邊立恩，于　茜，谷志猛，韓自軍，屈　勇

（中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津300452）

低速異常帶平均速度場(chǎng)建模方法研究
——以渤海Q油田為例

邊立恩，于茜，谷志猛，韓自軍，屈勇

（中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津300452）

時(shí)深轉(zhuǎn)換作為聯(lián)系地震與地質(zhì)的橋梁，是地球物理研究的一大熱點(diǎn)。隨著渤海油田勘探開發(fā)程度的不斷加深，對(duì)時(shí)深轉(zhuǎn)換的要求逐漸提高。渤海Q油田目的層為明下段曲流河沉積，具有典型的低幅度構(gòu)造特征，且地層速度橫向變化較大，具有明顯的低速異常特征。這兩方面特征增加了該油田時(shí)深轉(zhuǎn)換研究的難度。針對(duì)常規(guī)速度建模方法的缺陷和不足，提出了種子點(diǎn)約束空間插值的平均速度場(chǎng)建模方法。該方法首先根據(jù)地震資料并結(jié)合測(cè)井及地質(zhì)分層，來(lái)確定低速異常帶的分布；然后根據(jù)速度異常量的大小，在低速異常帶范圍內(nèi)設(shè)置種子點(diǎn)并結(jié)合井點(diǎn)處的速度，進(jìn)行空間約束插值，進(jìn)而建立速度場(chǎng)并用于時(shí)深轉(zhuǎn)換。從實(shí)際鉆井情況來(lái)看，該方法預(yù)測(cè)精度較常規(guī)方法有了較大提高，并取得了良好的實(shí)際應(yīng)用效果。

時(shí)深轉(zhuǎn)換；低幅度構(gòu)造；速度異常；種子點(diǎn)；空間插值

0　引言

時(shí)深轉(zhuǎn)換是地球物理研究的一大難點(diǎn)，其是聯(lián)系地震與地質(zhì)和測(cè)井的橋梁。如何求取準(zhǔn)確的速度分布，一直是地球物理研究工作者努力的方向和目標(biāo)［1-2］。近年來(lái)，隨著渤海海域勘探程度的不斷加深，低幅構(gòu)造與巖性圈閉等亦逐漸成為勘探者所研究的對(duì)象。在這種情況下，對(duì)時(shí)深轉(zhuǎn)換即速度的精度所提出的要求也就更高［3］。雖然國(guó)內(nèi)外學(xué)者［4-16］圍繞這一主題開展過大量研究和探索，并取得過許多成效，但每種方法都有其自身的適應(yīng)性和局限性。因此，在研究過程中需要結(jié)合研究目標(biāo)的實(shí)際特征，采取更加適用和有效的方法，進(jìn)而達(dá)到提高勘探開發(fā)精度的目標(biāo)。

渤海Q油田位于渤海海域石臼坨凸起中部，是在古隆起背景上發(fā)育的被斷層復(fù)雜化的斷裂背斜構(gòu)造，構(gòu)造幅度5～20 m，為典型的低幅度構(gòu)造油田。該油田因受到巖性組合及儲(chǔ)層含油氣性的影響，地層速度橫向變化較大。從已鉆井的時(shí)深關(guān)系對(duì)比圖（圖1）可以看到，Q3井從1 200 m左右開始傳播速度逐漸偏低于其他井，呈明顯的低速特征，這對(duì)該油田的時(shí)深轉(zhuǎn)換非常不利，因?yàn)榈退佼惓５钠矫娣植挤秶鸁o(wú)法確定。常規(guī)的速度建模方法在井點(diǎn)以外是利用一些純數(shù)學(xué)的方法通過插值來(lái)生成速度場(chǎng)，這與真實(shí)的空間速度變化規(guī)律并不吻合，從而影響了對(duì)速度異常平面分布的真實(shí)刻畫，進(jìn)而導(dǎo)致無(wú)法準(zhǔn)確預(yù)測(cè)圈閉和儲(chǔ)層深度［17］。因此，常規(guī)的速度建模方法在該油田已經(jīng)并不適用。綜合以上多方面因素，筆者認(rèn)為，時(shí)深轉(zhuǎn)換已成為渤海Q油田精細(xì)構(gòu)造研究的首要問題。

圖1　渤海Q油田已鉆井時(shí)深關(guān)系對(duì)比圖Fig.1　Comparison of time-depth relationship of drilled wells in Q oilfield

基于渤海Q油田的地質(zhì)和地球物理特征，要解決其時(shí)深轉(zhuǎn)換問題，尋找速度異常帶的分布則顯得尤為重要。筆者通過研究，提出根據(jù)地震資料并結(jié)合測(cè)井和地質(zhì)分層，來(lái)確定低速異常帶的分布，然后通過種子點(diǎn)約束空間插值來(lái)構(gòu)建平均速度場(chǎng)，并用于時(shí)深轉(zhuǎn)換。實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明，該方法可行。

1　方法原理與技術(shù)流程

1.1方法原理

要解決渤海Q油田的時(shí)深轉(zhuǎn)換問題，首先需要尋找其速度異常帶的分布。圖2中，用R0代表目的層頂面的同相軸，R1代表目的層底面的同相軸，Δt為目的層段地震波的垂直傳播時(shí)間，h為相應(yīng)位置處的實(shí)際地層厚度，v為地震波在相應(yīng)地層段內(nèi)傳播的平均速度。根據(jù)地震波的傳播速度、傳播時(shí)間及其穿過的地層厚度之間的關(guān)系，有

圖2　偏移時(shí)間剖面示意圖Fig.2　Diagram of migrated time section

由式（1）可見，在地層等厚（h為一常數(shù)）的情況下，地震波在目的層段的垂直傳播時(shí)間Δt為傳播速度v的函數(shù)，二者呈負(fù)相關(guān)，低速的地方必然會(huì)導(dǎo)致傳播時(shí)間的增大。如圖2（a）所示，雖然AA′與BB′的真實(shí)地層厚度相同（都為h），但由于AA′地層的傳播速度小于BB′地層的傳播速度（v0＜v），所以在偏移時(shí)間剖面上AA′的時(shí)間厚度大于BB′的時(shí)間厚度（ΔtA＞ΔtB），即當(dāng)某一地層其厚度在橫向上不變時(shí)（處處等厚），傳播速度發(fā)生橫向變化時(shí)其相應(yīng)的地震波的傳播時(shí)間會(huì)隨之發(fā)生變化，那么，若能得知地震波傳播時(shí)間發(fā)生異常變化的范圍就等于找到了速度異常的分布。對(duì)于圖2（a）所示的情況，傳播時(shí)間發(fā)生異常變化的范圍較易得知，只需用R1的時(shí)間層位與R0的時(shí)間層位相減，再扣除目的層段間的正常傳播時(shí)間（背景時(shí)間）Δt，即可得到時(shí)差ΔT= TR1-TR0-Δt，則ΔT＞0的范圍即為速度異常的分布。

由于實(shí)際地層并非處處等厚，而更多的情況是以圖2（b）所示的形式存在。此時(shí)，式（1）可表示為

式中：i表示不同的地層位置點(diǎn)。此時(shí)，由于地層厚度h也為一變量，因此地震波在目的層段的垂直傳播時(shí)間Δt為速度v與地層厚度h的函數(shù)，是v與h綜合影響的結(jié)果。在這種情況下，若求取時(shí)間的異常分布采用前述方法則無(wú)能為力，因?yàn)榇藭r(shí)的時(shí)差ΔT既包含了速度異常引起的時(shí)差，也包含了地層厚度變化對(duì)時(shí)間的貢獻(xiàn)。

1.2技術(shù)流程

1.2.1求取地層的時(shí)間厚度

通過對(duì)目的層頂、底面進(jìn)行精細(xì)解釋，可求取目的層段的時(shí)間厚度分布。圖3中，黃線代表目的層頂?shù)膶游唤忉?，黑線代表目的層底的層位解釋，將這兩層位相減，即可得到目的層段的時(shí)間厚度（圖4）。由于實(shí)際地層并非處處等厚，所以計(jì)算所得到的地層時(shí)間厚度包含了低速異常引起的時(shí)間變化及真實(shí)地層厚度變化對(duì)時(shí)間的影響。只有去除地層厚度對(duì)時(shí)間產(chǎn)生的這種影響才能得到單純只由速度異常所引起的反射時(shí)間厚度的異常。

圖3　參考層段地震剖面Fig.3　Seismic section of strata

圖4　地層反射時(shí)間厚度Fig.4　Time thickness of strata

1.2.2去除地層厚度變化對(duì)時(shí)間的影響

首先，根據(jù)地層對(duì)比結(jié)果，結(jié)合地質(zhì)分層，對(duì)井點(diǎn)處的地層厚度進(jìn)行網(wǎng)格化，得到地層厚度的平面分布（圖5）；然后，通過多井時(shí)深數(shù)據(jù)的直線擬合，求得該層段的背景平均速度（圖6），其中擬合公式為y=kx+b。之所以選擇直線擬合是由于直線擬合的斜率（深度與時(shí)間的比值）正好是速度的表達(dá)式。由于x代表的時(shí)間為雙程旅行時(shí)，且其單位為ms，應(yīng)換算到標(biāo)準(zhǔn)單位s，因此研究區(qū)參考層段的背景平均速度v=y/（0.5·x·10-3）=2 000·k，單位為m/s。

圖5　地層厚度平面等值線分布Fig.5　Contour distribution of strata thickness

圖6　參考層段背景平均速度的擬合Fig.6　Fitting background velocity

1.2.3求取單純由速度異常引起的時(shí)間異常分布

用地層厚度除以該層段背景平均速度v，即得到該地區(qū)目的層段的正常反射時(shí)間（背景時(shí)間）的分布；然后用已求得的地層時(shí)間厚度減去該背景時(shí)間，即得到只由速度異常引起的時(shí)間（ΔT）分布（圖7）。根據(jù)理論分析，圖7中的時(shí)間異常分布（紅色區(qū)域）即代表速度異常的分布。

圖7　速度異常引起的時(shí)間分布（ΔT）Fig.7　Time distribution（ΔT）caused by velocity anomaly

1.2.4速度場(chǎng)的建立

確定了速度異常的分布后，還需要確定該異常范圍內(nèi)每點(diǎn)（以下稱種子點(diǎn)）處速度值的大小，才能最終完成速度場(chǎng)的建立。由于ΔT越大，則低速異常越突出，即真實(shí)的速度越小，因此根據(jù)ΔT的大小來(lái)對(duì)速度異常量Δv進(jìn)行刻度，進(jìn)而最終確定異常范圍內(nèi)種子點(diǎn)處速度值的大小。將存在低速異常的Q3井及正常井Qs2井作為刻度的參考，設(shè)它們?cè)谀康膶拥恼鎸?shí)平均速度為vQ3和vQs2，則速度異常量與時(shí)間異常量之間的關(guān)系為

式中：C為一正的常數(shù)。

將Q3井和Qs2井各井點(diǎn)處的相應(yīng)速度vQ3和vQs2及時(shí)間異常量ΔTQ3和ΔTQs2代入式（3）即可求得C。這樣，對(duì)于速度異常區(qū)內(nèi)的其他任意一點(diǎn)B，有

將相應(yīng)數(shù)據(jù)代入式（4）即可求得速度異常范圍內(nèi)任意種子點(diǎn)處的速度值，然后結(jié)合異常區(qū)外其他井點(diǎn)處的速度，即可進(jìn)行種子點(diǎn)約束下的空間插值（圖8）?？紤]到速度異常范圍的精確性，要求異常范圍內(nèi)所有種子點(diǎn)值都參與空間插值運(yùn)算，最終建立平均速度場(chǎng)的平面分布。圖（8）中黑實(shí)圈標(biāo)注的井為后期的評(píng)價(jià)井，在本文研究中作為驗(yàn)證井。

圖8　平均速度場(chǎng)的平面分布Fig.8　Distribution of mean velocity field

2　實(shí)際應(yīng)用效果

利用本文方法建立的速度場(chǎng)對(duì)目的層的等t0圖進(jìn)行時(shí)深轉(zhuǎn)換可得到構(gòu)造圖，圖9是利用Landmark軟件中常用的方法TDQ法與本文方法時(shí)深轉(zhuǎn)換結(jié)果的對(duì)比。從圖中可以看到，2種方法在藍(lán)色橢圓圈標(biāo)注部分的構(gòu)造形態(tài)差異較大。圖9（a）的構(gòu)造形態(tài)具有比較明顯的數(shù)學(xué)幾何特征（棱角特征明顯），這是由于采用純數(shù)學(xué)方法對(duì)井點(diǎn)處的速度進(jìn)行井間插值所導(dǎo)致的，而圖9（b）的構(gòu)造形態(tài)起伏變化更加自然。2種方法預(yù)測(cè)的深度（圖中箭頭所指的位置）相差達(dá)到7 m。

圖9　TDQ法（a）與種子點(diǎn)約束空間插值方法（b）轉(zhuǎn)換結(jié)果對(duì)比Fig.9　Comparison of results between TDQ method（a）and seed point method（b）

從評(píng)價(jià)井Qs1井和Q8井的實(shí)鉆情況來(lái)看，本文方法深度預(yù)測(cè)的誤差較小（表1）。主要原因在于，與TDQ方法相比，本文方法對(duì)于速度異常范圍的刻畫更加精確，所建立的平均速度場(chǎng)更加接近實(shí)際地質(zhì)情況。因此利用該平均速度場(chǎng)進(jìn)行時(shí)深轉(zhuǎn)換的精度也就更高。另外，從實(shí)鉆井的時(shí)深關(guān)系來(lái)看，Qs1井和Q8井均不存在低速異常，這也從另外的角度驗(yàn)證了本文方法所建立的速度場(chǎng)的可靠性。

表1　深度預(yù)測(cè)誤差對(duì)比Table1　Comparison of depth prediction error

3　結(jié)論

（1）隨著勘探目標(biāo)的精細(xì)程度及開發(fā)程度的不斷加深，對(duì)時(shí)深轉(zhuǎn)換提出的要求逐漸提高，所以要根據(jù)研究目標(biāo)的實(shí)際情況，針對(duì)具體問題具體分析，進(jìn)而采取更加實(shí)用而有效的方法。

（2）基于渤海Q油田本身的地質(zhì)和地球物理特征，常規(guī)的速度建模方法已無(wú)法滿足該油田時(shí)深轉(zhuǎn)換精度的需求。

（3）本文提出的種子點(diǎn)約束空間插值的方法忠于實(shí)際地震資料，有效克服了常規(guī)速度建模方法的缺點(diǎn)和不足。從實(shí)際鉆井情況來(lái)看，利用該方法確定的速度異常范圍與實(shí)際地質(zhì)情況更加吻合，深度預(yù)測(cè)的精度較常規(guī)方法也有所提高，為該區(qū)后續(xù)的進(jìn)一步勘探評(píng)價(jià)提供了重要的參考和依據(jù)。同時(shí)，該方法對(duì)類似構(gòu)造特征區(qū)的時(shí)深轉(zhuǎn)換研究也具有一定參考價(jià)值和借鑒意義。

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（本文編輯：郭言青）

Research on mean velocity field modeling method for low velocity anomaly zone：A case study from Q oilfield，Bohai

BIAN Li'en，YU Qian，GU Zhimeng，HAN Zijun，QU Yong
（Bohai Oilfield Research Institute，Tianjin Branch，CNOOC China Limited，Tianjin 300452，China）

As the bridge to connect seismic and geological，time-depth conversion is a hot topic of geophysical research.In recent years，with further exploration and exploitation of Bohai Oilfield，higher accuracy of time-depth conversion is required.The target zone of Q oilfield is the deposition of meandering river of Minghuazhen Formation，and it is characterized by typical low amplitude structure，large lateral variation of formation velocity and obvious low velocity anomaly.The above two features brought new challenges to the research of time-depth conversion method for this oilfield.Based on the flaw and insufficiency of conventional velocity modeling method，this paper proposed a new method that firstly determines the distribution range of low velocity anomaly by seismic data combined with logging and geological stratification，then creates seed points inside the anomaly range according to the degree of velocity anomaly，finally builds the velocity field by spatial interpolation under the restraint of velocity at seed points and well points.The velocity field can finally be used for time depth conversion.From actual drilling situation，this method can improve the prediction accuracy more greatly than conventional methods and has made a good practical application.

time-depth conversion；lowamplitude structure；velocityanomaly；seed point；spatial interpolation

P631.4

A

1673-8926（2015）03-0122-05

2014-07-15；

2014-09-16

中國(guó)海洋石油總公司“十二五”重大科技專項(xiàng)“海上開發(fā)地震集成與應(yīng)用研究”（編號(hào)：CNOOC-KJ125 ZDXM 06 LTD-10-KFSC-14）資助

邊立恩（1982-），男，碩士，工程師，主要從事地震資料解釋與儲(chǔ)層預(yù)測(cè)方面的研究工作。地址：（300452）天津市塘沽區(qū)閘北路海工樓247室。電話：（022）25800754。E-mail：bianlien@163.com。