一种适用于复杂地貌山前带的表层调查方法

2015-12-10张新东吕景峰陈学强

天然气勘探与开发 2015年2期

关键词：砾石层析浅层

张新东吕景峰蔡明万军陈学强

（1中国石油塔里木油田公司2中国石油东方地球物理公司）

一种适用于复杂地貌山前带的表层调查方法

张新东1吕景峰2蔡明1万军2陈学强2

（1中国石油塔里木油田公司2中国石油东方地球物理公司）

塔里木盆地库车地区地表条件复杂，山前堆积的巨厚戈壁砾石区表层调查及建模困难。通过设计浅层层析表层调查方法、层析反演解释、深井微测井标定的方式，准确剖析了巨厚戈壁砾石区表层结构，提高了剖面的成像效果，为类似区域的表层调查及建模工作提供了有益的借鉴。图4表1参3

巨厚戈壁砾石表层调查浅层层析静校正微测井

0 引言

塔里木盆地库车山地地表类型多种多样，地表条件复杂多变，包括第四系的戈壁砾石区、山前洪积的巨厚戈壁砾石区、西域组砾石山体区及新近系和古近系的砂泥岩山体，表层速度、厚度在纵、横向变化剧烈，表层建模困难。而表层模型精度是静校正的关键，它直接影响到剖面成像的效果，目前已成为制约库车勘探深入开展的难题之一。

表层调查方法有许多种，目前库车山地最常应用的是微测井和浅层折射表层调查方法，其中浅层折射法因应用原理的限制，适用条件较为苛刻，只有在地表平坦、均匀层状介质、无速度反转、较小地层夹角并且风化层厚度较小的情况下，其解释精度才能满足勘探需求。而库车山地复杂的地表条件很难满足其适用条件，因此，近年来在山地勘探中主要采用微测井开展表层调查工作。但是微测井法需要钻入地层的高速层中，并且只能得到单点的表层准确信息。遇到分布范围广泛、风化层厚度甚至在150 m以上的巨厚戈壁砾石区，如果大面积实施微测井表层调查，生产时间及成本压力较大。

图1 巨厚戈壁砾石区典型单炮

针对巨厚戈壁砾石区，以往曾根据单炮浅层反射及初至信息预测低降速带厚度（图1a）：首先在单炮上读出地表到第一高速层折射波之间的旅行时ΔT，然后由低速层的距离和初至时差可以计算出低速带的平均速度Va，同理得到高速层速度Vs，最后根据下式可以估算风化层厚度：

式中：

h—风化层厚度，m；

Va—低速层速度，m/s；

Vs—高速层速度，m/s；

ΔT—第一层折射波时间，s。

但是这种方法的应用是有前提条件的，需要在单炮上识别地表到第一高速层折射波之间的旅行时间，只有表层的第一高速层顶界面是潜水面等强反射界面才可行，否则无法估算风化层的厚度。克拉3巨厚戈壁砾石区是由南北两个砾石山体向下堆积所致，表层为连续介质，单炮（图1b）上很难分辨第一高速层的反射界面，无法采用上述方法估算低降速带厚度。因此，如何在该区进行表层调查及建模成为开展勘探工作的瓶颈问题之一。

1 方法

为解决巨厚戈壁砾石区表层建模问题，可以引进模型反演技术：野外摆放一段排列开展浅层折射或者是浅层层析表层调查，实测每一个炮、检点的坐标和高程，室内根据拾取的初至时间运用模型反演的方法解释，并与微测井标定相结合来剖析巨厚戈壁砾石区的表层结构。

1.1 原理

初至时间反演模型的方法最常用的是折射法和层析法，但是折射法需要地表浅层存在稳定的折射界面，其反演结果才能准确，而库车山地山前带的巨厚戈壁砾石区不存在稳定的折射界面，所以选择层析的方法反演模型。

层析反演的原理是假设地震波从任意一个源点S到任意一个接收点R的旅行时为t（S,R），介质的慢度（即速度的倒数）分布为S(x,y,z)，传播路径为L，那么旅行时可写为:

把反演区域的慢度离散化，假如离散化后的单元格数目为N。每个单元慢度为一对应常数，记为Sj。这样，根据（2）第i条射线的旅行时表示为:

其中aij是第i条射线穿过第j个网格单元的长度。当有大量射线(如M条射线)穿过反演区域时，根据式（3）就可以得到关于未知量Sj（j=1,2…，N）的M个方程（i=1,2,…，M），M个方程组合成一个线性方程组：

其中，A＝（aij）M×N为距离矩阵；T＝（t1t2……tM）T为旅行时列向量，即初至旅行时间；S＝（S1S2……SN）T为慢度列向量。从形式上看，通过求解式（4）方程组就可以得到离散慢度分布，从而实现射线覆盖区域的速度场反演成像。但矩阵A是由S确定的，而S是未知的，因此S不能从式（4）中直接获得。解决的办法是通过不断迭代，逐渐逼近正确的慢度值，当正演旅行时和实际旅行时的差小于某个极小值时，就得到最终慢度（速度）分布，从而完成表层模型的层析反演。

1.2 浅层层析表层调查方法的确定

因为受到浅层折射仪器接收道数以及生产成本的限制，浅层层析表层调查方法需要通过对比、分析确定，主要是确定排列长度及炮距等参数。

（1）排列长度的确定

选择库车山地巨厚戈壁砾石区道距较小的施工测线，固定炮距60 m、道距20 m，分别采用470 m及940 m的排列长度开展层析反演，得到不同的近地表速度模型，对比发现采用470 m排列长度层析反演的结果不能完全获得2000 m/s速度层界面，尤其是巨厚戈壁砾石区更是如此，而采用940 m排列长度层析反演在测线的不同区域都能够获得2000 m/s的速度层。将全排列7190 m层析反演的2000 m/s速度界面作为标准模型底界，与940 m排列长度层析反演结果进行对比分析，在巨厚戈壁砾石区，二者底界重合区域为300 m，可见，采用940 m的排列长度开展层析反演是可行的，可以准确获得300 m范围的速度模型。

（2）炮距的确定

固定排列长度940 m、道距20 m，分别抽取120 m（图2a）及240 m（图2b）的炮距开展层析反演，得到2000 m/s速度层界面，与标准模型对比发现，采用120 m炮距层析反演的模型底界有240 m（图2a中黑色线与兰色线重合部分）是准确的，虽然采用240 m炮距层析反演结果可以获得160 m（图2b中黑色线与兰色线重合部分）准确模型，但是在速度模型中，浅层存在速度反转现象（图2b椭圆处），这与巨厚戈壁砾石区的实际情况不符，因此其反演结果可信度较差。综合考虑，120 m炮距较为合适。

1.3 浅层层析表层调查方法精度分析

在库车山地巨厚戈壁砾石区开展浅层层析表层调查，固定940 m排列48道接收，共计9炮，采用滚动放炮的方式，具体施工参数如下：

炮距：120 m，道距：20 m，激发深度：7.5 m，药量：6 kg，采样率：0.25 ms，记录长度：3 s。

同时在排列中心位置实施200 m超深微测井，对浅层层析表层调查结果予以标定和验证。浅层层析表层调查在层析反演后得到表层速度速度模型（图3a），与微测井解释成果（图3b）对比发现，1600 m/s速度层顶界面吻合程度很高，厚度误差为107.44-106.6＝0.84 m（0.78%）。表层速度模型中2000m/s速度层顶界面与微测井解释成果的2200 m/s速度层顶界面相对应，厚度误差为146.79-149.60＝-2.81m（1.91%），其精度可以满足勘探需求。但同时可以看到，浅层层析表层调查层析反演获得的速度与微测井调查的速度不完全一致，因此，浅层层析表层调查需要一定数量的深井微测井加以标定。