va曲線(圖3d),速度陷阱為“向斜—下拉”模式,時(shí)間偏移剖面背斜形態(tài)隆起幅度降低或形成假向斜。

2)上凸L-Va曲線(圖3e),速度陷阱為“背斜—上拉”模式,時(shí)間偏移剖面背斜形態(tài)隆起幅度增大或形成假背斜。

當(dāng)上凸L-Va曲線和下凹L-Va曲線為不對(duì)稱形態(tài),揭示了時(shí)間偏移剖面的背斜高點(diǎn)和向斜低點(diǎn)將會(huì)發(fā)生偏離。

2.3 目標(biāo)層的上覆地層為倒轉(zhuǎn)背斜地層和逆掩斷層

1) 臺(tái)階上升L-Va曲線(圖3f),速度陷阱單邊“臺(tái)階—上拉”模式,時(shí)間偏移剖面背斜發(fā)生上傾扭曲,背斜高點(diǎn)向L-Va曲線上傾方向發(fā)生偏離。

2) 臺(tái)階下降L-Va曲線(圖3g),速度陷阱“臺(tái)階—下拉”模式,時(shí)間偏移剖面背斜發(fā)生下傾扭曲,背斜高點(diǎn)向曲線下傾反方向發(fā)生偏離。

3 應(yīng)用實(shí)例與效果

山地復(fù)雜構(gòu)造主要包括擠壓型鹽相關(guān)背斜、高陡背斜和逆沖斷層下盤背斜3類,其共同特點(diǎn)是地震資料信噪比低、速度陷阱嚴(yán)重、時(shí)間偏移剖面構(gòu)造形態(tài)畸變大,是變速時(shí)深轉(zhuǎn)換研究的重點(diǎn)。下面結(jié)合疊前深度偏移成像,分析時(shí)深轉(zhuǎn)換方法的處理效果。

3.1 L-Va曲線“雙峰”起伏——揭示疊前時(shí)間偏移剖面鹽下層為兩個(gè)假背斜

3.1.1 變速時(shí)深轉(zhuǎn)換

新疆庫(kù)車前陸盆地鹽相關(guān)構(gòu)造特征,縱向上分為三大構(gòu)造層,即鹽上構(gòu)造層、鹽層和鹽下構(gòu)造層[3]。圖4展示了庫(kù)車鹽下XQ2背斜時(shí)間偏移剖面畸變。

XQ2背斜鹽上層為復(fù)式高陡背斜,有2個(gè)次一級(jí)的NQ和BQ小背斜(圖4b);兩翼地層傾角陡傾、直立和局部倒轉(zhuǎn);庫(kù)車組(N2k)為低速層,速度為2500～3500m/s,厚度由兩翼向背斜頂部急劇減薄;蘇維伊組—康村組(E2-3s-N1-2k)為高速層,速度4600～5400m/s,厚度相對(duì)穩(wěn)定;鹽層庫(kù)姆格列木組(E1-2km)速度相對(duì)較高,為3800～4300m/s,其厚度變化大,從翼部的50～200m增加到背斜核部2000～3800m。

圖4 L-Va曲線監(jiān)控庫(kù)車鹽下XQ2背斜時(shí)間偏移剖面畸變a 沿層E1-2km界面L-Va曲線; b 速度模型; c 時(shí)深轉(zhuǎn)換深度剖面

E1-2km界面的L-Va曲線呈“雙峰”,疊前時(shí)間偏移剖面鹽下XQ2背斜形態(tài)與L-Va曲線形態(tài)起伏一致(圖4a、圖4b),表明受速度上拉效應(yīng)的影響,鹽下XQ2背斜形態(tài)已發(fā)生嚴(yán)重畸變,而形成假背斜(圖4b)。經(jīng)變速時(shí)深轉(zhuǎn)換后,深度剖面鹽下XQ2背斜不復(fù)存在,表現(xiàn)為北傾的單斜(圖4c),XQ2井鉆后傾角測(cè)井結(jié)果顯示E1-2km界面為北傾單斜,傾角為3°～4°。

3.1.2 疊前深度偏移

圖5為庫(kù)車鹽下XQ2背斜L-Va曲線及其速度模型和疊前深度偏移成像剖面。以疊前時(shí)間偏移速度模型作為疊前深度偏移初始速度模型,經(jīng)過(guò)不斷迭代,獲得最終疊前深度偏移速度模型(圖5b)。

由公式(1)得到深度域的E1-2km界面L-Va曲線(圖5a),其與時(shí)間域的L-Va曲線形態(tài)(圖4a)基本相同,這是因?yàn)榀B前深度偏移速度模型的基礎(chǔ)是時(shí)深轉(zhuǎn)換速度模型,雖然疊前深度偏移初始速度模型反復(fù)迭代,但只是對(duì)時(shí)深轉(zhuǎn)換速度模型的構(gòu)造形態(tài)進(jìn)行平滑,以及對(duì)層速度進(jìn)行細(xì)分微調(diào),得到適合于疊前深度偏移地震成像最佳的速度模型。因此疊前深度偏移和時(shí)深轉(zhuǎn)換速度模型兩者的結(jié)構(gòu)基本相同,只是前者是深度域表示,后者是時(shí)間域表示,兩者可以互相轉(zhuǎn)換(圖4b、圖5b)。所以,在疊前深度偏移速度模型提取L-Va曲線,也能反映偏移時(shí)間剖面構(gòu)造形態(tài)是否發(fā)生畸變。

對(duì)比時(shí)深轉(zhuǎn)換剖面(圖4c)與疊前深度偏移剖面(圖5c)可以看出,鹽下XQ2背斜形態(tài)也基本相同,說(shuō)明這兩種獲取深度剖面的方法可以相互驗(yàn)證和替代。

圖5 L-Va曲線監(jiān)控庫(kù)車鹽下XQ2背斜疊前深度偏移合理性a 沿層E1-2km界面L-Va曲線; b 速度模型; c 疊前深度偏移剖面

從該實(shí)例可以看出,對(duì)于山地復(fù)雜構(gòu)造時(shí)間偏移剖面,出現(xiàn)某一界面形態(tài)與L-Va曲線起伏形態(tài)相一致,表明這一界面構(gòu)造形態(tài)在時(shí)間域發(fā)生了畸變,在深度剖面上背斜形態(tài)將會(huì)消失。

3.2 L-Va臺(tái)階上升——揭示疊前時(shí)間偏移剖面背斜高點(diǎn)發(fā)生偏離

3.2.1 變速時(shí)深轉(zhuǎn)換

圖6展示了川東FJW潛伏背斜時(shí)間偏移剖面畸變。四川東部YAC地面構(gòu)造為不對(duì)稱高陡背斜(圖6b),緩翼地層傾角20°～35°;陡翼地層傾角為40°～90°,局部直立和倒轉(zhuǎn)。在陡翼,低速層侏羅系—須家河組(J-T3x)厚度從向斜到背斜頂部急劇減薄,直至剝蝕;高速層雷口坡—嘉陵江組(T2l-T1j)地層異常加厚;在時(shí)間偏移剖面上,YAC構(gòu)造陡帶下方為飛仙關(guān)組—二疊系(T1f-P)FJW不對(duì)稱潛伏背斜(圖6b)。

圖6 L-Va曲線監(jiān)控川東FJW潛伏背斜時(shí)間偏移剖面畸變a 沿層P1界面L-Va曲線; b 速度模型; c 時(shí)深轉(zhuǎn)換深度剖面

3.2.2 疊前深度偏移

圖7展示了川東FJW構(gòu)造疊前深度偏移成像。

對(duì)FJW構(gòu)造進(jìn)行疊前深度偏移,提取深度域速度模型(圖7b)P1界面的L-Va曲線(圖7a),其幾何形態(tài)與圖6a基本相同。因此變速時(shí)深轉(zhuǎn)換和疊前深度偏移這兩種方法獲得的地震深度剖面FJW背斜形態(tài)也基本相同(圖6c、圖7c)。

圖7 L-Va監(jiān)控川東FJW構(gòu)造疊前深度偏移剖面合理性a 沿層P1界面L-Va曲線; b 速度模型; c 疊前深度偏移剖面

以上2個(gè)實(shí)例的分析說(shuō)明,為了加快勘探節(jié)奏、及時(shí)部署探井,在油田采用變速時(shí)深轉(zhuǎn)換方法代替疊前深度偏移方法,獲取地震深度剖面是可行的,可以取得事半功倍的效果。

3.3 L-Va臺(tái)階下降——揭示疊前時(shí)間偏移剖面斷層下盤為假背斜

圖8 L-Va曲線監(jiān)控吐哈HYS背斜疊前時(shí)間偏移剖面畸變a 沿層J界面L-Va曲線; b 速度模型; c 時(shí)深轉(zhuǎn)換深度剖面

3.4 成功預(yù)測(cè)KS1構(gòu)造存在高速礫巖層速度陷阱,有效校正其對(duì)鹽下構(gòu)造的影響

庫(kù)車坳陷發(fā)育了大小不等的洪積扇(圖9),由扇根向扇中、扇端方向,礫石由粗變細(xì),泥質(zhì)含量由少變多,故速度由高降低[21]。在鉆井過(guò)程中,時(shí)常鉆遇庫(kù)車組(N1-2k)和康村組(N1k)巨厚高速礫石層,其速度為4800～5800m/s;圍巖速度偏低,為3500～4500m/s,速度差最大可達(dá)2300m/s。上覆高速礫巖層在時(shí)間剖面上產(chǎn)生強(qiáng)烈的速度上拉效應(yīng),對(duì)下伏構(gòu)造形態(tài)影響很大,形成假背斜。因此,在庫(kù)車油氣勘探開(kāi)發(fā)中,地震勘探成果能否提前預(yù)測(cè)高速礫石層分布及其下伏背斜構(gòu)造是否存在很重要。L-Va曲線在KS1井風(fēng)險(xiǎn)探井部署中的應(yīng)用,就是典型的成功案例。

圖9 庫(kù)車KS1-KS2井區(qū)地面洪積扇

圖10、圖11分別展示了庫(kù)車鹽下KS1-KS2背斜時(shí)間偏移剖面畸變。KS2背斜KS2井獲得油氣勘探重大發(fā)現(xiàn)后,為了查清氣田規(guī)模,進(jìn)行了三維地震勘探,在KS1背斜部署風(fēng)險(xiǎn)探井KS1井。因KS2井鉆遇扇端砂泥巖低速層,若按KS2井VSP層速度結(jié)構(gòu),引入到15km以外的KS1背斜,則KS1-KS2井段的E1-2km界面的L-Va曲線呈水平直線(圖10a),揭示了時(shí)間偏移剖面KS1背斜E1-2km界面構(gòu)造形態(tài)未發(fā)生畸變(圖10b),變速時(shí)深轉(zhuǎn)換后,深度剖面與時(shí)間偏移剖面背斜形態(tài)和高點(diǎn)位置一致(圖10c)。但是,依據(jù)重、磁、電、震物探資料和沉積相分析[21,24],KS1構(gòu)造位于克拉蘇河扇根,發(fā)育致密高速礫石層(圖9、圖11b),則在KS1井處E1-2km界面的L-Va曲線呈“波峰”,揭示在時(shí)間偏移剖面上KS1構(gòu)造存在嚴(yán)重速度上拉效應(yīng),背斜幅度被夸大。在時(shí)間偏移剖面上,KS1井鹽下E1-2km底界時(shí)間比KS2井處淺390ms(圖11b);變速時(shí)深轉(zhuǎn)換后,在深度剖面上KS1井比KS2井深315m(圖11c)。KS1井在實(shí)鉆中,E1-2km底界實(shí)鉆深度與地震預(yù)測(cè)深度相吻合,井-震深度符合率小于0.98%,其精度高于規(guī)程要求。

圖10 L-Va曲線監(jiān)控庫(kù)車鹽下KS1-KS2背斜時(shí)間偏移剖面畸變(Ⅰ)a 沿層E1-2km界面L-Va曲線; b 速度模型; c 時(shí)深轉(zhuǎn)換深度剖面

圖11 L-Va曲線監(jiān)控庫(kù)車鹽下KS1-KS2背斜時(shí)間偏移剖面畸變(Ⅱ)a 沿層E1-2km界面L-Va曲線; b 速度模型; c 時(shí)深轉(zhuǎn)換深度剖面

KS1井實(shí)鉆巨厚礫石層(厚度為1005m)。KS1井地震成功預(yù)測(cè)后,順利鉆達(dá)目的層,獲得高產(chǎn)油氣流,查清了KS1背斜與KS2背斜之間的接觸關(guān)系,發(fā)現(xiàn)KS1-KS2為整裝背斜氣田。

可以看出,應(yīng)用L-Va曲線揭示時(shí)間偏移剖面構(gòu)造形態(tài)是否發(fā)生畸變及其畸變大小,弄清地層巖性及層速度橫向變化十分重要。

本文中7種典型的L-Va曲線模式(圖4),可根據(jù)各油田的勘探情況,進(jìn)行補(bǔ)充和發(fā)展[24]。綜上所述,由于上覆高速層或低速層異常增厚或減薄,造成速度上拉或下凹效應(yīng),在時(shí)間偏移剖面上表現(xiàn)為下伏地層構(gòu)造形態(tài)發(fā)生畸變和高點(diǎn)發(fā)生漂移。定性和定量判斷高點(diǎn)漂離方向和距離是有規(guī)律可循的,一般L-Va曲線上升坡度和長(zhǎng)度增加,時(shí)間偏移剖面背斜高點(diǎn)向速度增大方向移動(dòng)距離增大,而深度剖面上背斜高點(diǎn)向速度降低方向移動(dòng)距離增大。

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

1) L-Va曲線能夠有效地監(jiān)控地震時(shí)間偏移剖面中目標(biāo)層是否發(fā)生構(gòu)造畸變現(xiàn)象和畸變大小。在監(jiān)控過(guò)程中,需要結(jié)合區(qū)域地質(zhì)背景、構(gòu)造特征和速度模型的合理性,綜合考慮。

2) 疊前深度偏移應(yīng)用L-Va曲線,需要參照時(shí)間偏移構(gòu)造形態(tài),分析疊前深度偏移剖面構(gòu)造形態(tài)的合理性。

3) 因疊前深度偏移處理周期長(zhǎng),要求資料信噪比高,難以滿足低信噪比資料油氣勘探需求,這也是現(xiàn)在和未來(lái),變速時(shí)深轉(zhuǎn)換方法仍然是中國(guó)西部油田勘探獲得深度剖面的重要方法之一,可代替疊前深度偏移方法,以滿足油田勘探需求。