時(shí)深標(biāo)定中VSP時(shí)深關(guān)系調(diào)整影響因素分析

姜本厚，張 凱,張平平,蔡越釬,王玉英

(1.中海石油(中國(guó))天津分公司勘探開(kāi)發(fā)研究院，天津塘沽 300452；2.中國(guó)石油大學(xué)(華東)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院)

時(shí)深標(biāo)定是聯(lián)系時(shí)間域(地震)與深度域(地質(zhì)、測(cè)井)關(guān)系的橋梁和紐帶，也是合成記錄制作中的核心問(wèn)題，在地震資料精細(xì)解釋和砂體標(biāo)定中發(fā)揮著重要的作用[1-3]。隨著勘探難度的加大，對(duì)時(shí)深標(biāo)定精細(xì)程度的要求也越來(lái)越高，特別是隨著VSP資料的出現(xiàn)和廣泛應(yīng)用，利用VSP資料進(jìn)行標(biāo)定也成為當(dāng)前時(shí)深標(biāo)定的主要方法。

目前VSP時(shí)深關(guān)系被認(rèn)為是最準(zhǔn)確的時(shí)深關(guān)系[5]，并被廣泛應(yīng)用于合成記錄制作中。但多年來(lái)筆者在渤海油田多口井的時(shí)深標(biāo)定中發(fā)現(xiàn)，要使地震剖面與合成記錄具有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，經(jīng)常需要對(duì)VSP時(shí)深關(guān)系進(jìn)行“整體時(shí)移”和“局部拉伸”。“整體時(shí)移”現(xiàn)象在標(biāo)定中時(shí)有發(fā)生，最大整體時(shí)移量有時(shí)可達(dá)二十多毫秒，由于對(duì)如此大的整體時(shí)移量找不到合理的解釋，有些研究者往往舍棄合適的子波極性不用，而選擇使整體時(shí)移量最小的反極性子波，這就容易造成對(duì)儲(chǔ)層認(rèn)識(shí)的偏差；“局部拉伸”現(xiàn)象在時(shí)深標(biāo)定中也普遍存在，且局部拉伸量往往隨深度增加而呈現(xiàn)增加的趨勢(shì)，有時(shí)會(huì)達(dá)到近百毫秒，有的研究者由于不能接受這樣的拉伸量而寧愿選擇地震剖面與合成記錄不對(duì)應(yīng)的情況。有的研究者認(rèn)為局部拉伸是合理的，但對(duì)于引起如此大的拉伸量原因缺乏必要的認(rèn)識(shí)和研究。

1 時(shí)深調(diào)整原因分析

時(shí)深調(diào)整涉及VSP時(shí)深關(guān)系和偏移剖面兩個(gè)方面，因此，要弄清時(shí)深調(diào)整的真正原因，需要對(duì)VSP時(shí)深關(guān)系和偏移剖面及其兩者存在的時(shí)差進(jìn)行詳細(xì)分析。

1.1 偏移剖面及其存在時(shí)差

根據(jù)惠更斯原理與 Kirchhoff 積分偏移理論[6]，地下模型可看作由很多散射點(diǎn)組成，地面觀測(cè)信號(hào)則是所有到達(dá)地表的散射能量的疊加。Kirchhoff 積分偏移理論都是假設(shè)從震源點(diǎn)到散射點(diǎn)再到接收點(diǎn)的路徑為直線，在速度為v的常速介質(zhì)中，設(shè)從震源S到散射點(diǎn)再回到接收點(diǎn)R的地震波的傳播路徑如圖1所示。整個(gè)過(guò)程的旅行時(shí)滿足如下雙平方根方程：

(1)

其中S和R分別是炮點(diǎn)和檢波點(diǎn)位置；x是散射點(diǎn)(SP)的空間位置；X是DMO后地震道的空間位置；y是炮檢中心點(diǎn)空間位置；h是半偏移距；τ是雙程垂直旅行時(shí)間或偏移時(shí)間；t0是DMO校正后反射的雙程旅行時(shí)；t'0是Hale(1984)DMO后反射的雙程旅行時(shí)。

常規(guī)疊前時(shí)間偏移就是按上述時(shí)距關(guān)系將散射能量偏移歸位到散射點(diǎn)正下方τ時(shí)間。對(duì)每個(gè)散射點(diǎn)，將偏移孔徑內(nèi)所有輸入道對(duì)應(yīng)此點(diǎn)的散射能量疊加起來(lái)就得到了它的像。

理論情況下，經(jīng)過(guò)疊前時(shí)間偏移的剖面應(yīng)該歸位到正確的位置。對(duì)于地下某一深度的分界面，其地震反射波在偏移剖面上出現(xiàn)的時(shí)間也是唯一的。但研究發(fā)現(xiàn)，同一采集資料在不同時(shí)間或不同處理后，經(jīng)常存在時(shí)差。如果在研究目的層段，要使兩個(gè)資料較好的對(duì)應(yīng)，經(jīng)常需要整體時(shí)移，有的時(shí)移量超過(guò)20 ms，有的甚至還要反轉(zhuǎn)極性(圖2)。而且，一般兩次處理資料的時(shí)差并不是常數(shù)，而是隨時(shí)間變化的變量，如圖3所示。在圖2的目的層段(1.7 s)新老資料對(duì)應(yīng)較好的情況下，新老資料在淺、深層對(duì)應(yīng)不好，明顯可以看到，新資料在淺層偏淺，而在深層偏深。要使淺、深層也能較好的對(duì)應(yīng)，如果以新資料為準(zhǔn)，淺層0.5 s處的老資料大致需要向上局部拉伸6 ms，深層2.8 s處的老資料需要向下局部拉伸16 ms。兩次處理資料存在時(shí)差是地震處理過(guò)程后表現(xiàn)出來(lái)的一種現(xiàn)象。由于處理較復(fù)雜，需要從疊前時(shí)間偏移理論入手，對(duì)具體原因進(jìn)行分析研究。

圖1 疊前時(shí)間偏移的幾何關(guān)系

圖2 新資料上移10ms并顛倒極性

圖3 新老資料在淺、深層的對(duì)比

1.1.1 縱向速度拾取不準(zhǔn)引起時(shí)間偏移剖面時(shí)差

由疊前時(shí)間偏移脈沖響應(yīng)橢圓方程和雙平方根旅行時(shí)方程出發(fā)，根據(jù)圖1中的幾何關(guān)系可以得到DMO校正后反射的雙程旅行時(shí)t0與雙程旅行時(shí)t的關(guān)系式：

(2)

再由DMO校正后反射的雙程旅行時(shí)t0可以解出雙程偏移時(shí)間τ：

(3)

從方程(2)和(3)式不難發(fā)現(xiàn)，DMO校正后反射雙程旅行時(shí)t0和雙程偏移時(shí)間τ都與地層速度v呈正比關(guān)系，地層速度越大，t0和τ越大，地層速度越小，則t0和τ越小。

要獲得準(zhǔn)確的雙程偏移時(shí)間τ，需要準(zhǔn)確的地層速度v。因此速度分析時(shí)，拾取的速度準(zhǔn)確程度和精度，直接影響到雙程偏移時(shí)間τ的求取準(zhǔn)確度和偏差。當(dāng)拾取的速度比真實(shí)速度偏大時(shí)，雙程偏移時(shí)間τ就會(huì)比真實(shí)時(shí)間偏大；當(dāng)拾取的速度比真實(shí)速度偏小時(shí)，雙程偏移時(shí)間τ值就會(huì)比真實(shí)時(shí)間小。在速度不準(zhǔn)的情況下，偏差大小也隨偏移距增大而增大。如表1所示，假設(shè)真實(shí)地層速度v為3 000 m/s，X為1 000 m，x為500 m，y為1 500 m，h為1 500 m，則真實(shí)雙程偏移時(shí)間τ為2.808 s，當(dāng)速度偏高10%時(shí)，計(jì)算的雙程偏移時(shí)間τ比真實(shí)值偏大35 ms。當(dāng)速度偏低10%時(shí)，計(jì)算的雙程偏移時(shí)間τ比真實(shí)值偏小46 ms。

表1 速度變化對(duì)偏移時(shí)間影響統(tǒng)計(jì)

在實(shí)際地震處理的速度拾取中，由于淺層地震波能量較強(qiáng)，速度譜上能量團(tuán)較集中，易于識(shí)別，因此淺層拾取的速度較準(zhǔn)確，其求取的雙程偏移時(shí)間也較準(zhǔn)確，誤差一般較小；隨著深度增加，地震波能量逐漸衰減，多次波及干擾波的影響加大，速度譜上能量團(tuán)一般較分散，速度的準(zhǔn)確拾取變得困難，加上拾取的精度有限，使拾取的速度與真實(shí)速度的偏差也越來(lái)越大,誤差也隨之增大。

在渤海油田，東二下段、東三段廣泛發(fā)育大套的低速泥巖，時(shí)深標(biāo)定過(guò)程中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)，當(dāng)井鉆遇大套低速泥巖時(shí)，其拉伸量一般都較大。結(jié)合井曲線和速度譜曲線的分析認(rèn)為，在速度拾取時(shí)，往往在低速泥巖段拾取的速度高于地層真實(shí)速度，因此，在進(jìn)行NMO、DMO和偏移校正時(shí)，由于速度偏高，易造成校正量偏小，從而導(dǎo)致偏移時(shí)間過(guò)大，地震反射軸在時(shí)間剖面上偏深。其偏差大小主要是由拾取速度與真實(shí)速度的偏差引起的。

1.1.2 地震波相位變化引起的時(shí)差

地震波在地層中傳播時(shí)，其波形和相位會(huì)受到大地濾波器的整形和改造作用，此外，實(shí)際資料處理過(guò)程中反褶積等與子波處理相關(guān)的處理手段也會(huì)引起相位變化，相位發(fā)生變化的地震波在時(shí)間域剖面反映同一深度界面時(shí)會(huì)存在時(shí)差。

1.1.3 各向異性引起的時(shí)差

常規(guī)處理方法是在地層各向同性的假設(shè)條件下進(jìn)行的，但在實(shí)際的地下地層中，各向異性廣泛存在，地震波不是沿直射線而是沿彎曲射線傳播，地震波走時(shí)也不再是雙曲線形式，隨著偏移距與深度比的增大，各向異性引起的時(shí)差也會(huì)隨之增大[7]。常規(guī)處理在不考慮各向異性的情況下，與地震波真實(shí)走時(shí)相比，計(jì)算的地震波走時(shí)不夠準(zhǔn)確，使反射層部分不在正確位置上，從而造成一定的時(shí)差。

1.1.4 偏移方法差異引起的時(shí)差

當(dāng)?shù)叵虑闆r比較復(fù)雜時(shí)，疊前時(shí)間偏移不再滿足其假設(shè)條件，加上偏移速度拾取不準(zhǔn)確，可能會(huì)造成偏移歸位不準(zhǔn)。此時(shí)，偏移剖面也會(huì)產(chǎn)生一定的誤差。總之，縱向速度拾取不準(zhǔn)、相位變化、各向異性、偏移方法差異等因素都會(huì)造成偏移剖面產(chǎn)生時(shí)差。而且這個(gè)時(shí)差是不容忽視的，甚至是時(shí)深調(diào)整量的主要原因。而縱向速度拾取不準(zhǔn)是造成偏移剖面時(shí)差的主要影響因素。

1.2 VSP時(shí)深關(guān)系及時(shí)差

時(shí)間偏移剖面的檢波器置于地表，沿地面布置觀測(cè)點(diǎn)，“間接”測(cè)量地震波在垂直方向上的旅行時(shí)間和速度變化。與時(shí)間偏移剖面相比，VSP的檢波器放在井中，在垂直方向上進(jìn)行觀測(cè)，“直接”測(cè)量地層垂直剖面上地震波的旅行時(shí)間和速度隨深度的變化，且VSP的反射波旅行路徑較地面地震反射波的旅行路徑短；另外，由于地面觀測(cè)受剖面淺部影響，地震波畸變較大，而VSP可觀測(cè)到比較單純的波形，因此，VSP確定的時(shí)深關(guān)系比時(shí)間偏移剖面可靠。

當(dāng)?shù)貙訛樗綄訝罹鶆蚪橘|(zhì)時(shí)，對(duì)于直井零偏移距VSP而言，此時(shí)VSP時(shí)間傳播路徑跟VSP深度路徑是一致的，故水平地層的VSP時(shí)深關(guān)系是可靠的。

當(dāng)?shù)貙訛閮A斜層狀均勻介質(zhì)時(shí)，由于地震波傳播遵循費(fèi)馬定理的最短走時(shí)原則，VSP時(shí)間不再沿深度路徑傳播，而是沿用時(shí)間最短的折線路徑傳播，此時(shí)得到的VSP時(shí)深關(guān)系就不準(zhǔn)確，需要對(duì)傾斜地層引起的時(shí)差進(jìn)行校正。

如圖4所示，設(shè)傾斜地層的傾角分別為θi(i=1,2, ，……，n)，入射波與地層法向的夾角為αi，入射波到達(dá)每個(gè)傾斜界面的偏移距為xi，地層速度為vi，井點(diǎn)處的地層厚度為hi。則在井中海拔深度為Z處，VSP時(shí)間按照下式計(jì)算:

(4)

地震波沿深度路徑傳播的時(shí)間減去VSP時(shí)間就是因地層傾斜引起的VSP時(shí)差。在深度和厚度已知的情況下，VSP時(shí)差只是地層傾角的函數(shù)，它隨地層傾角的增大而增大。張平平等(2011年)[8]用有限差分波動(dòng)方程方法對(duì)多種傾斜角度的地層模型進(jìn)行了正演模擬，研究結(jié)果表明，VSP時(shí)差隨地層傾斜角度的增加而快速增大。當(dāng)?shù)貙訛樯澳鄮r互層時(shí)，VSP時(shí)差變化梯度小于阻抗遞增模型。此外，在實(shí)際的VSP處理中，海上資料未作潮差校正、槍深及偏移距校正時(shí)的人為失誤、VSP初至拾取不準(zhǔn)及地層非均質(zhì)性等因素也會(huì)引起一定的VSP時(shí)差，但這些時(shí)差跟地層傾斜引起的時(shí)差相比，一般都較小。

圖4 傾斜地層VSP傳播路徑示意圖

1.3 時(shí)深標(biāo)定原則

時(shí)深標(biāo)定是建立深度域地層界面與時(shí)間域地震反射軸間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。由于地震剖面不能局部拉伸和整體平移，而合成記錄的調(diào)整比較方便，因此，時(shí)深標(biāo)定是以實(shí)際偏移剖面為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行調(diào)整，即使在VSP時(shí)深關(guān)系比偏移剖面可靠的情況下。因此，時(shí)深調(diào)整中的“整體時(shí)移”主要是地震處理過(guò)程引起的，除地層傾斜以外的其它因素造成的VSP時(shí)差一般較小，對(duì)“整體時(shí)移”的貢獻(xiàn)不大。而“局部拉伸”主要是由縱向速度拾取不準(zhǔn)、相位變化引起的偏移剖面時(shí)差和由地層傾斜引起的VSP時(shí)差共同作用的結(jié)果，且縱向速度拾取不準(zhǔn)是造成偏移剖面時(shí)差的主要因素。

2 應(yīng)用實(shí)例

A井是渤海油田的一口探井，由于該井鉆井深度大，雖然該井進(jìn)行了VSP測(cè)井，但是，如圖5所示，在深層用原始VSP時(shí)深關(guān)系標(biāo)定的合成記錄與疊前時(shí)間偏移剖面對(duì)應(yīng)不上，需要進(jìn)行較大調(diào)整才能達(dá)到較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，其中該井基本不需要進(jìn)行“整體平移”，而“局部拉伸”達(dá)到95 ms。從過(guò)A井地震剖面來(lái)看(圖6)，該井已鉆遇的地層存在傾斜層，因此需要明確因地層傾斜引起的VSP時(shí)差的大小。為了驗(yàn)證該井VSP時(shí)差大小，采用有限差分波動(dòng)方程正演模擬方法，用該井的實(shí)測(cè)聲波和密度曲線來(lái)近似模擬真實(shí)地層情況，正演模型采用水平地層形式，由于水平地層模型在VSP正演時(shí)，其深度路徑和時(shí)間路徑是一致的，將VSP正演的初至?xí)r間和VSP實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，即可確定每口井VSP時(shí)差的大小。該井VSP正演的初至?xí)r間和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比如圖7所示，從圖中來(lái)看， VSP正演的初至?xí)r間比VSP實(shí)測(cè)結(jié)果要大，且隨地層傾角而變化，這跟VSP原理是符合的。對(duì)比結(jié)果表明，由于傾斜地層引起的VSP時(shí)差大致為35 ms。

圖5 VSP調(diào)整前、后合成記錄對(duì)比圖

圖6 過(guò)A井地震剖面

圖7 A井VSP正演與實(shí)測(cè)結(jié)果對(duì)比

該井時(shí)深標(biāo)定的局部拉伸量大致為95 ms，除去地層傾斜引起的35 ms的VSP時(shí)差，大致還有60 ms的時(shí)差，而這部分時(shí)差被認(rèn)為是由偏移剖面時(shí)差引起的。原因在于該井在3 800～4 800 m處，存在約1 000 m的大套低速泥巖，而疊加速度轉(zhuǎn)化為地震層速度后，明顯高于低速泥巖的聲波速度和VSP速度。結(jié)合上述(2)和(3)式可知，在地震速度比地層真實(shí)速度偏大的情況下，DMO校正后，反射雙程旅行時(shí)和雙程偏移時(shí)間的計(jì)算結(jié)果都會(huì)偏大，從而產(chǎn)生偏移剖面時(shí)差，偏差大小跟拾取的速度偏離真實(shí)速度的大小有關(guān)。

統(tǒng)計(jì)表明，在渤海油田，其它鉆遇大套低速泥巖的井，其時(shí)深調(diào)整量也一般較大。且低速泥巖段拾取的速度一般較真實(shí)速度偏高，這也說(shuō)明大套低速泥巖處的縱向速度拾取不準(zhǔn)，是引起偏移剖面時(shí)差的主要因素。

通過(guò)上述典型實(shí)例分析認(rèn)為，VSP時(shí)深關(guān)系的調(diào)整量是VSP和偏移剖面時(shí)差共同作用的結(jié)果。VSP時(shí)差主要是由于地層傾斜引起的。而偏移剖面時(shí)差主要是縱向速度拾取不準(zhǔn)造成的。

3 結(jié)束語(yǔ)

(1)時(shí)深標(biāo)定時(shí)，由于時(shí)深調(diào)整是以實(shí)際偏移剖面為標(biāo)準(zhǔn)，因此時(shí)深調(diào)整時(shí)經(jīng)常需要“整體時(shí)移”和“局部拉伸”。調(diào)整量往往是VSP時(shí)差和偏移剖面時(shí)差共同作用的結(jié)果，且偏移剖面時(shí)差常是主要影響因素。

(2)通過(guò)疊前時(shí)間偏移理論分析，結(jié)合大量已鉆井的時(shí)深標(biāo)定結(jié)果，認(rèn)為偏移剖面時(shí)差主要是縱向速度拾取不準(zhǔn)造成的。

(3)與地面地震相比，VSP測(cè)量路徑較短，且可以直接測(cè)量垂向的旅行時(shí)，所以VSP時(shí)深關(guān)系比偏移剖面更可靠。

(4)VSP時(shí)差主要是由于傾斜地層引起的，且VSP時(shí)差隨傾角增大而增大。

(5)渤海油田東二下段、東三段廣泛發(fā)育大套的低速泥巖，由于低速泥巖段的速度拾取偏高，在進(jìn)行NMO、DMO和偏移校正時(shí)，易造成校正量偏小，從而導(dǎo)致偏移時(shí)間偏大，使地震反射軸在時(shí)間剖面上偏深。

[1] 孫學(xué)繼,楊曉.合成地震記錄制作方法研究[J].石油地球物理勘探，1997,32(增刊2):34-39.

[2] 楊海長(zhǎng),周玉.合成地震記錄在層位標(biāo)定中的幾個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題[J].西南石油大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2009,31(4):52-57.

[3] 李國(guó)發(fā),廖前進(jìn),王尚旭，等.合成地震記錄層位標(biāo)定若干問(wèn)題的探討[J].石油物探，2008,47(2):145-149.

[4] 陳廣軍.合成地震記錄制作與標(biāo)定中的爭(zhēng)論及注意的問(wèn)題[J].西安石油學(xué)院學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2002,17(4):19-23.

[5] 曹統(tǒng)仁.VSP平均速度的應(yīng)用[J].西南石油學(xué)院學(xué)報(bào),1999,21(2):46-50.

[6] Schneider W A.Integral formulation for migration in two and threedimensions[J].Geophysics,1978,43(1)：49-76.

[7] 黃中玉,曲壽利,王于靜,等.層狀各向異性介質(zhì)轉(zhuǎn)換波克希霍夫疊前時(shí)間偏移[J].地球物理學(xué)報(bào)，2008, 52(12):3109-3115.

[8] 張平平,沈章洪,彭剛.VSP與地震偏移剖面時(shí)間的關(guān)系及其在勘探開(kāi)發(fā)中的應(yīng)用[M].北京：中國(guó)石化出版社，2011：119-123.