变速成图方法及应用研究.docx

变速成图方法及应用研究王树华/刘怀山I,张云银2,刘国宏2,刘志勇2（1,中国海洋大学海洋地球科学学院,山东青岛266003:2胜利油田物探研究院,山东东营257000）摘要：研究了地震速度和变速成图传统方法中影响成图精度的主要因素,指出了传统方法中造成误差较大、准确性较低的原因。从解决传统方法中存在的问题入手,提出了相应的速度场建立和变速成图方法：通过提高叠加速度分辨率，利用模型层析法或模型反演法实现会加速度到层速度的转换,建立空间速度场,速度校正和时深转换。实际资料应用表明,该方法提高了速度场建立和变速成图精度,解决了山前高陡构造以及低幅度构造地区的变速成图问题。关键词变速成图;模型层析法;模型反演法;高陡构造;低幅度构造中图法分类号：P631.1,2文献标识码：A文章编号：167221574（2004）012139208在地球物理勘探中,地下介质速度是个非常关键的因素。准确的速度求取,一直是地震勘探的核心问题。只有得到准确的速度,才能确定产生反射或折射的地层的深度、倾角和地层的位置,以及根据所测定的速度研究岩石和空隙液体的性质I。最常用确定速度方法是在处理中的叠加（偏移）速度,由DiX公式来求取地下速度。它是建立在速度场横向上无变化的假设上。但随着勘探领域的不断扩大,这种速度求取方法已不适合目前油气勘探开发的需要,特别是在油气勘探新区地表条件复杂、地下介质各向异性强、速度纵横变化大、地下构造多为大倾角逆冲断层控制的高陡构造或隐伏构造等的区域。因此准确求取地下速度、建立高精度速度场和变速成图是地球物理勘探研究的重要内容之一2。目前,对变速成图的研究主要集中在速度场建模和叠前偏移成像领域2芯。变速成图的常规作法6主要有量版法、叠偏剖面法、人工TO图空校法和分区空校法等。改进型的方法主要有等效直射线法、曲射线法、射线追踪法、叠偏剖面成图法和倾斜地表空校法等。其上述传统的速度场建立和变速构造成图方法存在着叠加速度精度较低,偏移时间域TO图准确性较低,耒用Dix公式求取层速度误差大和准确性低等原因。为此,本文采取了高精度叠加速度分析和沼层速度分析提高叠加速度的横向分辨率。由井资料、层速度和相邻速度约束法重新解释叠加速度谱;利用模型层析法或模型反演法实现高精度层速度求取，建立可靠准确的空间速度场，得到真实可靠的构造图。通过在合肥盆地、准嘎尔盆地和伊朗卡山探区等地区的应用,完成了油气勘探新区的构造研究。经钻井证实，预测深度误差小、靖度高，取得了明显的应用效果。应用表明该方法提高了速度场建立和变速成图精度,是1套方法合理、技术先进的速度场建立和变速成图方法。三基金项目：高技术研究发展计划项目（200IAA602018）资助收稿日期:2003303207:修订日期:2003205208作者简介王树华（19732）、男、在职研究生,工程师。Eail:XqSWShSioCcom1变速成图方法原理变速成图主要解决的关键问题在于：-是提高地震处理的叠加速度精度;二是选择适合探区地质和构造特点的层速度求取方法。速度分析和建立速度模型的方式主要有2种:既以共（成）像（点）道集（8mmoninagingpointgather,CIPgather或mmoninagegather,C1G）或深度聚焦为基础的偏移速度分析和以射线追踪为基础的层析成像法。1.1地震叠加速度精度通常情况下,影响地震资料速度估计精度和分辨率的主要因素有：排列长度、叠加次数、信噪比、切除、时窗宽度、速度采样密度、相干属性量的选择、对双曲线正常时差的偏离度和数据的频谱宽度等6。由于受以上这些因素的制约,特别是信噪比低和非双曲线正常时差的影响，速度谱能量团是非常分散的，在信噪比低和构造复杂部位速度趋势都难以掌握。因此,在山地复杂地区采用速度谱求取叠加速度只能是1个大致速度趋势。在有大型推覆构造的区域，常常会出现速度倒转现象，断层多、地层产状不清、速度谱上的能量团分散甚至用复合速度谱也难进行速度解释。对于这种情况，一般采用速度谱、常规扫描、变速扫描等叠加速度相结合的方法,进行精细的速度扫描分析，同时结合地下介质模型，利用区域地质规律为约束条件，对关键速度谱段进行重点解释,使叠加速度的选择接近实际，从而正确确定地层产状，避免产生虚假构造。1.1.1利用沿层速度分析提高叠加速度横向分辨率在实际处理中,速度谱在纵'横向上一般间隔较大,不能反映叠加速度的横向变化细节。采用缩小速度谱间隔的办法,虽然可以较好地反应叠加速度的横向变化细节,但每条速度谱曲线一般是单点分析，它们之间的层位关系并不完全一致。因此，本文提出并应用“沿层速度分析方法”来提高叠加速度的横向分辨率。所谑沿层速度分析（HVA）是指沿着某个层次连续追踪分析。它是1种沿着所选定的关键层逐个接取CMP位置上速度信息的有效方法。它与传统的速度分析方法不同,是在选定的CMP位置按时窗提供速度信息，其基本原理与速度谱的原理相同，即沿双曲线分布的时窗算出相干值求出各CMP位置的速度函数。相关值由包含所选地层的时窗中算出,将地层出现的时间数字化并放在层速度分析中。在叠加剖面上有构造间断的地方则按断层分开的区域来进行沿层避度分析,从而改善叠加剖面的质量。具体过程分为以下2步：获取层位水平叠加时间域TO数据在进行层位解释时,采用的是叠加时间偏移剖面,需要将解释的层位或偏移时间域等To图反偏移到水平叠加时间域,可以通过层位反偏移技术依据偏移速度和偏移逆运算。将叠加时间偏移剖面上解释的层位或偏移时间域等TO图反偏移到水平叠加时间域,反偏移过程仅仅是偏移算法的逆运算。所以速度与叠后时间偏移所用的偏移速度完全相同。如果采用的水平叠加剖面,就不再需要反偏移。横向叠加速度反演沿水平叠加时间域的TO值（等TO图）反演叠前CMP道集对应走时处的叠加速度值。并将沿该解释层位计算的所有叠加速度谱逐点排列,形成1个反射波能量团连续排列与地震剖面一致的沿层横向叠加速度谱（图Do以此为依据,对原叠加速度谱进行校正。采用插值技术加密纵向速度谱,并剔除速度异常点,得到纵、横向关系合理清楚的叠加速度场。当速度步长较小（IQnR时,这种叠加速度平面图就能反映到叠加速度在目的层界面上的变化规律。它与常规处理中跨间隔的纵向叠加速度相比,沿层反演的叠加速度平面图可使目的层界面上信息量大大增加,极大地提高了速度横向分辨率,使得叠加速度在整个平面上的变化规律更合理。它与传统方法中沿层抽取的叠加速度相比,沿层叠加速度反演法得到叠加速度精度更高。图1某测线侏罗系底界沿层叠加速度分析Fig1HMonbottominterfaceofJurassicinaline在研究区域的所有目的层或有意义的地层都应用了沿层速度分析方法,解决了横向上叠加速度精度。而对于纵向上的速度精度，可以通过小层化处理来解决。利用小层层速度平面编辑和大层层速度计算，应用大层层速度平面编辑、光滑、井约束和大层层速度反约束小层层避度的方法,进行小层层速度计算均方根速度和平均速度,可使得速度场满足生产研究的要求。1.1.2利用速度约束法重新解释叠加速度谱由于地震资料品质差等因素,造成求得速度存在较大的误差。因此,必须对所求取的速度进行约束,剔除不合理的值,提高速度可信度。本文研究了3种方法来进行约束,即井资料约束、层速度约束和相邻速度谱约束法。利用速度约束法,寻找出各种速度的异常点,从而得到原始的相应点的叠加速度值。由地质规律,结合速展场的整体趋势变化形态，对该点叠加速度谱资料进行重新解释，得到符合地质规律的速度资料。井资料约束根据工区内的已知资料（例如测井资料'VSP、钻井分层等）作为速度场的约束条件。以做出的误差分布图分析误差原因,找出误差分布规律。利用最佳数学期望法,使误差分布曲面更加接近于实际,从而将这个误差分布曲面合并到速度场，提高了变速成图所需速度场精度。层速度约束对于勘探新区,往往井的资料很少蜀艮本没有,主要的速度资料来源于地震资将处理中的叠加速度谱资料。在对速度谱资料的分析过程中,对于不同的地质层位,可能对其岩性的速度值不确定,但对其岩性组合及其速度变化范围可以从邻区的钻井资料和地质等资希及推测得到。在迭加速度转换为平均速度的过程中,可将层速度输出,由层速度结果再对速度谱进行解释,得到符合基本地质规律的层速度,提高速度谱解释精度。相邻速度谱约束根据地震资料野外采集和处理经验,速度谱是由多个共深点道集资料合成而成的。某一点的速度谱并非是该点地层的变化规律，而是该速度谱点周围某一空间范围介质特性的平均反应。因此,在地层组合相同、沉积环境相似的测线上，相邻的速度谱应具有一定的相似性和渐变性。在解释过程中,将相邻速度谱的解释结果进行对比,求得符合实际情况的迹度资料。综上所述,在对异常速度谱资料进行重新解释时,应以建立的速度模型为基础,根据地质规律,结合速度场的整体趋势形态,进行综合合理地解释。L2层速度求取层速度无论是对地震资料偏移、时深转换、静校正,还是对岩性、岩相和储层预测,均起重要作用9。常规的层速度求取方法是通过Dix公式来求取,但是DiX公式其精度较低,即使做倾角校正,对高陡构造误差仍很大,更无法解决速度倒转现象（一般适用于地层倾角小于15的条件H）,很难满足实际需要。变速成图的核心问题就是层速度求取。由于地震射线追踪技术在地震勘探中占有重要的地位,它广泛用于正演模拟、旅行时反演汽Vo分析、速度分析、逆时和kirchhoff偏移、地震层析成像以及地震勘探的其他方面4"。本文采用的是模型层析法和模型反演法,两者都是基于射线追踪方法的变速成图的2种基本类型,解决了倾斜地层和速度倒转等问题。图2自激自收正演模型Fig 2 Zero offset Ibnvardmodding1.21模型层析法（层位控制法）模型层析法是利用射线传播理论,以地震波作自激自收（见图2）为切入点,在建立TO及速度场的空间地质模型的基础上,对曲面X,K方向求导，得出折射点的出射角和反射点偏离入射点的空间偏移量,从而求取各层的层速度和确定反射界面;其层速度计算按弃了DiX公式,解决了倾斜地层和速度倒转等问题。利用模型层析法求取层速度,在计算出层速度和反射界面的同时，也计算出了反射点偏离入射点的水平距离,也就是空间偏移量。从而可以由反射界面和时间模型求出反射层之上的平均速度,即在已知第«21层的层速度和反射界面时,通过迭代求取第层的层速度和确定第个反射界面,最终建立工区的各反射层位控制的平均速度场。1.22模型反演法模型反演法6是利用计算机模拟野外实际排列,假设地下为二维倾斜层状介质,则可以由水平叠加速度谱及对应的同相轴的斜率反演出地下结构,包括层速度、界面深度和倾角。模型迭代反演法的基本思路是给定初始模型，合成叠加速度谱，便与实忻叠加速度谱的差异,修改模型,逐层迭代,使合成叠加速度与实际速度谱误差最小。模型反演法主要计算过程丸图3所示,该方法不仅考虑了地层倾斜,而且考虑了介质速度的各向异性。该种模型计算方法可以适应各种处层倾角,且精度较高,得到较为广泛的应用。2变速成图步骤图3模型迭代法求取层速度流程图变速成图的主要步骤（图4）有：Fig3Fbwchartofintervalvebcity利用叠加速度谱数据,匹配测量成果,建立叠加速度deductionbymodelingiteratbn场。利用叠加速度场,结合所解释的各个地震反射层位的等TO数据,建立空间速度场。图4变速构造成图流程图Fig 4 Fbwchart of structure mapping by variable2vebcity图5准嘎尔盆寺某区块侏罗系Tj3等TO图Fig 5 M apping of isochronic TOof Jurassic Tj3 in an area in Zhunger basin图6对应图5构造图（速度量板法）Fig 6 Structure mapping rresponding toF ig 5 by vebcity graticule method建立空间速度场的关键是各个反射层位层速度的求取。在模型层析法和模型反演法来求取各个反射层位的层速度的过程中，同时求第出了各个反射层位的平均速度、层速度、空间偏移量,地层倾角等。从空间速度场中提取各个目的层平均速度对各目的层的平均速度进行滤波、速度闭合差校正”、趋势面分析M、平均速度平滑、井速度校正。进行时深转换。进行空间偏移归位”、浮动基准面校正。构造成图。3应用效果分析31构造图效果分析该区块位于准喝尔盆地中部,北部紧邻准聪尔中央隆起,东部相临东部隆起,西南部位于天山山前坳陷中,构造特点是以低幅度构造和岩性为主的油气藏类型,并且构造埋藏深达6OOOm左右。因此,通过利用变速成图技术发现和落实低幅度构造是必须的技术手段之一。从该区的TO图（图5）上分析可以发现,在测线543和584交点附近,存在一时间域的平台（实际存在1个5ms的构造）。通过速度量板成图（图6）发现,在深度域上该构造幅度不到5Qh,而通过变速成图（图7）5所等深线间隔的构造幅度达到100h1（10（h1圈闭线部分延伸到工区外），圈闭面积15kn0通过对平均速度场（图8）分析,可发现在该区存在局部低迓异常,速度异常幅度达4即板面积120km2。由于该异常速度的存在,形成了深度域的构造。通过区域地质分析，认为该低速异常是有岩层的欠压实和富含油气所引起的，并通过在该构造剖署的探井证实了变速成图的准确性。图8对应图5的平均速度图Fig 8 A verage vebcity m app ing rresponding to Fig 5图7对应图5构造图（变速成图法）Fig7StrUCtUremaPPing8ire用OndingtoFig5byvarhble2vebcitymethod32钻探效果分析从合肥盆地、准喝尔盆地和伊朗卡尚探区等复杂勘探新区应用中得出，使用变速成图方法所开展的构造精细成图和综合研究工作,根据描述的多个有利构造,经钻井证实,变速成图方法预测深度误差小、精度高,取得了明显的应用效果。例如,在准喝尔盆地石英滩背斜上部署的Y1井,由设计深度与钻探深度结果对比表（表1）分析可知,预测地层与实钻结果在深度方面吻合较好,深度最大误差为945m（最大相对误差约为5%）,最小为Im。深度最大误差的层位为侏罗系三工河组底,其原因是由于当时对地质分层的分歧影响所致。表1Yl井设计和钻探深度对比表TabIe1DeSigneddepthinCOntraStWithdrillingdepthOfWeIlYl深度分层数据DCPth2cayereddatafi层位底界Base2orizon设计DeS电nedd叩th实钻DriUingdePth误差Enlc）r下第三系Palagenesystem43004200IQ0白垩系吐谷鲁群I720017340-140CretacussystemTuguluGroup头屯河组179Q01799.5-95ToutunhcFoimatbn侏罗系西山窑组18700I8960-26XiShanyaoFonnationJurassicsystem三共河组2070021655-945SangongheFoimation八道湾组247Q024770-70BadaowanFonnation三叠系白碱滩组2570025690L0TriassicsystnBaijiantanFonnatbn石炭系2800未穿2800未穿CarboniferoussvstanNotdriuedthroughNotdriuedthrough在合肥盆地中,应用变速成图技术对ACl井进行了深度预测。ACl井的设计与钻探结果对比（表2）可看出,ACl井的设计和实钻和设计层位和井深误差较小,其误差最大的防虎山组,最大误差为1（最大相对误差约为5%）,其原因是层位地质分层有误。表2ACl并设计和钻探深度对比表Table2DeSigneddepthin8ntrastwithdrillingdepthOfWenAC1深度分层数据DcPIhtayered.fi层位底界Base2horizon设计Dcsinncddcpth实钻Driuindepth误差Dataerror第四系QUatemarysystem1501401.0白垩系下统3800378O20CretaceoussystemCowerseries中上统侏罗系Midpperseries280Q027850IS0Jurass把SyStem下统380QO39960-196Cowerseries二叠阳炭系506Q05152-920DyasScarbontfcroussystem寒武颂陶系未钻Cambria2)rdoViciansvstcnNotdriuedthrough4结语文中分析了速度场建立和变速成图传统方法中存在误差较大和准确性较低的原因,提出了新的速度场建立和变速成图方法：通过提高叠加速度分辨率,利用模型层析法或模型反演法实现叠加速度到层速度的转换;建立空间速度场,速度校正和时深转换变速成图方法,通过在合肥盆地、准嘎尔盆地和伊朗卡山探区等地区的应用,不仅解决了高陡构造和低幅度构造变速成图以及构造高点的偏移等问题，而且为新区的压力预测、储层分析等工作提供了高精度的速度资料,取得了良好的应用效果。同时,在地震资料信噪比低的地区及构造复杂地区,由于地震速度求取精度较低,该方法还有待提高。参考文献：1 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