李 軍

（中國石油天然氣股份有限公司遼河油田分公司興隆臺采油廠地質(zhì)研究所，遼寧盤錦 124125）

三維地震資料解釋中時深轉(zhuǎn)換方法對比分析及應(yīng)用

李 軍

（中國石油天然氣股份有限公司遼河油田分公司興隆臺采油廠地質(zhì)研究所，遼寧盤錦 124125）

摘 要：時深轉(zhuǎn)換是將地震資料解釋成果轉(zhuǎn)化為地質(zhì)成果的一個重要環(huán)節(jié)，以油田勘探實際資料為例針對幾種不同的時深轉(zhuǎn)換方法進行深入討論。對于常速成圖分區(qū)分深度進行冪函數(shù)擬合是最理想的辦法，對于變速成圖在實際應(yīng)用中需根據(jù)不同的資料特征和實際情況選用不同的變速成圖方法。通過變速成圖計算誤差的對比闡述各種方法的優(yōu)缺點和適用范圍，進而根據(jù)不同的地質(zhì)及地震反射條件，選擇合適的時深轉(zhuǎn)換方法，以達到最佳的地質(zhì)成果。

關(guān)鍵詞：地震勘探；時深轉(zhuǎn)換；常速成圖；變速成圖

地震資料解釋是油田勘探開發(fā)研究工作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，時深轉(zhuǎn)換是將地震資料解釋成果轉(zhuǎn)化為地質(zhì)成果的必要過程。只有進行正確的時深轉(zhuǎn)換，才能真實反映地下實際地質(zhì)構(gòu)造，獲得可信和可靠的地質(zhì)成果[1]。決定時深轉(zhuǎn)換正確與否主要有三大要素：首先要有可靠的時間域t0圖，這是正確進行時深轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)，同時精確的速度分析是時深轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵，在兩者基礎(chǔ)上選擇合理的時深轉(zhuǎn)換方法是時深轉(zhuǎn)換的保證[2]。只有深刻把握這三大要素才能得到準確可靠的時深轉(zhuǎn)換結(jié)果，從而提高構(gòu)造成圖的精度，減少深度誤差。

目前，準確可靠的時深轉(zhuǎn)換面臨以下問題：一是對于構(gòu)造簡單、平均速度橫向變化較小，鉆孔分布均勻的地區(qū)，如何擬合公式正確選擇時深關(guān)系式進行常速時深轉(zhuǎn)換？二是對于構(gòu)造復(fù)雜、平均速度橫向變化劇烈，鉆孔分布不均勻的地區(qū)，如何選取有效的變速成圖方法提高成圖的精度？對于常速成圖，在經(jīng)過合成地震記錄標(biāo)定獲得時深后如何優(yōu)選擬合式是研究的關(guān)鍵，對于變速成圖，采用多種技術(shù)手段，根據(jù)不同的資料特征和實際情況選用不同的變速成圖方法，進而對變速成圖三種方法計算誤差進行對比，說明各種方法的優(yōu)越性和適用條件。

1　常速時深轉(zhuǎn)換擬合式選擇

勘探早期因鉆孔數(shù)量少，在構(gòu)造形態(tài)變化較小、沉積平穩(wěn)的地層往往根據(jù)工區(qū)內(nèi)單井或多井層位標(biāo)定獲得的時深對擬合出在特定地區(qū)一定范圍內(nèi)適用的經(jīng)驗速度，如何優(yōu)選擬合式成為常速時深轉(zhuǎn)換的核心問題。通過對S探區(qū)多口井探討各種時深關(guān)系式擬合效果的好壞，找出適用于不同條件的擬合關(guān)系式。

對S探區(qū)S1井的實測數(shù)據(jù)分別應(yīng)用線性、二次和三次多項式以及冪函數(shù)擬合時深曲線（圖1）。

三次多項式和冪函數(shù)擬合的時深關(guān)系式：

式中：t — 時間。

擬合相關(guān)系數(shù)平方分別為0.999 66和0.999 44。

經(jīng)過比對，淺部地層三次多項式誤差最小，擬合效果相對較好。深部地層冪函數(shù)誤差最小，相對較優(yōu)。三次多項式擬合時深公式應(yīng)用于計算深部層速度時，會發(fā)生速度倒轉(zhuǎn)（圖1、圖2），這是因為速度是時深曲線的一階導(dǎo)數(shù)。三次多項式的一階導(dǎo)數(shù)是二次多項式，必然存在極值，因此不適用于深部；二次多項式擬合雖然不會導(dǎo)致速度倒轉(zhuǎn)，但其速度向下勻速增大，也不符合速度向下減速增大的規(guī)律。乘冪在1和2之間的冪函數(shù)擬合式D=atb+c可同時近似淺部和深部的時深關(guān)系，是相對最優(yōu)的關(guān)系式[3]。

圖1　S1井時深關(guān)系擬合曲線

圖2　S1井時速關(guān)系擬合曲線

時深關(guān)系擬合對一個工區(qū)來說不是單一公式，而是與目的層相匹配的幾個公式，因為一般來說速度是隨深度的加深逐漸增大，不同深度目的層時深關(guān)系是不同的，采用統(tǒng)一的速度解決地下不同的地質(zhì)問題，不可避免地會產(chǎn)生認識上的偏差，因此對不同區(qū)塊和不同目的層的構(gòu)造研究及地質(zhì)分析需分區(qū)分深度進行時深關(guān)系擬合。例如，某地區(qū)剖面從淺至深依次為新近系、古近系和前第三系。由于地震波的速度與地層的巖性有關(guān)，一般隨地層變老，地震波傳播速度增大，特別對前第三系碳酸鹽巖和花崗巖來說速度相對于古近系地層速度更高，因此在進行時深轉(zhuǎn)換時需分層對待，分別處理。

對該地區(qū)前第三系進行深度預(yù)測時，以周圍臨近井的時深為基礎(chǔ)，選擇合適的轉(zhuǎn)換點（上覆地層巖性變化不大、地層產(chǎn)狀比較平緩、上下地層速度變化較大）。在轉(zhuǎn)換點之上，對臨近井進行時深關(guān)系擬合得到一組關(guān)系式，而轉(zhuǎn)換點之下對已鉆井統(tǒng)計擬合出該地層單元的速度（△V），重新建立適應(yīng)該地層情況的時深表，從待轉(zhuǎn)換地層統(tǒng)計不同地層單元的時間厚度（△t），運用關(guān)系式進行計算得出轉(zhuǎn)換深度：

式中：L — 深度。

分段擬合時深關(guān)系在勘探早期鉆井較少的穩(wěn)定地層較為適用，但用統(tǒng)一的速度量版，忽略了地層速度的空間變化，平均效應(yīng)明顯，不夠精確，隨著勘探工作的進行和不斷深入，愈發(fā)暴露出其缺陷。因此在構(gòu)造形態(tài)及上覆地層厚度變化較大的地區(qū)采用變速成圖。

2　變速成圖方法對比應(yīng)用

2.1井空間插值法

隨著勘探不斷深入，鉆井?dāng)?shù)量增多，在構(gòu)造平緩、縱橫向速度變化較小的地區(qū)，根據(jù)工區(qū)內(nèi)多井層位標(biāo)定獲得精度較高的速度資料進行縱橫向插值求取速度場，這種插值方式在井間以距離作為權(quán)系數(shù)確定各井的速度數(shù)據(jù)在速度場中的貢獻值，一般只考慮距離因素，不考慮地質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響[4]。如何根據(jù)鉆井的分布情況合理運用此方法成為井空間插值變速成圖方法的關(guān)鍵。

對W工區(qū)6口井運用井空間插值法求取速度場進行時深轉(zhuǎn)換。從圖3、圖4中可以看出利用井空間插值法可得到速度場并且根據(jù)井空間插值得到的速度場將等t0圖進行時深轉(zhuǎn)換形成深度域構(gòu)造圖，從表1中讀出驗證井的誤差較大，通過分析認為造成驗證井誤差大的原因為：①井的數(shù)量有限；②井分布不均勻；③井間距太大(W6井距周邊最近井的井距達到10 km以上)。

圖3　W工區(qū)東營組井間插值層速度等值線圖

圖4　W工區(qū)東營組構(gòu)造圖

表1　W工區(qū)東營組時深轉(zhuǎn)換誤差對比

對某油田B構(gòu)造4口探井運用井空間插值法進行構(gòu)造成圖，從表2中可以看出各井的誤差很小，這是因為B構(gòu)造地層埋深比W工區(qū)東營組淺，構(gòu)造平緩、起伏小，并且?guī)卓诰植季鶆?，井間距較小，大約為2 km左右，適合應(yīng)用井空間插值法進行時深轉(zhuǎn)換。

表2　某油田B構(gòu)造油層段時深轉(zhuǎn)換誤差對比

2.2地質(zhì)構(gòu)造約束層速度變速成圖

以少量井點資料為基礎(chǔ)，以純數(shù)學(xué)的距離內(nèi)插方式生成速度場而不考慮實際地質(zhì)結(jié)構(gòu)變化對速度的影響，只能代表鉆孔附近有限范圍內(nèi)的速度很精確，而離鉆孔較遠地方的速度，就不能用它來代替。如果探區(qū)內(nèi)鉆孔較少，且分布不均，地質(zhì)情況比較復(fù)雜時，速度橫向變化較大，鉆孔之間的速度就很難求準。三維地震資料處理不僅提供疊加數(shù)據(jù)體，同時還提供三維疊加速度場，它的特點是全區(qū)分布均勻[5]。在復(fù)雜構(gòu)造區(qū)，以層速度為基礎(chǔ)，綜合合成記錄時深表、地震層位及鉆井分層等多種數(shù)據(jù)類型，空間上采用層位和斷層面等時地質(zhì)構(gòu)造為速度場外推的約束條件，井點以鉆井分層作控制建立速度模型，從速度控制點到速度控制剖面，再進一步到速度體，建立起沿層位變化的、更為精確的層速度場（圖5），使時深轉(zhuǎn)換后的地震數(shù)據(jù)體、斷層、層位與實際鉆井?dāng)?shù)據(jù)更加吻合，從而實現(xiàn)三維資料精確的時深轉(zhuǎn)換，使構(gòu)造保真性強（圖6）。

基于地質(zhì)模型約束層速度進行時深轉(zhuǎn)換方法應(yīng)用靈活，建場方式直觀，精度較高，適合于各種復(fù)雜構(gòu)造的時深轉(zhuǎn)換，有良好的應(yīng)用效果。

圖5　某油田A構(gòu)造基于地質(zhì)模型約束層速度進行時深轉(zhuǎn)換流程圖

圖6　某油田A構(gòu)造東營組構(gòu)造圖（基于地質(zhì)模型約束層速度的時深轉(zhuǎn)換）

2.3層疊法變速成圖

通過分析速度資料發(fā)現(xiàn)，許多井中地層層速度隨深度增加變化趨勢多樣，這種變化用單一曲線描述存在較大誤差。如果根據(jù)地層速度的垂向變化，多段采用線性變化趨勢可以較好地描述速度的變化規(guī)律，具有較高的描述精度[6]。

首先根據(jù)工區(qū)及鄰區(qū)速度隨深度的變化趨勢將地層劃分為大層，利用VSP、聲波測井等速度資料，根據(jù)速度變化趨勢劃分速度段，建立各層層速度ν0平面圖；分段擬合速度，求取各段的νp和k；然后計算層速度；利用各層的層速度和時間計算各層的厚度，最后通過多層累加，實現(xiàn)成圖[7]。

該方法是以νp-k線性速度模型為基礎(chǔ)[8]。

式中：νint— 層速度，

νp— 截距，

k — 斜率，

Zmid— 目的層段中點深度。

該式物理意義為，在相同的構(gòu)造背景下形成的同類巖性地層的層速度隨著深度增加線性增加。

疊加速度體經(jīng)Dix公式轉(zhuǎn)成層速度、平均速度體，沿層提取速度得到各大層速度框架，然后運用測井資料計算出各小層段的層速度和各層中點深度擬合出一條直線，其斜率為k，截距νp值，再求取未知點的層速度。

式中：Z1— 第1層深度，已知；

Z2— 第2層深度。Z2還可以表示為：

式中：△T — 第2層的雙程時間，

將式（5）、式（6）代入式（4），得出層速度表達式

利用（7）式可計算第2層的層速度，進而求出第2層的深度。依此類推，可計算出各層的層速度ν、層間厚度△h和頂面深度H（圖7）。

在L工區(qū)運用層疊法變速成圖進行時深轉(zhuǎn)換，根據(jù)巖性變化特征和解釋層位，將地層從上至下依次劃分為東營組一段、東營組二段、沙河街組二段、沙河街組三段，在此基礎(chǔ)上，運用區(qū)域速度資料分別提取各層的層速度ν0，利用區(qū)內(nèi)及鄰區(qū)5口井資料分層擬合，得到各小層的νp、k，利用前述公式算出各小層的層速度、層間厚度和頂面深度。圖8為東營組二段的擬合情況，相關(guān)系數(shù)平方為0.964 3，相關(guān)性較好。

圖7　層疊法實現(xiàn)流程圖

圖8　L工區(qū)東營組二段νp和k擬合曲線

L工區(qū)東營組二段運用層疊法變速成圖，通過5口井的層頂深度與鉆井深度比對，相對誤差均小于0.3%，而驗證井層頂深度與鉆井深度相差11 m，小于1%（表3），吻合度較高，說明層疊法變速成圖方法較好地反映了地下構(gòu)造特征（圖9）。

表3　東營組二段時深轉(zhuǎn)換深度誤差對比

3　結(jié)論

圖9　L工區(qū)東營組二段構(gòu)造圖

通過分析和討論，指出幾種時深轉(zhuǎn)換技術(shù)的應(yīng)用及注意事項，總結(jié)出各種方法的優(yōu)劣和應(yīng)用范圍，同時對目前時深轉(zhuǎn)換問題有如下幾點認識：

（1）對于常速成圖，分區(qū)和分深度進行冪函數(shù)擬合是最理想的辦法，針對不同地區(qū)、不同目的層的構(gòu)造研究及地質(zhì)分析，可分區(qū)對多口井進行冪函數(shù)擬合，從中選擇相對最優(yōu)的擬合式。

（2）在實際應(yīng)用中可根據(jù)不同的資料特征和實際情況選用不同的變速成圖方法，為消除各種誤差，需采用多種技術(shù)手段處理計算均方根速度和平均速度，使得到的速度場滿足生產(chǎn)要求。

（3）在時深轉(zhuǎn)換過程中要注重細節(jié)、精益求精，努力提高構(gòu)造圖的精度，降低勘探風(fēng)險，提高油氣勘探的成功率。

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中圖分類號：P631.4

文獻標(biāo)識碼：A

DOI:10.3969/j.issn.1008-2336.2014.01.036

收稿日期：2013-03-11；改回日期：2013-04-15

作者簡介：李軍，女，1966年生，畢業(yè)于大慶石油學(xué)院，石油工程專業(yè)，從事檔案管理工作。E-mail：f i go004@163.com。

文章編號：1008-2336（2014）01-0036-05

Analysis and Applications of Time-Depth Transform Method in 3D Seismic Interpretation

LI Jun
（Institute for Geological Research of Xinglongtai Oil Extraction Factory, Liaohe Oil Field Co. of CNPC, Panjin Liaoning 124000, China）

Abstract:Time-depth conversion is an important part of converting seismic data interpretation results into the geological results. In this paper, on the basis of the actual data of the oilf i eld exploration, several different time-depth conversion methods have been discussed. For the constant velocity mapping，the best practice is to proceed power function fi tting by dividing the region and the depth. For the variable velocity mapping, we can choose different methods according to different data characteristics and the actual situation. In actual applications, in order to achieve the best geological results, we can select the appropriate time-depth conversion method depending on the geological and seismic ref l ection conditions.

Key words:seismic exploration; time-depth conversion; constant velocity mapping; variable velocity mapping