2. 中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司西南物探分公司, 四川成都 610213
2. Southwest Geophysical Exploration Branch of BGP, CNPC, Chengdu 610213, China
在山地复杂构造勘探中, 因地层横向速度变化大, 下伏地层受上覆地层构造形态和层速度结构的双重影响, 形成上覆地层“速度上拉效应”或“速度下拉效应”的速度陷阱, 从而在时间偏移剖面上发生畸变而形成假构造, 不能真实地反映构造形态, 甚至与地下实际构造形态迥异, 因此需在深度剖面中进行校正[1-7]。获取地震深度剖面的方法主要有叠前深度偏移方法和变速时深转换方法, 叠前深度偏移方法所用时间是变速时深转换方法所用时间的5~10倍。
在地震资料信噪比高的勘探区域(海洋、滩涂、平原及浅丘等), 采用叠前深度偏移方法获得的叠前深度偏移剖面能可靠地反映地下实际构造形态[8-13]。但在地震资料信噪比低的复杂构造区(逆冲断褶带、石灰岩、火成岩及变质岩出露区等), 地震成像质量普遍差, 且叠前深度偏移处理周期长, 难以及时满足油田勘探开发的需求, 所以变速时深转换方法仍然是山地复杂构造油气勘探开发中常用的方法[14-20]。
无论资料信噪比高低, 生产处理流程都要依次进行叠后时间偏移、叠前时间偏移及叠前深度偏移处理, 前者为后者提供初始偏移速度模型和偏移成像质量的“参照物”。由变速时深转换和叠前深度偏移获得的地震深度剖面, 能否校正时间偏移剖面上构造形态畸变现象, 能否反映地下真实构造形态, 完全依赖于经验进行判断, 其可信度较低。采用沿层L-Va曲线, 能有效监控时间偏移剖面构造畸变, 判别深度剖面构造形态的合理性及可靠性, 提高构造圈闭落实精度, 该方法特别适用于低信噪比的山地复杂构造勘探的资料处理。
1 方法介绍通过建立构造+层速度模型, 得到沿层L-Va曲线, 观察L-Va曲线形态及趋势, 可监控时间偏移剖面上构造是否发生畸变及其畸变类型, 方法的实现过程如图 1所示。
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图 1 L-Va曲线监控和校正地震剖面构造畸变流程 |
1) 建立构造模型。以构造运动学和几何学理论为指导, 以地震解释剖面为基础, 综合应用研究区内构造地质、地面露头、钻井及倾角测井资料等, 建立符合地质规律的构造模型[16, 21]。
2) 建立层速度模型。根椐地层结构、地震测井、声波测井及岩石密度, 结合油气田勘探目的层, 确定层速度[22]。
3) 构建构造+速度模型。将层速度充填到构造模型中, 即将构造模型和层速度模型融合在一起, 合并成构造+层速度模型, 下文简称速度模型。
1.2 沿层拾取加权平均速度应用公式(1)或公式(2), 按一定的采样间隔, 在铅垂方向上沿层拾取加权平均速度, 得到沿层L-Va曲线(图 2、图 3)。
| $ {\bar v_{{\rm{L}} - {\rm{Va}}}} = \frac{{\sum\limits_{i = 1}^n {\left( {{v_i}{h_i}} \right)} }}{{\sum\limits_{i = 1}^n {{h_i}} }}\left( 深度域速度模型 \right) $ | (1) |
| $ {\bar v_{{\rm{L}} - {\rm{Va}}}} = \frac{{\sum\limits_{i = 1}^n {\left( {{v_i}{t_i}} \right)} }}{{\sum\limits_{i = 1}^n {{t_i}} }}\left( 时间域速度模型 \right) $ | (2) |
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图 2 L-Va曲线监控时间偏移剖面畸变(Ⅰ) a, b, c 沿层L-Va曲线; d, e, f 速度模型; g, h, i 偏移时间剖面 |
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图 3 典型L-Va曲线形态 a 水平; b 单边上升; c 单边下升; d 下凹; e 上凸; f 台阶上升; g 台阶下降 |
式中: v为速度; h为深度; t为时间; i=1, 2, …, n, 其中n=S/Δs, S为剖面长度, Δs为采样间隔。
1.3 分析L-Va曲线形态L-Va曲线形态变化主要受两个因素控制, 一是构造几何形态纵横向变化, 二是低速层和高速层的厚度变化。L-Va曲线的几何形态反映了目标层加权平均速度的横向变化程度, 也反映了偏移时间剖面构造形态畸变大小及其畸变类型(图 2)。
1) L-Va曲线呈水平直线, 表明时间剖面构造未发生畸变。
背斜界面L(图 2d), L-Va曲线呈水平直线, 表明速度横向变化为恒速(图 2a), 没有速度上拉(或下拉)效应, 时间偏移剖面上构造形态未发生变化(图 2g)。
2) L-Va呈曲线, 表明时间剖面构造已发生畸变。
图 2e中水平界面L, 其L-Va曲线某一段速度增大, 曲线上凸(图 2b), 产生速度上拉效应, 传播时间缩短, 在时间剖面上形成“背斜型假构造”(图 2h)。反之, L-Va曲线在某一段速度减小, 曲线下凹(图 2c), 产生速度下拉效应, 水平界面L在时间剖面上形成“向斜型假构造”(图 2i)。通过这3个简单L-Va曲线几何形态描述, 说明了上覆地层构造形态和层速度结构不同, 会导致下伏构造形态在时间偏移剖面上发生不同类型的构造畸变现象。
1.4 采用变速时深转换和叠前深度偏移方法校正采用变速时深转换方法进行校正分为两步[1]: ①在时间域归位, 在水平叠加时间剖面上建立速度模型, 对水平叠加剖面上的构造畸变现象(回转波、绕射波、断面波及倾斜反射波), 采用叠后时间偏移或叠前时间偏移进行归位; ②在深度域归位, 在时间偏移剖面上建立速度模型, 采用公式(3)进行变速时深转换, 将时间偏移剖面转换为深度剖面, 对时间偏移剖面构造畸变现象进行深度域校正, 并参考L-Va曲线模式, 分析深度剖面构造形态的合理性。
| $ {h_i} = \frac{1}{2}\sum\limits_{i = 1}^n {\left( {{v_i}{t_i}} \right)} $ | (3) |
叠前深度偏移通过深度域速度模型反复迭代, 使其地震成像达到最佳状态, 直接输出深度剖面, 对时间偏移剖面构造形态畸变进行校正。
2 建立典型L-Va曲线模式依据山地复杂构造特征和油气勘探实例[22-23], 建立典型速度模型。通过调节水平界面L上方地层的构造几何形态、层速度结构和大小, 其L-Va曲线形态会发生不同的变化, 揭示了不同的速度陷阱类型(图 3)。分析L-Va的形态、对称性及变化梯度, 可以判定实际时间偏移剖面中构造形态是否发生畸变、畸变大小及背斜高点偏离方向。
2.1 目标层的上覆地层为单斜层1) 水平L-Va直线(图 3a), 说明无速度陷阱, 时间偏移剖面背斜形态未发生畸变, 与深度剖面背斜形态一致。
2) 单边上升L-Va曲线(从左到右观察, 下同, 图 3b), 速度陷阱为“单边—上拉”模式, 时间偏移剖面背斜向上发生倾斜, 背斜高点向L-Va曲线上倾方向发生偏离。
3) 单边下降L-Va曲线(图 3c), 速度陷阱为“单边—下拉”模式, 时间偏移剖面背斜向下发生倾斜, 背斜高点向L-Va曲线下倾反方向发生偏离。
2.2 目标层的上覆地层为向斜和背斜地层1) 下凹L-Va曲线(图 3d), 速度陷阱为“向斜—下拉”模式, 时间偏移剖面背斜形态隆起幅度降低或形成假向斜。
2) 上凸L-Va曲线(图 3e), 速度陷阱为“背斜—上拉”模式, 时间偏移剖面背斜形态隆起幅度增大或形成假背斜。
当上凸L-Va曲线和下凹L-Va曲线为不对称形态, 揭示了时间偏移剖面的背斜高点和向斜低点将会发生偏离。
2.3 目标层的上覆地层为倒转背斜地层和逆掩断层1) 台阶上升L-Va曲线(图 3f), 速度陷阱单边“台阶—上拉”模式, 时间偏移剖面背斜发生上倾扭曲, 背斜高点向L-Va曲线上倾方向发生偏离。
2) 台阶下降L-Va曲线(图 3g), 速度陷阱“台阶—下拉”模式, 时间偏移剖面背斜发生下倾扭曲, 背斜高点向曲线下倾反方向发生偏离。
3 应用实例与效果山地复杂构造主要包括挤压型盐相关背斜、高陡背斜和逆冲断层下盘背斜3类, 其共同特点是地震资料信噪比低、速度陷阱严重、时间偏移剖面构造形态畸变大, 是变速时深转换研究的重点。下面结合叠前深度偏移成像, 分析时深转换方法的处理效果。
3.1 L-Va曲线“双峰”起伏——揭示叠前时间偏移剖面盐下层为两个假背斜 3.1.1 变速时深转换新疆库车前陆盆地盐相关构造特征, 纵向上分为三大构造层, 即盐上构造层、盐层和盐下构造层[3]。图 4展示了库车盐下XQ2背斜时间偏移剖面畸变。
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图 4 L-Va曲线监控库车盐下XQ2背斜时间偏移剖面畸变 a 沿层E1-2km界面L-Va曲线; b 速度模型; c 时深转换深度剖面 |
XQ2背斜盐上层为复式高陡背斜, 有2个次一级的NQ和BQ小背斜(图 4b); 两翼地层倾角陡倾、直立和局部倒转; 库车组(N2k)为低速层, 速度为2 500~3 500 m/s, 厚度由两翼向背斜顶部急剧减薄; 苏维伊组—康村组(E2-3 s-N1-2 k)为高速层, 速度4 600~5 400 m/s, 厚度相对稳定; 盐层库姆格列木组(E1-2km)速度相对较高, 为3 800~4 300 m/s, 其厚度变化大, 从翼部的50~200 m增加到背斜核部2 000~3 800 m。
E1-2km界面的L-Va曲线呈“双峰”, 叠前时间偏移剖面盐下XQ2背斜形态与L-Va曲线形态起伏一致(图 4a、图 4b), 表明受速度上拉效应的影响, 盐下XQ2背斜形态已发生严重畸变, 而形成假背斜(图 4b)。经变速时深转换后, 深度剖面盐下XQ2背斜不复存在, 表现为北倾的单斜(图 4c), XQ2井钻后倾角测井结果显示E1-2km界面为北倾单斜, 倾角为3°~4°。
3.1.2 叠前深度偏移图 5为库车盐下XQ2背斜L-Va曲线及其速度模型和叠前深度偏移成像剖面。以叠前时间偏移速度模型作为叠前深度偏移初始速度模型, 经过不断迭代, 获得最终叠前深度偏移速度模型(图 5b)。
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图 5 L-Va曲线监控库车盐下XQ2背斜叠前深度偏移合理性 a 沿层E1-2km界面L-Va曲线; b 速度模型; c 叠前深度偏移剖面 |
由公式(1)得到深度域的E1-2 km界面L-Va曲线(图 5a), 其与时间域的L-Va曲线形态(图 4a)基本相同, 这是因为叠前深度偏移速度模型的基础是时深转换速度模型, 虽然叠前深度偏移初始速度模型反复迭代, 但只是对时深转换速度模型的构造形态进行平滑, 以及对层速度进行细分微调, 得到适合于叠前深度偏移地震成像最佳的速度模型。因此叠前深度偏移和时深转换速度模型两者的结构基本相同, 只是前者是深度域表示, 后者是时间域表示, 两者可以互相转换(图 4b、图 5b)。所以, 在叠前深度偏移速度模型提取L-Va曲线, 也能反映偏移时间剖面构造形态是否发生畸变。
对比时深转换剖面(图 4c)与叠前深度偏移剖面(图 5c)可以看出, 盐下XQ2背斜形态也基本相同, 说明这两种获取深度剖面的方法可以相互验证和替代。
从该实例可以看出, 对于山地复杂构造时间偏移剖面, 出现某一界面形态与L-Va曲线起伏形态相一致, 表明这一界面构造形态在时间域发生了畸变, 在深度剖面上背斜形态将会消失。
3.2 L-Va台阶上升——揭示叠前时间偏移剖面背斜高点发生偏离 3.2.1 变速时深转换图 6展示了川东FJW潜伏背斜时间偏移剖面畸变。四川东部YAC地面构造为不对称高陡背斜(图 6b), 缓翼地层倾角20°~35°; 陡翼地层倾角为40°~90°, 局部直立和倒转。在陡翼, 低速层侏罗系—须家河组(J-T3x)厚度从向斜到背斜顶部急剧减薄, 直至剥蚀; 高速层雷口坡—嘉陵江组(T2l-T1j)地层异常加厚; 在时间偏移剖面上, YAC构造陡带下方为飞仙关组—二叠系(T1f-P)FJW不对称潜伏背斜(图 6b)。
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图 6 L-Va曲线监控川东FJW潜伏背斜时间偏移剖面畸变 a 沿层P1界面L-Va曲线; b 速度模型; c 时深转换深度剖面 |
由南向北观测, 受上覆构造几何形态和速度结构的双重影响, P1反射界面AB段的L-Va曲线呈台阶状上升(图 6a)。在4 km范围内, AB段vL-Va横向速度变化快, 从5 200 m/s变到6 100 m/s, 速度增加900 m/s, 变化梯度为225 m/s·km-1。表明在时间偏移剖面上, FJW背斜形态已发生畸变, 背斜高点不是地下实际高点位置, 向速度增高方向漂离一定距离。变速时深转换后, 在深度剖面上, 变为对称的低缓背斜, 高点向低速方向移动2.8 km(图 6c)。
3.2.2叠前深度偏移
图 7展示了川东FJW构造叠前深度偏移成像。对FJW构造进行叠前深度偏移, 提取深度域速度模型(图 7b)P1界面的L-Va曲线(图 7a), 其几何形态与图 6a基本相同。因此变速时深转换和叠前深度偏移这两种方法获得的地震深度剖面FJW背斜形态也基本相同(图 6c、图 7c)。
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图 7 L-Va监控川东FJW构造叠前深度偏移剖面合理性 a 沿层P1界面L-Va曲线; b 速度模型; c 叠前深度偏移剖面 |
以上2个实例的分析说明, 为了加快勘探节奏、及时部署探井, 在油田采用变速时深转换方法代替叠前深度偏移方法, 获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台阶下降——揭示叠前时间偏移剖面断层下盘为假背斜图 8展示了吐哈HYS背斜时间偏移剖面畸变。新疆吐哈盆地逆掩断层下盘HYS构造(图 8b), 时间偏移剖面上侏罗系(J)H6井井底时间比Y1井浅300 ms, 叠前时间偏移剖面构造形态表现为高幅度背斜。由北向南观测, J反射界面L-Va曲线呈单边台阶状下降(图 8a), 在4.0 km范围内, vL-Va变化大, 由3 400 m/s变化到4 200 m/s, 增加了800 m/s, 变化梯度为200 m/s·km-1。分析结果表明, 受逆掩断层上盘高速层影响, 形成速度上拉效应, 叠前时间偏移剖面逆掩断层下盘侏罗系背斜为假背斜。当时, 由于对HYS构造逆掩断层下盘速度陷阱认识不足, 被认为是背斜构造, 部署H6井钻探断层下盘侏罗系背斜高部位, 实钻发现H6井井底深度比Y1井深153 m, 表明叠前时间偏移剖面背斜不存在, 时深转换深度剖面上表现为北倾的单斜(图 8c)。
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图 8 L-Va曲线监控吐哈HYS背斜叠前时间偏移剖面畸变 a 沿层J界面L-Va曲线; b 速度模型; c 时深转换深度剖面 |
库车坳陷发育了大小不等的洪积扇(图 9), 由扇根向扇中、扇端方向, 砾石由粗变细, 泥质含量由少变多, 故速度由高降低[21]。在钻井过程中, 时常钻遇库车组(N1-2k)和康村组(N1k)巨厚高速砾石层, 其速度为4 800~5 800 m/s; 围岩速度偏低, 为3 500~4 500 m/s, 速度差最大可达2 300 m/s。上覆高速砾岩层在时间剖面上产生强烈的速度上拉效应, 对下伏构造形态影响很大, 形成假背斜。因此, 在库车油气勘探开发中, 地震勘探成果能否提前预测高速砾石层分布及其下伏背斜构造是否存在很重要。L-Va曲线在KS1井风险探井部署中的应用, 就是典型的成功案例。
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图 9 库车KS1-KS2井区地面洪积扇 |
图 10、图 11分别展示了库车盐下KS1-KS2背斜时间偏移剖面畸变。KS2背斜KS2井获得油气勘探重大发现后, 为了查清气田规模, 进行了三维地震勘探, 在KS1背斜部署风险探井KS1井。因KS2井钻遇扇端砂泥岩低速层, 若按KS2井VSP层速度结构, 引入到15 km以外的KS1背斜, 则KS1-KS2井段的E1-2km界面的L-Va曲线呈水平直线(图 10a), 揭示了时间偏移剖面KS1背斜E1-2km界面构造形态未发生畸变(图 10b), 变速时深转换后, 深度剖面与时间偏移剖面背斜形态和高点位置一致(图 10c)。但是, 依据重、磁、电、震物探资料和沉积相分析[21, 24], KS1构造位于克拉苏河扇根, 发育致密高速砾石层(图 9、图 11b), 则在KS1井处E1-2km界面的L-Va曲线呈“波峰”, 揭示在时间偏移剖面上KS1构造存在严重速度上拉效应, 背斜幅度被夸大。在时间偏移剖面上, KS1井盐下E1-2km底界时间比KS2井处浅390 ms(图 11b); 变速时深转换后, 在深度剖面上KS1井比KS2井深315 m(图 11c)。KS1井在实钻中, E1-2km底界实钻深度与地震预测深度相吻合, 井-震深度符合率小于0.98%, 其精度高于规程要求。KS1井实钻巨厚砾石层(厚度为1 005 m)。KS1井地震成功预测后, 顺利钻达目的层, 获得高产油气流, 查清了KS1背斜与KS2背斜之间的接触关系, 发现KS1-KS2为整装背斜气田。
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图 10 L-Va曲线监控库车盐下KS1-KS2背斜时间偏移剖面畸变(Ⅰ) a 沿层E1-2km界面L-Va曲线; b 速度模型; c 时深转换深度剖面 |
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图 11 L-Va曲线监控库车盐下KS1-KS2背斜时间偏移剖面畸变(Ⅱ) a 沿层E1-2km界面L-Va曲线; b 速度模型; c 时深转换深度剖面 |
可以看出, 应用L-Va曲线揭示时间偏移剖面构造形态是否发生畸变及其畸变大小, 弄清地层岩性及层速度横向变化十分重要。
本文中7种典型的L-Va曲线模式(图 4), 可根据各油田的勘探情况, 进行补充和发展[24]。综上所述, 由于上覆高速层或低速层异常增厚或减薄, 造成速度上拉或下凹效应, 在时间偏移剖面上表现为下伏地层构造形态发生畸变和高点发生漂移。定性和定量判断高点漂离方向和距离是有规律可循的, 一般L-Va曲线上升坡度和长度增加, 时间偏移剖面背斜高点向速度增大方向移动距离增大, 而深度剖面上背斜高点向速度降低方向移动距离增大。
4 结论与认识1) L-Va曲线能够有效地监控地震时间偏移剖面中目标层是否发生构造畸变现象和畸变大小。在监控过程中, 需要结合区域地质背景、构造特征和速度模型的合理性, 综合考虑。
2) 叠前深度偏移应用L-Va曲线, 需要参照时间偏移构造形态, 分析叠前深度偏移剖面构造形态的合理性。
3) 因叠前深度偏移处理周期长, 要求资料信噪比高, 难以满足低信噪比资料油气勘探需求, 这也是现在和未来, 变速时深转换方法仍然是中国西部油田勘探获得深度剖面的重要方法之一, 可代替叠前深度偏移方法, 以满足油田勘探需求。
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