在地震-地质一体化综合研究中, 井震标定所确定时深关系的准确与否, 对构造研究、储层空间展布预测、储层流体空间变化分析、开发方案设计及井位调整部署等都具有重要影响[1-3]。目前, 建立深度域测井和地质类等资料与时间域地震资料的时深关系的主要途径包括地震资料处理时所建立的速度函数、VSP测井资料以及合成地震记录的井震标定。其中, 通过制作合成地震记录进行井震标定来确定时深关系是目前研究中最常用的方法[4]。为提高时深标定的准确性与合理性, 有研究者将分块多项式曲面拟合所得到的三维速度场应用于地震层位标定, 为缺乏VSP测井资料地区提供了较为准确的时深关系[5]; 罗玢等[6]利用零偏VSP偏移距校正方法对提高时深关系的精度进行了研究; 肖毅等[7]通过对制作合成地震记录所用的声波时差和密度测井曲线的环境影响因素校正, 来判断时深关系的可靠程度; 边立恩等[8]采用时深映射方法对倾斜地层的时深关系进行了分析; 杨海长等[4]在分析地震子波与极性及时深关系的基础上, 论述了地震剖面极性对层位标定的影响。
以上研究利用不同类型的资料、从不同的出发点对建立准确合理的时深关系进行了探讨, 但仍然存在一定不足, 主要表现在: ①未充分考虑不同沉积相带对时深关系的影响, 某一勘探目的层段通常可能包含多个沉积时期的地层, 其沉积相类型可能存在差异, 不同沉积相带具有不同的沉积环境和沉积物特性, 也就可能具有不同的地层速度, 因此可能存在不同的时深关系; ②未充分考虑井与井之间时深关系的变化, 如果仅采用单口井或者少数几口井的时深关系来指导整个研究区的井震标定, 可能会出现较大的误差或多解性; ③仅通过对比声波时差和密度测井曲线制作的合成地震记录与井旁地震道的相关性, 将其对比后的相关系数作为井震标定准确性的依据存在较大不确定性。为此, 本文拟通过对影响井震时深关系标定准确性因素的分析, 建立一套适用于碎屑岩沉积地层的检验时深关系标定可靠性与合理性的方法, 以期提高井震标定的精度, 并为后续相关研究与生产提供支撑。
1 井震标定的主要影响因素分析准确的时深关系是联系深度域地质、钻井、测井等信息与时间域地震地球物理信息的桥梁, 做好合成地震记录的层位标定工作是地质评价工作中极为重要的环节[9-10]。目前最常采用的时深关系建立方法是利用声波时差和密度测井曲线制作合成地震记录, 通过合成地震记录与井旁地震道的相关性分析来实现对该井的时深标定, 其次是利用研究区某一口井VSP资料所提供的时深关系进行层位标定。这些方法简单易用, 且具有较高的精度而被广泛采用[6-7]。然而, 地震资料处理中速度分析表明, 地层的平均速度无论是在剖面上还是在平面上均存在变化, 同时地质综合研究也表明, 不同沉积相带的地震速度存在差异。因此, 仅将工区某一口井或者几口井的标定结果作为整个研究区的时深标定依据, 可能会带来较严重的多解性, 甚至错误认识。
1.1 单纯以相关系数作为标定准确性依据的影响沉积地层普遍具有旋回性, 而多期次旋回地层在地震剖面上的响应就是包含波峰和波谷的多组地震反射波的周期性出现, 或者说地震剖面上周期性出现的波峰和波谷组合与具有旋回性沉积的地层相对应。因此, 在建立时深关系时, 地质层位与地震剖面上的哪一个波组或者哪一个波组中的哪个位置相对应, 则需要认真分析。在实际生产中, 如果仅根据合成地震记录与井旁地震道的相关系数来判断井震时深关系标定得准确与否, 势必存在较大的多解性。
图 1a为根据某区域研究及对地震波组变化与地质分层的对应关系等认识, 利用声波时差和密度测井曲线制作的合成地震记录与井旁地震道的相关性对比。地质分层中的N22层顶面(1 023 m)对应地震剖面上3个连续中强波峰反射的第3个波峰(1 525 ms)处, 其相关系数为0.79;图 1b为将图 1a中合成地震记录的时间减小52 ms后再与井旁地震道的相关性进行对比, 此时N22层顶面(1 023 m)对应地震剖面上3个连续中强波峰反射的第一个波峰(1 473 ms)处, 其相关系数为0.75。对比分析图 1a和图 1b可以看出, 地质分层中的N22层顶面(1 023 m)所对应地震剖面上的T1反射层, 如果单纯就合成地震记录与井旁地震道的相关系数的数值来讲, 图 1a和图 1b的相关系数没有较大差别, T1反射层的时间深度可以对应图 1a中的1 525 ms, 也可以对应图 1b中的1 473 ms。可以看出, 单纯利用合成地震记录与井旁地震道的相关系数来判断井震标定的准确性时会存在较大的多解性。此外, 若用图 1b所确定的时深关系来作为后续构造解释、储层预测等研究的时间-深度对应关系时, 势必会带来较大的偏差。
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图 1 用相关系数衡量标定结果的效果分析 a准确标定结果; b将图1a时间减小52 ms后的标定结果 |
地层的沉积作用、成岩作用、构造作用、重力滑塌以及地层内的流体等均可对地震反射同相轴造成影响, 甚至可以改变或形成新的且具有波阻抗差的地层界面[11]。以上因素可能导致地震反射同相轴波峰与波谷间的转换、地震同相轴的错断, 这是地震层位解释过程中出现人为解释断层的主要原因之一。但是, 地震反射同相轴只有与原始地层沉积界面相对应时才具有等时沉积地层的意义, 在地震层位追踪和解释过程中需要识别并排除此类地震反射特征的影响, 否则可能会导致对年代地层框架的错误认识, 这是层序地层学指导地震层位追踪解释和研究的基础[12-13]。
例如, 在图 2所示的地震剖面中, 自L466线至L440线, T5反射层整体呈连续的波峰特征。但在L440线至L405线之间, T5反射层出现较为频繁的波峰—波谷变换, 且在T3和T5反射层之间, T5之上地震波组的关系整体呈现湖盆萎缩、地层进积超覆的沉积特征。在井震时深关系标定时, 若忽视地层沉积等作用对地震反射同相轴的影响, 在W25井和W35井间可能会产生对地层等时性分析的错误认识。
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图 2 地层沉积等作用对地震同相轴的影响 |
某研究区目的层段发育扇三角洲相和近岸水下扇相, 扇三角洲相岩性以含砾砂岩、中细砂岩、粉砂岩和泥岩为主, 地层沉积以互层为主。近岸水下扇相主要发育火山角砾岩、凝灰岩、玄武岩和安山岩等岩性, 地层沉积以杂乱堆积为主。对区内分布于不同沉积相带8口井的目的层段(N22)顶面埋藏深度和平均速度进行对比(表 1)可以看出, 地层埋深相同或相近时, 扇三角洲相带的平均速度明显小于近岸水下扇相带的平均速度。分别统计N22地层扇三角洲相带和近岸水下扇相带平均速度与地层埋深的关系如下:
| $ {v_1} = 1\;566{{\rm{e}}^{0.0002d}}\;\;\;\;\left( {{R^2} = 0.911\;0} \right) $ | (1) |
| $ {v_2} = 2\;194{{\rm{e}}^{0.0004d}}\;\;\;\;\left( {{R^2} = 0.998\;0} \right) $ | (2) |
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表 1 N22层不同沉积相带地层埋藏深度与平均速度 |
式中: v1和v2分别为N22顶面在扇三角洲相带与近岸水下扇相带所对应的平均速度(m/s); d为N22顶面的地层埋藏深度(m); R2为合成地震记录与井旁地震道的相关系数。
分析表明, 同一沉积时期、相同沉积相带内某一地层层面的平均速度具有统一变化规律。此外, 不同沉积相带, 虽然其沉积时期相同, 但因地层岩性等方面的差异, 导致平均速度与地层埋藏深度的关系存在差异, 亦即沉积相带对地层平均速度的变化具有控制作用。由此可以看出, 当某研究区发育两个或两个以上沉积相类型时, 某一地层层面处的平均速度与地层埋藏深度的关系可能因沉积相带的不同而存在差异, 此时在井震时深关系标定过程中, 应考虑沉积相带对平均速度的影响, 否则将会影响层位标定、构造分析、油藏评价等研究的准确性。
2 井震标定结果检查方法探讨基于上文分析可以得出, 在建立地震、测井的时间-深度关系时, 如果过多地依赖合成地震记录与井旁地震道的相关系数, 甚至将其作为井震标定合理性与准确性的依据, 而忽略井震标定时地层沉积等作用对地震反射同相轴的影响, 均可能导致对年代地层框架的错误认识。为此, 本文基于对工区参与标定的每口井的井震标定时深关系综合分析、联井地震剖面对比以及与VSP资料对比等综合分析, 构建了能够有效提高井震时深关系标定合理性与准确性的方法, 以期提高井震标定精度。
2.1 参与标定井时深关系综合分析法在地震资料处理的速度建模环节中经常出现一种情况, 即在研究区所建立的叠前时间偏移速度的平面图和剖面图中, 叠前时间偏移速度沿某一地层界面呈某一恒定值或有微弱的波动, 并随着地层埋藏深度增加呈规律性地增大, 有时由于地层沉积或构造因素的影响, 该波动的变化值略微增大。对比叠前时间偏移速度图与沉积相平面图可以发现, 沿地层界面的叠前时间偏移速度, 其为恒定值或有微弱波动的区域, 通常与某一沉积相类型相对应。而叠前时间偏移速度出现变化的位置, 往往与两种沉积相类型相变处相对应。由此可以得出, 相同地层埋藏深度、相同沉积相带应具有相同或相近的层速度; 同一沉积时期, 相同岩性通常具有相同或相近的层速度; 相同沉积相带的层速度, 随着地层埋藏深度的增加而呈现规律性地增大。
因此, 本文认为在建立地震与测井的时间-深度关系时, 可以依据相同沉积相带层速度具有统一变化规律这一认识对井震标定的准确性进行检查。本文选定的某研究区按构造特征可划分为缓坡带和陡坡带, 目的层下白垩统腾格尔组二段主要发育缓坡带的扇三角洲和陡坡带的近岸水下扇沉积。扇三角洲相主要发育浅灰色砂岩、砂砾岩与灰绿色泥质粉砂岩及灰绿、深灰色泥岩不等厚互层; 近岸水下扇相主要发育深灰、灰黑色火山角砾岩、凝灰岩及紫红、深灰、灰黑色玄武岩、玄武安山岩、安山岩等, 以杂乱沉积为主, 岩性在纵向和平面上的变化均较大, 非均质性严重, 但平面分布范围有限。钻井结果表明, 钻穿目的层的井共有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口探井腾格尔组二段顶面对应T3地震反射层井震标定后的时间-深度关系图(图 3a)可以看出, 其相关系数为0.882 2。针对这两种沉积相带, 分别对扇三角洲相50口井和近岸水下扇相13口井的时间-深度关系进行统计后发现(图 3b和图 3c), 其相关系数分别为0.959 2和0.886 9, 指示扇三角洲沉积相带平均速度变化的规律性优于近岸水下扇沉积相带; 虽然同为腾格尔组二段地层, 但由分别统计的扇三角洲相和近岸水下扇相的时间-深度关系看, 其指数关系式中的各种系数存在一定差异, 说明不同沉积相带的时间-深度关系不同, 或者说单一沉积相带对应一定的速度关系。
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图 3 某研究区井震标定时间-深度关系 a 63口探井时-深标定结果; b扇三角洲相带50口探井时-深标定结果; c近岸水下扇相带13口探井时-深标定结果 |
基于上述分析可以看出, 对某研究区参与井震标定的所有井按地质层段进行时间和深度关系统计, 可对某沉积相带的层速度变化规律进行分析, 即通过速度变化关系的分析, 对井震标定的结果进行检查。图 3的分析结果表明, 无论是扇三角洲还是近岸水下扇沉积环境, 某一地质层段的层速度均分别遵循相应的速度变化规律, 如果某口井的标定结果偏离了这一变化规律, 那么有可能是由于以下原因所致: 其一是地质分层可能存在错误; 其二是标定时地质分层所对应的地震同相轴位置可能存在错误; 其三则可能是沉积相类型差异导致标定结果偏离研究区的速度变化规律。如果井震标定后时间-深度的数据点位于所统计的平均速度变化规律曲线(图 3中的蓝色曲线)的上方, 则说明在地质分层方面所确定的地质层位的深度可能偏小, 此时应进行层序地层的对比检查; 或者也可能是在地震剖面上地质层位所对应的地震反射时间偏大, 此时应通过地震波组的关系或联井地震剖面分析来进行检查; 若地层划分结果和地质层位所对应的地震反射时间均显示正确, 那么此时应检查是否是由于地层岩性或沉积相类型的不同所致。若井震标定后时间-深度的数据点位于所统计的平均速度变化规律曲线的下方, 同样可以采用上述方法进行分析, 只是此时存在的可能原因是地质分层深度偏大或地质层位所对应的地震反射时间偏小而已。
2.2 联井对比分析法地层的层面通常具有连续展布特征并可以追踪识别, 其次, 地层层面上下的地层不仅存在地质时代的差异, 而且可能存在岩性的差异[14]。
对于地震反射同相轴而言, 如果不考虑沉积作用、成岩作用、构造作用和流体作用等可能产生的非原始沉积成因的地震反射, 那么总体上可以认为地震反射同相轴与地层的沉积界面, 或者说与上下地层岩性存在区别的地层界面相对应[11]。由于地层层面分布的连续性, 与之相对应的地震反射同相轴通常也具有平面上连续分布的特性, 以及地震资料解释过程中的可连续追踪性。地震反射同相轴具有连续、亚连续、弱连续和不连续等形态特征。
基于上述认识, 在利用井震标定建立时间域的地震资料与深度域的钻井、测井等资料的时间-深度关系时, 利用联井地震剖面可以对参与井震标定的每口井标定结果的合理性进行检查和分析。
图 4显示了某研究区井震标定后利用联井地震剖面对标定结果合理性与准确性进行检查分析的结果。可以看出, T3以及T5~T11各反射层均对应波峰位置, 地震反射同相轴普遍呈连续或弱连续、全区可连续对比追踪的变化特征。
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图 4 过W11井-W12井-W13井-W14井-W15井-W16井-W17井连井地震剖面 |
如果某一口井地质分层或地质层位对应井点处的地震剖面上的时间存在错误, 或者两口井之间(井点之外区域)进行地震层位追踪解释时存在矛盾, 那么在联井地震剖面上必定会存在相应的显示。因此, 根据联井地震剖面上地质分层在地震剖面上所对应的时间位置, 以及整个联井剖面上地震波组的横向变化的合理性, 可对井震时-深关系标定结果的合理性与准确性再进行检查和分析。
2.3 VSP测井资料分析法VSP测井资料能够提供准确的速度参数、时间-深度关系参数、钻井井眼周围的构造和岩性以及储层的变化特征等, 为利用地面地震反射信息进行层位精细标定及构造解释、储层反演和油藏评价与分析等提供可靠的资料依据。VSP时深关系数据就是在井眼的某一深度处接收地表震源所激发的地震波到达的时间而得到深度和时间的对应关系[15-16]。VSP测井方法与常规地面地震勘探的地震波在地层中的速度传播规律相一致, 都是通过地震波在地层中的传播特征来间接获取地下信息, 但是VSP数据是在井下接收, 受近地表影响小, 且包括深度信息, 因此VSP测井资料所提供的准确时深关系数据是井震标定时的重要依据。如果不考虑地震资料采集时大偏移距和AVO效应的影响, 通过井震标定所确定的时深关系与VSP测井所提供的时深关系应该是一致的[1, 17]。因此, 利用研究区中某一口VSP测井的资料, 可指导研究区的井震标定工作, 显然, 利用VSP测井资料也同样可以对研究区其它井的井震标定结果的准确性进行检验, 同时还可以检验利用地震剖面进行构造、岩性以及储层变化等方面分析结果的准确性与合理性。
图 5对比了某研究区某口井的井震标定结果与VSP时深关系, 图中红色实线为VSP时深关系曲线, 蓝色虚线为某口井的井震标定结果。可以看出两条曲线的相关性较好, 相关系数为0.93, 说明通过井震标定所建立的时深关系准确可靠, 所建立的深度域井资料与时间域地震剖面上波组的对应关系准确可靠, 这一标定结果可以指导研究区的构造研究与储层分析等工作。
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图 5 某研究区某口井井震标定结果与VSP时深关系对比 |
针对本文提出的通过对井震标定所建立的时间-深度关系的分析, 可以检验井震标定结果的准确性与合理性, 同时该分析方法经延拓后也可以用于地层对比工作。如我国西部某油田有探井和开发井千余口, 在开展地层对比研究工作时, 可考虑参照以下技术流程: 首先将钻遇目的层段齐全、测井曲线质量良好的井作为骨干井, 通过井震标定建立研究区的时间-深度关系; 利用区域地震层位追踪解释结果, 在地震剖面上读取某待对比井某层位的时间值, 利用所建立的时间-深度关系计算(预测)出某待对比井某层位的深度; 在地层对比剖面上, 在计算的某层位的深度附近, 按照所确定的地层划分与对比原则, 分析出某层位在地层对比剖面上的准确深度, 从而实现地层的快速对比。
3 结论与讨论为提高井震标定的准确性与合理性, 本文研究结合实际工作, 针对沉积特征相对平稳, 且全套层系存在速度变化较少发生的碎屑岩沉积地层, 总结了一套集成利用包括沉积相带控制下的速度分析、联井地震剖面对比以及VSP的速度关系分析等3种检验方法的综合方法。
1) 如果研究区发育两个或两个以上沉积相类型, 在检验其井震标定结果准确性时应按沉积相带分别进行。
2) 某反射层所有井的时深关系分析、联井地震剖面上井震标定结果对比、标定后的时深关系与VSP测井时深关系的对比这3种方法, 既可单独也可联合用于检验井震标定结果的准确性与合理性。
3) 本文方法基于区域沉积特征相对平稳的碎屑岩沉积地层, 对于发育火成岩或煤系地层等的地层, 则有待继续探讨。
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