渤海海域新近系層速度橫向異常及其識別技術(shù)

彭剛 周東紅 李英 張平平 秦童

(中海石油(中國)有限公司天津分公司渤海油田勘探開發(fā)研究院)

渤海海域新近系層速度橫向異常及其識別技術(shù)

彭剛 周東紅 李英 張平平 秦童

(中海石油(中國)有限公司天津分公司渤海油田勘探開發(fā)研究院)

傳統(tǒng)上認(rèn)為渤海海域淺層層速度橫向變化不大，通常采用單井常速或多井?dāng)M合的辦法進(jìn)行時(shí)深轉(zhuǎn)化，但隨著勘探開發(fā)程度的不斷提高，由于地質(zhì)非均質(zhì)性原因?qū)е碌膶铀俣葯M向變化問題日益凸顯，對地下構(gòu)造形態(tài)特別是低幅度構(gòu)造形態(tài)產(chǎn)生了較大影響。以Q油田為研究對象，借鑒壓力預(yù)測中經(jīng)常采用的去除壓實(shí)效應(yīng)的思路，通過消除構(gòu)造背景對層速度的影響，定性或半定量判斷層速度橫向變化是否存在異常，為淺層層速度異常預(yù)測和低幅度構(gòu)造時(shí)深轉(zhuǎn)化提供了方法和手段。

新近系層速度橫向異常識別技術(shù)渤海海域

渤海海域新近系廣泛發(fā)育曲流河—淺水三角洲相沉積地層，砂泥巖頻繁互層，橫向變化較快。長期以來，盡管研究者們已經(jīng)認(rèn)識到了這種地質(zhì)因素的變化可能會對地層層速度的橫向穩(wěn)定性帶來影響，但由于海上鉆井稀疏，井控程度不足，就渤海海域整體而言，新近系層速度具有較穩(wěn)定的變化趨勢，普遍認(rèn)為層速度橫向變化不大，因此在時(shí)深轉(zhuǎn)化過程中往往將其視為層狀勻速介質(zhì)并多采用數(shù)學(xué)擬合的方法求取統(tǒng)一的速度函數(shù)。

隨著渤海海域勘探開發(fā)程度的不斷加深，油田范圍內(nèi)及其周邊的井控程度加大，研究認(rèn)識也日益加深，上述由于地質(zhì)非均質(zhì)性原因?qū)е碌牡貙訉铀俣葯M向變化問題日益凸顯，局部構(gòu)造甚至出現(xiàn)了在渤海灣盆地內(nèi)很少見的“速度陷阱”現(xiàn)象，對地下構(gòu)造形態(tài)特別是低幅度構(gòu)造形態(tài)產(chǎn)生了較大影響。

筆者通過對Q油田的系統(tǒng)研究，逐步改變了渤海海域淺層層速度橫向變化不大的傳統(tǒng)觀點(diǎn)，認(rèn)識到巖性組合、砂地比、流體性質(zhì)等多種地質(zhì)因素綜合影響下會導(dǎo)致層速度產(chǎn)生較大的橫向變化，從而影響到對地下真實(shí)構(gòu)造形態(tài)的恢復(fù)，并在此基礎(chǔ)上形成了一套完整的層速度橫向變化異常識別技術(shù)，為淺層層速度異常的預(yù)測和低幅度構(gòu)造時(shí)深轉(zhuǎn)換方法的選擇提供了方法和手段。

1層速度橫向異常問題的發(fā)現(xiàn)

Q油田位于渤海海域石臼坨凸起中段向東傾沒的斜坡帶上，構(gòu)造幅度10～30 m，為一典型的低幅度構(gòu)造，地震資料上表現(xiàn)為反射同相軸平直且變化幅度很小，構(gòu)造不易識別。2010年，在對Q油田按照構(gòu)造-巖性復(fù)合油氣藏模式進(jìn)行滾動勘探時(shí)鉆探了Q-3井，該井所處位置在時(shí)間剖面圖上僅具備構(gòu)造背景而無構(gòu)造圈閉，但在明上段底部和明下段獲得累計(jì)厚度達(dá)219 m的油氣顯示。鉆后地質(zhì)分析認(rèn)為，該井I、II油組為構(gòu)造背景控制下的巖性油氣藏，III油組因發(fā)育多套頂氣底油單元而推測為構(gòu)造油氣藏。

在對Q油田3口已鉆井進(jìn)行時(shí)深標(biāo)定的過程中，發(fā)現(xiàn)Q-1井和Q-2井的層速度關(guān)系較為一致，但將此速度應(yīng)用到相距不到2 km的Q-3井時(shí)，卻存在較明顯的速度異常，特別是在1 000 ms之下，需要較大速度調(diào)整才能與井旁地震道建立良好的對應(yīng)關(guān)系。從3口井的時(shí)深關(guān)系對比(圖1)也可以看出，Q-1井與Q-2井的層速度基本一致，Q-3井的層速度則存在明顯差異，在1 000 ms以上差異不明顯，但隨著深度的增加差異逐漸增大，至III油組時(shí)差異顯著。

圖1 Q油田1～3井標(biāo)定的時(shí)深關(guān)系對比

將標(biāo)定好的時(shí)深關(guān)系投射到地震剖面上，并結(jié)合連井剖面和地層對比圖可以發(fā)現(xiàn)，Q-3井III油組在地震時(shí)間剖面上最深，而在深度上最淺，存在明顯的“速度陷阱”現(xiàn)象1)(圖2、3)。

由此可見，Q油田存在不可忽視的層速度橫向變化，如果仍按照傳統(tǒng)的淺層層速度均一的思路進(jìn)行時(shí)深轉(zhuǎn)換，將會造成較大的深度誤差。根據(jù)計(jì)算，如果按照Q-1井和Q-2井的層速度，Q-3井在III油組的深度誤差達(dá)19 m，這一深度誤差必然會引起Q油田較大的構(gòu)造形態(tài)變化。

2層速度橫向異常原因分析

對于Q油田層速度橫向變化的原因，結(jié)合各井的含油氣情況和本地區(qū)的地層組合情況，應(yīng)用正演技術(shù)從2個(gè)方面進(jìn)行了分析。首先分析了各井的含油氣情況。相對于Q-1井和Q-2井，Q-3井含氣層較多，但多為頂氣底油的“氣帽子”，氣層累計(jì)厚度約17 m，通過流體替代技術(shù)將該井中的含氣層速度用含油層速度替代后，地震剖面時(shí)間變化在2～3 ms，表明含氣對時(shí)深關(guān)系雖有影響但影響程度有限。其次分析了油田目的層明下段的儲層發(fā)育情況。在明下段，Q-1井砂巖百分含量平均約為23%，3個(gè)油組的砂巖百分含量分別為10%、11%和28%;Q-2井砂巖百分含量平均約為27%，3個(gè)油組的砂巖百分含量分別為16%、19%和20%;Q-3井砂巖百分含量最高，平均約為40%，3個(gè)油組的砂巖百分含量分別為38%、36%和52%?？梢钥闯?，Q-1井和Q-2井的砂巖含量在總體上及各油組都基本相當(dāng)，而Q-3井的砂巖含量則明顯高于其他2口井。為了驗(yàn)證砂地比的差異能否對井間時(shí)深關(guān)系造成較大影響，建立了水平方向3 km，垂直方向1.5 km的地質(zhì)模型，將Q-2井和Q-3井布置在(1 km，0)和(2 km，0)處;為了突出井間砂地比含量差異對疊前時(shí)間偏移剖面上地震同相軸的影響，在模型中將井間地層均設(shè)置為水平(圖4a)。利用2口井的聲波和密度曲線模擬波阻抗界面，采用有限差分波動方程正演，得到該模型的疊后時(shí)間偏移地震剖面(圖4b)。

圖4 Q油田Q-2、Q-3井正演模型(a)與正演地震剖面(b)

正演結(jié)果顯示，在Q-3井附近地震同相軸出現(xiàn)了明顯的下拉現(xiàn)象，下拉幅度隨著深度的增加而增加，在1.3 s附近下拉時(shí)間量達(dá)到12 ms，與實(shí)際資料在進(jìn)行時(shí)深關(guān)系調(diào)整過程中出現(xiàn)的拉伸量基本一致。這說明，砂地比含量差異是造成井間層速度橫向變化的主要原因。在砂地比含量較高的Q-3井，由于其平均層速度相對較低，在時(shí)間偏移剖面上造成地震同相軸的下拉而導(dǎo)致“速度陷阱”現(xiàn)象，并且隨著深度的增加下拉效應(yīng)愈發(fā)明顯。正是該原因造成了Q-3井與其他井的層速度橫向差異較大。

總之，渤海海域淺層層速度并不是傳統(tǒng)認(rèn)識的橫向穩(wěn)定，在巖性組合、砂地比、流體性質(zhì)等多種地質(zhì)因素的影響下存在著橫向劇烈變化的可能性，需要有針對性地進(jìn)行分析。

3地震速度異常及變速成圖

由于Q油田已鉆遇3口井的層速度橫向變化較大，采用傳統(tǒng)公式擬合法進(jìn)行時(shí)深轉(zhuǎn)換不再合適，井間的層速度差異將會造成構(gòu)造形態(tài)失真。結(jié)合鉆井資料研究地震速度場，發(fā)現(xiàn)該油田層速度異常確實(shí)存在，利用地震速度進(jìn)行變速時(shí)深轉(zhuǎn)換成圖可以提高時(shí)深轉(zhuǎn)換的精度及落實(shí)圈閉發(fā)育程度。

從地震速度場沿層提取平均速度得到各油組的平均速度分布圖，分析發(fā)現(xiàn)Q-3井區(qū)的層速度異常在地震速度場上也有響應(yīng)，Q-3井區(qū)周邊有明顯的低速異常，顯示為深藍(lán)色，并且從淺至深層速度橫向差異逐漸增大;在1 000 ms之上的淺層，3口井之間的層速度差異微小;在I、II油組，Q-3井與Q-1、Q-2井的層速度差異逐漸增大;在III油組，Q-3井與Q-1、Q-2井之間的地震平均速度差異可以達(dá)到20 m/s以上(圖5)。這與前述井分析結(jié)果基本一致，表明井-震速度總體變化趨勢一致，地震速度可以反映該區(qū)的層速度橫向變化趨勢，因此結(jié)合地震和鉆井信息進(jìn)行地震趨勢約束下的變速成圖。

按照變速時(shí)深轉(zhuǎn)化后的構(gòu)造圖形態(tài)與時(shí)間圖存在明顯差異，尤其是層速度差異最為明顯的III油組:在時(shí)間圖上(圖6a)，Q-3井區(qū)有構(gòu)造背景，但無構(gòu)造圈閉;而在構(gòu)造圖上(圖6b)，Q-3井區(qū)出現(xiàn)了完整的背斜形態(tài)，圈閉面積達(dá)10 km2以上，表明III油組為構(gòu)造油氣藏，與鉆后地質(zhì)認(rèn)識相符。

4層速度橫向異常識別與預(yù)測

Q油田的典型實(shí)例充分展示了渤海淺層層速度的橫向變化及其對構(gòu)造研究的影響，但它并非特例。從宏觀地質(zhì)條件來看，渤海淺層曲流河—淺水三角洲相地層具有亞(微)相、巖性、物性橫向變化的特征，必然會對層速度的橫向變化產(chǎn)生影響。研究所面臨的問題是:①如何確定層速度橫向變化的存在及其對構(gòu)造形態(tài)的影響?②如何把“馬后炮”式的鉆后分析變?yōu)殂@前預(yù)測?

對于第一個(gè)問題，Q油田的應(yīng)用實(shí)例表明地震速度場能夠反映層速度橫向異常的存在，但眾所周知層速度會受到多種因素的影響，特別是受埋深或者說是壓實(shí)作用的影響?？碧綄?shí)踐表明，層速度與深度之間存在著線性遞增關(guān)系，原始層速度平面分布規(guī)律是在區(qū)域壓實(shí)背景下的表象，無法反映由于地質(zhì)因素改變導(dǎo)致的相對速度異常，因此有必要對原始地震層速度進(jìn)行去壓實(shí)校正，從而得到我們需要的相對速度異常。

借鑒壓力預(yù)測中經(jīng)常采用的去除壓實(shí)效應(yīng)的思路，建立了通過消除構(gòu)造背景對層速度的影響來定性或半定量判斷層速度橫向變化是否存在異常的技術(shù)流程(圖7)。具體做法如下:統(tǒng)計(jì)地震工區(qū)內(nèi)正常壓實(shí)地震層速度曲線(圖8a)，并據(jù)此建立目的層段正常壓實(shí)層速度趨勢(圖8c)，再求得實(shí)測地震層速度與正常壓實(shí)層速度趨勢之差，即可得到去壓實(shí)的層速度異常(圖8d)。經(jīng)過去壓實(shí)的層速度消除了埋深(壓實(shí)作用)所引起的層速度橫向變化，更有利于分析區(qū)域低速異常。

由圖8可見，基于正常壓實(shí)地震層速度曲線建立的壓實(shí)層速度趨勢與研究區(qū)構(gòu)造形態(tài)具有非常高的相關(guān)性，這也說明了壓實(shí)作用對于層速度的影響程度;在將壓實(shí)作用趨勢去除后，可以得到與構(gòu)造高低無關(guān)的相對速度異常分布，在此基礎(chǔ)上可以很好地開展層速度橫向異常分析工作。

根據(jù)上述工作流程得到的層速度橫向異常結(jié)果具有2個(gè)方面的意義:第一，可以掌握區(qū)域?qū)铀俣葯M向變化的程度，且這些變化往往具有可解釋的地質(zhì)意義;第二，可以根據(jù)層速度變化程度決定采用何種時(shí)深轉(zhuǎn)化方法。例如，Q油田由于存在“速度陷阱”，傳統(tǒng)的公式擬合法顯然是不適用的，而采用變速成圖技術(shù)則能夠有效恢復(fù)真實(shí)構(gòu)造形態(tài);再如圖9所示的C構(gòu)造，從去除壓實(shí)趨勢后的層速度異常分布圖中可以看到該區(qū)存在著劇烈的橫向速度變化，最大變化值達(dá)到29(m·s－1)/km(圖9a上)，采用變速成圖技術(shù)后時(shí)間圖(圖9b)與構(gòu)造圖(圖9c)的高點(diǎn)明顯發(fā)生了偏移。

圖9 C構(gòu)造去壓實(shí)的層速度異常圖(a)與T0層時(shí)間圖(b)與T0層構(gòu)造圖(c)

同時(shí)，上述做法也使得層速度的橫向異常分布預(yù)測成為現(xiàn)實(shí)，把“馬后炮”式的鉆后分析變?yōu)殂@前預(yù)測，已在渤海多個(gè)淺層含油氣構(gòu)造的勘探評價(jià)中發(fā)揮了積極的作用。

5結(jié)論與認(rèn)識

通過對渤海海域新近系淺層層速度橫向變化關(guān)系的系統(tǒng)研究，改變了渤海海域淺層層速度橫向變化不大的傳統(tǒng)觀點(diǎn)，認(rèn)識到巖性組合、砂地比、流體性質(zhì)等多種地質(zhì)因素綜合影響會導(dǎo)致地層層速度產(chǎn)生較大的橫向變化，從而影響到對地下真實(shí)構(gòu)造形態(tài)的恢復(fù)，在此基礎(chǔ)上形成了一套完整的層速度橫向變化異常識別技術(shù)，為淺層層速度異常的預(yù)測和低幅度構(gòu)造時(shí)深轉(zhuǎn)化方法的選擇提供了方法和手段，獲得了如下3點(diǎn)認(rèn)識:

(1)渤海淺層曲流河—淺水三角洲相地層具有亞(微)相、巖性、物性橫向變化的特征，必然會對層速度的橫向變化產(chǎn)生影響。

(2)層速度與深度之間存在著線性遞增關(guān)系，因此原始層速度平面分布規(guī)律是在區(qū)域壓實(shí)背景下的表象，無法反映由于地質(zhì)因素改變導(dǎo)致的相對速度異常，因此通過消除構(gòu)造背景對層速度的影響可以定性或半定量地判斷層速度橫向變化是否存在異常。

(3)地震速度可以反映區(qū)域?qū)铀俣葯M向變化趨勢，因此結(jié)合地震和鉆井信息進(jìn)行地震趨勢約束下的變速成圖是解決地層層速度橫向異常變化的有效手段。

(編輯:周雯雯)

Horizontal anomalies of interval velocity and their recognition technique in Neogene，Bohaiwater

Peng Gang Zhou Donghong Li Ying Zhang Pingping Qin Tong
(Bohai Oilfield Exploration and Development Institute，Tianjin Branch of CNOOC Ltd．，Tianjin，300452)

It is traditionally considered that there is no obvious horizontal change of interval velocity in shallow formations in Bohai water，and the constant velocity of a signal well or the velocity from mathematical multi well regression is used to convert data from time domain to depth domain．With continuously raising maturity of exploration and development，however，the horizontal change of interval velocity caused by geological heterogeneity has become more important to interpreting structures，especially low-amplitude structures．In Q oilfield，the impacts of structural setting on interval velocity were removed，by using a common idea of removing compaction effect in pressure prediction for reference，and it can qualitatively or semi-quantitatively be recognized whether a horizontal anomaly of interval velocity exsits．This may provide an approach to predicting shallow velocity anomalies and making a time-depth conversion for low-amplitude structures．

Neogene;interval velocity;horizontal anomaly;recognition technique;Bohai water

彭剛，男，高級工程師，1998年畢業(yè)于原石油大學(xué)(華東)，主要從事油氣地球物理勘探工作。地址:天津市塘沽區(qū)609信箱(郵編:300452)。電話:022-25803490。E-mail:penggang@cnooc．com．cn。

1)李英，揣媛媛，徐海波．低幅度構(gòu)造“速度陷阱”分析及校正技術(shù)在渤海A油田的應(yīng)用．2011．

2012-07-17改回日期:2012-08-22