準(zhǔn)噶爾盆地地震速度場的建立

徐群洲

(新疆油田分公司勘探開發(fā)研究院 地球物理研究所，烏魯木齊 830013)

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準(zhǔn)噶爾盆地地震速度場的建立

徐群洲

(新疆油田分公司勘探開發(fā)研究院 地球物理研究所，烏魯木齊 830013)

分析盆地內(nèi)各層巖性速度特征，在準(zhǔn)噶爾盆地里建立一個(gè)盆地級(jí)巨型速度場(面積約13×104km2，深度達(dá)8 km)。面對(duì)海量的地震資料，首先進(jìn)行盆地地震剖面的解釋，建立盆地17層構(gòu)造解釋時(shí)間模型，利用疊加速度譜分析、VSP井速度標(biāo)定、聲波測井的VSP轉(zhuǎn)換技術(shù)、測線交點(diǎn)疊加速度自動(dòng)校正閉合差、野值自動(dòng)剔除及井約束層速度分析，來研究各沉積層速度特征，模型模擬層速度建場、最終建立盆地平均速度場。用于區(qū)域?qū)铀俣确治觯瑯?gòu)造轉(zhuǎn)深和地震資料處理的速度參考，用兩口VSP井實(shí)測速度資料進(jìn)行驗(yàn)證，盆地速度場平均速度絕對(duì)誤差平均為35 m/s, 相對(duì)誤差平均為1.8%,兩者大小和變化特征一致，表明盆地速度場精度較高。

地震剖面解釋； VSP井測試； 層速度； 三維速度場

0 前言

準(zhǔn)噶爾盆地屬于大致呈三角形的內(nèi)陸盆地，面積約13×104km2。盆地構(gòu)造樣式多，巖性變化大。隨著勘探程度的提高對(duì)構(gòu)造圖的精度要求赿來赿高，單塊三維和小區(qū)域二維的地震速度研究由于資料少，邊界效應(yīng)等因素影響，層速度變化趨勢很難準(zhǔn)確分析，這就需要建立一個(gè)大范圍的地震速度場，研究盆地各層巖性速度的橫向變化特征，指導(dǎo)小區(qū)域的精細(xì)地震速度研究，建立高精度的速度場，提高變速成圖的精度。

一個(gè)盆地的形成，它的地震速度也就是唯一的，通過不斷的地震勘探和鉆井資料的積累，就能得到逐漸精確的盆地速度場。建立巨型盆地級(jí)速度場存在大量的問題，如盆地地質(zhì)層位的時(shí)間剖面的解釋，基準(zhǔn)面、測線交點(diǎn)的速度誤差，疊加速度野值的剔除，VSP井分布不均、密度小、鉆井井淺、測線疊加速度的標(biāo)定，以及海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、統(tǒng)一調(diào)用計(jì)算；深層鉆井少，深層層速度標(biāo)定困難等。作者采用統(tǒng)一固定基準(zhǔn)面、二維速度閉合差校正技術(shù)，自動(dòng)去除野值、VSP井速度約束、聲波測井資料彌補(bǔ)VSP井資料的不足，三維空間網(wǎng)格化技術(shù)來校正鉆井和疊加速度的基準(zhǔn)面，分析各層層速度資料，建立了盆地級(jí)17層層速度場，解決了上述的問題[1]。

1 原始資料分析

建立速度場所需的原始資料包括盆地時(shí)間層位解釋成果、疊加速度資料、VSP測井和聲波測井資料。VSP測井的頻帶與地震反射波法頻帶相同，因此由VSP測井得到的層速度和平均速度被認(rèn)為是地層速度的真值。到2013年底新疆油田公司共作了365口井的VSP測井，平均350 km2才有一口VSP測井。

本次研究主要采用盆地內(nèi)二維測線的疊加速度資料，約94 865個(gè)。由疊加速度譜轉(zhuǎn)換得到的層平均速度是構(gòu)建速度場的基礎(chǔ)。用疊加速度譜計(jì)算的層速度精度比VSP測井與聲波測井計(jì)算的層速度精度要低，所以用VSP測井與聲波測井資料來約束校正速度譜計(jì)算的層速度，以提高速度場精度。另外聲波測井計(jì)算的層速度精度比VSP測井計(jì)算的層速度精度低，VSP測井計(jì)算的層速度精度最高，因此只用聲波測井計(jì)算的層速度彌補(bǔ)VSP測井密度不夠的地區(qū)的層速度校正計(jì)算。

2 綜合標(biāo)定和地震解釋

盆地時(shí)間層位解釋主要采用盆地內(nèi)二維測線4 922條[2]。歷史上準(zhǔn)噶爾盆地二維測線大多在浮動(dòng)基準(zhǔn)面上，首先數(shù)字化每條剖面的浮動(dòng)基準(zhǔn)面數(shù)據(jù)，將二維測線基準(zhǔn)面統(tǒng)一調(diào)整到水平基準(zhǔn)面1 500 m。通過地面露頭標(biāo)定、標(biāo)準(zhǔn)井合成記錄標(biāo)定引層區(qū)域統(tǒng)層大剖面9條，在標(biāo)定好的基礎(chǔ)上進(jìn)行層位和斷裂的解釋。再由這9條區(qū)域統(tǒng)層大剖面向其他剖面引層標(biāo)定層位，進(jìn)行層位和斷裂的精細(xì)解釋，根據(jù)鉆井資料對(duì)地震剖面時(shí)間控制層位進(jìn)行分析解釋，分別解釋了N1s(沙灣組)、E1-2z(紫泥泉子組)、K2d(東溝組)、K1h(呼圖壁河組)、K1q(清水河組)、J3q(齊古組)、J2t(頭屯河組)、J2x(西山窯組)、J1s(三工河組)、J1b(八道灣組)、T3b(白堿灘組)、T2k(克拉瑪依組)、T1b(百口泉組)、P3w(上烏爾禾組)、P2p(平地泉組)、P1j(金溝組)共17層，獲得盆地各層的橫向變化規(guī)律及空間展布特征[1]。通過地震剖面時(shí)間控制層位解釋成果，建立三維t0構(gòu)造模型[3]。

3 地震速度場建立方法

3.1 模型迭代法求取平均速度

由疊加速度譜轉(zhuǎn)換得到的平均速度是構(gòu)建速度場的基礎(chǔ)，它的精度直接關(guān)系到速度場的精度。模型迭代法首先給出層速度模型，用射線追蹤法求出反射波時(shí)距曲線，然后模擬做速度譜的方法，用理論曲線對(duì)它進(jìn)行擬合，求出疊加速度，把它和速度譜上的疊加速度進(jìn)行比較，當(dāng)絕對(duì)誤差小于5%時(shí)，認(rèn)為所給的模型是正確的，輸出層速度值，轉(zhuǎn)換成平均速度。

準(zhǔn)噶爾盆地的滴西12井，井深4 260 m，井位上有一個(gè)疊加速度譜(L200603測線，樁號(hào)2050)。使用模型迭代法計(jì)算出的平均速度與滴西12井的VSP測井的平均速度進(jìn)行比較(圖1)，絕對(duì)誤差為21 m/s～190 m/s, 相對(duì)誤差為0.1%～9.5%；準(zhǔn)噶爾盆地南緣山前高陡構(gòu)造上的高泉1井上正好有一個(gè)疊加速度譜(AG201113測線，樁號(hào)750)，井深為4 660 m。使用模型迭代法計(jì)算出的平均速度與高泉1井的VSP測井的平均速度進(jìn)行比較(圖2)，絕對(duì)誤差為200 m/s～250 m/s, 相對(duì)誤差為20%～25%，全井段誤差大小基本一致[4]。

圖1 疊加速度譜模型法轉(zhuǎn)換平均速度與VSP井實(shí)測平均速度對(duì)比

圖2 盆地速度場平均速度與VSP井實(shí)測平均速度對(duì)比

對(duì)盆地內(nèi)VSP井點(diǎn)處的地震速度進(jìn)行比較研究，結(jié)果表明，在盆地腹部地層比較平緩的地區(qū)用模型迭代法計(jì)算出疊加速度譜的平均速度，誤差最大在10%。在地層傾角比較大的區(qū)域或上下層地層傾角差異比較大的區(qū)域?qū)ΟB加速度譜的誤差更大，需要進(jìn)行較正[5]。

3.2 速度資料分析

3.2.1 疊加速度譜去野值

疊加速度譜在處理點(diǎn)譜時(shí)、人工錄入數(shù)據(jù)庫的過程中常存在一些野值，使得層速度網(wǎng)格化時(shí)出現(xiàn)異常。但盆地內(nèi)有9.5×104個(gè)疊加速度譜，人工手動(dòng)剔除難以實(shí)現(xiàn)，因此采用編程自動(dòng)去野值。自動(dòng)去野值程序采用圓半徑內(nèi)數(shù)據(jù)大于或小于圓半徑內(nèi)平均速度值的多少判定為野值，進(jìn)行取舍，這個(gè)值一般定為10%。

3.2.2 測線交點(diǎn)疊加速度自動(dòng)校正閉合差

由于野外地震數(shù)據(jù)采集參數(shù)不同、資料處理參數(shù)不同、采集時(shí)間跨度大，以及測量、地層傾角、施工誤差和靜校正的影響等，準(zhǔn)噶爾盆地二維測線交點(diǎn)上不同測線的速度不一致，交點(diǎn)速度閉合差一般為20 m/s,最高可達(dá)200 m/s。在測線交點(diǎn)速度閉合運(yùn)算時(shí)，先計(jì)算兩條測線交點(diǎn)處的平均速度—深度曲線，對(duì)兩條速度曲線的同一深度段，計(jì)算其平均時(shí)差，由其可靠性高低確定加權(quán)系數(shù)，作為該層閉合差[6]。

3.2.3 井中速度數(shù)據(jù)的處理

VSP速度和聲波測井速度數(shù)據(jù)都是井中速度資料，其中VSP速度資料最為重要，是層速度較正的標(biāo)準(zhǔn)[7]。

1)統(tǒng)一速度分析的基準(zhǔn)面校正，就是將三種速度資料的時(shí)深零都統(tǒng)一到一個(gè)基準(zhǔn)面上，定為準(zhǔn)噶爾盆地浮動(dòng)基準(zhǔn)面。歷史上準(zhǔn)噶爾盆地二維測線都在浮動(dòng)基準(zhǔn)面上，首先數(shù)字化每條剖面的浮動(dòng)基準(zhǔn)面數(shù)據(jù)，再對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行平面網(wǎng)格化，形成浮動(dòng)基準(zhǔn)面[8]。將位于地表高程的VSP資料校正到浮動(dòng)基準(zhǔn)面上。

2)VSP層速度提取。對(duì)365口井VSP的速度資料進(jìn)行分析，計(jì)算出平均速度隨深度變化特征曲線，利用鉆井分層數(shù)據(jù)，按每一層位的頂界深度和底界深度計(jì)算出VSP井對(duì)應(yīng)地層的層平均速度，用于層速度校正[9]。

3)用聲波測井速度資料層速度提取。在VSP井密度小對(duì)疊加速度譜約束力度不夠的地區(qū)，增選了400口井的聲波測井資料，做為層速度補(bǔ)充校正。但聲波測井很少測試到井口資料，缺少地面和淺層旅行時(shí)，就不能得到平均速度。如把聲波測井速度校正轉(zhuǎn)換成VSP速度，就可當(dāng)成偽VSP井?dāng)?shù)據(jù)應(yīng)用[10]。在計(jì)算時(shí)在盆地不同構(gòu)造單元選取VSP井的聲波數(shù)據(jù)，用同一口井的VSP數(shù)據(jù)和聲波數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，淺層旅行時(shí)用線性預(yù)測法進(jìn)行計(jì)算，聲波漂移量用分層對(duì)比差值法計(jì)算，這樣就得到了一個(gè)小構(gòu)造單元的校正經(jīng)驗(yàn)值。用在本區(qū)域其他井聲波測井?dāng)?shù)據(jù)的VSP校正轉(zhuǎn)換，就將聲波速度數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)制成偽VSP數(shù)據(jù)。用校正后的聲波數(shù)據(jù)得到的速度，與VSP速度一同來標(biāo)定疊加速度[11]。

3.3 井約束層速度校正

層速度數(shù)據(jù)分析時(shí)，VSP、聲波數(shù)據(jù)、疊加速度的時(shí)深零線都校正到了浮動(dòng)基準(zhǔn)面上，由疊加速度得到的層速度要用VSP和聲波測井的偽VSP速度進(jìn)行標(biāo)定[12]。

對(duì)每一沿層的層速度進(jìn)行VSP和聲波層速度誤差校正(井約束層速度分析)，這個(gè)誤差是坐標(biāo)函數(shù)Δv(x,y,z),即不同深度、不同坐標(biāo)的校正量不同。在每口井點(diǎn)上疊加速度的層速度vsp(x,y,z)與VSP層速度vvsp(x,y,z)之差，即井位上的層速度校正量，寫成

Δvi(x,y)=vsp(x,y,z)-vvsp(x,y,z)

根據(jù)該層上各井的層速度誤差校正量Δvi(x,y)作曲面網(wǎng)格擬合，得到誤差網(wǎng)格曲面，便可以得到該層上無井處的速度校正量。

圖3 速度場應(yīng)用效果實(shí)例

3.4 模擬迭代層速度建場

通過井約束層速度分析，確定各層層速度變化特征和對(duì)應(yīng)17層時(shí)間層位的地質(zhì)模型。其中白堊系清水河組層速度，在昌吉凹陷處層速度為一個(gè)高速區(qū)，最大為5 200 m/s，向四周斜坡區(qū)層速度逐漸減小，最小值為3 200 m/s，烏倫古凹陷處有一個(gè)高速平臺(tái)，橫向上層速度受埋深控制，層速度變化趨勢和時(shí)間層位變化趨勢一致[13]。有了每一地質(zhì)層位的層速度數(shù)據(jù)，用盆地17層時(shí)間解釋模型構(gòu)建對(duì)應(yīng)的三維空間層速度模型。模型模擬方法由用理論道集和實(shí)際地質(zhì)模型得到理論時(shí)距曲線，再根據(jù)理論時(shí)距曲線求取疊加效果最好的理論疊加速度，直到兩者相吻合，分析共反射道集中每一道的疊加情況反復(fù)迭代求出每一層的層速度。這樣地震速度模型和時(shí)間層位模型對(duì)應(yīng)一致，附合地震波實(shí)際的傳播路徑。

4 速度場的精度和應(yīng)用效果

盆地的速度場完成后，用鉆井比較深的高泉1井和最新的沙排1井VSP井資料進(jìn)行驗(yàn)證，用速度場中井位上的平均速度與各井的VSP實(shí)測的平均速度進(jìn)行對(duì)比(圖1)[14]。在高泉1井處絕對(duì)誤差最大為85 m/s，最小為6 m/s，平均為36.5 m/s；相對(duì)誤差最大為5.0%，最小為0.2%，平均值為1.4%，兩者的平均速度變化趨勢基本一致。在沙排1井井位上絕對(duì)誤差最大為100 m/s，最小為16 m/s，平均為36.5 m/s；相對(duì)誤差最大為4.9%，最小為0.7%，平均值為1.7%，兩者的平均速度基本相同。對(duì)比結(jié)果顯示，淺層的誤差較大，主要是由于建場用的是充填速度2 000 m/s，而VSP速度由于淺層頻譜發(fā)散速度偏低且不準(zhǔn)確，速度場的淺層速度更合理。中深部對(duì)比說明,速度場的精度很高。

地震速度研究的主要目的是變速成圖，由于地層巖層速度的變化能使地下構(gòu)造在地震時(shí)間剖面和等t0構(gòu)造圖上發(fā)生位移、畸變。速度場的重要作用就是在等深構(gòu)造圖上使這些被位移、畸變或消失的構(gòu)造真實(shí)地顯現(xiàn)出來。

陸南地區(qū)的A構(gòu)造是經(jīng)鉆井證實(shí)的一個(gè)低幅度背斜，在等t0構(gòu)造圖上不存在(圖3(a))，用本速度場提供的平均速度(圖3(b)),進(jìn)行變速成圖，構(gòu)造轉(zhuǎn)深的等深度構(gòu)造圖上這個(gè)構(gòu)造顯現(xiàn)出來(圖3(c))。進(jìn)一步證明建立高精度地震速度場的重要性，在勘探復(fù)雜構(gòu)造、大深度和低幅度構(gòu)造上的價(jià)值。

5 結(jié)論與建議

地震速度是地震勘探研究的靈魂，通過地質(zhì)資料、地質(zhì)構(gòu)造是無法和處理過程溝通的，要真正實(shí)現(xiàn)處理解釋一體化，只能以速度作為一個(gè)橋梁。建立盆地整體的地震速度場是基礎(chǔ)，特別是有了大范圍的層系的速度變化趨勢特征，不僅能為處理提供參考速度，也能為構(gòu)造成圖提供轉(zhuǎn)深速度。

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The establishment of seismic velocity field in Junggar basin

XU Qun-zhou

(Institute of exploration and Development Research Institute of Xinjiang Oilfield Branch Ball Physics,Urumqi 830013,China)

By analysis of velocity characteristics of rock within the basin, it is established that a basin-level giant velocity field in the Junggar basin (an area of about 13x104 km2with depth of 8 km). With a great deal of seismic data, the interpretation was firstly carried out for the seismic profiles, and a structure of 17 layers was established in time domain. The velocity characterization of various sedimentary layers has been analyzed and the interval velocity fields have been setup by using stack velocity spectrum analysis, VSP well velocity calibration, sonic logging with VSP conversion technology, automatic mistie correction of line intersection and the wild value automatically removed and interval velocity analysis with well velocity constrains. The final average velocity field of whole basin has been built up for regional velocity analysis, time to depth conversion of structures and the reference velocity data for seismic data processing. The verification of the accuracy of the velocity field has been done with 2 VSP wells velocity data, the absolute error is averagely 35 m/s, the relative errors is averagely 1.8 %, and the both amount and characteristics of computing with measuring is coincide, which indicated the high precision of the basin velocity field.

seismic section interpretation; VSP well data; interval velocity; three-dimensional velocity field

2014-09-15 改回日期：2014-10-08

徐群洲(1967-)，男，高級(jí)工程師，長期從事油氣勘探石油地質(zhì)解釋工作，E-mail：xuqz@petrochina.com.cn。

1001-1749(2015)04-0502-06

P 631.4

A

10.3969/j.issn.1001-1749.2015.04.14