石小茜,周俊峰,雷 明,謝俊法

(中國(guó)石油勘探開(kāi)發(fā)研究院西北分院,甘肅蘭州730020)

在地震-地質(zhì)一體化綜合研究中,井震標(biāo)定所確定時(shí)深關(guān)系的準(zhǔn)確與否,對(duì)構(gòu)造研究、儲(chǔ)層空間展布預(yù)測(cè)、儲(chǔ)層流體空間變化分析、開(kāi)發(fā)方案設(shè)計(jì)及井位調(diào)整部署等都具有重要影響[1-3]。目前,建立深度域測(cè)井和地質(zhì)類等資料與時(shí)間域地震資料的時(shí)深關(guān)系的主要途徑包括地震資料處理時(shí)所建立的速度函數(shù)、VSP測(cè)井資料以及合成地震記錄的井震標(biāo)定。其中,通過(guò)制作合成地震記錄進(jìn)行井震標(biāo)定來(lái)確定時(shí)深關(guān)系是目前研究中最常用的方法[4]。為提高時(shí)深標(biāo)定的準(zhǔn)確性與合理性,有研究者將分塊多項(xiàng)式曲面擬合所得到的三維速度場(chǎng)應(yīng)用于地震層位標(biāo)定,為缺乏VSP測(cè)井資料地區(qū)提供了較為準(zhǔn)確的時(shí)深關(guān)系[5];羅玢等[6]利用零偏VSP偏移距校正方法對(duì)提高時(shí)深關(guān)系的精度進(jìn)行了研究;肖毅等[7]通過(guò)對(duì)制作合成地震記錄所用的聲波時(shí)差和密度測(cè)井曲線的環(huán)境影響因素校正,來(lái)判斷時(shí)深關(guān)系的可靠程度;邊立恩等[8]采用時(shí)深映射方法對(duì)傾斜地層的時(shí)深關(guān)系進(jìn)行了分析;楊海長(zhǎng)等[4]在分析地震子波與極性及時(shí)深關(guān)系的基礎(chǔ)上,論述了地震剖面極性對(duì)層位標(biāo)定的影響。

以上研究利用不同類型的資料、從不同的出發(fā)點(diǎn)對(duì)建立準(zhǔn)確合理的時(shí)深關(guān)系進(jìn)行了探討,但仍然存在一定不足,主要表現(xiàn)在:①未充分考慮不同沉積相帶對(duì)時(shí)深關(guān)系的影響,某一勘探目的層段通常可能包含多個(gè)沉積時(shí)期的地層,其沉積相類型可能存在差異,不同沉積相帶具有不同的沉積環(huán)境和沉積物特性,也就可能具有不同的地層速度,因此可能存在不同的時(shí)深關(guān)系;②未充分考慮井與井之間時(shí)深關(guān)系的變化,如果僅采用單口井或者少數(shù)幾口井的時(shí)深關(guān)系來(lái)指導(dǎo)整個(gè)研究區(qū)的井震標(biāo)定,可能會(huì)出現(xiàn)較大的誤差或多解性;③僅通過(guò)對(duì)比聲波時(shí)差和密度測(cè)井曲線制作的合成地震記錄與井旁地震道的相關(guān)性,將其對(duì)比后的相關(guān)系數(shù)作為井震標(biāo)定準(zhǔn)確性的依據(jù)存在較大不確定性。為此,本文擬通過(guò)對(duì)影響井震時(shí)深關(guān)系標(biāo)定準(zhǔn)確性因素的分析,建立一套適用于碎屑巖沉積地層的檢驗(yàn)時(shí)深關(guān)系標(biāo)定可靠性與合理性的方法,以期提高井震標(biāo)定的精度,并為后續(xù)相關(guān)研究與生產(chǎn)提供支撐。

1 井震標(biāo)定的主要影響因素分析

準(zhǔn)確的時(shí)深關(guān)系是聯(lián)系深度域地質(zhì)、鉆井、測(cè)井等信息與時(shí)間域地震地球物理信息的橋梁,做好合成地震記錄的層位標(biāo)定工作是地質(zhì)評(píng)價(jià)工作中極為重要的環(huán)節(jié)[9-10]。目前最常采用的時(shí)深關(guān)系建立方法是利用聲波時(shí)差和密度測(cè)井曲線制作合成地震記錄,通過(guò)合成地震記錄與井旁地震道的相關(guān)性分析來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)該井的時(shí)深標(biāo)定,其次是利用研究區(qū)某一口井VSP資料所提供的時(shí)深關(guān)系進(jìn)行層位標(biāo)定。這些方法簡(jiǎn)單易用,且具有較高的精度而被廣泛采用[6-7]。然而,地震資料處理中速度分析表明,地層的平均速度無(wú)論是在剖面上還是在平面上均存在變化,同時(shí)地質(zhì)綜合研究也表明,不同沉積相帶的地震速度存在差異。因此,僅將工區(qū)某一口井或者幾口井的標(biāo)定結(jié)果作為整個(gè)研究區(qū)的時(shí)深標(biāo)定依據(jù),可能會(huì)帶來(lái)較嚴(yán)重的多解性,甚至錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)。

1.1 單純以相關(guān)系數(shù)作為標(biāo)定準(zhǔn)確性依據(jù)的影響

沉積地層普遍具有旋回性,而多期次旋回地層在地震剖面上的響應(yīng)就是包含波峰和波谷的多組地震反射波的周期性出現(xiàn),或者說(shuō)地震剖面上周期性出現(xiàn)的波峰和波谷組合與具有旋回性沉積的地層相對(duì)應(yīng)。因此,在建立時(shí)深關(guān)系時(shí),地質(zhì)層位與地震剖面上的哪一個(gè)波組或者哪一個(gè)波組中的哪個(gè)位置相對(duì)應(yīng),則需要認(rèn)真分析。在實(shí)際生產(chǎn)中,如果僅根據(jù)合成地震記錄與井旁地震道的相關(guān)系數(shù)來(lái)判斷井震時(shí)深關(guān)系標(biāo)定得準(zhǔn)確與否,勢(shì)必存在較大的多解性。

圖1 用相關(guān)系數(shù)衡量標(biāo)定結(jié)果的效果分析

1.2 井間地層沉積特征變化的影響

地層的沉積作用、成巖作用、構(gòu)造作用、重力滑塌以及地層內(nèi)的流體等均可對(duì)地震反射同相軸造成影響,甚至可以改變或形成新的且具有波阻抗差的地層界面[11]。以上因素可能導(dǎo)致地震反射同相軸波峰與波谷間的轉(zhuǎn)換、地震同相軸的錯(cuò)斷,這是地震層位解釋過(guò)程中出現(xiàn)人為解釋斷層的主要原因之一。但是,地震反射同相軸只有與原始地層沉積界面相對(duì)應(yīng)時(shí)才具有等時(shí)沉積地層的意義,在地震層位追蹤和解釋過(guò)程中需要識(shí)別并排除此類地震反射特征的影響,否則可能會(huì)導(dǎo)致對(duì)年代地層框架的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí),這是層序地層學(xué)指導(dǎo)地震層位追蹤解釋和研究的基礎(chǔ)[12-13]。

例如,在圖2所示的地震剖面中,自L466線至L440線,T5反射層整體呈連續(xù)的波峰特征。但在L440線至L405線之間,T5反射層出現(xiàn)較為頻繁的波峰—波谷變換,且在T3和T5反射層之間,T5之上地震波組的關(guān)系整體呈現(xiàn)湖盆萎縮、地層進(jìn)積超覆的沉積特征。在井震時(shí)深關(guān)系標(biāo)定時(shí),若忽視地層沉積等作用對(duì)地震反射同相軸的影響,在W25井和W35井間可能會(huì)產(chǎn)生對(duì)地層等時(shí)性分析的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)。

圖2 地層沉積等作用對(duì)地震同相軸的影響

1.3 沉積相帶變化的影響

v1=1566e0.0002d(R2=0.9110)

(1)

v2=2194e0.0004d(R2=0.9980)

(2)

表層不同沉積相帶地層埋藏深度與平均速度

分析表明,同一沉積時(shí)期、相同沉積相帶內(nèi)某一地層層面的平均速度具有統(tǒng)一變化規(guī)律。此外,不同沉積相帶,雖然其沉積時(shí)期相同,但因地層巖性等方面的差異,導(dǎo)致平均速度與地層埋藏深度的關(guān)系存在差異,亦即沉積相帶對(duì)地層平均速度的變化具有控制作用。由此可以看出,當(dāng)某研究區(qū)發(fā)育兩個(gè)或兩個(gè)以上沉積相類型時(shí),某一地層層面處的平均速度與地層埋藏深度的關(guān)系可能因沉積相帶的不同而存在差異,此時(shí)在井震時(shí)深關(guān)系標(biāo)定過(guò)程中,應(yīng)考慮沉積相帶對(duì)平均速度的影響,否則將會(huì)影響層位標(biāo)定、構(gòu)造分析、油藏評(píng)價(jià)等研究的準(zhǔn)確性。

2 井震標(biāo)定結(jié)果檢查方法探討

基于上文分析可以得出,在建立地震、測(cè)井的時(shí)間-深度關(guān)系時(shí),如果過(guò)多地依賴合成地震記錄與井旁地震道的相關(guān)系數(shù),甚至將其作為井震標(biāo)定合理性與準(zhǔn)確性的依據(jù),而忽略井震標(biāo)定時(shí)地層沉積等作用對(duì)地震反射同相軸的影響,均可能導(dǎo)致對(duì)年代地層框架的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)。為此,本文基于對(duì)工區(qū)參與標(biāo)定的每口井的井震標(biāo)定時(shí)深關(guān)系綜合分析、聯(lián)井地震剖面對(duì)比以及與VSP資料對(duì)比等綜合分析,構(gòu)建了能夠有效提高井震時(shí)深關(guān)系標(biāo)定合理性與準(zhǔn)確性的方法,以期提高井震標(biāo)定精度。

2.1 參與標(biāo)定井時(shí)深關(guān)系綜合分析法

在地震資料處理的速度建模環(huán)節(jié)中經(jīng)常出現(xiàn)一種情況,即在研究區(qū)所建立的疊前時(shí)間偏移速度的平面圖和剖面圖中,疊前時(shí)間偏移速度沿某一地層界面呈某一恒定值或有微弱的波動(dòng),并隨著地層埋藏深度增加呈規(guī)律性地增大,有時(shí)由于地層沉積或構(gòu)造因素的影響,該波動(dòng)的變化值略微增大。對(duì)比疊前時(shí)間偏移速度圖與沉積相平面圖可以發(fā)現(xiàn),沿地層界面的疊前時(shí)間偏移速度,其為恒定值或有微弱波動(dòng)的區(qū)域,通常與某一沉積相類型相對(duì)應(yīng)。而疊前時(shí)間偏移速度出現(xiàn)變化的位置,往往與兩種沉積相類型相變處相對(duì)應(yīng)。由此可以得出,相同地層埋藏深度、相同沉積相帶應(yīng)具有相同或相近的層速度;同一沉積時(shí)期,相同巖性通常具有相同或相近的層速度;相同沉積相帶的層速度,隨著地層埋藏深度的增加而呈現(xiàn)規(guī)律性地增大。

因此,本文認(rèn)為在建立地震與測(cè)井的時(shí)間-深度關(guān)系時(shí),可以依據(jù)相同沉積相帶層速度具有統(tǒng)一變化規(guī)律這一認(rèn)識(shí)對(duì)井震標(biāo)定的準(zhǔn)確性進(jìn)行檢查。本文選定的某研究區(qū)按構(gòu)造特征可劃分為緩坡帶和陡坡帶,目的層下白堊統(tǒng)騰格爾組二段主要發(fā)育緩坡帶的扇三角洲和陡坡帶的近岸水下扇沉積。扇三角洲相主要發(fā)育淺灰色砂巖、砂礫巖與灰綠色泥質(zhì)粉砂巖及灰綠、深灰色泥巖不等厚互層;近岸水下扇相主要發(fā)育深灰、灰黑色火山角礫巖、凝灰?guī)r及紫紅、深灰、灰黑色玄武巖、玄武安山巖、安山巖等,以雜亂沉積為主,巖性在縱向和平面上的變化均較大,非均質(zhì)性嚴(yán)重,但平面分布范圍有限。鉆井結(jié)果表明,鉆穿目的層的井共有63口探井,其中扇三角洲相50口井,近岸水下扇相13口井。由63口探井騰格爾組二段頂面對(duì)應(yīng)T3地震反射層井震標(biāo)定后的時(shí)間-深度關(guān)系圖(圖3a)可以看出,其相關(guān)系數(shù)為0.8822。針對(duì)這兩種沉積相帶,分別對(duì)扇三角洲相50口井和近岸水下扇相13口井的時(shí)間-深度關(guān)系進(jìn)行統(tǒng)計(jì)后發(fā)現(xiàn)(圖3b和圖3c),其相關(guān)系數(shù)分別為0.9592和0.8869,指示扇三角洲沉積相帶平均速度變化的規(guī)律性優(yōu)于近岸水下扇沉積相帶;雖然同為騰格爾組二段地層,但由分別統(tǒng)計(jì)的扇三角洲相和近岸水下扇相的時(shí)間-深度關(guān)系看,其指數(shù)關(guān)系式中的各種系數(shù)存在一定差異,說(shuō)明不同沉積相帶的時(shí)間-深度關(guān)系不同,或者說(shuō)單一沉積相帶對(duì)應(yīng)一定的速度關(guān)系。

圖3 某研究區(qū)井震標(biāo)定時(shí)間-深度關(guān)系

基于上述分析可以看出,對(duì)某研究區(qū)參與井震標(biāo)定的所有井按地質(zhì)層段進(jìn)行時(shí)間和深度關(guān)系統(tǒng)計(jì),可對(duì)某沉積相帶的層速度變化規(guī)律進(jìn)行分析,即通過(guò)速度變化關(guān)系的分析,對(duì)井震標(biāo)定的結(jié)果進(jìn)行檢查。圖3 的分析結(jié)果表明,無(wú)論是扇三角洲還是近岸水下扇沉積環(huán)境,某一地質(zhì)層段的層速度均分別遵循相應(yīng)的速度變化規(guī)律,如果某口井的標(biāo)定結(jié)果偏離了這一變化規(guī)律,那么有可能是由于以下原因所致:其一是地質(zhì)分層可能存在錯(cuò)誤;其二是標(biāo)定時(shí)地質(zhì)分層所對(duì)應(yīng)的地震同相軸位置可能存在錯(cuò)誤;其三則可能是沉積相類型差異導(dǎo)致標(biāo)定結(jié)果偏離研究區(qū)的速度變化規(guī)律。如果井震標(biāo)定后時(shí)間-深度的數(shù)據(jù)點(diǎn)位于所統(tǒng)計(jì)的平均速度變化規(guī)律曲線(圖3中的藍(lán)色曲線)的上方,則說(shuō)明在地質(zhì)分層方面所確定的地質(zhì)層位的深度可能偏小,此時(shí)應(yīng)進(jìn)行層序地層的對(duì)比檢查;或者也可能是在地震剖面上地質(zhì)層位所對(duì)應(yīng)的地震反射時(shí)間偏大,此時(shí)應(yīng)通過(guò)地震波組的關(guān)系或聯(lián)井地震剖面分析來(lái)進(jìn)行檢查;若地層劃分結(jié)果和地質(zhì)層位所對(duì)應(yīng)的地震反射時(shí)間均顯示正確,那么此時(shí)應(yīng)檢查是否是由于地層巖性或沉積相類型的不同所致。若井震標(biāo)定后時(shí)間-深度的數(shù)據(jù)點(diǎn)位于所統(tǒng)計(jì)的平均速度變化規(guī)律曲線的下方,同樣可以采用上述方法進(jìn)行分析,只是此時(shí)存在的可能原因是地質(zhì)分層深度偏大或地質(zhì)層位所對(duì)應(yīng)的地震反射時(shí)間偏小而已。

2.2 聯(lián)井對(duì)比分析法

地層的層面通常具有連續(xù)展布特征并可以追蹤識(shí)別,其次,地層層面上下的地層不僅存在地質(zhì)時(shí)代的差異,而且可能存在巖性的差異[14]。

對(duì)于地震反射同相軸而言,如果不考慮沉積作用、成巖作用、構(gòu)造作用和流體作用等可能產(chǎn)生的非原始沉積成因的地震反射,那么總體上可以認(rèn)為地震反射同相軸與地層的沉積界面,或者說(shuō)與上下地層巖性存在區(qū)別的地層界面相對(duì)應(yīng)[11]。由于地層層面分布的連續(xù)性,與之相對(duì)應(yīng)的地震反射同相軸通常也具有平面上連續(xù)分布的特性,以及地震資料解釋過(guò)程中的可連續(xù)追蹤性。地震反射同相軸具有連續(xù)、亞連續(xù)、弱連續(xù)和不連續(xù)等形態(tài)特征。

基于上述認(rèn)識(shí),在利用井震標(biāo)定建立時(shí)間域的地震資料與深度域的鉆井、測(cè)井等資料的時(shí)間-深度關(guān)系時(shí),利用聯(lián)井地震剖面可以對(duì)參與井震標(biāo)定的每口井標(biāo)定結(jié)果的合理性進(jìn)行檢查和分析。

圖4顯示了某研究區(qū)井震標(biāo)定后利用聯(lián)井地震剖面對(duì)標(biāo)定結(jié)果合理性與準(zhǔn)確性進(jìn)行檢查分析的結(jié)果?？梢钥闯?T3以及T5～T11各反射層均對(duì)應(yīng)波峰位置,地震反射同相軸普遍呈連續(xù)或弱連續(xù)、全區(qū)可連續(xù)對(duì)比追蹤的變化特征。

圖4 過(guò)W11井-W12井-W13井-W14井-W15井-W16井-W17井連井地震剖面

如果某一口井地質(zhì)分層或地質(zhì)層位對(duì)應(yīng)井點(diǎn)處的地震剖面上的時(shí)間存在錯(cuò)誤,或者兩口井之間(井點(diǎn)之外區(qū)域)進(jìn)行地震層位追蹤解釋時(shí)存在矛盾,那么在聯(lián)井地震剖面上必定會(huì)存在相應(yīng)的顯示。因此,根據(jù)聯(lián)井地震剖面上地質(zhì)分層在地震剖面上所對(duì)應(yīng)的時(shí)間位置,以及整個(gè)聯(lián)井剖面上地震波組的橫向變化的合理性,可對(duì)井震時(shí)-深關(guān)系標(biāo)定結(jié)果的合理性與準(zhǔn)確性再進(jìn)行檢查和分析。

2.3 VSP測(cè)井資料分析法

VSP測(cè)井資料能夠提供準(zhǔn)確的速度參數(shù)、時(shí)間-深度關(guān)系參數(shù)、鉆井井眼周圍的構(gòu)造和巖性以及儲(chǔ)層的變化特征等,為利用地面地震反射信息進(jìn)行層位精細(xì)標(biāo)定及構(gòu)造解釋、儲(chǔ)層反演和油藏評(píng)價(jià)與分析等提供可靠的資料依據(jù)。VSP時(shí)深關(guān)系數(shù)據(jù)就是在井眼的某一深度處接收地表震源所激發(fā)的地震波到達(dá)的時(shí)間而得到深度和時(shí)間的對(duì)應(yīng)關(guān)系[15-16]。VSP測(cè)井方法與常規(guī)地面地震勘探的地震波在地層中的速度傳播規(guī)律相一致,都是通過(guò)地震波在地層中的傳播特征來(lái)間接獲取地下信息,但是VSP數(shù)據(jù)是在井下接收,受近地表影響小,且包括深度信息,因此VSP測(cè)井資料所提供的準(zhǔn)確時(shí)深關(guān)系數(shù)據(jù)是井震標(biāo)定時(shí)的重要依據(jù)。如果不考慮地震資料采集時(shí)大偏移距和AVO效應(yīng)的影響,通過(guò)井震標(biāo)定所確定的時(shí)深關(guān)系與VSP測(cè)井所提供的時(shí)深關(guān)系應(yīng)該是一致的[1,17]。因此,利用研究區(qū)中某一口VSP測(cè)井的資料,可指導(dǎo)研究區(qū)的井震標(biāo)定工作,顯然,利用VSP測(cè)井資料也同樣可以對(duì)研究區(qū)其它井的井震標(biāo)定結(jié)果的準(zhǔn)確性進(jìn)行檢驗(yàn),同時(shí)還可以檢驗(yàn)利用地震剖面進(jìn)行構(gòu)造、巖性以及儲(chǔ)層變化等方面分析結(jié)果的準(zhǔn)確性與合理性。

圖5對(duì)比了某研究區(qū)某口井的井震標(biāo)定結(jié)果與VSP時(shí)深關(guān)系,圖中紅色實(shí)線為VSP時(shí)深關(guān)系曲線,藍(lán)色虛線為某口井的井震標(biāo)定結(jié)果?？梢钥闯鰞蓷l曲線的相關(guān)性較好,相關(guān)系數(shù)為0.93,說(shuō)明通過(guò)井震標(biāo)定所建立的時(shí)深關(guān)系準(zhǔn)確可靠,所建立的深度域井資料與時(shí)間域地震剖面上波組的對(duì)應(yīng)關(guān)系準(zhǔn)確可靠,這一標(biāo)定結(jié)果可以指導(dǎo)研究區(qū)的構(gòu)造研究與儲(chǔ)層分析等工作。

圖5 某研究區(qū)某口井井震標(biāo)定結(jié)果與VSP時(shí)深關(guān)系對(duì)比

針對(duì)本文提出的通過(guò)對(duì)井震標(biāo)定所建立的時(shí)間-深度關(guān)系的分析,可以檢驗(yàn)井震標(biāo)定結(jié)果的準(zhǔn)確性與合理性,同時(shí)該分析方法經(jīng)延拓后也可以用于地層對(duì)比工作。如我國(guó)西部某油田有探井和開(kāi)發(fā)井千余口,在開(kāi)展地層對(duì)比研究工作時(shí),可考慮參照以下技術(shù)流程:首先將鉆遇目的層段齊全、測(cè)井曲線質(zhì)量良好的井作為骨干井,通過(guò)井震標(biāo)定建立研究區(qū)的時(shí)間-深度關(guān)系;利用區(qū)域地震層位追蹤解釋結(jié)果,在地震剖面上讀取某待對(duì)比井某層位的時(shí)間值,利用所建立的時(shí)間-深度關(guān)系計(jì)算(預(yù)測(cè))出某待對(duì)比井某層位的深度;在地層對(duì)比剖面上,在計(jì)算的某層位的深度附近,按照所確定的地層劃分與對(duì)比原則,分析出某層位在地層對(duì)比剖面上的準(zhǔn)確深度,從而實(shí)現(xiàn)地層的快速對(duì)比。

3 結(jié)論與討論

為提高井震標(biāo)定的準(zhǔn)確性與合理性,本文研究結(jié)合實(shí)際工作,針對(duì)沉積特征相對(duì)平穩(wěn),且全套層系存在速度變化較少發(fā)生的碎屑巖沉積地層,總結(jié)了一套集成利用包括沉積相帶控制下的速度分析、聯(lián)井地震剖面對(duì)比以及VSP的速度關(guān)系分析等3種檢驗(yàn)方法的綜合方法。

1) 如果研究區(qū)發(fā)育兩個(gè)或兩個(gè)以上沉積相類型,在檢驗(yàn)其井震標(biāo)定結(jié)果準(zhǔn)確性時(shí)應(yīng)按沉積相帶分別進(jìn)行。

2) 某反射層所有井的時(shí)深關(guān)系分析、聯(lián)井地震剖面上井震標(biāo)定結(jié)果對(duì)比、標(biāo)定后的時(shí)深關(guān)系與VSP測(cè)井時(shí)深關(guān)系的對(duì)比這3種方法,既可單獨(dú)也可聯(lián)合用于檢驗(yàn)井震標(biāo)定結(jié)果的準(zhǔn)確性與合理性。

3) 本文方法基于區(qū)域沉積特征相對(duì)平穩(wěn)的碎屑巖沉積地層,對(duì)于發(fā)育火成巖或煤系地層等的地層,則有待繼續(xù)探討。