2017, Vol. 39
[PDF全文]
2. 中国科学院南海海洋研究所, 广东 广州 510301
2. South China Sea Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou, Guangdong 510301, China
地震速度分析是地球物理勘探领域永恒的话题，它贯穿于采集、处理和解释的全过程[1-2]。从基于模型照明分析的观测系统优化与照明补偿，再到时深转换、地层压力预测及岩性与储层刻画等[3-5]，速度分析的结果不仅影响成像效果[6-10]，更重要的是影响成像与解释结果的可靠性[11-12]，因此，地震速度是地震勘探中最重要的参数之一。
珠江口盆地位于南海北部、华南大陆边缘，1996年登上年产原油1 000$\times 10^4$ t的台阶，成为继大庆、胜利、辽河油田之后，列中国第4位的重要原油生产基地[13]。珠江口盆地东部是该盆地油气聚集与分布最丰富的地带，其石油地质特征及其油气富集规律不仅在珠江口盆地占据着主导地位，在中国东部及全球含油盆地中也占据着重要的地位[14]。随着珠江口盆地东部勘探工作的不断深入，珠江口盆地大规模、大幅度的构造勘探开发程度已经很高，对于复杂断层区的小规模低幅度构造的勘探逐渐受到重视，成为今后勘探研究的一个重要方向[15-17]。低幅构造和圈闭虽然幅度和面积一般不大，但有可能形成“小而肥”的油藏[18-19]，这在中国东部地区的勘探实践中已经得到证实[13-14]。本文根据南海东部海域实际，探索出一套多井约束条件下针对低幅构造的宽频速度建模速度分析方法，有利于促进区域低幅构造的落实，从而为油气勘探提供帮助。
珠江口盆地东部低幅构造由于幅度较低，其构造形态对速度场非常敏感。因此其构造形态的落实需要开展精细的速度研究，获得更为精确的速度场信息。以往速度场的建立主要利用地震低频速度趋势，结合井插值的方法创建。其频率非常低，与实际地下速度结构差距太大，很难用于低幅构造的时深转换。针对目前存在的这一难题，本文提出多井约束条件下应用宽频速度建模技术进行速度分析的方法，并在N30-4工区应用后与叠前深度偏移(PSDM)深度构造图进行对比，取得精度更高的结果。
1 研究概况 1.1 工区概况如图 1所示，研究工区N30-4位于现有多个大型油田的富生烃洼陷N30的西南部，工区被大断层近似东西方向地分为上下比例约为1:3的两部分。工区西南侧处于被H低凸起半包围的状态，西北侧有总储量5 453.00× 104 m3的N30-2油田，东南侧有总储量1 232.55× 104 m3的M25-8油田，低幅构造M25-2(图 1中用黑色实线指向的靶点构造)位于油气运移的必经之路上(图 1中油气运移路径在ZH组为紫色虚线标识的1号路线，在ZJ组为深蓝色虚线标识的2号路线)。目前，M25-2构造已经完钻一口探井M25-2-1X，油气检测结果显示，在ZJ组下段发现荧光显示，油层厚度为1.8 m，探明含油面积1.62 km2；在ZH组上段发现荧光显示，油层厚度为4.4 m，探明含油面积2.17 km2。从砂岩抽取烃和原油生标特征、构造特征和资源量条件来看，M25-2低幅构造均具有较好的油源和运聚条件。同时，M25-2构造西有N30-2油田，东有M25-8油田，自身为背斜圈闭，ZJ组有良好的储盖组合，因此存在巨大潜力，有望发现构造加岩性的复合圈闭，并以此为突破口，围绕N30洼对周边已钻含油构造和未钻圈闭开展新一轮整体评价。因此，当务之急就是落实低幅构造形态，校正现有构造图。
 |
| 图1 研究工区示意图 Fig. 1 The sketch map of the research region |
地层速度主要由3部分构成，即：(1) 0~2 Hz趋势速度场通过地震层析成像速度反演获得；(2) 2~10 Hz速度信息通过宽带宽方位采集技术获得(目前海上拖缆采集方式很难获得)；(3) 10 Hz以上速度信息通过反射系数反演获得。而宽频速度建模技术就是针对2~10 Hz这部分缺失的速度信息进行补充从而建立宽频模型。首先，利用井和地震速度的低频趋势，结合构造形态、异常体分布、埋深等地质信息建立0~10 Hz速度约束框架模型，然后，通过岩石物理分析进行波阻抗反演，最后获得频带相对较宽的速度模型。图 2给出了宽频速度建模的概念性思路。
 |
| 图2 宽频速度建模技术路线图 Fig. 2 Broadband velocity modeling technology roadmap |
目标靶区(N30-4工区)内现有三维PSTM(叠前时间偏移)和PSDM资料，从资料品质上来说，PSDM资料显然具有更好的成像效果，因此，后续研究都是基于PSDM资料。另外，工区内探井和开发井有11口之多，为研究方便，按照自西向东、自北向南的顺序选取了N30-3-1、N30-2-1、N30-2-2X、N30-2E-1、N30-1-1X、M25-2-1X和M25-8-1等共7口探井，并进行了仔细的井震标定。后续将以这7口井作为约束进行区域速度建模，从而提高速度建模精度。
在工区内以任意线的方式选取了大面积的三维地震剖面和PSDM的偏移速度剖面，对比后发现，地震剖面的层位投影到速度剖面上后，浅层(暂命名为层序地层A32，下同)附近的拟合状态较好，随着深度的增加拟合度逐渐降低。这和一般的认知相同，即随着深度的增加，速度模型的误差也在自浅至深不断累积。
从图 3可以发现，工区内断层的影响非常大，且自浅至深影响范围不断变大，这就要求在速度建模时着重考虑断层的影响，精细刻画断层两侧的速度和层位模型。此外，受掀斜运动的影响，M25-2构造高点从A30向A60逐渐南移，这也可以用物理学中的力学规律很好地解释，即：随着深度加深，构造所受的作用力逐渐加大，导致形变也逐渐变大；随着形变的变大，构造高点产生了南移的趋势。根据目前的资料推测，构造高点位于A40到A50之间。
 |
| 图3 工区内断层影响范围示意图 Fig. 3 The sketch map of the influence of fault range in the research region |
建立图 4所示的速度模型。由于断层东侧的N30-2E-1井没有A30到A32层之间的测井数据，为方便起见，在取极值的情况下建立了初步的速度模型。其中，海平面到A30之间的速度体采用PSDM的速度；A30-A32的速度体，在断层下降盘采用M25-2-1X的测井速度进行插值，在上升盘由于没有测井数据，则用取极限的方法直接套用M25-2-1X的测井速度；A32-A60的速度体，在断层下降盘采用M25-2-1X的测井速度插值，在断层上升盘采用N30-2E-1的测井速度插值。
 |
| 图4 取极限情况下的初步速度模型 Fig. 4 A preliminary model in the limit case |
经分析，初步建立的针对M25-2构造的速度模型精度不高，所得断层附近模型的时间构造图显示，目标构造被大面积抬起，与一般认识不符。但也得到了一些有价值的信息，即断层的影响范围，构造高点可能的位置等，为利用宽频速度建模技术建立更加精细的速度模型打下了基础。
3 宽频速度建模分析结合初步建模获得的认识，针对低幅构造建立宽频速度模型前，进一步对资料进行筛查和分析。如图 5所示，图中红色折线代表区域速度趋势，蓝色曲线代表每口井的测井速度。从对比可知，测井速度与区域速度趋势大体吻合，尤其是浅层拟合较好，但是随着误差的累积，拟合精度自浅至深逐渐降低，表现得比较明显的是N30-2E-1井A40层下段到A50层之间，以及N30-3-1井A50层中段附近，出现了测井速度与区域速度趋势的拟合异常。排除数据野值等的影响，认为测井速度适用于精细速度分析的宽频速度建模。
 |
| 图5 测井速度与区域速度趋势对比示意图 Fig. 5 The sketch map of logging velocity and regional velocity trend comparison |
如图 6所示，从海平面到A60层之间层速度和埋深总体上遵循随着埋深的加深，层速度逐渐增大的经验认知，但在A30-A32层的M25-2-1X和N30-1-1X井出现异常，分析认为N30-2砂岩含量高于M25断层上升盘；在A50-A60层的N30-3-1井出现异常，分析认为N30-3物性好，孔隙度高。
 |
| 图6 层速度与埋深关系示意图 Fig. 6 The sketch map of the relationship of the interval velocity and the buried depth |
建立宽频速度模型的流程图如图 7所示。
 |
| 图7 宽频速度建模流程示意图 Fig. 7 The sketch map of the technological process of the broadband velocity modeling |
(1) 将工区PSDM的速度体比例到时间域(因为反演软件目前无法在深度域中一步到位地运算，所以只能先在时间域中进行运算)，将0~10 Hz的阻抗体反演为0~60 Hz。后续步骤如无特别说明，均为时间域。下文中所涉及到的公式均是为了对建立宽频速度模型的思路进行更为直观的描述，并不存在公式的引用和艰深的推导情况；
(2) 在保证多井合成记录标定仔细和较为准确的前提下，以N30-2-1为例，将井速度滤波至0~10 Hz，将此时的速度曲线称为A，再将A与PSDM速度体中抽出的0~10 Hz的该井位处的速度曲线B相除进行校正，得到比例系数
| $a = A/B$ | (1) |
式中：a-多井约束条件下的比例系数。
在多井的情况下，就得到a1、a2、a3等多个比例系数，本例中是7个比例系数。
(3) 将a1到a7的7个比例系数由反演软件的内插算法，在工区范围内插值成为比例系数的数据体
| $V=\bar{a} \times C$ | (2) |
至此，获得0~10 Hz校正后的速度体V；
(4) 经统计，可以得到工区内阻抗体Y与速度体V的关系
| $Y=\alpha V+\beta$ | (3) |
式(3) 中的参数α和β均由反演软件通过输入阻抗体和速度参数后自动计算得到。
从而求得工区0~10 Hz的阻抗体Y1，再用Y1结合岩石物理分析，进行波阻抗反演，得到工区0~60 Hz的宽频阻抗体Y2；
(5) 此时，为了求得0~60 Hz的速度体D，将式(3) 变形，得
| $D=(Y-\beta)/\alpha$ | (4) |
将Y2代入式(4)，即得到工区多井约束条件下0~60 Hz的宽频速度模型D。
结合已知的层位信息，将D进行该层的时深转换就可以求得需要的深度构造图。
考虑到部分约束井没有A30-A32层的测井数据，则取A32为标准层，先建立起A32-A60层的速度体DA32-A60。由于研究工区内断层对宽频速度建模的影响较为严重，所以考虑将断层的上升盘和下降盘分开来考虑，各自进行速度校正后再进行拼接处理，以求得最大的精度和可靠性。于是，将A32层区分断层的上升盘和下降盘分别进行速度体的校正，将分别校正后的数据再拼接为A32的层速度$V_{\rm{A}32}$。将$V_{\rm{A}32}$插值为海平面到A32层之间的速度体
至此，0~60 Hz的宽频速度模型建立完毕。
应用此模型得到A32到A60各层时深转换后的深度构造图，发现区域速度趋势符合实际，断层附近构造抬升影响也符合实际，初步认为模型建立较为精细。
将宽频速度建模得到的时间域各个层位的深度与PSDM转换为时间域的各个相应层位的深度进行对比，并求得二者的绝对误差值，见表 1、表 2。
| 表1 断层上升盘绝对误差分析表 Table 1 The absolute error analysis of wells on the uplifted wall |
 |
| 表2 断层下降盘绝对误差分析表 Table 2 The absolute error analysis of wells on the thrown side |
|
剔除野值数据的影响，绝对误差遵循自浅至深误差逐渐累积变大的原则。而表 3和表 4的建立则是通过同一层位的各井进行横向对比，取相对误差值，考虑到断层的影响，分为上升盘和下降盘分别校正。如，断层下降盘的A32层位就是通过将4口井的A32原误差(0.185，0.918，0.225，0.147) 求和再平均得到，即0.369。再将0.369作为校正值，与每一口井的A32对比，求得每一口井的相对误差值。观察表 3和表 4，发现剔除野值数据的影响后，得到的相对误差较小，证明宽频速度建模技术精度较高，效果较好，进一步证明了模型建立较为精细。
| 表3 断层上升盘相对误差分析 Table 3 The relative error analysis of wells on the uplifted wall |
|
| 表4 断层下降盘相对误差分析 Table 4 The relative error analysis of wells on the thrown side |
|
研究过程中还发现，各商业软件的井震标定效果不同，从而对波阻抗反演建模精度产生影响，继而影响到宽频速度建模的精度。因此，实际建模过程中采用何种软件进行井震标定非常重要，可能需要经过一系列试验和对比才能确定。
对比L12顶面的深度构造图(图 8)，发现宽频建模和PSDM得到的深度构造图在靶点构造(图 8两幅构造图中的绿色充填部分)形态大体相同，但在落实低幅构造的细节方面宽频建模效果更好。如落实构造高点的位置时，宽频速度建模技术得到的构造高点比PSDM深度构造图相应高点的位置(M25-2-1井位置)偏东北，经查三维PSTM地震资料，结合该工区为披覆构造，上覆地层具有继承性的特点，推测基底低幅隆起处可能存在构造高点，这一认识与宽频建模得到的深度构造图的结果吻合。通过拾取工区内任意测线观察，与实际情况吻合较好。
 |
| 图8 深度构造图对比示意图 Fig. 8 The sketch map of the comparison of deep structure map |
(1) 断层对区域速度分析产生巨大影响，从而影响构造形态的落实，分析认为断层受掀斜运动的影响，构造高点位于A40与A50之间。
(2) 多井约束条件下的宽频速度建模受断层影响存在一定的绝对误差，但同一层位的相对误差较小，因此，将断层分为上升盘和下降盘分别进行校正，再将结果数据进行融合，这样得到的研究工区的速度体刻画更为准确，为更好地刻画低幅构造形态奠定了基础。
(3) 探索出了一套针对南海东部珠江口盆地低幅构造行之有效的宽频速度分析建模方法，并可以推广应用到类似的地质环境中，为类似的研究提供有益的参考。
(4) 井震标定时仅改变了测井曲线的时深关系，并没有相应修正速度曲线的形态，这对宽频速度建模的精度将产生一定的影响。
| [1] |
潘宏勋, 方伍宝. 地震速度分析方法综述[J].
勘探地球物理进展, 2006, 29(5): 305–311, 332.
PAN Hongxun, FANG Wubao. Review of seismic velocity analysis methods[J]. Progress in Exploration Geophysics, 2006, 29(5): 305–311, 332. |
| [2] |
陈广军, 宋国奇. 低幅度构造地震解释探讨[J].
石油物探, 2003, 42(3): 395–398.
CHEN Guangjun, SONG Guoqi. Discussion on interpretation of low amplitude structures[J]. Geophysical Prospecting for Petroleum, 2003, 42(3): 395–398. doi: 10.3969/j.-issn.1000-1441.2003.03.024 |
| [3] |
王西文, 刘全新, 苏明军, 等. 多井约束下的速度建模方法和应用[J].
石油地球物理勘探, 2003, 38(3): 263–267.
WANG Xiwen, LIU Quanxin, SU Mingjun, et al. Multiwell constrained velocity model-building method and its application[J]. Oil Geophysical Prospecting, 2003, 38(3): 263–267. |
| [4] |
胡英, 张研, 陈立康, 等. 速度建模的影响因素与技术对策[J].
石油物探, 2006, 45(5): 503–507.
HU Ying, ZHANG Yan, CHEN Likang, et al. Influencing factors and technical strategies for velocity modeling[J]. Geophysical Prospecting for Petroleum, 2006, 45(5): 503–507. doi: 10.3969/j.issn.1000-1441.2006.05.-013 |
| [5] | 曾焱, 刘远洋, 景小燕, 等. 元坝长兴组生物礁气藏三维精细地质建模技术[J]. 天然气工业, 2016, 36(S1): 814. doi: 10.3787/j.issn.1000-0976.2016.S1.002 |
| [6] | GAROTTA R, MICHON D. Continuous analysis of the velocity function and of the move out corrections[J]. Geophysical Prospecting, 1967, 15(4): 584. doi: 10.1111/j.-1365-2478.1967.tb01805.x |
| [7] | YILMAZ O, CHAMBERS R. Migration velocity analysis by wave-field extrapolation[J]. Geophysics, 1984, 49(10): 1664–1674. doi: 10.1190/1.1441574 |
| [8] | BERKHOUT A J. Pushing the limits of seismic imaging, Part I:Prestack migration in terms of double dynamic focusing[J]. Geophysics, 1997, 62(3): 937–953. doi: 10.-1190/1.1444201 |
| [9] | BERKHOUT A J. Pushing the limits of seismic imaging, Part Ⅱ:Integration of prestack migration, velocity estimation, and AVO analysis[J]. Geophysics, 1997, 62(3): 954–969. doi: 10.1190/1.1444202 |
| [10] | AL-YAHYA K. Velocity analysis by iterative profile migration[J]. Geophysics, 1989, 54(6): 718–729. doi: 10.-1190/1.1442699 |
| [11] | COOK E E, TANER M T. Velocity spectra and their use in stratigraphic and lithologic differentiation[J]. Geophysical Prospecting, 1969, 17(4): 433–448. doi: 10.1111/j.-1365-2478.1969.tb01988.x |
| [12] | BOIS P, LA PORTE M, LAVERGNE M, et al. Well-towell seismic measurements[J]. Geophysics, 1972, 37(3): 471–480. doi: 10.1190/1.1440273 |
| [13] |
庞雄, 陈长民, 彭大钧, 等.
南海珠江深水扇系统及油气[M]. 北京: 科学出版社, 2007: 1-361.
PANG Xiong, CHEN Changmin, PENG Dajun, et al. Zhujiang deep-water fan system and oil and gas in the South China Sea[M]. Beijing: Science Press, 2007: 1-361. |
| [14] |
陈长民, 施和生, 许仕策, 等.
珠江口盆地(东部)第三系油气藏形成条件[M]. 北京: 科学出版社, 2003: 1-266.
CHEN Changmin, SHI Hesheng, XU Shice, et al. Formation conditions of third series oil and gas reservoirs in the Pearl River Mouth Basin (East)[M]. Beijing: Science Press, 2003: 1-266. |
| [15] |
罗伟, 刘铮, 朱焕, 等. 探讨海底浅层生物礁及海沟对目标层构造的影响[J].
物探化探计算技术, 2016, 38(3): 388–395.
LUO Wei, LIU Zheng, ZHU Huan, et al. To explore the influence of submarine shallow and trench on the target layer structure[J]. Computing Techniques for Geophysical and Geochemical Exploration, 2016, 38(3): 388–395. doi: 10.3969/j.issn.1001-1749.2016.03.15 |
| [16] |
万琼华, 吴胜和, 陈亮, 等. 基于深水浊积水道构型的流动单元分布规律[J].
石油与天然气地质, 2015, 36(2): 306–313.
WAN Qionghua, WU Shenghe, CHEN Liang, et al. Analysis of flow unit distribution based on architecture of deepwater turbidite channel systems[J]. Oil & Gas Geology, 2015, 36(2): 306–313. doi: 10.11743/ogg20150216 |
| [17] |
万琼华, 吴胜和, 王石, 等. 深水浊积水道储层多参数流动单元划分方法及其分布规律研究[J].
高校地质学报, 2014, 20(2): 315–323.
WAN Qionghua, WU Shenghe, WANG Shi, et al. Multiparameter technology on the study of flow units division and their distribution in deep-water turbidity channel reservoir[J]. Geological Journal of China Universities, 2014, 20(2): 315–323. doi: 10.3969/j.issn.1006-7493.2014.02.017 |
| [18] |
罗龙, 孟万斌, 冯明石, 等. 致密砂岩中硅质胶结物的硅质来源及其对储层的影响——以川西坳陷新场构造带须家河组二段为例[J].
天然气地球科学, 2015, 26(3): 435–443.
LUO Long, MENG Wanbin, FENG Mingshi, et al. Selica sources of quartz cements and its effects on the reservoir in tight sandstones:A case study on the 2th Member of the Xujiahe Formation in Xinchang Structural Belt, western Sichuan Depression[J]. Natural Gas Geoscience, 2015, 26(3): 435–443. doi: 10.11764/j.issn.1672-1926.2015.03.-0435 |
| [19] |
杨勇, 黄有根, 冯炎松, 等. 致密砂岩填隙物特征及其对储层的影响[J].
西南石油大学学报(自然科学版), 2015, 37(5): 1–8.
YANG Yong, HUANG Yougen, FENG Yansong, et al. Characteristics of interstitial material in tight standstone and its effects on reservoir[J]. Journal of Southwest Petroleum University (Science & Technology Edition), 2015, 37(5): 1–8. doi: 10.11885/j.issn.1674-5086.2013.12.09.31 |