高精度地震時深轉(zhuǎn)換方法研究及應(yīng)用

徐立恒，鮮 波，薛玉英，李彥斌

1.大慶油田勘探開發(fā)研究院，黑龍江 大慶 163712

2.中油塔里木油田分公司勘探開發(fā)研究院，新疆 庫爾勒 841000

3.東方地球物理公司研究院地質(zhì)研究中心，河北 涿州 072751

4.大慶油田第六采油廠，黑龍江 大慶 163000

時深轉(zhuǎn)換的精度和速度問題是地震研究非常重要的課題，為了提高時深轉(zhuǎn)換精度，業(yè)界學者們投入了大量的精力。時深轉(zhuǎn)換是將地震體及地震相關(guān)數(shù)據(jù)，如地震反演數(shù)據(jù)體，從時間域信號轉(zhuǎn)變?yōu)樯疃扔蛐盘柕囊粋€處理步驟，是利用地震資料進行構(gòu)造及儲層解釋的一個非常關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。地震體的時深轉(zhuǎn)換對于勘探井位布置、開發(fā)中的儲量計算及開發(fā)方案的制定具有重大意義，不合理的時深轉(zhuǎn)換結(jié)果會給油田生產(chǎn)帶來極大困難。時深轉(zhuǎn)換精度主要取決于時深轉(zhuǎn)換速度模型的合理性，而速度模型的準確建立與研究地區(qū)儲層的復(fù)雜程度、所處的勘探開發(fā)階段、基礎(chǔ)資料的多少及采用的速度求取方法息息相關(guān)［1－5］。

大慶長垣油田已開發(fā)50多年，歷經(jīng)4次井網(wǎng)加密，平均井距已達到80～200m。目前，油田已進入特高含水開發(fā)后期的密井網(wǎng)開采階段，陸相河流－三角洲沉積微幅構(gòu)造多、儲層薄、平面非均質(zhì)強的特點決定了單純依靠井點資料進行構(gòu)造及儲層研究存在一定的不足，在某種程度上影響了油田開發(fā)的效果。從2007年開始，大慶長垣進行了高密度的三維地震采集，利用井震結(jié)合手段進行構(gòu)造及儲層研究，而地震體的時深轉(zhuǎn)換是其重要的一環(huán)，成為影響地震在注水開發(fā)調(diào)整中能否發(fā)揮作用的關(guān)鍵因素［6－10］。

本次針對大慶長垣油田密井網(wǎng)區(qū)的地質(zhì)特征及開發(fā)實際需求，開展地震時深轉(zhuǎn)換方法研究，以提高地震體時深轉(zhuǎn)換精度，充分發(fā)揮地震在儲層精細刻畫及指導剩余油挖潛中的作用。

1 常規(guī)時深轉(zhuǎn)換方法及其局限性

1.1 利用地震疊加速度計算地層平均速度

在地震數(shù)據(jù)處理過程中，利用地震勘探的多次覆蓋數(shù)據(jù)求取地下速度信息，再利用求取的速度對CMP（common middle point）道集進行NMO（normal moveout）校正，使得CMP道集的同相軸在各炮檢距內(nèi)都得到校正，然后疊加得到疊加剖面。因此，疊加速度既是對CMP道集進行的最佳疊加，又可作為平均速度預(yù)測目的層的深度，具體求法可參見文獻［11］。

一組水平層狀介質(zhì)中某一界面以上介質(zhì)的平均速度就是地震波垂直穿過該界面以上各層的總厚度與總傳播時間之比：

式中：Hi為各層的厚度；ti為各層的傳播時間。以平均速度計算的時深轉(zhuǎn)換公式為

該方法的優(yōu)點是可利用地震的高密度信息求取整個三維空間的速度，彌補鉆井資料橫向信息較少的劣勢，在勘探初期能夠發(fā)揮較大的作用；缺點是估算的速度值在縱向上的誤差較大，在應(yīng)用疊加速度進行時深轉(zhuǎn)換時精度偏低，無法滿足油田開發(fā)中儲層精細刻畫的需求［12－13］。

1.2 VSP速度

VSP（垂直地震剖面）資料為地表激發(fā)、井中接收的所有波場，經(jīng)特殊處理可將地震剖面和鉆井資料結(jié)合在一起獲得速度信息?？墒褂脝尉甐SP資料進行時深轉(zhuǎn)換。首先，單井VSP資料與地震資料的時間相位對應(yīng)，通過校正可使二者具有可比性；其次，VSP資料與井點合成地震記錄的時深關(guān)系基本一致。因此，VSP是當前進行時深轉(zhuǎn)換最可靠的資料。但VSP測井的成本高、測井數(shù)量少、控制點不夠，而區(qū)塊平面速度變化又較大；因此，單純用少量的VSP資料進行時深轉(zhuǎn)換達不到開發(fā)地震精度要求［14］。

1.3 合成記錄曲線回歸及空間速度場

1.3.1 合成地震記錄曲線回歸公式

該方法一般是利用聲波測井曲線合成記錄來標定層位，從而形成時間和深度的對應(yīng)關(guān)系，再通過離散數(shù)據(jù)擬合出線性轉(zhuǎn)換公式，形成整個研究區(qū)時深轉(zhuǎn)換標定的速度尺。該方法的優(yōu)點是層位界面時深轉(zhuǎn)換前后形態(tài)一致；但是由于無法保證時深關(guān)系在空間上是唯一的固定關(guān)系（擬合公式），也就是說，所有離散點無法完全落到直線上，因此層位轉(zhuǎn)換到深度域后常會出現(xiàn)與實際鉆井分層不一致的現(xiàn)象，導致時深轉(zhuǎn)換出現(xiàn)誤差。

1.3.2 合成地震記錄建立空間時深關(guān)系

與曲線回歸公式方法不同，該方法是通過多井地震合成記錄建立空間的時深關(guān)系，從而建立空間速度場實現(xiàn)時深轉(zhuǎn)換；要求井網(wǎng)密度大，從而保證空間速度的穩(wěn)定性和精度。該方法適用于密井網(wǎng)區(qū)油層組級構(gòu)造層面的時深轉(zhuǎn)換，而不適用于地質(zhì)沉積單元及油層組內(nèi)部儲層砂體的時深轉(zhuǎn)換。原因在于：首先，地質(zhì)沉積單元層面尺度小，在地震剖面上無法追蹤，因此井震標定精度受到影響；第二，針對油層組內(nèi)部儲層進行時深轉(zhuǎn)換時，如微幅構(gòu)造區(qū)域，空間速度場精度低，時深轉(zhuǎn)換之后地震體及地震反演砂體出現(xiàn)“變形”和“穿層”現(xiàn)象［15］。

2 一體化網(wǎng)格時深轉(zhuǎn)換方法

以上常規(guī)方法無法滿足大慶長垣油田開發(fā)地震時深轉(zhuǎn)換需求。因此，筆者有針對性地開展了密井網(wǎng)時深轉(zhuǎn)換方法研究，形成了高精度的一體化網(wǎng)格時深轉(zhuǎn)換方法，從而有利于地震在長垣油田儲層精細刻畫及挖潛剩余油中更好地發(fā)揮作用。

以大慶長垣B區(qū)塊SⅡ?qū)訛槔?，利用實際資料實現(xiàn)時深轉(zhuǎn)換方法研究。研究區(qū)面積20km2，共2 276口井，井網(wǎng)密度達到114口/km2。2008年完成高密度三維地震資料采集，主頻45Hz，頻帶寬度8～78Hz，地震采樣頻率為1ms×10m×10m。

文章所述的一體化網(wǎng)格時深轉(zhuǎn)換方法包括兩部分核心內(nèi)容：一是油層組頂?shù)捉缑胬糜啥嗑铣捎涗洏硕ㄇ笕〉钠矫鏁r深關(guān)系進行轉(zhuǎn)換（地震上可連續(xù)追蹤油組層頂?shù)捉缑妫?；二是頂?shù)字g利用時間域和深度域網(wǎng)格一一對應(yīng)關(guān)系進行“物理”搬運，使地震波形及地震反演砂體特征在時深轉(zhuǎn)換前后保持一致。

2.1 油層組頂?shù)捉缑鏁r深轉(zhuǎn)換

2.1.1 井震標定及時深關(guān)系求取

制作全區(qū)2 276口井點的合成記錄，并與井旁實測地震剖面進行井震標定，每口井的合成記錄與實測地震剖面的相關(guān)性要保證在80%以上，在此基礎(chǔ)上求取每口井的時深關(guān)系曲線。利用多井時深關(guān)系曲線，以地震解釋層位為約束，通過外部飄移克里金算法空間插值得到深時比值平面分布［16］。圖1即為研究區(qū)SⅡ油層組頂?shù)捉缑鍿Ⅱ頂、SⅡ底的時深關(guān)系值：二者分布相對平滑，沒有異常值，且SⅡ底深/時值要大于SⅡ頂。原因是儲層底部的壓實程度要大于上部，速度較大。SⅡ頂、底界面時深關(guān)系的準確求取，為后續(xù)地震體的時深轉(zhuǎn)換打下了好的基礎(chǔ)。

2.1.2 構(gòu)造層面解釋及時深轉(zhuǎn)換

圖1 SⅡ油層組頂（a）、底（b）界面深/時值平面分布Fig.1 SⅡoil group of top（a），bottom（b）interface depth/duration distribution

圖2 SⅡ油層組頂、底層面時間域（a）與深度域（b）連井剖面Fig.2 SⅡoil group of top，bottom level of time（a）and depth（b）domains connected wells profile

首先，在上述井震精細標定的基礎(chǔ)上進行時間域SⅡ頂?shù)捉缑娼忉屪粉櫍蓵r間域SⅡ頂、SⅡ底構(gòu)造層面；第二，利用深/時平面值將解釋的時間域?qū)游贿M行時深轉(zhuǎn)換，生成對應(yīng)深度域的SⅡ頂、SⅡ底構(gòu)造層面。圖2為SⅡ油層組頂、底層面分別在時間域與深度域的某一連井剖面。從圖2中可以看到，時間域和深度域的層面形態(tài)一致，并且與井點分層符合較好，反映了利用井震合成記錄進行單一油層組頂、底層面時深轉(zhuǎn)換的精度。

2.2 一體化網(wǎng)格模型的建立

利用上述方法分別生成了時間域和深度域的SⅡ頂、SⅡ底層面模型，在此基礎(chǔ)上，以SⅡ頂、SⅡ底為界，分別建立一一對應(yīng)關(guān)系的時間域和深度域網(wǎng)格模型，從而實現(xiàn)油層組內(nèi)部地震體及地震反演砂體的轉(zhuǎn)換。

首先，利用時間域的SⅡ頂、SⅡ底分別建立時間域框架模型，在時間域模型下建立網(wǎng)格，標準為1ms×10m×10m，該值的大小與實測地震的采樣間隔一致，并計算框架模型的總網(wǎng)格數(shù)N＝V（10×10×1）（V為模型體積）。其次，在深度域SⅡ頂、SⅡ底框架模型約束下，建立與時間域相同網(wǎng)格數(shù)N的網(wǎng)格模型，形成與時間域網(wǎng)格在空間上的一一對應(yīng)關(guān)系。最后，利用時間域SⅡ頂、SⅡ底層面約束控制，將地震及地震反演數(shù)據(jù)體導入時間域網(wǎng)格模型中，并根據(jù)時深網(wǎng)格一一對應(yīng)關(guān)系進一步導入到深度域網(wǎng)格模型中，完成地震體的時深轉(zhuǎn)換處理過程（圖3）。

圖3 時間域（a）和深度域（b）網(wǎng)格模型Fig.3 Mesh model of time domain（a）and depth domain（b）

圖4 時深轉(zhuǎn)換前后地震剖面對比分析Fig.4 Seismic section analysis before and after time to depth conversion

圖5 空間速度場和一體化網(wǎng)格時深轉(zhuǎn)換方法效果對比剖面Fig.5 Compared profiles of time to depth conversion methods between space velocity and integration grid

圖6 井震結(jié)合儲層頂面構(gòu)造圖Fig.6 Structural map of reservoir top surface for combination of well and seismic

從上述的一體化網(wǎng)格時深轉(zhuǎn)換方法流程可知，油層組頂、底界面的生成是利用合成記錄標定求取的時深關(guān)系進行轉(zhuǎn)換，而油層組內(nèi)部是利用時間域和深度域網(wǎng)格一一對應(yīng)關(guān)系進行“物理”搬運。其中涉及到2個關(guān)鍵環(huán)節(jié)：一是時間域網(wǎng)格模型與深度域網(wǎng)格模型，二者網(wǎng)格總數(shù)必須保證一致，這樣才能在空間上建立二者一一對應(yīng)的關(guān)系；二是時深轉(zhuǎn)換的目的層厚度不宜過大，即頂?shù)讓游坏乃俣炔顒e不宜過大。針對大慶長垣來說，以單個油層組級別進行時深轉(zhuǎn)換比較合適，縱向上網(wǎng)格不會出現(xiàn)拉伸不均，從而確保時深轉(zhuǎn)換前后地震及地震相關(guān)數(shù)據(jù)體的一致性。

3 時深轉(zhuǎn)換精度分析

利用一體化網(wǎng)格時深轉(zhuǎn)換方法，將研究區(qū)地震體從時間域轉(zhuǎn)換到深度域，形成深度域的三維地震體。圖4即為時深轉(zhuǎn)換前后地震對比剖面，可見轉(zhuǎn)換前后地震波型特征保持一致，確保了深度域進行構(gòu)造及儲層解釋的精度。

為了進一步驗證一體化網(wǎng)格時深轉(zhuǎn)換方法的精度，將該方法與空間速度場模型方法進行對比。圖5即為分別利用上述2種方法將地震反演數(shù)據(jù)體進行時深轉(zhuǎn)換的效果對比剖面。在圖5中可以看到，經(jīng)一體化網(wǎng)格方法時深轉(zhuǎn)換后，地震反演砂體與井匹配程度要高于速度場建模方法，時深轉(zhuǎn)化前后反演砂體展布特征保持一致，減小了累計誤差，較好地解決了傳統(tǒng)速度場建模方法出現(xiàn)數(shù)據(jù)失真的問題。

4 開發(fā)應(yīng)用實例

長垣油田B區(qū)井距達120m，其剩余油挖潛的重心落實在斷層邊部。斷層區(qū)域砂體井控程度較低、注采關(guān)系不夠完善，存在剩余油潛力。首先通過井震結(jié)合落實該區(qū)域斷層位置、儲層頂構(gòu)造分布；其次通過地震反演儲層預(yù)測方法刻畫砂體的分布特征，并利用一體化網(wǎng)格時深轉(zhuǎn)換方法將地震反演體轉(zhuǎn)到深度域，在深度域內(nèi)刻畫斷層附近的砂體發(fā)育帶；最后，分析認為斷層①和斷層②附近為構(gòu)造高點，井控程度低，存在剩余油，因此設(shè)計、部署了L213、L211、L221三口水平井（圖6），以提高油層動用程度，實現(xiàn)挖潛斷層邊部剩余油的目的。

圖7列出L213水平井實鉆軌跡及深度域波阻抗地震反演砂體分布剖面，同時列出了實測的自然伽馬（GR）、密度（Den）曲線。該井實鉆水平段長度292m，鉆遇砂巖厚度277.2m；經(jīng)與實測曲線對比，顯示砂體預(yù)測率達到98%。3口水平井年產(chǎn)油17 000t，深度域反演預(yù)測的砂體與實鉆軌跡很好地吻合，充分體現(xiàn)了地震反演及其時深轉(zhuǎn)換的精度和可靠性。

圖7 L213井實鉆軌跡、測井解釋及地震反演剖面圖Fig.7 L213well drilling trajectory，logging and seismic inversion profiles

5 結(jié)論

1）地震疊加速度法、VSP、空間速度場等常規(guī)時深轉(zhuǎn)換具有局限性，無法滿足油田開發(fā)地震時深轉(zhuǎn)換精度的要求。一體化網(wǎng)格時深轉(zhuǎn)換方法利用時間域和深度域網(wǎng)格一一對應(yīng)關(guān)系進行“物理”搬運，減小了轉(zhuǎn)換前后的累計誤差，提高了精度。

2）地震體及地震反演體從時間域轉(zhuǎn)到深度域后，地震波形特征及反演砂體展布特征時深轉(zhuǎn)換前后保持一致，并在油田實際開發(fā)中得到應(yīng)用，提高了斷層區(qū)域水平井的鉆遇精度，實現(xiàn)了挖潛斷層邊部剩油的目的，展現(xiàn)了良好的應(yīng)用前景。

（References）：

［1］凌云，郭建明，郭向宇，等.油藏描述中的井震時深轉(zhuǎn)換技術(shù)研究［J］.石油物探，2011，50（1）：1－13.Ling Yun，Guo Jianming，Guo Xiangyu，et al.Research on Time－Depth Conversion by Well－to－Seismic in Reservoir Characterization［J］.Geophysical Prospecting for Petroleum，2011，50（1）：1－13.

［2］孟憲軍，王延光，孫振濤，等.井間地震資料時間域波阻抗反演研究［J］.石油學報，2005，26（1）：47－54.Meng Xianjun，Wang Yanguang，Sun Zhentao，et al.Research on Impedance Inversion of Cross－Hole Seismic Datas in Time Domain［J］.Acta Petrolei Sinica，2005，26（1）：47－54.

［3］尚延安.塔里木盆地輪南地區(qū)速度場的建立和應(yīng)用［J］.油氣地質(zhì)與采收率，2008，15（4）：49－51.Shang Yan’an.The Establishment and Application of Velocity Field in Lunnan Area of Tarim Basin［J］.Oil＆ Gas Recovery Technology，2008，15（4）：49－51.

［4］萬忠宏，閆玉魁，詹世凡，等.屬性模型速度建場法［J］.石油地球物理勘探，2006，41（3）：333－336.Wan Zhonghong，Yan Yukui，Zhan Shifan，et al.Velocity－Field－Built Method of Attributes Models［J］.Oil Geophysical Prospecting，2006，41（3）：333－336.

［5］賈義蓉，賀振華，石蘭亭，等.變速三維地震速度場的構(gòu)建與應(yīng)用［J］.物探化探計算技術(shù)，2011，33（3）：243－247.Jia Yirong，He Zhenhua，Shi Lanting，et al.Structure Papping with Transversely Variable 3DSeismic Velocity Model in Erlian Basin［J］.Computing Techniques for Geophysical and Geochemical Exploration，2011，33（3）：243－247.

［6］郝蘭英，郭亞杰，李杰，等.地震沉積學在大慶長垣密井網(wǎng)條件下儲層精細描述中的初步應(yīng)用［J］.地學前緣，2012，19（3）：81－86.Hao Lanying，Guo Yajie，Li Jie，et al.Preliminary Application of the Seismic Sedimentology to Reservoir Refined Description Under the Condition of High Density Well－Pattern in Daqing Placanticline［J］.Earth Science Frontiers，2012，19（3）：81－86.

［7］王琦，李紅梅.開發(fā)地震在大慶長垣喇嘛甸油田儲層預(yù)測中的應(yīng)用［J］.石油與天然氣地質(zhì)，2012，33（3）：490－495.Wang Qi，Li Hongmei.Application of Development Seismology to Reservoir Prediction of Lamadian Oilfield in Daqing Placanticline［J］.Oil ＆ Gas Geology，2012，33（3）：490－495.

［8］史忠生，王天琦，王建功，等.地震沉積學在不同地質(zhì)條件下砂體識別中的應(yīng)用：以松遼盆地西斜坡和長垣地區(qū)為例［J］.巖性油氣藏，2012，24（3）：5－10.Shi Zhongsheng，Wang Tianqi，Wang Jiangong，et al.Application of Seismic Sedimentology to Sand Body Identification Under Different Geological Settings：A Case Study from the Western Slope and Placanticline of Songliao Basin［J］.Lithologic Reservoirs，2012，24（3）：5－10.

［9］徐立恒，陳顯森，姜巖，等.不同變差函數(shù)變程下隨機反演與隨機模擬對比分析［J］.物探與化探，2012，36（2）：224－228.Xu Liheng，Chen Xiansen，Jiang Yan，et al.A Comparative Analysis of Stochastic Inversion and Stochastic Simulation on Different Ranges of Variograms［J］.Geophysical and Geochemical Exploration，2012，36（2）：224－228.

［10］李占東，趙偉，李陽，等.開發(fā)地震反演可行性研究及應(yīng)用：以大慶長垣北部油田為例［J］.石油與天然氣地質(zhì)，2011，32（5）：797－805.Li Zhandong，Zhao Wei，Li Yang，et al.Feasibility Study and Application of Development Seismic Inversion：A Case Study from Northern Changyuan Oilfield of Daqing Area［J］.Oil ＆ Gas Geology，2011，32（5）：797－805.

［11］劉軍迎，雍學善，楊午陽，等.轉(zhuǎn)換波疊加速度分析及動校正［J］.石油地球物理勘探，2012，47（2）：231－235.Liu Junying，Yong Xueshan，Yang Wuyang，et al.Converted－Wave Stacking Velocity Analysis ＆Moveout Correction［J］.Oil Geophysical Prospecting，2012，47（2）：231－235.

［12］秦寧，李振春，楊曉東，等.具共散射點道集與角道集串級優(yōu)化疊前偏移速度分析［J］.吉林大學學報：地球科學版，2013，43（2）：623－630.Qin Ning，Li Zhenchun，Yang Xiaodong，et al.Pre－Stack Migration Velocity Analysis Based on Sequent Optimization of Common Scattering Point Gathers and Angle Domain Common Imaging Gathers［J］.Journal of Jilin University：Earth Science Edition，2013，43（2）：623－630.

［13］管彥武，管燁，高瑞，等.根據(jù)地震縱波速度分析青藏高原地殼放射性生熱率和地幔熱狀態(tài)［J］.吉林大學學報：地球科學版，2013，42（2）：562－568.Guan Yanwu，Guan Ye，Gao Rui，et al.Crustal Radiogenic Heat and Mantle Geothermal Status in Tibetan Plateau Based on P－Wave Velocity［J］.Journal of Jilin University：Earth Science Edition，2013，42（2）：562－568.

［14］斯興焱，李錄明，胥良君，等.三維VSP多波速度分析方法及應(yīng)用［J］.石油物探，2012，51（1）：56－64.Si Xingyan，Li Luming，Xu Liangjun，et al.3D－VSP Multiple Velocity Analysis Method and Its Application［J］.Geophysical Prospecting for Petroleum，2012，51（1）：56－64.

［15］趙鐠，楊艷珍，艾勁松.煤炭三維地震勘探時深轉(zhuǎn)換誤差分析及對策［J］.中國煤田地質(zhì)，2006，18（4）：49－52.Zhao Pu，Yang Yanzhen，Ai Jinsong.Time－Depth Conversion Error Analysis and Countermeasures in Coalfield 3DSeismic Prospecting［J］.Coal Geology of China，2006，18（4）：49－52.

［16］劉文嶺，朱慶榮，戴曉峰.具有外部漂移的克里金方法在繪制構(gòu)造圖中的應(yīng)用［J］.石油物探，2004，43（4）：404－407.Liu Wenling， Zhu Qingrong， Dai Xiaofeng.Application of Kriging－with－an－External－Drift in Structure Mapping［J］.Geophysical Prospecting for Petroleum，2004，43（4）：404－407.