羅勝元，何 生，宋國奇，王永詩，郝雪峰，張君立

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)構(gòu)造與油氣資源教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢430074;2.中國石油化工股份有限公司勝利油田分公司，山東東營(yíng)257015)

速度是油氣勘探地質(zhì)研究最重要的信息之一，在地震資料變速成圖、時(shí)深轉(zhuǎn)換、偏移處理、反演成像及構(gòu)造分析、巖石物性研究和含油氣性預(yù)測(cè)方面都至關(guān)重要[1]。常用的地質(zhì)速度包括聲波測(cè)井、VSP測(cè)井、井間地震等井孔速度和地面地震速度，對(duì)于相同的地下地質(zhì)體目標(biāo)，井孔速度和地面地震速度測(cè)量的大小經(jīng)常存在不可忽略的差異[2-3]。這與不同類型速度資料的觀測(cè)手段和尺度、數(shù)據(jù)采集-處理-解釋、聲波傳播空間、干擾波類型、能量吸收和衰減、速度場(chǎng)精度等多種因素有關(guān)[4-5]。地球物理學(xué)家對(duì)復(fù)雜地層介質(zhì)條件下提高速度精度的分析方法和處理技術(shù)做了大量研究[6-8]，對(duì)降低由于數(shù)據(jù)采集和處理方式不同而產(chǎn)生的速度誤差有很好的效果。針對(duì)井、震速度的匹配處理問題，前人提出了適用于不同情況的校正方法，包括：①經(jīng)典的閉合差校正法[9]，需要有零偏VSP測(cè)井?dāng)?shù)據(jù);②基于楊氏諧振Q模型的頻散匹配法[10]，對(duì)速度閉合差為正偏差應(yīng)用效果較好;③基于多分辨率的測(cè)井重采樣校正方法[11]，對(duì)測(cè)井速度資料精度要求高，且需要制作準(zhǔn)確的合成記錄;④基于最小二乘原理的濾波匹配法[9]等。渤南洼陷的研究表明，井、震速度誤差并非是簡(jiǎn)單的正偏差，而會(huì)隨深度變化至負(fù)偏差。這一現(xiàn)象說明，頻散現(xiàn)象并非井、震速度誤差的唯一因素，這也對(duì)速度量化校正提出了技術(shù)挑戰(zhàn)，制約著研究區(qū)不同尺度速度的聯(lián)合應(yīng)用。

渤南洼陷經(jīng)歷多年勘探，已全面進(jìn)入以尋找微幅度構(gòu)造圈閉和巖性圈閉為主的隱蔽油氣藏勘探階段，高精度速度場(chǎng)的應(yīng)用是準(zhǔn)確落實(shí)隱蔽圈閉構(gòu)造形態(tài)以及巖性研究的必要條件。我們利用疊前時(shí)間偏移處理獲得的地震速度，以VSP井孔速度為基準(zhǔn)，比較了井孔速度和地震速度的差異，從地層介質(zhì)的固有各向異性、誘發(fā)各向異性以及速度彌散的角度解釋了井、震速度間的“剪刀差”現(xiàn)象;在此基礎(chǔ)上對(duì)疊前偏移地震速度譜做了閉合差校正，從量化角度表明了井、震速度在趨勢(shì)上的差異性和一致性。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

研究區(qū)位于沾化凹陷西部，包括渤南洼陷和四扣洼陷，屬于沾化凹陷中的次級(jí)負(fù)向構(gòu)造單元，是地層埋藏深度最大的次級(jí)洼陷。渤南洼陷為典型的伸展型洼陷，受西部義東斷層、北部埕南斷層和東部孤西斷層強(qiáng)烈活動(dòng)影響，斷層下降盤劇烈沉降形成四扣洼陷和渤南洼陷，南部陳家莊凸起形成具鼻狀構(gòu)造的緩坡帶，在兩個(gè)洼陷間形成自羅家鼻狀構(gòu)造延伸下來的近南北向伸展的中央背斜構(gòu)造帶。該區(qū)斷裂帶走向?yàn)闁|西和北東向，數(shù)量眾多，幾乎貫穿整個(gè)新生界地層，斷層剖面呈典型的犁形，新近系傾角可達(dá)60°～70°，進(jìn)入古近系和基底后傾角變緩，為15°～20°。在演化期間受構(gòu)造沉降、氣候、沉積物供給等因素變化的影響，主要沉積了中、新生代碎屑巖地層，洼陷新生界最大沉積厚度達(dá)5.6km，地層自下而上依次為古近系、新近系和第四系。

研究區(qū)河口-陳家莊連片地震工區(qū)位于沾化凹陷西部，覆蓋渤南-四扣洼陷(圖1)。工區(qū)面積為1432.7km2;地震資料面元尺寸為25m×50m;覆蓋次數(shù)為40次;最大炮檢距為2000m;疊前偏移速度譜點(diǎn)約3400個(gè);記錄總長(zhǎng)度為6000ms;采樣率為2ms。三維地震資料在Inline和Crossline上速度譜點(diǎn)的縱、橫向空間采樣間隔分別為0.75km和1.00km。渤南洼陷有相當(dāng)數(shù)量的鉆井完鉆，大部分井都進(jìn)行了系列測(cè)井，并且積累了較多VSP速度測(cè)井資料。研究區(qū)豐富的地震、測(cè)井和測(cè)試資料，為高精度速度分析和速度場(chǎng)的建立提供了很好的基礎(chǔ)條件。

圖1 渤南洼陷VSP井位、地震速度譜點(diǎn)和AB測(cè)線分布情況

2 井、震速度比較與分析

油氣藏勘探過程中獲取速度信息的手段有很多種，常用的地質(zhì)速度可以分為3類：①實(shí)驗(yàn)室測(cè)量的巖石樣品速度;②井孔速度，包括VSP速度、井間地震速度和聲波測(cè)井、偶極橫波測(cè)井等獲取的聲波測(cè)井速度;③地震資料處理分析獲得的速度。為了分析與比較常見地質(zhì)速度間的聯(lián)系與差異，首先簡(jiǎn)要介紹渤南洼陷疊前偏移速度的獲取處理，然后提取并分析多尺度的地球物理資料的速度信息，以量化揭示研究區(qū)不同地質(zhì)速度在趨勢(shì)上的一致性和本質(zhì)上的差異。

2.1 疊前偏移地震速度獲取

常規(guī)的疊加速度處理雖簡(jiǎn)便易行，但在消除隨機(jī)干擾和局部噪聲干擾的同時(shí)，也壓制了與這些噪聲相同波長(zhǎng)范圍內(nèi)有效的速度信息，實(shí)際改變了速度的變化趨勢(shì)。地震偏移處理可以使繞射波收斂，將地下界面的地震反射波歸位到實(shí)際的空間位置，最終得到反映地下界面形態(tài)的真實(shí)地震圖像。與常規(guī)疊加時(shí)間偏移剖面相比，疊前偏移可以提高陡傾地層的成像質(zhì)量，反映豐富的構(gòu)造細(xì)節(jié)[12]。對(duì)于中、淺層地質(zhì)條件相對(duì)較好而深層構(gòu)造復(fù)雜的地區(qū)，如我國東部渤海灣盆地、西部的塔里木盆地，應(yīng)用疊前偏移技術(shù)的條件已比較成熟[13]。

渤南洼陷常規(guī)地震偏移處理得到的資料主要存在兩個(gè)方面的不足：一是二級(jí)斷裂帶普遍不清，如埕南大斷層的斷層面位置模糊，反射波場(chǎng)復(fù)雜，難以準(zhǔn)確刻畫斷裂分布和結(jié)構(gòu)特征，斷層交互切割導(dǎo)致下盤砂礫巖體外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)無法分辨;二是地下深層地震反射波能量弱，中、深層成像差。研究區(qū)大部分常規(guī)地震偏移剖面上沙四段頂界(T6)下部的同相軸連續(xù)性差，層位難以追蹤對(duì)比，導(dǎo)致深部地層認(rèn)識(shí)程度很低。實(shí)際資料顯示渤南洼陷北部構(gòu)造破碎、斷裂系統(tǒng)發(fā)育、斷層傾角大，但地層連續(xù)可分辨、速度橫向變化趨勢(shì)平緩，適宜采用疊前時(shí)間偏移處理。

本文研究采用廣泛應(yīng)用于實(shí)際地震勘探中的流程來建立疊前偏移速度場(chǎng)，從建立時(shí)間域模型開始，對(duì)工區(qū)內(nèi)所有的二維測(cè)線模型層位從淺至深進(jìn)行并列處理，其關(guān)鍵環(huán)節(jié)有疊前去噪、振幅補(bǔ)償、反褶積、靜校正以及偏移速度分析與成像效果校檢等。以下論及的地震速度即指疊前時(shí)間偏移地震速度。

2.2 不同尺度速度的比較與誤差分析

測(cè)井時(shí)差、VSP、井間地震和地面地震資料從不同尺度反映地下目標(biāo)體的性質(zhì)，由這些不同地球物理資料得到的速度信息也呈現(xiàn)各自不同的特點(diǎn)。聲波測(cè)井系列獲取的速度理論上更接近真實(shí)地層速度，但聲波測(cè)井通常受測(cè)井儀器、井徑變化、巖性厚度、泥漿侵入、油氣層顯示等多種不確定因素的影響較大。盡管這些因素可以通過增加激發(fā)、接收儀器，改變觀測(cè)方式得到一定程度的補(bǔ)償和校正，但誤差仍難以消除。VSP測(cè)井通過上行波或下行波貼近研究地層，通常認(rèn)為具有高于地面地震的準(zhǔn)確、直接的儲(chǔ)層介質(zhì)描述能力(速度、吸收衰減、VTI各向異性等)，基本上代表了地質(zhì)條件下的真實(shí)速度。地面地震資料連續(xù)性好、分布范圍最廣，但受記錄頻帶的限制，地震資料處理獲得的速度縱向分辨率遠(yuǎn)低于井孔速度。速度場(chǎng)建立的主要資料來源于地震資料疊加速度譜，通常將井孔速度作適當(dāng)處理(基準(zhǔn)面校正、中值濾波、重采樣等)，作為速度橫向變化的控制點(diǎn)來約束地震速度。

圖2給出了XBS1井、Y172井、L152井、Y942井和YS10井(5口探井的井位見圖1)的井孔測(cè)量速度時(shí)差和井旁地震速度譜速度換算的時(shí)差隨深度變化情況。由圖2可以看出，5口井井孔速度的變化幅度和趨勢(shì)基本相同，僅個(gè)別點(diǎn)變化不一致：VSP層速度反映的是大套地層的速度，具有很好的分段特征;聲波測(cè)井速度對(duì)薄夾層、特殊巖性的探測(cè)更敏感、準(zhǔn)確；地面地震速度分布比較稀疏，垂向分辨率不夠，地震層速度與井孔速度存在細(xì)節(jié)偏差，但在地層達(dá)到一定厚度時(shí)兩類速度的變化趨勢(shì)相似。從圖2中還可以看出，淺層通常表現(xiàn)出井孔速度大于井旁地震層速度，中、深層則正好相反。速度分析的誤差與地層的厚度有關(guān)，地層厚度越小，速度轉(zhuǎn)換誤差的放大效應(yīng)越明顯。這種不同速度間的“剪刀差”現(xiàn)象在我國瓊東南盆地[3]、渤海灣盆地[14]均有發(fā)現(xiàn)，其本質(zhì)與介質(zhì)的各向異性和速度彌散效應(yīng)有關(guān)。

圖2 單井泥巖測(cè)井聲波時(shí)差、VSP層速度和井旁地震層速度換算的時(shí)差對(duì)比關(guān)系

2.2.1 介質(zhì)各向異性

聲波測(cè)井測(cè)量的是沿井壁方向傳播的滑行波，得到的是地層的垂向速度。VSP測(cè)井獲得地面震源到井中觀測(cè)點(diǎn)的旅行時(shí)，然后換算成垂直方向上的旅行時(shí)間，求出的層速度除取決于地層垂向速度外，還與震源距井口的距離(井源距)有關(guān)[15];實(shí)際上VSP測(cè)井的井源距都不大，因此VSP層速度稍大于垂向地層速度，而小于水平速度。地震波射線有入射角，且入射角隨深度的增加逐漸增大，地震波傳播方向與地層斜交甚至沿層理方向。綜上所述，井中速度測(cè)量得到的是垂向速度或近似垂向速度，而由地面地震資料得到的是水平速度。對(duì)地層不同方位的速度測(cè)量表明，垂直地層方向的速度通常比水平速度低，這與彈性介質(zhì)的各向異性性質(zhì)緊密相關(guān)[16-18]。

彈性介質(zhì)的各向異性包括巖石的固有各向異性和誘發(fā)各向異性[19-20]。固有各向異性由彈性性質(zhì)相差大的薄層(沉積層尺度大于地震波長(zhǎng))及細(xì)長(zhǎng)碎屑顆粒、孔隙的結(jié)構(gòu)排列方向引起[17,20]，除薄互層外的大多數(shù)儲(chǔ)層可近似認(rèn)為具有橫向同性性質(zhì)，由于壓實(shí)作用，固有各向異性實(shí)際表現(xiàn)為縱向上的壓實(shí)漸變。誘發(fā)各向異性與優(yōu)選排列的裂縫和微裂隙相關(guān)，理論研究和物理試驗(yàn)均證明誘發(fā)各向異性對(duì)聲波傳播特征有重大影響[21-22]。分析表明，本研究區(qū)儲(chǔ)層各向異性主要表現(xiàn)為：①在2200m淺部，地層以機(jī)械壓實(shí)為主，碎屑顆粒多呈懸浮狀、點(diǎn)狀接觸;孔隙壓實(shí)速率高，孔隙度基本大于20%，且相互間是連通的，孔隙縱橫比小;總體上地層固結(jié)程度差，各向異性較弱，對(duì)地震波能量吸收較多。②2200m以下的地層以化學(xué)壓實(shí)(溶解和膠結(jié))為主，隨著上覆壓力的增加，顆粒之間受擠壓而以線狀至凸凹接觸為主;孔隙壓實(shí)速率變慢，孔隙度低，且很多孔隙是不連通、隨機(jī)分布的;巖石骨架構(gòu)成了連續(xù)相，總體固結(jié)程度高，表現(xiàn)出頻散弱、各向異性強(qiáng)的特點(diǎn)。③2200m以下地層存在顯著的誘發(fā)各向異性，前人相關(guān)研究成果[23-24]和現(xiàn)場(chǎng)巖心觀察結(jié)果均證實(shí)，渤南洼陷深層裂縫較發(fā)育，泥頁巖裂縫帶發(fā)育深度為2500～4000m，深層微裂縫以平行層理為主，還可見高角度裂縫，局部速度的降低明顯與裂縫的存在有關(guān)。

2.2.2 速度彌散

速度彌散指地震波速度隨頻率變化導(dǎo)致地震波出現(xiàn)頻散的現(xiàn)象[19]，通常用超聲頻率和零頻率間的波速差代表彌散的數(shù)值大小。常規(guī)聲波測(cè)井頻率大于10kHz，最高達(dá)30kHz;地震波的頻率一般小于100Hz。兩種波頻率至少存在1000倍的差異(圖3)，導(dǎo)致對(duì)同一套地層測(cè)量的速度不同，與低頻的地震速度相比，測(cè)井頻率下測(cè)得的速度稍高。至今，包括使用顯式外推算子的疊前偏移等速度處理過程都忽略了地震波的速度彌散。速度彌散的大小很難準(zhǔn)確評(píng)估，已有的研究表明[19,25]，淺層或低應(yīng)力條件下，零頻率和超聲波頻率測(cè)量的速度誤差在10%左右，在反射時(shí)間T0為1.0～1.5s時(shí)，速度間的相對(duì)誤差最大可達(dá)15%左右;當(dāng)埋深加大或應(yīng)力繼續(xù)增高時(shí)，速度彌散減小到百分之幾。

圖3 不同類型速度資料的地層尺度與頻率關(guān)系示意圖解

圖4為渤南洼陷東部GD286井直達(dá)波振幅衰減曲線與VSP層速度對(duì)比。該井為零井源距VSP測(cè)井，震源的激發(fā)一致性很好，地震波(主要是下行直達(dá)波)振幅的變化基本上反映了地層的吸收規(guī)律。由圖4可見，振幅衰減曲線與VSP層速度的變化有對(duì)應(yīng)關(guān)系，直達(dá)波振幅隨深度增加逐漸衰減，層速度隨深度增加呈逐漸增大趨勢(shì);淺層層速度低，地層對(duì)地震波的吸收作用大，地震波振幅衰減快;深層層速度高，地層對(duì)地震波的吸收作用小，振幅衰減慢。對(duì)振幅衰減曲線做指數(shù)函數(shù)擬合，可以得到直達(dá)波振幅隨深度變化的擬合曲線，該井區(qū)振幅衰減系數(shù)為0.0214，擬合公式相關(guān)系數(shù)較高。單井VSP求取的一維大地吸收衰減對(duì)研究地面地震衰減也具有指示作用。研究區(qū)地面地震記錄的頻帶寬度為20～100Hz，主頻為40Hz;而VSP測(cè)井記錄的頻寬為10～150Hz，主頻約為60Hz。可見，與地面地震資料相比，VSP測(cè)井資料具有更多的高頻成分和更寬的頻帶范圍。

圖4 渤南洼陷GD286井直達(dá)波振幅變化和VSP層速度變化對(duì)比結(jié)果

地層介質(zhì)各向異性和速度彌散可以很好地解釋井孔速度與地震速度隨深度變化的“剪刀差”。在淺層，速度彌散起主導(dǎo)作用，地層介質(zhì)各向異性不明顯。由于淺部地層固結(jié)程度差，對(duì)地震波吸收系數(shù)較高，速度彌散強(qiáng)，高頻的測(cè)井速度較低頻的地震速度高。深層地層對(duì)地震波的吸收作用小、速度彌散弱，介質(zhì)各向異性造成的速度差值大，能抵消甚至超過速度彌散造成的速度差。深層介質(zhì)各向異性主要是由于具有入射角的地震射線速度大于零入射角井孔速度測(cè)得的垂向速度。從以上分析還可以看出，深、淺層不同頻率間速度差異的主控因素不同，因此在進(jìn)行速度分析時(shí)，對(duì)主、次要地質(zhì)因素作有區(qū)別的處理是有必要的。

3 研究區(qū)三維速度場(chǎng)建立

3.1 疊前偏移速度的閉合差校正

速度的閉合差是指不同頻率的聲波對(duì)同一地質(zhì)界面的旅行時(shí)間差值，基本表達(dá)式為

(1)

其中，ΔT(ω)為某深度處的閉合時(shí)間差;ωc為聲波參考頻率(一般為低頻聲波);T(ωc)為參考頻率聲波單程旅行時(shí);ωi為高頻率聲波的頻率值;T(ωi)為高頻聲波單程傳播時(shí)間。

前文對(duì)速度的比較分析表明，地震速度能很好地控制區(qū)域速度橫向與縱向的變化，但與井孔測(cè)量得到的層速度相比存在誤差，需要對(duì)疊前偏移速度進(jìn)行校正。VSP垂向測(cè)井獲得的層速度精度最高，且與地面地震反射波法的頻帶基本一致，通?？捎脕順?biāo)定其它地質(zhì)速度[26]。圖5為采用多項(xiàng)式回歸計(jì)算圖2所示5口單井的VSP層速度和井旁地震層速度的差值隨深度變化的情況，由此建立全區(qū)統(tǒng)一的速度校正方程為

(2)

其中，H為地層埋深(單位為m);Δv為VSP層速度和速度譜層速度的差值(單位為m/s)；R為擬合相關(guān)系數(shù)。在0～5000m深度范圍內(nèi)，速度校正量Δv基本為-500～300m/s。

原則上應(yīng)該逐點(diǎn)建立每口井的回歸方程，然后采用平面網(wǎng)格化插值的方法，得到每個(gè)速度譜點(diǎn)的速度校正量。以疊前深度偏移速度譜為基礎(chǔ)，結(jié)合計(jì)算的速度校正量，獲得了每個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的地震層速度。所建立的速度校正量版可以有效減小VSP速度與速度譜速度之間的“剪刀差”。以VSP層速度為標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)校正后的井旁地震層速度作誤差分析，井旁地震層速度換算的絕對(duì)誤差不超過7.5%，表明在稀井條件下利用該校正方法提高了地震層速度的精度，且地震速度點(diǎn)覆蓋面積大，能夠更加客觀地提供全面和豐富的縱、橫向速度變化信息。

圖5 5口單井VSP層速度與井旁地震層速度的誤差與深度關(guān)系

3.2 高精度三維速度場(chǎng)建立

綜合利用地震速度譜數(shù)據(jù)、VSP和聲波測(cè)井資料可以建立高精度的三維速度體。疊加速度場(chǎng)在平面上分布均勻密集，縱、橫向的變化是地下地質(zhì)情況的綜合反映。以疊前時(shí)間偏移速度譜為基礎(chǔ)，運(yùn)用上述速度校正方法，由三維空間速度體可以獲得全區(qū)平均速度、均方根速度、地震層速度等三維數(shù)據(jù)體。建立全區(qū)速度模型時(shí)，采用空間反距離加權(quán)法對(duì)離散數(shù)據(jù)進(jìn)行空間網(wǎng)格插值，運(yùn)用Petrel油藏綜合描述軟件，建立了渤南洼陷三維空間的層速度、疊加速度等數(shù)據(jù)體(圖6)。利用這些三維速度數(shù)據(jù)體，可以沿層提取各個(gè)反射層的速度數(shù)據(jù)，還可以了解研究區(qū)0～5000m深度范圍內(nèi)任意一點(diǎn)、任意測(cè)線的速度信息。

圖6 渤南洼陷地震層速度三維數(shù)據(jù)體模型及其切片a 三維數(shù)據(jù)體展示的949測(cè)線剖面; b 柵狀三維地震層速度數(shù)據(jù)體; c 地震層速度大于4500m/s的空間分布; d 地震層速度數(shù)據(jù)體4000ms反射時(shí)間水平切片

根據(jù)層速度的分布范圍，可識(shí)別出兩類不同的速度區(qū)域，分別是在洼陷周緣和若干凸起區(qū)發(fā)育的高速異常區(qū)(4000～5500m/s)和洼陷內(nèi)部廣泛發(fā)育的低速區(qū)(2700～3300m/s)。研究表明，低速異常區(qū)的范圍長(zhǎng)20km，寬16km，厚度至少2km;低速區(qū)范圍與盆地內(nèi)部?jī)?chǔ)層分布、地層壓力等因素密切相關(guān)。

4 速度數(shù)據(jù)體應(yīng)用示例

實(shí)際工作中，利用地震波速度探測(cè)與巖石內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)的地質(zhì)信息是一種最為便捷和有效的方法。國內(nèi)外學(xué)者在研究巖石的波速變化規(guī)律與地層參數(shù)的關(guān)系方面做了大量工作，建立了巖石物理參數(shù)與速度間直接或間接的相關(guān)關(guān)系，取得了很多有價(jià)值的成果[19-20]。獲得三維速度數(shù)據(jù)體后，能夠間接求取出地層的泊松比、楊氏模量、壓縮模量等巖石彈性參數(shù)，這些參數(shù)可識(shí)別地層巖性、估算砂泥巖百分比、地層密度、孔隙度、裂隙分布、流體類型以及地層流體壓力和破裂壓力等油藏描述信息。

4.1 地層密度預(yù)測(cè)

沉積巖中地震波速度與巖石密度關(guān)系密切，密度預(yù)測(cè)的應(yīng)用十分廣泛。在合成地震記錄過程中可用來代替缺失的密度、聲波測(cè)井曲線;在不準(zhǔn)確的測(cè)井區(qū)段，可相互轉(zhuǎn)換來評(píng)價(jià)測(cè)井質(zhì)量;可定量分析地震振幅變化來研究孔隙度的變化;可由縱波速度估算橫波速度來作AVO分析;還可以識(shí)別遠(yuǎn)

景區(qū)的巖性分布。我們基于實(shí)測(cè)的地層密度與速度資料建立起兩者間的關(guān)系，應(yīng)用經(jīng)校正的地震速度可以預(yù)測(cè)全區(qū)地層密度。

在渤南洼陷不同構(gòu)造位置的若干口井中選取了古近系巖心樣品110塊，樣品深度為1439～4671m，分屬于館陶組、東營(yíng)組和沙河街組，所選砂巖樣品粒徑基本一致，具有較寬的孔隙度(2%～36%)、滲透率(9.87×10-6～302022.00×10-6μm2)和泥質(zhì)含量(小于50%)物性變化范圍，分別測(cè)試了不同流體飽和狀態(tài)下巖樣的縱、橫波速度和密度及速度衰減等巖石物理參數(shù)。

渤南洼陷實(shí)測(cè)巖石縱、橫波速度與地層密度的關(guān)系如圖7所示，可見速度與密度之間存在很好的正相關(guān)關(guān)系，隨著埋深的增加，縱、橫波速度均隨巖石密度的增加而增大。不同深度段巖石密度-速度變化趨勢(shì)不一致，淺層巖石密度變化大，而速度基本保持穩(wěn)定;深層巖石密度增加的趨勢(shì)變緩，速度增加的趨勢(shì)變快。這從另一個(gè)側(cè)面證實(shí)了2.2節(jié)中介質(zhì)各向異性的影響和速度彌散效應(yīng)：淺部地層孔隙度大且呈指數(shù)迅速減小，導(dǎo)致巖石密度迅速增大、聲波速度基本穩(wěn)定;深層有效應(yīng)力起主導(dǎo)作用，巖石密度緩慢增大、聲波速度迅速增大。

圖7中還給出了不同曲線的擬合結(jié)果，根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)擬合出了適用于本區(qū)的縱波速度-密度經(jīng)驗(yàn)公式①，與被廣泛應(yīng)用的Gardner經(jīng)驗(yàn)公式[27]相比，轉(zhuǎn)換式②過高地估計(jì)了研究區(qū)淺層密度值;橫波的指數(shù)擬合結(jié)果③同樣表現(xiàn)出淺層誤差大的特點(diǎn)，而橫波的多項(xiàng)式擬合④效果較好，相關(guān)系數(shù)高。根據(jù)全區(qū)的速度分布特點(diǎn)，應(yīng)用縱波速度-密度擬合公式可以預(yù)測(cè)全區(qū)地層密度的分布特點(diǎn)。以圖8 所示的AB測(cè)線為例，該測(cè)線位于洼陷中部，由南向北過陳家莊凸起、洼陷緩坡帶、深洼陷區(qū)和埕東凸起(圖8a);測(cè)線上新近系和古近系地層反射時(shí)間最大在3.5s內(nèi)(圖8b)，轉(zhuǎn)換成深度約為4700m;圖8c為南北向AB測(cè)線預(yù)測(cè)的地層密度展布情況，洼陷兩側(cè)凸起處中生界地層密度基本大于2.7g/cm3，向洼陷內(nèi)地層密度減小。由于渤南洼陷緩坡深層3.2～4.0s反射時(shí)段存在異常地質(zhì)體(圖8中下方橢圓所示部分)，具有反射界面清晰、波組特征保持完好的特點(diǎn)，密度預(yù)測(cè)結(jié)果表明該異常地質(zhì)體具有高地震速度、高地層密度的特點(diǎn)。

圖7 渤南洼陷飽和流體巖石樣品縱、橫波速度與密度關(guān)系

圖8 渤南洼陷南北向AB測(cè)線層速度剖面及其地層密度和壓力預(yù)測(cè)a 地震剖面; b 層速度; c 地層密度; d 地層壓力系數(shù)

4.2 地層壓力預(yù)測(cè)

巖石越致密、地層埋深越大，地震波的傳播速度越高，超壓地層中通常表現(xiàn)出孔隙度偏高、地震速度偏低的特點(diǎn)[28-29]，這就是利用地震波速度預(yù)測(cè)地層壓力的理論基礎(chǔ)。利用校正后的三維地震疊加速度資料，根據(jù)Fillippone經(jīng)驗(yàn)公式可以直接計(jì)算地層壓力。改進(jìn)后的Fillippone公式為

(3)

其中，P為地層壓力(單位為MPa);vi為第i層的層速度(單位為m/s);vmax和vmin分別為最大和最小層速度(單位為m/s);D為深度(單位為m);ρ為地層密度(單位為g/cm3)。

利用經(jīng)VSP校正的疊前偏移速度，對(duì)渤南洼陷現(xiàn)今的地層壓力進(jìn)行計(jì)算，預(yù)測(cè)AB測(cè)線剖面的地層壓力展布如圖8d所示。由圖8d可見，縱向上，渤南洼陷地層壓力表現(xiàn)出“雙層結(jié)構(gòu)”，埋深小于2000m的淺層表現(xiàn)出正常壓力;埋深在2500m以下的深層表現(xiàn)出超壓狀態(tài)。超壓封存箱主要發(fā)育在深洼陷處沙四段和沙三中、下亞段，壓力系數(shù)最大達(dá)到1.55，剩余壓力最大為15MPa，超壓帶主體與大套泥質(zhì)巖和成熟烴源巖發(fā)育帶一致，表現(xiàn)為低速特征。由剖面計(jì)算結(jié)果還可以推測(cè)4600m之下地層超壓逐漸減弱，直至地層為常壓。橫向上，靠近洼陷中心部位的異常壓力帶厚度大、強(qiáng)度高;向斜坡部位處的超壓帶厚度逐漸減小，強(qiáng)度減弱;凸起處變?yōu)槌骸Ｓ捎诘卣鸫瓜蚍直媛实南拗?，地震速度估算超壓的識(shí)別精度有限。本文疊前時(shí)間偏移處理獲得的層速度的頻率約為40～100Hz，垂直分辨率約為200ms，故所識(shí)別的超壓層厚度需大于190m[30]。由于地震分辨率不足以達(dá)到區(qū)分單層巖性的精度，地震速度只能預(yù)測(cè)大規(guī)模的超壓體。值得注意的是，由于渤南洼陷緩坡深層異常地質(zhì)體的存在，對(duì)速度造成極大影響，致使緩坡顯示出異常高壓的假象(圖8d中下方藍(lán)圈所示部分)。

5 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

1) 研究區(qū)測(cè)井速度和VSP速度變化的大小及趨勢(shì)基本一致。淺層井孔速度大于井旁地震層速度;中、深層正好相反。淺層速度彌散、深層介質(zhì)的各向異性是導(dǎo)致井、震速度“剪刀差”的主要原因。淺部地層固結(jié)差，對(duì)地震波吸收衰減強(qiáng)、速度彌散強(qiáng)，使高頻測(cè)井速度較低頻的地震速度高;深層地面地震的射線入射角大，而測(cè)量的井孔速度基本為零入射角，所以地面地震的射線速度要大于井孔測(cè)得的垂直速度。

2) 利用VSP測(cè)井優(yōu)化技術(shù)，對(duì)疊前偏移速度的局部誤差作閉合差校正，定量標(biāo)定后的地震速度資料可靠，誤差小于7.5%。在此基礎(chǔ)上對(duì)離散速度數(shù)據(jù)進(jìn)行空間插值，獲得了全區(qū)地震層速度、均方根速度三維數(shù)據(jù)體。建立的全區(qū)速度模型可從任意方向切片觀察速度空間展布，直觀地反映了渤南洼陷宏觀地層速度分布規(guī)律。

3) 三維速度資料為研究渤南洼陷整體的地層密度、壓力系數(shù)等巖石和流體參數(shù)的空間展布與結(jié)構(gòu)特征提供了可能。以渤南洼陷實(shí)測(cè)巖石物理資料為基礎(chǔ)，建立了本區(qū)的縱波速度-密度擬合關(guān)系式，應(yīng)用經(jīng)校正的地震速度預(yù)測(cè)了全區(qū)地層密度。利用三維疊前偏移速度資料，根據(jù)Fillippone經(jīng)驗(yàn)公式直接計(jì)算地層壓力，獲取了研究區(qū)地層壓力系數(shù)模型，基本反映了渤南洼陷超壓的空間分布和超壓的幅度范圍。

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