珠江口盆地碳酸盐岩下构造深度校正探讨

  • 易浩 , 1 ,
  • 卫哲 1 ,
  • 易雪菲 2 ,
  • 陈兆明 1 ,
  • 吴建耀 1
展开
  • 1. 中海石油(中国)有限公司深圳分公司研究院, 广东 深圳 518000
  • 2. 长江大学重点实验室, 湖北 武汉 430100

作者简介:易浩(1987—), 男, 湖北省天门市人, 硕士研究生, 主要从事地震勘探解释。E-mail:

收稿日期: 2017-07-19

  要求修回日期: 2017-11-30

  网络出版日期: 2018-07-16

基金资助

“十三五”国家科技重大专项(2016ZX05024004)

Seismic data depth correction of strata beneath the carbonate in the Pearl River Mouth Basin

  • YI Hao , 1 ,
  • WEI Zhe 1 ,
  • YI Xuefei 2 ,
  • CHEN Zhaoming 1 ,
  • WU Jianyao 1
Expand
  • 1. Shenzhen Branch Research Institute of China National Offshore Oil Corp, Shenzhen 518000, China
  • 2. State Key Laboratory of Yangtze University, Wuhan 430100, China
Corresponding author: YI Hao. E-mail:

Received date: 2017-07-19

  Request revised date: 2017-11-30

  Online published: 2018-07-16

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Major National Special Projects in 13th Five-Year (2016ZX05024004)

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热带海洋学报编辑部

摘要

地震资料显示, 高速层的存在会对下部地层产生上拉现象, 影响下部地层成像的准确性, 甚至产生构造假象, 给油气勘探带来预测难点。文章尝试从理论模型出发, 通过研究产生上拉的影响因素, 建立上拉系数量版法, 定量分析上拉幅度, 进而还原下部地层构造。研究表明: 上拉幅度受控于高速体速度、厚度和围岩速度, 交会量版说明上拉系数与高速体速度基本呈线性关系。在此基础上建立相应地质模型, 并进行实例解剖, 表明了此种方法对局部构造深度预测是有效的。

本文引用格式

易浩 , 卫哲 , 易雪菲 , 陈兆明 , 吴建耀 . 珠江口盆地碳酸盐岩下构造深度校正探讨[J]. 热带海洋学报, 2018 , 37(4) : 97 -104 . DOI: 10.11978/2017081

Abstract

A pull-up seismic reflection imaging artifact is caused by the overlying high velocity layer, making the interpretation of the underlying strata inaccurate. This inaccuracy would make the oil & gas exploration difficult. A quantitative template of pull-up coefficient was set up based on the analysis of controlling factors and theoretical models. The structure underlying the high velocity layer can be restored by quantitative analysis of the amplitude of pull-up effect. The results show that the extent of pull-up was controlled by the rate and thickness of high velocity layer, and by the velocity of surrounding rocks. Moreover, the pull-up parameter had a linear relationship with the velocity of carbonate in template. On this basis, the geologic models were made, and the structure was analyzed in a test. It was indicated that this method could be more effective in imaging the structure.

1 区域地质背景

珠江口盆地(东部)珠江组沉积早期, 东沙隆起发育滨岸沉积, 随着海平面上升, 海水逐渐淹没东沙隆起形成镶边浅水碳酸盐台地, 后期海侵台地淹没消亡。惠州地区碳酸盐岩发育于东沙隆起西—西北坡(图1), 碳酸盐岩台地沉积期次较晚、厚度大, 分布范围广(傅恒 等, 2010)。多年的勘探实践证明惠西低凸起—东沙隆起带是一个优势油气汇聚带, 而珠江组这套灰岩发育纵向上分割为上下两套成油体系(刘军 等, 2007)。前人研究表明, 高速灰岩层的存在会使下部地层产生上拉现象, 上拉结果导致构造形态发生变化, 甚至产生假构造(李庆忠, 1994; 张红斌 等, 1999; Trincher, 2000; 狄帮让 等, 2010), 盐下构造准确成像成为制约该区勘探主要瓶颈。
Fig. 1 Distribution of carbonate in Huizhou depression of the Pearl River Mouth Basin

图1 珠江口盆地惠州凹陷碳酸盐岩分布图
1、2、A、B为井号; 黑直线为连井线(见图6); 圆圈内为C构造

目前, 针对此类复杂问题的解决办法主要是通过叠前深度偏移来实现盐下构造准确成像。在2006-SEG年会上, Jiao等(2006)指出“利用地震资料获得盐下构造的高质量成像, 需要一个正确的叠前深度偏移算法和一个精确的速度模型。现在, 业界已经普遍接受基于波动方程偏移算法的盐下构造成像质量相比基于可希霍夫偏移算法的成像质量要有更高保真度事实”。为了得到合理叠前深度偏移结果, 构建精细准确速度模型是关键。王朝旭(2013)在速度异常体下构造方法研究中也采用平均速度法、层位控制法、模型层析法等多种方法进行建场试验, 最终优选层位控制法作为合适建场方法。不难看出, 要得到较为精准结果都需要做到叠前深度偏移, 且对偏移算法有严格要求, 技术成本高, 周期跨度长, 无法满足生产的实时需求。那么在仅有叠前时间偏移或者常规可希霍夫叠前深度偏移资料前提下, 如何能快速获取较为真实盐下构造?基于这样一个出发点, 本文从上拉假象成因入手, 提出一种新方法对高速体之下的目的层进行深度还原校正。该方法的主要思路是从钻测井资料入手, 以正演手段模拟不同条件下高速异常体产生上拉幅度, 分析影响因素并建立上拉系数量版法, 进而指导对未知区域深度还原。

2 高速上拉影响因素分析以及量版建立

2.1 上拉主控因素分析

为了弄清地震反射上拉主控因素, 本文建立不同理论模型进行正演分析。考虑到实际情况复杂性, 这里分别从异常体的速度、厚度、围岩速度及储层埋深间距等角度着手进行了论证。
2.1.1 灰岩厚度
为弄清灰岩厚度变化对下部构造影响, 建立如下理论模型(图2), 并分别给出模型各参量数值(表1), 保持砂顶深度不变, 灰岩厚度变化从0m到50m、100m、200m不等。从自激自收结果剖面上可以看到: 不同灰岩厚度对应砂顶时间埋深是不一样的。灰岩厚度越大, 上拉的幅度也越大。经计算50m灰岩会使砂顶时间剖面上拉4ms; 100m对应上拉8ms, 200m上拉16ms, 结果表明上拉幅度与灰岩厚度近似呈线性正相关。
Fig. 2 The first model about thickness change of limestone (a) and forward result (b). Red represents wave peak, and blue represents wave trough in the result b

图2 灰岩厚度变化模型一(a)和正演模拟结果(b)的对应关系
图中红色代表波峰反射; 蓝色代表波谷反射

Tab. 1 Characteristic statistics about forward modeling

表1 正演模型特征参量统计表

特征参量 灰岩 砂岩 泥岩
速度/(m•s-1) 4300 3700 3650
密度/(kg•m-3) 2600 2305 2500
2.1.2 灰岩速度
为模拟出灰岩速度对下部构造的影响, 保持灰岩厚度一致, 让灰岩速度分别从4300m•s-1、4800m•s-1到5300m•s-1变化, 其他参量与表1保持一致。比较不同时速灰岩下部砂顶埋深可以看出灰岩速度越大, 上拉幅度越大(图3)。针对20m灰岩: 当VP=4300m•s-1时, 同比上拉1.6ms; 当VP=4800m•s-1时, 上拉2.6ms; 当VP=5300m•s-1时, 上拉3.4ms (Vp为纵波速度)。
Fig. 3 The second model about velocity change of limestone (a) and forward results (b). Red represents wave peak, and blue represents wave trough in the result b

图3 灰岩速度变化模型二(a)和正演模拟结果(b)的对应关系
图中红色代表波峰反射; 蓝色代表波谷反射; 图a上面一排均为灰岩,颜色不同指示速度参数有差异

2.1.3 围岩速度
保持模型二不变, 把泥岩背景速度调成3516m•s-1, 其他参数不变, 同样进行模拟, 可以发现相对泥岩速度为3650m•s-1时, 针对20m灰岩: 当VP=4300m•s-1时, 同比上拉2.1ms; 当VP=4800m•s-1s时, 上拉3.1ms; 当VP=5300m•s-1时, 上拉3.9ms。说明在其他参数不变的情况下, 围岩速度越小, 上拉幅度越大。
除此之外, 还对砂岩埋深以及两者不同间距进行模拟, 结果发现两者间距大小并不影响砂顶上拉幅度, 只会影响砂顶成像差异。当两者间距足够大时, 灰底与砂顶出现在不同相位, 二者可以区分; 当间距变小时, 砂顶成像极性反转; 间距足够小, 灰底与砂顶出现在同一相位, 二者不可区分。综合以上分析认为上拉幅度仅受控于高速体速度、厚度以及围岩速度的影响。

2.2 上拉系数量版法的建立及深度预测公式推导

为了简化参量, 方便求解。定义上拉系数a为每米灰岩对应时间剖面上拉幅度, 可知上拉系数主要受灰岩速度和围岩速度影响, 根据前面试验通过给定不同速度模型可以求得相应上拉系数(表2)。把不同组参量进行交会分析(图4)可以看出上拉系数与灰岩速度、围岩速度基本呈线性关系, 围岩速度越大, 上拉系数越小; 灰岩速度越大, 上拉系数越大。并且这种线性趋势随着围岩速度变大更明显。
Tab. 2 Characteristic statistics about pull-up coefficient

表2 上拉系数参量统计表

围岩速度/(m•s-1) 灰岩速度/(m•s-1) 上拉系数a/(ms•m-1)
4300 0.105
3516 4800 0.155
5300 0.195
4300 0.08
3650 4800 0.13
5300 0.17
4300 0.07
3720 4800 0.115
5300 0.155
Fig. 4 Intersection edition of pull-up coefficient

图4 上拉系数交会量版

上拉系数量版建立, 简化求解上拉幅度过程。通过计算相对上拉量可以从已知井点信息来推测任意点地层深度。根据模型(图5)可从已钻井A出发预待钻井B目的层埋深: D=D1-(C1-C-B)×0.5VW。式中: D为待预测点埋深(单位: m); D1为已知井目的层埋深(单位: m); C为待预测点时间值(单位: ms); C1为已知井目的层时间值(单位: ms); VW为围岩速度(单位: m•s-1); B=a(h2-h1)=a×(ΔT2/VL-h1)为上拉幅度, 其中: h1为已钻井灰岩厚度(单位: m); h2为待钻井灰岩厚度(单位: m); ΔT1为已钻井灰岩时间厚度(单位: ms); ΔT2为待钻井灰岩时间厚度(单位: ms); a为上拉系数(单位: ms•m-1); VL为灰岩速度(单位: m•s-1)。计算步骤主要分为以下三步: 1) 根据已钻井灰岩速度和围岩速度判断上拉系数a; 2) 计算未知点相对已钻井时间上拉幅度; 3) 还原储层实际高差, 利用已知井深度D1预测未知点深度D
Fig. 5 Depth prediction model

图5 深度预测模型

为了检验方法合理性, 现以测区A、B两口井为例进行试验。A构造与B构造同属珠江口盆地东沙隆起北部边缘, 位于惠州富生油凹陷边界断层的上升盘, 在鼻状突起轴线的上倾方向, 属于油气汇聚的有利位置。钻探结果也指示该区具有较好的石油地质条件, 在含油层系之上新近系珠江组沉积一套稳定发育碳酸盐岩(龙更生, 2008), 地震剖面上(图6)可以看出两井处灰岩厚度差别很大, A井位于台地边缘, 碳酸盐岩沉积厚度小, B井位于台地核部, 沉积厚度大。这种厚度、速度差异造成局部时深关系不统一, 势必造成预测埋深偏差。借此利用上述方法从A井出发对B井处灰岩之下L40储层进行深度预测, 再分析A井速度之后, 通过上拉经验公式可获得此区上拉系数为0.151, 比较两口井灰岩时间厚度, 可以求得B井相对A井上拉量为19ms, 那么, L40在两井处实际埋深得到时间高差(地震剖面L40时间高差-上拉幅度)为45ms, 那么根据上覆泥岩速度3516m•s-1即可得到两井处深度高差为79.1m, 最后得到B井处L40预测深度为2172.5m, 这与B井该层实际埋深2170.2m较吻合, 误差较小, 说明此方法精度还是较可靠的。
Fig. 6 The seismic profiles at Well_A and Well_B (PSTM)

图6 A—B连井地震剖面(PSTM)
A—B连线见图1; L40表示地下砂层编号; 1ft=0.3048m; 剖面是北东南西向; 道间距为12.5m

同时对比叠前深度偏移(PSDM)结果(图7), 由于深度偏移利用区域低频速度, 所以并不是每口井进行深度校正, 剖面中可以看到两口井在灰岩层段井震数据不匹配, 整体上存在一定系统误差, 且深度域灰岩段厚度与实钻误差较大(表3), 这说明灰岩速度不合理。为了满足道集拉平成像需求, 即使在灰岩段填充井上速度, 偏移迭代过程中依然会使这部分高频分量平滑, 最终导致与测井速度差异较大。相应的在利用PSDM资料进行L40砂体深度预测时, 会优先进行系统误差较正, 校后B井预测结果为2161m, 相对量版恢复法, 误差变大。由此本文认为新方法相对PSDM预测精度可能更高。
Fig.7 The seismic profile at Well_A and Well_B (PSDM)

图7 A—B连井地震剖面(PSDM)
A—B连线见图1; L40表示表示地下砂层编号; 1ft=0.3048m; 剖面是北东南西向; 道间距为12.5m

Tab. 3 Errors of well and seismic

表3 井震误差统计表

井号 真实厚度/m PSDM预测厚度/m 误差
A 44 30 14
B 172 114 58
上述推导是从已知模型出发进行预测, 考虑实际地层较复杂, 根据预测点与已知井点上覆灰岩厚度差异和目的层相对埋深关系, 实际存在4种情况。针对不同模型可以分别求得对应深度预测公式, 经过化简可以发现4种模型公式统一, 由此表明不仅可以对单点进行预估, 也可以推广到平面任意一点, 进而实现平面构造图绘制。

3 实际应用

C构造(图1)同样位于东沙隆起带上一个披覆背斜构造, 目前已经钻遇两口探井(1井和2井), 主力含油层系为珠江组下段L系列砂层。从区域连井对比图上来看(图8), 灰岩之上厚层泥岩发育稳定, 声波曲线幅值波动不大, 计算层速度大概为3400m•s-1; 灰岩横向厚度变化大, 1井发育45m厚灰岩; 2井发育上下两套灰岩, 中间被一套砂岩分割, 累计厚度42m; B井多期灰岩发育, 累计厚度172m。从速度曲线来看, 灰岩本身非均质性较强, 无论垂向或者横向均呈现一种非规律性变化, 测井统计均值大概为4780~5240m•s-1之间。根据前面理论推导可知, 深度预测需要得到上拉系数, 而当围岩速度一定时, 上拉系数仅取决灰岩速度大小。针对灰岩速度求取, 这里主要采取反演的办法。结合波阻抗和速度关系通过关系拟合可以推导速度平面分布(图9), 再应用上拉量版求得上拉系数。
Fig. 8 Regional well log correlation

图8 区域连井对比
泥岩背景速度为3400m•s-1

Fig. 9 Velocity distribution of limestone (a) and distribution of pull-up coefficient (b)

图9 灰岩速度分布图(a)和上拉系数平面分布图(b)
▲为1井; ●为2井; ★为B井; 平面图是正北向; 比例尺为1︰100000

在上拉系数得到之后, 结合深度预测模型可以对时间网格进行校正, 最终得到真实地层埋深。从油层L60叠前时间偏移成果图(PSTM)上来看, 1井区无构造, 与实钻结果相悖, 利用量版恢复法作出来构造图在1井区很明显是有构造的, 由于区域钻井比较少, 结果无法验证, 这里与最新处理叠前深度偏移(PSDM)成果进行对比, 可以看到在1井区构造形态比较吻合。2井区自圈面积变小, 但总体构造形态相近, 侧面反映该方法精确性, 另外相对PSDM处理结果, 新方法在消除灰岩密集带(灰岩急剧增厚段)上更合理些(图10)。
Fig. 10 Comparison of different mapping methods about L60

图10 L60时间构造图(PSTM, a)、深度构造图(量版恢复法, b)和深度构造图(PSDM, c)的对比
▲为1井; ●为2井; 绿色区域已探明储量; 黄色区域为预测储量区; 蓝色表示断层上盘; 红色表示断层下盘

由前面分析可知上拉系数受控灰岩速度VL和围岩速度Vw大小, 且相互呈现线性关系。当围岩速度变化不大时可以简化求解; 当围岩横向变化较大时, 可以利用多元线性回归(李菊花 等, 2007)对上拉系数进行修订: a=0.000088VL-0.0001816Vw+0.36354, 围岩速度求取可以通过反演或者地震成像速度获得。为了验证公式准确性, 这里也对表2中9个理论样本点(对应不同参量上拉系数)进行残差分析, 可以看到误差范围基本在0.004之间, 精度合理(图11)。修订后的上拉系数相比原来数值变大, 但平面分布趋势变化细微, 导致最终构造图形态相近, 仅仅只在绝对埋深上略有差别, 这也说明当围岩横向速度变化不大情况下, 可以简化近似求解。
Fig. 11 Residual analysis of sample parameters

图11 样本参量残差分析

4 结论

通过此次灰岩高速上拉原因探究, 获得如下结论:
1) 上拉系数概念提出简化求解上拉幅度, 通过正演模拟构建上拉系数量版, 有效指导异常体下深度预测。
2) 该方法在测区得到很好验证, 与深度偏移资料进行对比, 发现其误差更小, 精度更高, 且可操作性强, 具有普适性。
3) 惠州地区东沙隆起碳酸盐分布范围广, 下伏构造准确成像研究尤有必要。精确速度模型辅以恰当深度偏移算法, 理论上是可以直接还原真实构造产状。但在实际研究过程中很难直接获取较真实的速度模型, 为了满足道集拉平成像条件, 深度偏移是利用速度低频背景趋势, 在迭代过程中逐渐平滑速度异常段。这样的地震速度场直接用于时深转换时得到的深度与实际钻井结果误差大, 而且深度偏移所花时间周期较长, 不能满足生产实时需求。为了在限定条件下, 尽可能逼近真实, 本文提出上拉校正量版法, 充分挖掘时域数据潜力, 达到降本增效目的, 在一定条件下值得推广。

The authors have declared that no competing interests exist.

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