馬學(xué)軍，張雪瑩，李海英，陳本池，牟 棋

(1.中國(guó)石化西北油田分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，烏魯木齊 830011；2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(北京)能源學(xué)院，北京 100083；3.中國(guó)石油化工股份有限公司科技部油田處，北京 100728)

在油氣勘探開(kāi)發(fā)過(guò)程中，精確的層位標(biāo)定是保證三維高精度地震資料解釋的首要前提，它直接關(guān)系到目的層劃分、地震相解釋及后期儲(chǔ)層預(yù)測(cè)的精度[1]。層位標(biāo)定是構(gòu)造解釋、儲(chǔ)層分析、油藏描述等基于地震資料特別是三維地震資料的各種物探新方法和新技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是構(gòu)造解釋和巖性儲(chǔ)層地震解釋的基礎(chǔ)[2-3]。層位標(biāo)定的目的是在地震剖面上建立準(zhǔn)確的時(shí)間域與深度域的對(duì)應(yīng)關(guān)系。目前，中外主要的層位標(biāo)定方法有兩種，其一是利用測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)得到合成地震記錄，將其與井旁地震道按最大相關(guān)系數(shù)標(biāo)定；其二是利用垂直地震剖面(vertical seismic profiling，VSP)資料具有時(shí)間域和深度域的雙重信息來(lái)進(jìn)行直接標(biāo)定[4]。

合成記錄層位標(biāo)定方法主要利用聲波測(cè)井和密度測(cè)井資料[5]。蔡偉祥等[6]對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地西北緣克百斷裂帶下盤單斜帶的五3東區(qū)進(jìn)行了合成記錄標(biāo)定。孫海川[7]也對(duì)合成地震記錄制作與層位標(biāo)定問(wèn)題進(jìn)行了探討。但常規(guī)的合成記錄層位標(biāo)定方法存在許多問(wèn)題：由于地震速度和測(cè)井速度之間存在差異，并且二者采樣精度不一致，常常出現(xiàn)合成記錄和地震道難以匹配的現(xiàn)象[8]。合成記錄層位標(biāo)定存在一些問(wèn)題：若通過(guò)人工校正來(lái)使得地震道與合成記錄匹配，這種方法受人為因素的影響較大，會(huì)降低精細(xì)儲(chǔ)層標(biāo)定的精度；聲波測(cè)井和密度測(cè)井在實(shí)際測(cè)井工作中往往不是進(jìn)行全井段觀測(cè)，因此資料制作的合成記錄在地震剖面上的位置是不確定的，不能準(zhǔn)確標(biāo)定層位[9]；同時(shí)聲波測(cè)井和密度測(cè)井資料往往會(huì)受到泥漿污染與井壁結(jié)構(gòu)的影響，使得用于制作合成記錄波阻抗界面的反射系數(shù)精確度降低[10]。

與地面地震觀測(cè)系統(tǒng)不同，VSP是指在地面激發(fā)震源而將檢波器放置在井中接收信息，其獨(dú)特的觀測(cè)方式，相比于地面地震減小了地面噪音影響，同時(shí)減少了半程的能量衰減，提高了成像剖面的信噪比和分辨率，使得地震標(biāo)定層位和儲(chǔ)層預(yù)測(cè)更加精確[11-15]。由于檢波器在井中深度已知，VSP具有時(shí)間域和深度域的雙重信息，因此VSP標(biāo)定層位可以將地震的時(shí)間與鉆井的深度聯(lián)系在一起[16]。李婧銘[17]在復(fù)雜小斷塊油藏中利用VSP-LOG剖面進(jìn)行了三維地震剖面層位標(biāo)定。楊行軍[18]針對(duì)鄂爾多斯盆地進(jìn)行了VSP標(biāo)定。即使如此，VSP層位標(biāo)定仍舊存在一些問(wèn)題：成像的VSP資料與地面地震資料的疊加速度存在差異，導(dǎo)致兩者對(duì)應(yīng)的時(shí)間波形不一致[19]；VSP和地面地震的震源不同，VSP用的是人工激發(fā)的可控震源，而地面地震采用的是炸藥震源，二者在頻率、相位上有較大差別[20]；VSP和地面地震的處理流程上有很大的不同，每個(gè)環(huán)節(jié)的參數(shù)選擇和處理方式都會(huì)影響到剖面的效果[21]。

傳統(tǒng)的橋式層位標(biāo)定是利用VSP資料進(jìn)行直接標(biāo)定，但是會(huì)忽略掉地面信息，使得結(jié)果受VSP資料的質(zhì)量影響較大[22]。在前人研究的基礎(chǔ)上，分析合成記錄標(biāo)定和VSP標(biāo)定存在的問(wèn)題，以塔里木盆地巴楚隆起的瑪北1井為例，針對(duì)地質(zhì)難點(diǎn)及VSP資料處理的難點(diǎn)建立了該區(qū)域VSP資料的處理流程，綜合考慮合成記錄標(biāo)定和VSP資料標(biāo)定的雙重影響，利用瑪北1井校正的聲波曲線合成記錄和VSP走廊疊加剖面來(lái)進(jìn)行綜合層位標(biāo)定，將深度域測(cè)井、地質(zhì)層位資料與時(shí)間域地震資料連接起來(lái)，并通過(guò)分析層速度驗(yàn)證了標(biāo)定結(jié)果的準(zhǔn)確性，最后結(jié)合泊松比預(yù)測(cè)了有利儲(chǔ)層段。

1 工區(qū)概況

塔里木盆地位于青藏高原北側(cè)，是中國(guó)面積最大的含油氣盆地，其北緣為天山弧形山鏈，南緣為昆侖-阿爾金弧形山鏈。瑪北1井位于塔里木盆地巴楚隆起(圖1)。巴楚隆起位于塔里木盆地中央隆起帶西部，北臨北部坳陷，北東接塔中隆起，東南與塘古坳陷相接，西南則與西南坳陷為臨[23-24]。巴楚隆起的形成演化過(guò)程及不同階段隆起的構(gòu)造性質(zhì)和變形強(qiáng)度，受控于整個(gè)塔里木盆地的構(gòu)造演化歷程，并決定了該區(qū)域的成藏組合和油氣聚集的基本特征[25]。研究表明，巴楚隆起為活動(dòng)型古隆起，主要經(jīng)歷了加里東構(gòu)造旋回階段(Z-S)、海西構(gòu)造旋回階段(D-P)、印支-燕山構(gòu)造旋回階段(T-K)和喜山構(gòu)造旋回階段(E-Q)四期構(gòu)造演化，其雛形出現(xiàn)于奧陶紀(jì)晚期，在上新世最終定型[26]。

圖1 巴楚隆起構(gòu)造位置

在對(duì)VSP數(shù)據(jù)進(jìn)行地震層位標(biāo)定時(shí)，通常采用零井源距VSP觀測(cè)，使用可控震源激發(fā)提高資料一致性，全井段接收。圖2為零井源距VSP井下Z分量原始記錄，井下Z分量原始記錄直達(dá)波起跳干脆，波形連續(xù)清晰，能量強(qiáng)。

所研究的瑪北1井是零偏VSP資料(表1)，偏移距為145.515 m，瑪北1井分為三段觀測(cè)井段。在觀測(cè)井段10～3 540 m，觀測(cè)點(diǎn)距為10 m；在觀測(cè)井段3 550～4 100 m，觀測(cè)點(diǎn)距為5 m；在觀測(cè)井段4 110～6 450 m，觀測(cè)點(diǎn)距為10 m。

表1 瑪北1井零偏觀測(cè)系統(tǒng)

2 地質(zhì)難點(diǎn)及VSP資料處理難點(diǎn)

2.1 地質(zhì)難點(diǎn)

在該工區(qū)用測(cè)井合成記錄標(biāo)定地震層位存在諸多問(wèn)題，包括測(cè)井和地震采樣精度不一致、合成記錄標(biāo)定受人為因素影響大、測(cè)井受泥漿污染和井壁結(jié)構(gòu)影響而使得合成記錄制作的波阻抗界面反射系數(shù)精度降低等。圖3為瑪北1井聲波合成記錄標(biāo)定結(jié)果，圖3左側(cè)為深度域測(cè)井信息及合成記錄，右側(cè)為時(shí)間域聲波合成記錄及地面地震剖面。分析可得出聲波合成記錄與地面地震的波組關(guān)系大部分都不能很好匹配，合成記錄層位標(biāo)定在瑪北1井區(qū)域不適合。若單使用VSP資料直接進(jìn)行標(biāo)定，會(huì)使得標(biāo)定結(jié)果受VSP資料的影響較大，并且會(huì)忽略掉地面的信息。因此，本工區(qū)擬采用VSP走廊疊加與合成記錄綜合標(biāo)定的方法進(jìn)行層位標(biāo)定。

2.2 VSP資料處理難點(diǎn)

在瑪北1井的VSP資料處理的過(guò)程中，多次波壓制與波場(chǎng)分離是兩大處理難點(diǎn)。在該井區(qū)，無(wú)論是地面地震，還是VSP，多次波能量都很強(qiáng)。多次波的存在會(huì)影響成像精度，并且與有效波相互干擾，更為嚴(yán)重的會(huì)出現(xiàn)假相，導(dǎo)致抹殺實(shí)際地質(zhì)現(xiàn)象，造成地質(zhì)解釋的偏差。與地面地震壓制多次波方法不同，VSP資料的上下行波中都會(huì)存在多次波，本次資料處理將考慮將兩者波場(chǎng)相結(jié)合來(lái)壓制多次波。

波場(chǎng)分離的目的是通過(guò)濾波方法來(lái)分離上、下行波，其中濾波方法的選取非常關(guān)鍵。VSP波場(chǎng)分離常用方法包括中值濾波方法、F-K濾波方法、偏振分析方法和基于反演的波場(chǎng)分離方法。對(duì)于一般的簡(jiǎn)單模型，中值濾波和F-K濾波可以取得較好的效果，當(dāng)處理復(fù)雜的構(gòu)造區(qū)域時(shí)，中值濾波和F-K濾波取得效果往往不是很理想?；诜囱莺推穹治龅腣SP波場(chǎng)分離方法取得的效果較好，但是需要用到多個(gè)分量，且實(shí)現(xiàn)過(guò)程復(fù)雜，效率不高。因此，為提高效率及效果，本工區(qū)擬采用中值濾波和F-K濾波綜合的波場(chǎng)分離方法。

3 有效的針對(duì)性的處理技術(shù)及流程

通過(guò)大量參數(shù)的測(cè)試，建立了瑪北1井的整套處理流程如圖4所示，處理手段主要包括初至拾取、球面擴(kuò)散補(bǔ)償、反褶積、波場(chǎng)分離和走廊疊加等。

圖4 瑪北1井處理流程圖

3.1 初至拾取

在對(duì)零偏VSP資料進(jìn)行靜校正和三分量偏振處理的基礎(chǔ)上，進(jìn)行零偏VSP資料的初至拾取，初至拾取為后續(xù)的上行波動(dòng)校正等處理提供基礎(chǔ)，并且初至拾取的精度會(huì)影響到后續(xù)時(shí)深關(guān)系建立和層速度計(jì)算的準(zhǔn)確度。理論上認(rèn)為可控震源激發(fā)得到的信號(hào)是零相位記錄應(yīng)拾取最大值，因此為了能夠使拾取的精度較高，采用人機(jī)交互的方式進(jìn)行初至拾取。圖5為Z分量的下行縱波初至拾取。

圖5 Z分量的下行縱波初至拾取

3.2 球面擴(kuò)散補(bǔ)償

在反射波下行傳播過(guò)程中，到深層接收時(shí)已損失了大量的高頻信息及振幅能量。圖6為球面擴(kuò)散補(bǔ)償前后的對(duì)比，其中圖6(a)為未進(jìn)行球面擴(kuò)散補(bǔ)償，可以看到在中深層的振幅能量較弱；圖6(b)為在經(jīng)過(guò)球面擴(kuò)散補(bǔ)償后的剖面，剖面中的中深層反射能量得到了提高。

圖6 球面擴(kuò)散補(bǔ)償前后對(duì)比

3.3 反褶積

反褶積的目的是壓制多次波和提高分辨率。VSP使用的反褶積方法與地面地震資料處理的反褶積方法不同，首先通過(guò)波場(chǎng)分離得到純凈的下行波場(chǎng)，從分離得到的下行波場(chǎng)中選取資料較好的深度段平均獲得下行波子波，此下行波作為期望輸入，分析下行波主頻，選取雷克子波作為期望輸出，從而提取反褶積算子利用此反褶積算子進(jìn)行反褶積，壓縮地震子波提高分辨率。經(jīng)過(guò)試算采用了200 ms的反褶積算子，如圖7所示，經(jīng)過(guò)反褶積處理，可以看出多次波得到了有效壓制，上行波能量得到了顯著增強(qiáng)。

圖7 反褶積前后對(duì)比

3.4 波場(chǎng)分離

波場(chǎng)分離是VSP數(shù)據(jù)處理中最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。從零偏VSP原始波場(chǎng)記錄可以看到多種類型的波疊合在一起、波場(chǎng)信息豐富(圖2)。中值濾波的效果主要取決于濾波跨度的選取，跨度太小，不能達(dá)到濾波的要求，跨度太大，會(huì)使平滑太嚴(yán)重，造成部分有效信號(hào)被壓制掉。通過(guò)參數(shù)實(shí)驗(yàn)和方法比較，采用了21道中值濾波法來(lái)分離上、下行波場(chǎng)，再用F-K濾波去除其他干擾和隨機(jī)干擾。圖8為用上述方法分離的下行波和上行波，可以看到分離的效果較好，上下行波分離較為干凈，干擾波去除較為徹底。

圖8 波場(chǎng)分離

3.5 走廊疊加

利用速度模型將上行波動(dòng)校正，通過(guò)截取井附近的窄走廊，這樣做可以避免多次波等干擾波參與疊加運(yùn)算，保證VSP成果的可靠性。VSP走廊疊加剖面是在動(dòng)校正上行波剖面的基礎(chǔ)上，避開(kāi)多次波在一次反射波的區(qū)域進(jìn)行走廊疊加而形成。制作走廊疊加剖面的過(guò)程如圖9所示。圖9(a)中，先將反褶積后波場(chǎng)分離得到的上行波場(chǎng)按雙程旅行時(shí)動(dòng)校正；之后再截取最靠近反射界面深度的VSP檢波器所接收到的地震信息，作為該反射界面信息，由于所選取的檢波器最靠近該界面，故其所接收的信息具有最大的保真性，如圖9(b)所示；將切除得到的初至在時(shí)間域進(jìn)行疊加得到一個(gè)輸出道，再按合成記錄的方式顯示，圖9(c)為最后得到的走廊疊加剖面。走廊疊加的結(jié)果可以表征該工區(qū)地層的波組關(guān)系。

圖9 瑪北1井零偏VSP走廊疊加剖面處理過(guò)程

4 效果及分析

4.1 VSP與測(cè)井綜合層位標(biāo)定

VSP資料反射層位與地面三維地震資料反射層位對(duì)比標(biāo)定是先將VSP上行反射波排齊剖面進(jìn)行基準(zhǔn)面校正，使其與地面三維地震資料處于相同的基準(zhǔn)面上，再選取零偏VSP上行反射P波剖面上的單次反射波區(qū)域，進(jìn)行走廊疊加形成VSP走廊疊加道，將經(jīng)過(guò)基準(zhǔn)面校正后的VSP上行反射波剖面、VSP走廊疊加道、地面地震剖面組成橋式對(duì)比圖，并考慮反射波的能量強(qiáng)弱變化和相位特征等的一致性，綜合有關(guān)地質(zhì)信息，實(shí)現(xiàn)VSP反射層位與地面三維地震剖面的對(duì)比標(biāo)定。圖10為傳統(tǒng)的VSP橋式層位標(biāo)定方法，圖10左側(cè)為瑪北1井零偏縱波VSP上行波動(dòng)校正剖面，中間為VSP走廊疊加剖面，右側(cè)為地面地震剖面。

由于傳統(tǒng)的標(biāo)定方法忽略了合成記錄的影響，因此綜合考慮合成記錄，以瑪北1井為例，把VSP的走廊疊加與校正后的合成記錄同時(shí)用于標(biāo)定，增加了深度域的走廊疊加與合成記錄，把深度域測(cè)井、地質(zhì)層位資料與時(shí)間域地震資料連接起來(lái)。圖11為瑪北1井VSP與測(cè)井綜合層位標(biāo)定圖，與傳統(tǒng)的橋式層位標(biāo)定制圖方法不同，為了更加直觀，將所有的數(shù)據(jù)都縱向排列顯示。圖11左側(cè)為深度域的測(cè)井資料、深度域的合成記錄和走廊疊加剖面，測(cè)井資料包括聲波曲線、密度曲線和伽馬曲線，右邊部分是時(shí)間域的走廊疊加剖面、VSP校正后的合成記錄與時(shí)間域的地面地震剖面。這樣就可以將深度域和時(shí)間域連接起來(lái)，根據(jù)已知地質(zhì)資料對(duì)地面地震剖面進(jìn)行層位標(biāo)定，可以將地層沙井子組、開(kāi)派茲雷克組、卡拉沙依組、巴楚組、柯坪塔格組、良里塔格組、蓬萊壩組、丘里塔格下亞群和沙依里克組很好地進(jìn)行層位標(biāo)定。

圖11 瑪北1井VSP與測(cè)井綜合層位標(biāo)定圖

4.2 層速度分析及儲(chǔ)層預(yù)測(cè)

在前面的部分已經(jīng)得到了Z分量的初至信息。之后，通過(guò)對(duì)偏移距的校正得到了近似自激自收的垂直單程時(shí)間，為求取層速度提供了可靠保證。由此，根據(jù)VSP深度域信息計(jì)算出觀測(cè)井段對(duì)應(yīng)的層速度(圖12)。層速度是研究地層巖性的重要參數(shù)，其變化特征與地層巖性密切相關(guān)，能夠反映出地層巖性的變化規(guī)律，可用于地面地震資料的偏移處理和地層巖性解釋。依據(jù)零偏VSP的時(shí)深關(guān)系，針對(duì)地層各組段進(jìn)行了大套地層的層速度計(jì)算。層速度的計(jì)算公式為

(1)

式(1)中：di+1和di分別對(duì)應(yīng)相鄰檢波器的深度，m；Ti+1和Ti分別對(duì)應(yīng)的雙程旅行時(shí)間，ms[27]。

由于瑪北1井VSP觀測(cè)點(diǎn)距太小，初至拾取的精度對(duì)層速度的影響較大。因此，當(dāng)瑪北1井VSP測(cè)井間隔為10 m時(shí)，選取層間距為3個(gè)間隔即30 m來(lái)計(jì)算層速度，然后向深處錯(cuò)動(dòng)一個(gè)點(diǎn)距，再按10 m的層間距計(jì)算層速度。依次連續(xù)計(jì)算，在同一深度就可以得到3個(gè)層速度值，通過(guò)加權(quán)平均得到該層的層速度[28]。

圖12為瑪北1井的縱波層速度、套層速度和泊松比的對(duì)應(yīng)圖，對(duì)比圖11的標(biāo)定結(jié)果和圖12的層速度可知，在新的綜合標(biāo)定法和層速度上層位有著良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，開(kāi)派茲雷克組在2 000～2 500 m，巴楚組在3 000～3 500 m，良里塔格組在4 000～4 500 m，蓬萊壩組在4 500～5 000 m，丘里塔格下亞群在5 000～5 500 m，沙依里克組在5 500～6 000 m，分析可知新的綜合標(biāo)定法有著較為準(zhǔn)確的標(biāo)定結(jié)果。

從圖12可以看出，層速度和套層速度以及泊松比的變化趨勢(shì)吻合較好，淺層速度普遍低于3 000 m/s，在中深層由于壓實(shí)作用的增強(qiáng)層速度明顯增加，該區(qū)域碳酸鹽巖地層平均層的速度在4 500 m/s以上，并由于該區(qū)域廣泛發(fā)育較厚層的碳酸鹽地層且橫向上分布較為穩(wěn)定，所以測(cè)得層速度能較好地反應(yīng)地層巖性信息。并且結(jié)合地質(zhì)背景資料，在4 800～4 925 m泊松比出現(xiàn)低值，該段為灰?guī)r，推測(cè)可能為有利儲(chǔ)層段。通過(guò)瑪北1井鉆井揭露顯示，在4 819～4 820、4 879～4 880、4 921～4 922 m井段含油級(jí)別為氣測(cè)異常層，預(yù)測(cè)的結(jié)果得到了印證。

5 結(jié)論

針對(duì)傳統(tǒng)VSP層位標(biāo)定中受VSP資料影響較大的問(wèn)題，以塔里木盆地巴楚隆起的瑪北1井區(qū)域?yàn)檠芯繉?duì)象，綜合考慮合成記錄和VSP的影響，針對(duì)地質(zhì)難點(diǎn)及VSP資料處理難點(diǎn)建立了相應(yīng)的處理流程，制作了VSP走廊疊加剖面，將該區(qū)域井校正的聲波曲線和VSP走廊疊加剖面聯(lián)系起來(lái)進(jìn)行綜合層位標(biāo)定。通過(guò)資料的分析與處理，得出以下結(jié)論。

(1)通過(guò)聲波合成記錄的約束，VSP綜合層位標(biāo)定結(jié)果更加精確，對(duì)比地質(zhì)背景資料與層速度的分層結(jié)果可以得到驗(yàn)證。

(2)通過(guò)層位標(biāo)定結(jié)果、層速度的分層以及泊松比的特征，推測(cè)在深度4 800～4 925 m為有利儲(chǔ)層段，并在鉆井結(jié)果中得到了印證。