趙軍才,張永華,徐照營,楊興圣,趙 偉

(1.中國石油化工股份有限公司華北地球物理公司,河南鄭州450000;2.中國石油化工股份有限公司河南油田石油勘探開發(fā)研究院,河南鄭州450000)

泌陽凹陷是南襄盆地次級凹陷,根據(jù)凹陷的古構(gòu)造地貌特征和現(xiàn)今構(gòu)造格局,將其劃分為南部陡坡帶、中部深凹帶和北部斜坡帶,中部深凹帶是凹陷的沉積、沉降與生油中心。下二門地區(qū)位于泌陽凹陷東南部,西部與南部處在深凹區(qū),東部為凹陷邊界斷裂。整體為向西北抬升的寬緩鼻狀斷裂構(gòu)造,區(qū)內(nèi)主要發(fā)育北東與北東東向斷裂。儲層主要為北部侯莊辮狀河三角洲前緣砂體,該區(qū)緊鄰生油中心[1-2],油源充足。在寬緩的鼻狀構(gòu)造背景上,發(fā)育的北東、北東東向斷層與來自北部砂體配置形成斷鼻、斷塊及斷層巖性圈閉。該區(qū)成藏條件優(yōu)越,是油氣勘探的有利目標(biāo)區(qū)[3]

由于該區(qū)目的層較深,斷裂傾角大,地下巖性變化快,古近系核三下段地震資料信噪比低,斷點不干脆、斷面不清晰、斷層解釋存在多解性,圈閉高點不落實[4],因而早期部署的大部分井在中深層只見油氣顯示,未獲工業(yè)油流。究其原因是當(dāng)時定井位的三維地震資料受處理技術(shù)的限制,建立的速度模型不能準(zhǔn)確反映地下速度的變化,經(jīng)過偏移處理后的三維地震資料斷層歸位不準(zhǔn),目的層段地震反射同相軸的空間形態(tài)不能準(zhǔn)確反映地層界面的變化。造成目的層段的斷層與構(gòu)造形態(tài)不準(zhǔn)[5-9]。因此,需要在該區(qū)進(jìn)行精細(xì)成像處理,解決復(fù)雜斷裂的歸位不準(zhǔn)、目的層頂面構(gòu)造與鉆井層位不一致的問題。

在明確泌陽凹陷下二門地區(qū)地震資料處理難點的基礎(chǔ)上,充分利用已有的微測井、VSP、鉆井等資料,進(jìn)行井約束疊前各向異性深度偏移處理,在處理過程中利用多口重點井的合成記錄與井旁地震道波形匹配情況對處理結(jié)果進(jìn)行分析,評價地震資料可靠性與保真性。通過復(fù)雜斷裂帶精細(xì)成像處理技術(shù)應(yīng)用與解釋研究,以提高地震資料的成像精度,發(fā)現(xiàn)新的含油斷塊。

1 地震資料處理難點

泌陽凹陷下二門地區(qū)地震資料存在如下處理難點。

1)地表起伏較大,低降速帶速度變化快。泌陽凹陷下二門地區(qū)位于邊界斷裂帶,地表為老山、崗地、河流和農(nóng)田,區(qū)內(nèi)沖溝發(fā)育,溝、梁起伏較大,南部山前區(qū)高差較大,地表高程介于114～321m(圖1),潛水面深度自北向南由淺變深,潛水面埋深5～18m,山前區(qū)高速層頂界面埋深較淺,靜校正問題突出。

圖1 工區(qū)地表高程

2) 巖性復(fù)雜、速度橫向變化快。該區(qū)為北部三角洲砂體與東部小型砂礫巖體交匯處,目的層段發(fā)育白云巖、泥質(zhì)白云巖及砂泥巖。在白云巖分布區(qū)存在速度反轉(zhuǎn),導(dǎo)致時間域構(gòu)造畸變。

3) 深度域地震反射層與實鉆地質(zhì)層位深度不一致,井震深度誤差較大。在深度域地震剖面上鉆井層位與地震反射層位深度誤差超過200m,常規(guī)深度域成像地震資料難以滿足大斜度井及水平井的部署要求。

4) 斷裂系統(tǒng)復(fù)雜,斷裂傾角大。受凹陷北北東泌陽-栗園與北西西唐河-栗園邊界斷裂的影響,區(qū)內(nèi)發(fā)育多組不同方向的斷裂,它們相互切割造成構(gòu)造破碎,邊界斷裂及次級斷裂的斷面傾角達(dá)到65°。疊前時間處理地震資料邊界斷裂帶附近及中深層斷面不清,小斷層斷面歸位不準(zhǔn),使得構(gòu)造圈閉不能有效落實。

針對研究區(qū)表層條件復(fù)雜情況,利用微測井資料提高地表模型反演精度。針對速度橫向變化快與斷裂傾角陡的難點,利用地質(zhì)解釋層位、VSP速度約束地震速度建模技術(shù)優(yōu)化速度模型,通過各向異性疊前深度偏移處理提高研究區(qū)成像精度,消除井震誤差,以提高復(fù)雜斷裂及微幅度構(gòu)造精度。圖2為下二門地區(qū)復(fù)雜斷裂帶精細(xì)成像處理流程。

圖2 下二門地區(qū)復(fù)雜斷裂帶精細(xì)成像處理流程

2 復(fù)雜斷裂帶成像處理

深度域速度模型精度影響著疊前深度偏移成像結(jié)果的精度。要得到高精度速度模型首先要有高質(zhì)量的地震資料。在速度分析之前,對地震資料進(jìn)行精細(xì)的預(yù)處理,得到一個信噪比較高的地震數(shù)據(jù)后再進(jìn)行速度分析,以保證初始速度模型符合地下速度的變化特征。

為了提高中深層地震資料信噪比,采用井約束層析靜校正提高靜校正精度。通過淺層與中深層融合深度域速度建模,地震屬性約束網(wǎng)格層析反演,提高速度建模精度[10 -12]。通過各向異性偏移處理消除井震誤差,提高復(fù)雜斷裂帶微幅度構(gòu)造成像精度[13-16]。

2.1 井約束層析靜校正

為提高地表速度模型反演精度,在表層建模中用微測井調(diào)查得到的表層速度和厚度信息作為約束條件,使地表速度模型更加準(zhǔn)確。在實際工作中,首先獲取高質(zhì)量的炮點和檢波點處的初至?xí)r間,建立初始速度模型。利用無井約束層析反演得到表層低降速帶模型。隨后,利用微測井?dāng)?shù)據(jù)建立極淺層速度模型,其主要過程是用微測井得到的低速帶速度、降速帶速度、高速層速度進(jìn)行線性內(nèi)插得到低降速帶速度模型,利用初始速度模型獲得的H0(低速帶厚度)、H1(降速帶厚度)低降速帶模型做為約束控制點與微測井獲得的H0和H1進(jìn)行多項式擬合,并進(jìn)行相似性內(nèi)插建立極淺層低降速帶厚度模型,反演得到極淺層地表模型。最后,替換初始速度模型對應(yīng)的極淺層,得到更為符合實際情況的近地表模型。圖3是無約束與井約束近地表速度模型對比。從圖3中看出,井約束近地表速度模型相對于無約束速度模型,近地表低速度的信息更豐富、更加符合近地表實際地質(zhì)結(jié)構(gòu)。

圖3 無約束(a)與井約束(b)近地表速度模型

為了進(jìn)一步評價層析反演效果,利用井約束層析反演的速度模型進(jìn)行靜校正量計算,再利用計算的靜校正量對地震數(shù)據(jù)進(jìn)行疊加處理,分析疊加地震剖面的成像效果。圖4是層析靜校正處理過程中疊加剖面成像效果對比。從圖4中看出,微測井約束層析反演靜校正的成像效果明顯優(yōu)于無井約束層析反演靜校正處理效果。該方法較好地解決了中長波長靜校正問題,改善了研究區(qū)中深層地震疊加剖面的反射能量,也為疊前深度偏移提供了準(zhǔn)確的淺表層速度模型。

圖4 層析反演靜校正處理前、后疊加剖面的成像效果對比a 靜校正處理前; b 無井約束層析反演靜校正處理后; c 微測井約束層析反演靜校正處理后

2.2 井約束速度建模及優(yōu)化

2.2.1 建立精細(xì)均方根速度場

準(zhǔn)確的均方根速度場是建立深度域速度模型的基礎(chǔ),因為后續(xù)的層速度模型是通過均方根速度得到的。為了提高均方根速度精度,采用50m×50m高密度小步長沿層百分比掃描,加密偏移速度分析,保證斷裂傾角大和速度橫向變化大的地區(qū)的局部構(gòu)造有足夠的速度分析點。在白云巖發(fā)育區(qū),井震結(jié)合,將VSP層速度轉(zhuǎn)化為均方根速度,用VSP速度趨勢約束均方根速度,使地震速度與井速度趨勢保持一致。通過精細(xì)速度迭代和高密度沿層速度分析以及井速度趨勢約束逐步提高均方根速度場精度。

2.2.2 建立初始深度域速度模型

在得到準(zhǔn)確的時間域均方根速度場后,為避免斷裂帶低信噪比區(qū)域出現(xiàn)垂向震蕩極值,采用速度場低頻趨勢進(jìn)行約束,為了保持沿層速度特性,采用地質(zhì)層位約束。即采用速度場低頻趨勢約束和地質(zhì)層位約束的采用雙約束方法進(jìn)行層析反演,將均方根速度轉(zhuǎn)換成時間域?qū)铀俣?。隨后進(jìn)行剩余時差分析,更新時間域?qū)铀俣取r間域?qū)铀俣劝幢壤D(zhuǎn)換到深度域,構(gòu)建深度域初始層速度模型。

2.2.3 淺層與中深層融合速度建模

結(jié)合射線密度、低降速帶及高速層的速度分析,將微測井約束層析反演近地表速度模型與中深層速度模型進(jìn)行融合建模,以提高整體的速度模型精度。

由于此次偏移起始面是小平滑浮動面,在融合速度建模中,首先,計算相對于小平滑面的高頻靜校正量,應(yīng)用該靜校正量將道集校正到小平滑面上,并保留之前的低頻靜校正量,使地震數(shù)據(jù)、速度模型和靜校正量保持對應(yīng)。

其次是選取合理的速度融合界面。根據(jù)射線密度分布圖,確定模型可靠范圍的邊界。由于每個網(wǎng)格的射線條數(shù)和角度分布決定了其反演結(jié)果的可靠性,射線密度越高,可靠性越高,反之,可靠性低,因此,速度融合界面的確定是將近地表速度模型穩(wěn)定、射線密度較大的區(qū)域作為速度拼接面。在速度界面確定以后,為了保證速度融合的協(xié)調(diào)性,以速度界面為基準(zhǔn)取上下100m作為速度融合的過渡帶,從上到下對淺層和中深層速度模型的速度進(jìn)行加權(quán)求和,淺層速度模型速度由100%權(quán)重漸變?yōu)?,中深層速度模型速度由0權(quán)重漸變?yōu)?00%。

2.2.4 網(wǎng)格層析反演優(yōu)化層速度場

結(jié)合地震解釋層位、斷層以及地震數(shù)據(jù)方位角、傾角、連續(xù)性等地震屬性信息,應(yīng)用網(wǎng)格層析反演速度模型優(yōu)化技術(shù),獲得較為準(zhǔn)確的速度模型。采用Kirchhoff深度偏移得到深度域數(shù)據(jù)體。

依據(jù)深度域數(shù)據(jù)體提取深度域數(shù)據(jù)體的地震屬性體及內(nèi)部反射層位,在深度域共成像點道集上拾取目標(biāo)測線的剩余速度,形成剩余速度體;將地震屬性體、剩余速度體、內(nèi)部反射層位體融合創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫,建立網(wǎng)格層析成像矩陣,通過求解得到深度域?qū)铀俣润w,在迭代更新過程中,通過調(diào)試關(guān)鍵參數(shù),把速度網(wǎng)格由200m×200m更新到50m×50m,同時在保證速度趨勢穩(wěn)定合理的基礎(chǔ)上,調(diào)整速度敏感參數(shù),使剩余速度趨近于0,速度細(xì)節(jié)刻畫更加精細(xì),實現(xiàn)深度域速度模型的精細(xì)優(yōu)化。圖5是網(wǎng)格層析反演優(yōu)化前、后層速度場對比。

圖5 網(wǎng)格層析反演優(yōu)化前(a)、后(b)層速度場對比

從圖5可以看出,網(wǎng)格層析反演優(yōu)化后的速度場能精細(xì)地反映地下速度空間變化。利用該速度場進(jìn)行Kirchhoff疊前深度偏移得到的成果數(shù)據(jù)體的同相軸聚焦度提高,中深層斷面更加清晰。

2.3 各向異性偏移成像

下二門地區(qū)地層存在嚴(yán)重的各向異性,因而Kirchhoff疊前深度偏移剖面與地質(zhì)層位存在較大誤差。根據(jù)下二門地區(qū)斷裂發(fā)育、多物源、地層非均質(zhì)性強的特點,開展了各向異性速度建模及各向異性疊前深度偏移成像技術(shù)的應(yīng)用研究,以解決地震反射層位與地質(zhì)層位深度不一致、微幅度構(gòu)造歸位不準(zhǔn)的問題。

在各向異性速度優(yōu)化處理中,利用工區(qū)23口井的地質(zhì)層位與解釋層位進(jìn)行各向異性速度優(yōu)化處理,利用1口井對處理結(jié)果進(jìn)行驗證。首先將深度域偏移數(shù)據(jù)體轉(zhuǎn)到時間域,在合成記錄標(biāo)定的基礎(chǔ)上,對目的層進(jìn)行解釋。將時間域解釋的層位利用各向同性速度場變換到深度域,計算由各向異性引起的解釋層位與鉆井層位的深度誤差。圖6是EH35底地質(zhì)層位與解釋層位誤差統(tǒng)計。由圖6可見,其誤差值為70～255m,如此大的誤差不能滿足微幅度構(gòu)造落實與定向井部署的需求。

圖6 EH35底地質(zhì)層位與地震解釋層位誤差統(tǒng)計

為了消除各向異性引起的深度誤差,計算鉆井井點處地震資料反射層的層間厚度,與鉆井井點處對應(yīng)層段實鉆的層間厚度進(jìn)行比較,利用(1)式計算各向異性參數(shù)δ。

(1)

式中:δ為各向異性參數(shù);ΔHI為地震資料解釋獲得的層間厚度;ΔHw為鉆井分層對應(yīng)層段的層間厚度。

ε參數(shù)的初始模型是假設(shè)介質(zhì)為橢圓各向異性,令ε=δ,獲得一個初始ε參數(shù)模型,進(jìn)行剩余速度分析,逐步優(yōu)化ε參數(shù)模型。

利用各向同性速度模型及深度誤差生成多屬性數(shù)據(jù)庫,建立矩陣,然后解矩陣獲得更新后的各向異性速度模型以及更新后的δ與ε模型。圖7是各向異性速度模型更新結(jié)果,可見更新后的速度模型包含了各向異性信息。

地震地質(zhì)結(jié)合,在保證解釋層位與地質(zhì)層位準(zhǔn)確的前提下,將時間偏移域的解釋層位分別用各向同性速度模型、各向異性速度模型按比例轉(zhuǎn)換到深度域,分別與鉆井層位進(jìn)行對比質(zhì)控,對比分析深度域?qū)游慌c鉆井層位在深度層位平面圖上的吻合性、構(gòu)造趨勢的合理性,通過不斷地更新迭代各向異性速度模型,直到各向異性成像在橫向上不出現(xiàn)構(gòu)造異常點,在縱向上各向異性校正后解釋層位與鉆井層位匹配良好為止。

圖7 利用各向同性速度模型(a)獲得更新后的各向異性速度模型(b)、δ模型(c)以及ε模型(d)

最后利用更新后的各向異性速度以及更新后的δ、ε進(jìn)行各向異性偏移,獲得的道集質(zhì)量得到明顯改善,圖8為速度模型優(yōu)化前、后道集對比。從圖8可以看出,道集遠(yuǎn)端得到進(jìn)一步拉平。

圖8 采用初始速度(a)及速度模型優(yōu)化前(b)、后(c)處理得到的各向異性偏移道集

圖9是各向異性深度偏移前、后解釋層位與鉆井層位剖面對比。從圖9可以看出,各向異性疊前深度偏移后,過井剖面上主要目的層解釋層位與鉆井層位吻合較好,解釋層位與鉆井層位處在相同的深度。

圖9 各向異性深度偏移前(a)、后(b)解釋層位與鉆井層位剖面對比

3 應(yīng)用效果

針對泌陽凹陷下二門地區(qū)地表起伏較大,斷裂系統(tǒng)復(fù)雜,速度橫向變化快,深度域地震反射層與實鉆井層位不一致,井震誤差較大等處理難點,利用該區(qū)117口微測井成果進(jìn)行微測井約束層析反演,提高了地表模型反演精度,解決了山前帶靜校正問題。

針對速度橫向變化快與斷裂傾角陡的難點,通過淺層與中深層融合深度域速度建模,以及各向異性速度優(yōu)化,利用各向異性速度場進(jìn)行各向異性疊前深度偏移成像處理,解決了深度域地震反射層與實鉆井地質(zhì)層位不一致的問題。

圖10為核三上段EH32底與核三下段EH35底地震反射層位與地質(zhì)層位的深度誤差平面分布。從圖10可以看出,中淺層EH32底地震反射層位與地質(zhì)層位的深度誤差在6m以內(nèi),中深層EH35底在目的層段的地震反射層位與地質(zhì)層位的深度誤差在10m以內(nèi),表明井約束優(yōu)化各向異性速度場能夠反映該區(qū)地下速度的精細(xì)變化。

經(jīng)過各向異性疊前深度偏移處理,下二門地區(qū)中深層復(fù)雜斷裂的斷面歸位更加準(zhǔn)確。圖11為疊前各向異性深度偏移與以往疊前時間偏移處理的剖面對比。從圖11中看出,各向異性疊前深度剖面邊界斷裂及次級斷裂清晰,斷點干脆,地層接觸關(guān)系清楚。中深層地震反射同相軸能量更聚焦,同相軸連續(xù)性好,波組特征清晰,井震匹配關(guān)系好,提高了復(fù)雜構(gòu)造成像精度。

圖10 EH32底(a)與EH35底(b)地震反射層位與地質(zhì)層位深度誤差的平面分布

圖11 以往疊前時間偏移剖面(a)與本文疊前各向異性深度偏移剖面(b)對比

圖12 地震反射層構(gòu)造

在圈閉高點部署的B437井、B443井、B449井獲得高產(chǎn)油流。其中,B443井在3585.4～3588.4m井段試油獲油18.97t/d;B449井在2919.8～2929.7m井段試油獲油10.07t/d,新增探明石油地質(zhì)儲量210.10×104t。

圖13 過B443井軌跡地震剖面

4 結(jié)論

1) 在地表起伏較大,低降速帶速度變化快的地區(qū),利用微測井調(diào)查得到的表層速度和厚度信息作為約束條件,使建立的地表速度模型更加準(zhǔn)確。

2) 將微測井約束層析反演近地表速度模型與中深層速度模型進(jìn)行融合建模,有利于提高整體速度模型精度。

3) 各向異性疊前深度偏移成像處理,較好解決了下二門地區(qū)地震反射層位與地質(zhì)層位深度不一致的問題,得到的疊前深度偏移數(shù)據(jù)體,邊界斷裂及次級斷裂清晰,斷點干脆,依據(jù)該三維數(shù)據(jù)體進(jìn)行解釋發(fā)現(xiàn)了新的含油斷塊。