L-Va曲線監控偏移時間剖面構造畸變現象及其校正

梁順軍,李金芝,胡 峰,刁永波,王中海,周躍宗

(1.中國石油集團東方地球物理勘探有限責任公司西南物探研究院,四川成都610213;2.中國石油集團東方地球物理勘探有限責任公司西南物探分公司,四川成都610213)

在山地復雜構造勘探中,因地層橫向速度變化大,下伏地層受上覆地層構造形態和層速度結構的雙重影響,形成上覆地層“速度上拉效應”或“速度下拉效應”的速度陷阱,從而在時間偏移剖面上發生畸變而形成假構造,不能真實地反映構造形態,甚至與地下實際構造形態迥異,因此需在深度剖面中進行校正[1-7]。獲取地震深度剖面的方法主要有疊前深度偏移方法和變速時深轉換方法,疊前深度偏移方法所用時間是變速時深轉換方法所用時間的5～10倍。

在地震資料信噪比高的勘探區域(海洋、灘涂、平原及淺丘等),采用疊前深度偏移方法獲得的疊前深度偏移剖面能可靠地反映地下實際構造形態[8-13]。但在地震資料信噪比低的復雜構造區(逆沖斷褶帶、石灰巖、火成巖及變質巖出露區等),地震成像質量普遍差,且疊前深度偏移處理周期長,難以及時滿足油田勘探開發的需求,所以變速時深轉換方法仍然是山地復雜構造油氣勘探開發中常用的方法[14-20]。

無論資料信噪比高低,生產處理流程都要依次進行疊后時間偏移、疊前時間偏移及疊前深度偏移處理,前者為后者提供初始偏移速度模型和偏移成像質量的“參照物”。由變速時深轉換和疊前深度偏移獲得的地震深度剖面,能否校正時間偏移剖面上構造形態畸變現象,能否反映地下真實構造形態,完全依賴于經驗進行判斷,其可信度較低。采用沿層L-Va曲線,能有效監控時間偏移剖面構造畸變,判別深度剖面構造形態的合理性及可靠性,提高構造圈閉落實精度,該方法特別適用于低信噪比的山地復雜構造勘探的資料處理。

1 方法介紹

通過建立構造+層速度模型,得到沿層L-Va曲線,觀察L-Va曲線形態及趨勢,可監控時間偏移剖面上構造是否發生畸變及其畸變類型,方法的實現過程如圖1所示。

圖1 L-Va曲線監控和校正地震剖面構造畸變流程

1.1 建立時間域構造+層速度模型

1) 建立構造模型。以構造運動學和幾何學理論為指導,以地震解釋剖面為基礎,綜合應用研究區內構造地質、地面露頭、鉆井及傾角測井資料等,建立符合地質規律的構造模型[16,21]。

2) 建立層速度模型。根椐地層結構、地震測井、聲波測井及巖石密度,結合油氣田勘探目的層,確定層速度[22]。

3) 構建構造+速度模型。將層速度充填到構造模型中,即將構造模型和層速度模型融合在一起,合并成構造+層速度模型,下文簡稱速度模型。

1.2 沿層拾取加權平均速度

應用公式(1)或公式(2),按一定的采樣間隔,在鉛垂方向上沿層拾取加權平均速度,得到沿層L-Va曲線(圖2、圖3)。

圖2 L-Va曲線監控時間偏移剖面畸變(Ⅰ)a,b,c 沿層L-Va曲線; d,e,f 速度模型; g,h,i 偏移時間剖面

圖3 典型L-Va曲線形態a 水平; b 單邊上升; c 單邊下升; d 下凹; e 上凸; f 臺階上升; g 臺階下降

(1)

(2)

式中:v為速度;h為深度;t為時間;i=1,2,…,n,其中n=S/Δs,S為剖面長度,Δs為采樣間隔。

1.3 分析L-Va曲線形態

L-Va曲線形態變化主要受兩個因素控制,一是構造幾何形態縱橫向變化,二是低速層和高速層的厚度變化。L-Va曲線的幾何形態反映了目標層加權平均速度的橫向變化程度,也反映了偏移時間剖面構造形態畸變大小及其畸變類型(圖2)。

1) L-Va曲線呈水平直線,表明時間剖面構造未發生畸變。

背斜界面L(圖2d),L-Va曲線呈水平直線,表明速度橫向變化為恒速(圖2a),沒有速度上拉(或下拉)效應,時間偏移剖面上構造形態未發生變化(圖2g)。

2) L-Va呈曲線,表明時間剖面構造已發生畸變。

圖2e中水平界面L,其L-Va曲線某一段速度增大,曲線上凸(圖2b),產生速度上拉效應,傳播時間縮短,在時間剖面上形成“背斜型假構造”(圖2h)。反之,L-Va曲線在某一段速度減小,曲線下凹(圖2c),產生速度下拉效應,水平界面L在時間剖面上形成“向斜型假構造”(圖2i)。通過這3個簡單L-Va曲線幾何形態描述,說明了上覆地層構造形態和層速度結構不同,會導致下伏構造形態在時間偏移剖面上發生不同類型的構造畸變現象。

1.4 采用變速時深轉換和疊前深度偏移方法校正

采用變速時深轉換方法進行校正分為兩步[1]:①在時間域歸位,在水平疊加時間剖面上建立速度模型,對水平疊加剖面上的構造畸變現象(回轉波、繞射波、斷面波及傾斜反射波),采用疊后時間偏移或疊前時間偏移進行歸位;②在深度域歸位,在時間偏移剖面上建立速度模型,采用公式(3)進行變速時深轉換,將時間偏移剖面轉換為深度剖面,對時間偏移剖面構造畸變現象進行深度域校正,并參考L-Va曲線模式,分析深度剖面構造形態的合理性。

(3)

疊前深度偏移通過深度域速度模型反復迭代,使其地震成像達到最佳狀態,直接輸出深度剖面,對時間偏移剖面構造形態畸變進行校正。

2 建立典型L-Va曲線模式

依據山地復雜構造特征和油氣勘探實例[22-23],建立典型速度模型。通過調節水平界面L上方地層的構造幾何形態、層速度結構和大小,其L-Va曲線形態會發生不同的變化,揭示了不同的速度陷阱類型(圖3)。分析L-Va的形態、對稱性及變化梯度,可以判定實際時間偏移剖面中構造形態是否發生畸變、畸變大小及背斜高點偏離方向。

2.1 目標層的上覆地層為單斜層

1) 水平L-Va直線(圖3a),說明無速度陷阱,時間偏移剖面背斜形態未發生畸變,與深度剖面背斜形態一致。

2) 單邊上升L-Va曲線(從左到右觀察,下同,圖3b),速度陷阱為“單邊—上拉”模式,時間偏移剖面背斜向上發生傾斜,背斜高點向L-Va曲線上傾方向發生偏離。

3) 單邊下降L-Va曲線(圖3c),速度陷阱為“單邊—下拉”模式,時間偏移剖面背斜向下發生傾斜,背斜高點向L-Va曲線下傾反方向發生偏離。

2.2 目標層的上覆地層為向斜和背斜地層

1)下凹L-Va曲線(圖3d),速度陷阱為“向斜—下拉”模式,時間偏移剖面背斜形態隆起幅度降低或形成假向斜。

2)上凸L-Va曲線(圖3e),速度陷阱為“背斜—上拉”模式,時間偏移剖面背斜形態隆起幅度增大或形成假背斜。

當上凸L-Va曲線和下凹L-Va曲線為不對稱形態,揭示了時間偏移剖面的背斜高點和向斜低點將會發生偏離。

2.3 目標層的上覆地層為倒轉背斜地層和逆掩斷層

1) 臺階上升L-Va曲線(圖3f),速度陷阱單邊“臺階—上拉”模式,時間偏移剖面背斜發生上傾扭曲,背斜高點向L-Va曲線上傾方向發生偏離。

2) 臺階下降L-Va曲線(圖3g),速度陷阱“臺階—下拉”模式,時間偏移剖面背斜發生下傾扭曲,背斜高點向曲線下傾反方向發生偏離。

3 應用實例與效果

山地復雜構造主要包括擠壓型鹽相關背斜、高陡背斜和逆沖斷層下盤背斜3類,其共同特點是地震資料信噪比低、速度陷阱嚴重、時間偏移剖面構造形態畸變大,是變速時深轉換研究的重點。下面結合疊前深度偏移成像,分析時深轉換方法的處理效果。

3.1 L-Va曲線“雙峰”起伏——揭示疊前時間偏移剖面鹽下層為兩個假背斜

3.1.1 變速時深轉換

新疆庫車前陸盆地鹽相關構造特征,縱向上分為三大構造層,即鹽上構造層、鹽層和鹽下構造層[3]。圖4展示了庫車鹽下XQ2背斜時間偏移剖面畸變。

XQ2背斜鹽上層為復式高陡背斜,有2個次一級的NQ和BQ小背斜(圖4b);兩翼地層傾角陡傾、直立和局部倒轉;庫車組(N2k)為低速層,速度為2500～3500m/s,厚度由兩翼向背斜頂部急劇減薄;蘇維伊組—康村組(E2-3s-N1-2k)為高速層,速度4600～5400m/s,厚度相對穩定;鹽層庫姆格列木組(E1-2km)速度相對較高,為3800～4300m/s,其厚度變化大,從翼部的50～200m增加到背斜核部2000～3800m。

圖4 L-Va曲線監控庫車鹽下XQ2背斜時間偏移剖面畸變a 沿層E1-2km界面L-Va曲線; b 速度模型; c 時深轉換深度剖面

E1-2km界面的L-Va曲線呈“雙峰”,疊前時間偏移剖面鹽下XQ2背斜形態與L-Va曲線形態起伏一致(圖4a、圖4b),表明受速度上拉效應的影響,鹽下XQ2背斜形態已發生嚴重畸變,而形成假背斜(圖4b)。經變速時深轉換后,深度剖面鹽下XQ2背斜不復存在,表現為北傾的單斜(圖4c),XQ2井鉆后傾角測井結果顯示E1-2km界面為北傾單斜,傾角為3°～4°。

3.1.2 疊前深度偏移

圖5為庫車鹽下XQ2背斜L-Va曲線及其速度模型和疊前深度偏移成像剖面。以疊前時間偏移速度模型作為疊前深度偏移初始速度模型,經過不斷迭代,獲得最終疊前深度偏移速度模型(圖5b)。

由公式(1)得到深度域的E1-2km界面L-Va曲線(圖5a),其與時間域的L-Va曲線形態(圖4a)基本相同,這是因為疊前深度偏移速度模型的基礎是時深轉換速度模型,雖然疊前深度偏移初始速度模型反復迭代,但只是對時深轉換速度模型的構造形態進行平滑,以及對層速度進行細分微調,得到適合于疊前深度偏移地震成像最佳的速度模型。因此疊前深度偏移和時深轉換速度模型兩者的結構基本相同,只是前者是深度域表示,后者是時間域表示,兩者可以互相轉換(圖4b、圖5b)。所以,在疊前深度偏移速度模型提取L-Va曲線,也能反映偏移時間剖面構造形態是否發生畸變。

對比時深轉換剖面(圖4c)與疊前深度偏移剖面(圖5c)可以看出,鹽下XQ2背斜形態也基本相同,說明這兩種獲取深度剖面的方法可以相互驗證和替代。

圖5 L-Va曲線監控庫車鹽下XQ2背斜疊前深度偏移合理性a 沿層E1-2km界面L-Va曲線; b 速度模型; c 疊前深度偏移剖面

從該實例可以看出,對于山地復雜構造時間偏移剖面,出現某一界面形態與L-Va曲線起伏形態相一致,表明這一界面構造形態在時間域發生了畸變,在深度剖面上背斜形態將會消失。

3.2 L-Va臺階上升——揭示疊前時間偏移剖面背斜高點發生偏離

3.2.1 變速時深轉換

圖6展示了川東FJW潛伏背斜時間偏移剖面畸變。四川東部YAC地面構造為不對稱高陡背斜(圖6b),緩翼地層傾角20°～35°;陡翼地層傾角為40°～90°,局部直立和倒轉。在陡翼,低速層侏羅系—須家河組(J-T3x)厚度從向斜到背斜頂部急劇減薄,直至剝蝕;高速層雷口坡—嘉陵江組(T2l-T1j)地層異常加厚;在時間偏移剖面上,YAC構造陡帶下方為飛仙關組—二疊系(T1f-P)FJW不對稱潛伏背斜(圖6b)。

圖6 L-Va曲線監控川東FJW潛伏背斜時間偏移剖面畸變a 沿層P1界面L-Va曲線; b 速度模型; c 時深轉換深度剖面

3.2.2 疊前深度偏移

圖7展示了川東FJW構造疊前深度偏移成像。

對FJW構造進行疊前深度偏移,提取深度域速度模型(圖7b)P1界面的L-Va曲線(圖7a),其幾何形態與圖6a基本相同。因此變速時深轉換和疊前深度偏移這兩種方法獲得的地震深度剖面FJW背斜形態也基本相同(圖6c、圖7c)。

圖7 L-Va監控川東FJW構造疊前深度偏移剖面合理性a 沿層P1界面L-Va曲線; b 速度模型; c 疊前深度偏移剖面

以上2個實例的分析說明,為了加快勘探節奏、及時部署探井,在油田采用變速時深轉換方法代替疊前深度偏移方法,獲取地震深度剖面是可行的,可以取得事半功倍的效果。

3.3 L-Va臺階下降——揭示疊前時間偏移剖面斷層下盤為假背斜

圖8 L-Va曲線監控吐哈HYS背斜疊前時間偏移剖面畸變a 沿層J界面L-Va曲線; b 速度模型; c 時深轉換深度剖面

3.4 成功預測KS1構造存在高速礫巖層速度陷阱,有效校正其對鹽下構造的影響

庫車坳陷發育了大小不等的洪積扇(圖9),由扇根向扇中、扇端方向,礫石由粗變細,泥質含量由少變多,故速度由高降低[21]。在鉆井過程中,時常鉆遇庫車組(N1-2k)和康村組(N1k)巨厚高速礫石層,其速度為4800～5800m/s;圍巖速度偏低,為3500～4500m/s,速度差最大可達2300m/s。上覆高速礫巖層在時間剖面上產生強烈的速度上拉效應,對下伏構造形態影響很大,形成假背斜。因此,在庫車油氣勘探開發中,地震勘探成果能否提前預測高速礫石層分布及其下伏背斜構造是否存在很重要。L-Va曲線在KS1井風險探井部署中的應用,就是典型的成功案例。

圖9 庫車KS1-KS2井區地面洪積扇

圖10、圖11分別展示了庫車鹽下KS1-KS2背斜時間偏移剖面畸變。KS2背斜KS2井獲得油氣勘探重大發現后,為了查清氣田規模,進行了三維地震勘探,在KS1背斜部署風險探井KS1井。因KS2井鉆遇扇端砂泥巖低速層,若按KS2井VSP層速度結構,引入到15km以外的KS1背斜,則KS1-KS2井段的E1-2km界面的L-Va曲線呈水平直線(圖10a),揭示了時間偏移剖面KS1背斜E1-2km界面構造形態未發生畸變(圖10b),變速時深轉換后,深度剖面與時間偏移剖面背斜形態和高點位置一致(圖10c)。但是,依據重、磁、電、震物探資料和沉積相分析[21,24],KS1構造位于克拉蘇河扇根,發育致密高速礫石層(圖9、圖11b),則在KS1井處E1-2km界面的L-Va曲線呈“波峰”,揭示在時間偏移剖面上KS1構造存在嚴重速度上拉效應,背斜幅度被夸大。在時間偏移剖面上,KS1井鹽下E1-2km底界時間比KS2井處淺390ms(圖11b);變速時深轉換后,在深度剖面上KS1井比KS2井深315m(圖11c)。KS1井在實鉆中,E1-2km底界實鉆深度與地震預測深度相吻合,井-震深度符合率小于0.98%,其精度高于規程要求。

圖10 L-Va曲線監控庫車鹽下KS1-KS2背斜時間偏移剖面畸變(Ⅰ)a 沿層E1-2km界面L-Va曲線; b 速度模型; c 時深轉換深度剖面

圖11 L-Va曲線監控庫車鹽下KS1-KS2背斜時間偏移剖面畸變(Ⅱ)a 沿層E1-2km界面L-Va曲線; b 速度模型; c 時深轉換深度剖面

KS1井實鉆巨厚礫石層(厚度為1005m)。KS1井地震成功預測后,順利鉆達目的層,獲得高產油氣流,查清了KS1背斜與KS2背斜之間的接觸關系,發現KS1-KS2為整裝背斜氣田。

可以看出,應用L-Va曲線揭示時間偏移剖面構造形態是否發生畸變及其畸變大小,弄清地層巖性及層速度橫向變化十分重要。

本文中7種典型的L-Va曲線模式(圖4),可根據各油田的勘探情況,進行補充和發展[24]。綜上所述,由于上覆高速層或低速層異常增厚或減薄,造成速度上拉或下凹效應,在時間偏移剖面上表現為下伏地層構造形態發生畸變和高點發生漂移。定性和定量判斷高點漂離方向和距離是有規律可循的,一般L-Va曲線上升坡度和長度增加,時間偏移剖面背斜高點向速度增大方向移動距離增大,而深度剖面上背斜高點向速度降低方向移動距離增大。

4 結論與認識

1) L-Va曲線能夠有效地監控地震時間偏移剖面中目標層是否發生構造畸變現象和畸變大小。在監控過程中,需要結合區域地質背景、構造特征和速度模型的合理性,綜合考慮。

2) 疊前深度偏移應用L-Va曲線,需要參照時間偏移構造形態,分析疊前深度偏移剖面構造形態的合理性。

3) 因疊前深度偏移處理周期長,要求資料信噪比高,難以滿足低信噪比資料油氣勘探需求,這也是現在和未來,變速時深轉換方法仍然是中國西部油田勘探獲得深度剖面的重要方法之一,可代替疊前深度偏移方法,以滿足油田勘探需求。