沉積相帶控制下提高井震標(biāo)定精度的綜合方法

石小茜,周俊峰,雷 明,謝俊法

(中國石油勘探開發(fā)研究院西北分院,甘肅蘭州730020)

在地震-地質(zhì)一體化綜合研究中,井震標(biāo)定所確定時深關(guān)系的準(zhǔn)確與否,對構(gòu)造研究、儲層空間展布預(yù)測、儲層流體空間變化分析、開發(fā)方案設(shè)計及井位調(diào)整部署等都具有重要影響[1-3]。目前,建立深度域測井和地質(zhì)類等資料與時間域地震資料的時深關(guān)系的主要途徑包括地震資料處理時所建立的速度函數(shù)、VSP測井資料以及合成地震記錄的井震標(biāo)定。其中,通過制作合成地震記錄進行井震標(biāo)定來確定時深關(guān)系是目前研究中最常用的方法[4]。為提高時深標(biāo)定的準(zhǔn)確性與合理性,有研究者將分塊多項式曲面擬合所得到的三維速度場應(yīng)用于地震層位標(biāo)定,為缺乏VSP測井資料地區(qū)提供了較為準(zhǔn)確的時深關(guān)系[5];羅玢等[6]利用零偏VSP偏移距校正方法對提高時深關(guān)系的精度進行了研究;肖毅等[7]通過對制作合成地震記錄所用的聲波時差和密度測井曲線的環(huán)境影響因素校正,來判斷時深關(guān)系的可靠程度;邊立恩等[8]采用時深映射方法對傾斜地層的時深關(guān)系進行了分析;楊海長等[4]在分析地震子波與極性及時深關(guān)系的基礎(chǔ)上,論述了地震剖面極性對層位標(biāo)定的影響。

以上研究利用不同類型的資料、從不同的出發(fā)點對建立準(zhǔn)確合理的時深關(guān)系進行了探討,但仍然存在一定不足,主要表現(xiàn)在:①未充分考慮不同沉積相帶對時深關(guān)系的影響,某一勘探目的層段通?？赡馨鄠€沉積時期的地層,其沉積相類型可能存在差異,不同沉積相帶具有不同的沉積環(huán)境和沉積物特性,也就可能具有不同的地層速度,因此可能存在不同的時深關(guān)系;②未充分考慮井與井之間時深關(guān)系的變化,如果僅采用單口井或者少數(shù)幾口井的時深關(guān)系來指導(dǎo)整個研究區(qū)的井震標(biāo)定,可能會出現(xiàn)較大的誤差或多解性;③僅通過對比聲波時差和密度測井曲線制作的合成地震記錄與井旁地震道的相關(guān)性,將其對比后的相關(guān)系數(shù)作為井震標(biāo)定準(zhǔn)確性的依據(jù)存在較大不確定性。為此,本文擬通過對影響井震時深關(guān)系標(biāo)定準(zhǔn)確性因素的分析,建立一套適用于碎屑巖沉積地層的檢驗時深關(guān)系標(biāo)定可靠性與合理性的方法,以期提高井震標(biāo)定的精度,并為后續(xù)相關(guān)研究與生產(chǎn)提供支撐。

1 井震標(biāo)定的主要影響因素分析

準(zhǔn)確的時深關(guān)系是聯(lián)系深度域地質(zhì)、鉆井、測井等信息與時間域地震地球物理信息的橋梁,做好合成地震記錄的層位標(biāo)定工作是地質(zhì)評價工作中極為重要的環(huán)節(jié)[9-10]。目前最常采用的時深關(guān)系建立方法是利用聲波時差和密度測井曲線制作合成地震記錄,通過合成地震記錄與井旁地震道的相關(guān)性分析來實現(xiàn)對該井的時深標(biāo)定,其次是利用研究區(qū)某一口井VSP資料所提供的時深關(guān)系進行層位標(biāo)定。這些方法簡單易用,且具有較高的精度而被廣泛采用[6-7]。然而,地震資料處理中速度分析表明,地層的平均速度無論是在剖面上還是在平面上均存在變化,同時地質(zhì)綜合研究也表明,不同沉積相帶的地震速度存在差異。因此,僅將工區(qū)某一口井或者幾口井的標(biāo)定結(jié)果作為整個研究區(qū)的時深標(biāo)定依據(jù),可能會帶來較嚴(yán)重的多解性,甚至錯誤認(rèn)識。

1.1 單純以相關(guān)系數(shù)作為標(biāo)定準(zhǔn)確性依據(jù)的影響

沉積地層普遍具有旋回性,而多期次旋回地層在地震剖面上的響應(yīng)就是包含波峰和波谷的多組地震反射波的周期性出現(xiàn),或者說地震剖面上周期性出現(xiàn)的波峰和波谷組合與具有旋回性沉積的地層相對應(yīng)。因此,在建立時深關(guān)系時,地質(zhì)層位與地震剖面上的哪一個波組或者哪一個波組中的哪個位置相對應(yīng),則需要認(rèn)真分析。在實際生產(chǎn)中,如果僅根據(jù)合成地震記錄與井旁地震道的相關(guān)系數(shù)來判斷井震時深關(guān)系標(biāo)定得準(zhǔn)確與否,勢必存在較大的多解性。

圖1 用相關(guān)系數(shù)衡量標(biāo)定結(jié)果的效果分析

1.2 井間地層沉積特征變化的影響

地層的沉積作用、成巖作用、構(gòu)造作用、重力滑塌以及地層內(nèi)的流體等均可對地震反射同相軸造成影響,甚至可以改變或形成新的且具有波阻抗差的地層界面[11]。以上因素可能導(dǎo)致地震反射同相軸波峰與波谷間的轉(zhuǎn)換、地震同相軸的錯斷,這是地震層位解釋過程中出現(xiàn)人為解釋斷層的主要原因之一。但是,地震反射同相軸只有與原始地層沉積界面相對應(yīng)時才具有等時沉積地層的意義,在地震層位追蹤和解釋過程中需要識別并排除此類地震反射特征的影響,否則可能會導(dǎo)致對年代地層框架的錯誤認(rèn)識,這是層序地層學(xué)指導(dǎo)地震層位追蹤解釋和研究的基礎(chǔ)[12-13]。

例如,在圖2所示的地震剖面中,自L466線至L440線,T5反射層整體呈連續(xù)的波峰特征。但在L440線至L405線之間,T5反射層出現(xiàn)較為頻繁的波峰—波谷變換,且在T3和T5反射層之間,T5之上地震波組的關(guān)系整體呈現(xiàn)湖盆萎縮、地層進積超覆的沉積特征。在井震時深關(guān)系標(biāo)定時,若忽視地層沉積等作用對地震反射同相軸的影響,在W25井和W35井間可能會產(chǎn)生對地層等時性分析的錯誤認(rèn)識。

圖2 地層沉積等作用對地震同相軸的影響

1.3 沉積相帶變化的影響

v1=1566e0.0002d(R2=0.9110)

(1)

v2=2194e0.0004d(R2=0.9980)

(2)

表層不同沉積相帶地層埋藏深度與平均速度

分析表明,同一沉積時期、相同沉積相帶內(nèi)某一地層層面的平均速度具有統(tǒng)一變化規(guī)律。此外,不同沉積相帶,雖然其沉積時期相同,但因地層巖性等方面的差異,導(dǎo)致平均速度與地層埋藏深度的關(guān)系存在差異,亦即沉積相帶對地層平均速度的變化具有控制作用。由此可以看出,當(dāng)某研究區(qū)發(fā)育兩個或兩個以上沉積相類型時,某一地層層面處的平均速度與地層埋藏深度的關(guān)系可能因沉積相帶的不同而存在差異,此時在井震時深關(guān)系標(biāo)定過程中,應(yīng)考慮沉積相帶對平均速度的影響,否則將會影響層位標(biāo)定、構(gòu)造分析、油藏評價等研究的準(zhǔn)確性。

2 井震標(biāo)定結(jié)果檢查方法探討

基于上文分析可以得出,在建立地震、測井的時間-深度關(guān)系時,如果過多地依賴合成地震記錄與井旁地震道的相關(guān)系數(shù),甚至將其作為井震標(biāo)定合理性與準(zhǔn)確性的依據(jù),而忽略井震標(biāo)定時地層沉積等作用對地震反射同相軸的影響,均可能導(dǎo)致對年代地層框架的錯誤認(rèn)識。為此,本文基于對工區(qū)參與標(biāo)定的每口井的井震標(biāo)定時深關(guān)系綜合分析、聯(lián)井地震剖面對比以及與VSP資料對比等綜合分析,構(gòu)建了能夠有效提高井震時深關(guān)系標(biāo)定合理性與準(zhǔn)確性的方法,以期提高井震標(biāo)定精度。

2.1 參與標(biāo)定井時深關(guān)系綜合分析法

在地震資料處理的速度建模環(huán)節(jié)中經(jīng)常出現(xiàn)一種情況,即在研究區(qū)所建立的疊前時間偏移速度的平面圖和剖面圖中,疊前時間偏移速度沿某一地層界面呈某一恒定值或有微弱的波動,并隨著地層埋藏深度增加呈規(guī)律性地增大,有時由于地層沉積或構(gòu)造因素的影響,該波動的變化值略微增大。對比疊前時間偏移速度圖與沉積相平面圖可以發(fā)現(xiàn),沿地層界面的疊前時間偏移速度,其為恒定值或有微弱波動的區(qū)域,通常與某一沉積相類型相對應(yīng)。而疊前時間偏移速度出現(xiàn)變化的位置,往往與兩種沉積相類型相變處相對應(yīng)。由此可以得出,相同地層埋藏深度、相同沉積相帶應(yīng)具有相同或相近的層速度;同一沉積時期,相同巖性通常具有相同或相近的層速度;相同沉積相帶的層速度,隨著地層埋藏深度的增加而呈現(xiàn)規(guī)律性地增大。

因此,本文認(rèn)為在建立地震與測井的時間-深度關(guān)系時,可以依據(jù)相同沉積相帶層速度具有統(tǒng)一變化規(guī)律這一認(rèn)識對井震標(biāo)定的準(zhǔn)確性進行檢查。本文選定的某研究區(qū)按構(gòu)造特征可劃分為緩坡帶和陡坡帶,目的層下白堊統(tǒng)騰格爾組二段主要發(fā)育緩坡帶的扇三角洲和陡坡帶的近岸水下扇沉積。扇三角洲相主要發(fā)育淺灰色砂巖、砂礫巖與灰綠色泥質(zhì)粉砂巖及灰綠、深灰色泥巖不等厚互層;近岸水下扇相主要發(fā)育深灰、灰黑色火山角礫巖、凝灰?guī)r及紫紅、深灰、灰黑色玄武巖、玄武安山巖、安山巖等,以雜亂沉積為主,巖性在縱向和平面上的變化均較大,非均質(zhì)性嚴(yán)重,但平面分布范圍有限。鉆井結(jié)果表明,鉆穿目的層的井共有63口探井,其中扇三角洲相50口井,近岸水下扇相13口井。由63口探井騰格爾組二段頂面對應(yīng)T3地震反射層井震標(biāo)定后的時間-深度關(guān)系圖(圖3a)可以看出,其相關(guān)系數(shù)為0.8822。針對這兩種沉積相帶,分別對扇三角洲相50口井和近岸水下扇相13口井的時間-深度關(guān)系進行統(tǒng)計后發(fā)現(xiàn)(圖3b和圖3c),其相關(guān)系數(shù)分別為0.9592和0.8869,指示扇三角洲沉積相帶平均速度變化的規(guī)律性優(yōu)于近岸水下扇沉積相帶;雖然同為騰格爾組二段地層,但由分別統(tǒng)計的扇三角洲相和近岸水下扇相的時間-深度關(guān)系看,其指數(shù)關(guān)系式中的各種系數(shù)存在一定差異,說明不同沉積相帶的時間-深度關(guān)系不同,或者說單一沉積相帶對應(yīng)一定的速度關(guān)系。

圖3 某研究區(qū)井震標(biāo)定時間-深度關(guān)系

基于上述分析可以看出,對某研究區(qū)參與井震標(biāo)定的所有井按地質(zhì)層段進行時間和深度關(guān)系統(tǒng)計,可對某沉積相帶的層速度變化規(guī)律進行分析,即通過速度變化關(guān)系的分析,對井震標(biāo)定的結(jié)果進行檢查。圖3 的分析結(jié)果表明,無論是扇三角洲還是近岸水下扇沉積環(huán)境,某一地質(zhì)層段的層速度均分別遵循相應(yīng)的速度變化規(guī)律,如果某口井的標(biāo)定結(jié)果偏離了這一變化規(guī)律,那么有可能是由于以下原因所致:其一是地質(zhì)分層可能存在錯誤;其二是標(biāo)定時地質(zhì)分層所對應(yīng)的地震同相軸位置可能存在錯誤;其三則可能是沉積相類型差異導(dǎo)致標(biāo)定結(jié)果偏離研究區(qū)的速度變化規(guī)律。如果井震標(biāo)定后時間-深度的數(shù)據(jù)點位于所統(tǒng)計的平均速度變化規(guī)律曲線(圖3中的藍(lán)色曲線)的上方,則說明在地質(zhì)分層方面所確定的地質(zhì)層位的深度可能偏小,此時應(yīng)進行層序地層的對比檢查;或者也可能是在地震剖面上地質(zhì)層位所對應(yīng)的地震反射時間偏大,此時應(yīng)通過地震波組的關(guān)系或聯(lián)井地震剖面分析來進行檢查;若地層劃分結(jié)果和地質(zhì)層位所對應(yīng)的地震反射時間均顯示正確,那么此時應(yīng)檢查是否是由于地層巖性或沉積相類型的不同所致。若井震標(biāo)定后時間-深度的數(shù)據(jù)點位于所統(tǒng)計的平均速度變化規(guī)律曲線的下方,同樣可以采用上述方法進行分析,只是此時存在的可能原因是地質(zhì)分層深度偏大或地質(zhì)層位所對應(yīng)的地震反射時間偏小而已。

2.2 聯(lián)井對比分析法

地層的層面通常具有連續(xù)展布特征并可以追蹤識別,其次,地層層面上下的地層不僅存在地質(zhì)時代的差異,而且可能存在巖性的差異[14]。

對于地震反射同相軸而言,如果不考慮沉積作用、成巖作用、構(gòu)造作用和流體作用等可能產(chǎn)生的非原始沉積成因的地震反射,那么總體上可以認(rèn)為地震反射同相軸與地層的沉積界面,或者說與上下地層巖性存在區(qū)別的地層界面相對應(yīng)[11]。由于地層層面分布的連續(xù)性,與之相對應(yīng)的地震反射同相軸通常也具有平面上連續(xù)分布的特性,以及地震資料解釋過程中的可連續(xù)追蹤性。地震反射同相軸具有連續(xù)、亞連續(xù)、弱連續(xù)和不連續(xù)等形態(tài)特征。

基于上述認(rèn)識,在利用井震標(biāo)定建立時間域的地震資料與深度域的鉆井、測井等資料的時間-深度關(guān)系時,利用聯(lián)井地震剖面可以對參與井震標(biāo)定的每口井標(biāo)定結(jié)果的合理性進行檢查和分析。

圖4顯示了某研究區(qū)井震標(biāo)定后利用聯(lián)井地震剖面對標(biāo)定結(jié)果合理性與準(zhǔn)確性進行檢查分析的結(jié)果?？梢钥闯?T3以及T5～T11各反射層均對應(yīng)波峰位置,地震反射同相軸普遍呈連續(xù)或弱連續(xù)、全區(qū)可連續(xù)對比追蹤的變化特征。

圖4 過W11井-W12井-W13井-W14井-W15井-W16井-W17井連井地震剖面

如果某一口井地質(zhì)分層或地質(zhì)層位對應(yīng)井點處的地震剖面上的時間存在錯誤,或者兩口井之間(井點之外區(qū)域)進行地震層位追蹤解釋時存在矛盾,那么在聯(lián)井地震剖面上必定會存在相應(yīng)的顯示。因此,根據(jù)聯(lián)井地震剖面上地質(zhì)分層在地震剖面上所對應(yīng)的時間位置,以及整個聯(lián)井剖面上地震波組的橫向變化的合理性,可對井震時-深關(guān)系標(biāo)定結(jié)果的合理性與準(zhǔn)確性再進行檢查和分析。

2.3 VSP測井資料分析法

VSP測井資料能夠提供準(zhǔn)確的速度參數(shù)、時間-深度關(guān)系參數(shù)、鉆井井眼周圍的構(gòu)造和巖性以及儲層的變化特征等,為利用地面地震反射信息進行層位精細(xì)標(biāo)定及構(gòu)造解釋、儲層反演和油藏評價與分析等提供可靠的資料依據(jù)。VSP時深關(guān)系數(shù)據(jù)就是在井眼的某一深度處接收地表震源所激發(fā)的地震波到達(dá)的時間而得到深度和時間的對應(yīng)關(guān)系[15-16]。VSP測井方法與常規(guī)地面地震勘探的地震波在地層中的速度傳播規(guī)律相一致,都是通過地震波在地層中的傳播特征來間接獲取地下信息,但是VSP數(shù)據(jù)是在井下接收,受近地表影響小,且包括深度信息,因此VSP測井資料所提供的準(zhǔn)確時深關(guān)系數(shù)據(jù)是井震標(biāo)定時的重要依據(jù)。如果不考慮地震資料采集時大偏移距和AVO效應(yīng)的影響,通過井震標(biāo)定所確定的時深關(guān)系與VSP測井所提供的時深關(guān)系應(yīng)該是一致的[1,17]。因此,利用研究區(qū)中某一口VSP測井的資料,可指導(dǎo)研究區(qū)的井震標(biāo)定工作,顯然,利用VSP測井資料也同樣可以對研究區(qū)其它井的井震標(biāo)定結(jié)果的準(zhǔn)確性進行檢驗,同時還可以檢驗利用地震剖面進行構(gòu)造、巖性以及儲層變化等方面分析結(jié)果的準(zhǔn)確性與合理性。

圖5對比了某研究區(qū)某口井的井震標(biāo)定結(jié)果與VSP時深關(guān)系,圖中紅色實線為VSP時深關(guān)系曲線,藍(lán)色虛線為某口井的井震標(biāo)定結(jié)果。可以看出兩條曲線的相關(guān)性較好,相關(guān)系數(shù)為0.93,說明通過井震標(biāo)定所建立的時深關(guān)系準(zhǔn)確可靠,所建立的深度域井資料與時間域地震剖面上波組的對應(yīng)關(guān)系準(zhǔn)確可靠,這一標(biāo)定結(jié)果可以指導(dǎo)研究區(qū)的構(gòu)造研究與儲層分析等工作。

圖5 某研究區(qū)某口井井震標(biāo)定結(jié)果與VSP時深關(guān)系對比

針對本文提出的通過對井震標(biāo)定所建立的時間-深度關(guān)系的分析,可以檢驗井震標(biāo)定結(jié)果的準(zhǔn)確性與合理性,同時該分析方法經(jīng)延拓后也可以用于地層對比工作。如我國西部某油田有探井和開發(fā)井千余口,在開展地層對比研究工作時,可考慮參照以下技術(shù)流程:首先將鉆遇目的層段齊全、測井曲線質(zhì)量良好的井作為骨干井,通過井震標(biāo)定建立研究區(qū)的時間-深度關(guān)系;利用區(qū)域地震層位追蹤解釋結(jié)果,在地震剖面上讀取某待對比井某層位的時間值,利用所建立的時間-深度關(guān)系計算(預(yù)測)出某待對比井某層位的深度;在地層對比剖面上,在計算的某層位的深度附近,按照所確定的地層劃分與對比原則,分析出某層位在地層對比剖面上的準(zhǔn)確深度,從而實現(xiàn)地層的快速對比。

3 結(jié)論與討論

為提高井震標(biāo)定的準(zhǔn)確性與合理性,本文研究結(jié)合實際工作,針對沉積特征相對平穩(wěn),且全套層系存在速度變化較少發(fā)生的碎屑巖沉積地層,總結(jié)了一套集成利用包括沉積相帶控制下的速度分析、聯(lián)井地震剖面對比以及VSP的速度關(guān)系分析等3種檢驗方法的綜合方法。

1) 如果研究區(qū)發(fā)育兩個或兩個以上沉積相類型,在檢驗其井震標(biāo)定結(jié)果準(zhǔn)確性時應(yīng)按沉積相帶分別進行。

2) 某反射層所有井的時深關(guān)系分析、聯(lián)井地震剖面上井震標(biāo)定結(jié)果對比、標(biāo)定后的時深關(guān)系與VSP測井時深關(guān)系的對比這3種方法,既可單獨也可聯(lián)合用于檢驗井震標(biāo)定結(jié)果的準(zhǔn)確性與合理性。

3) 本文方法基于區(qū)域沉積特征相對平穩(wěn)的碎屑巖沉積地層,對于發(fā)育火成巖或煤系地層等的地層,則有待繼續(xù)探討。