歧北火成岩发育区下伏地层时深转换方法研究

蔡纪琰， 李德郁， 秦 童， 王明春， 左中航

(中海石油(中国)有限公司 天津分公司 天津 300459)

0 引言

歧北火成岩发育区位于渤海某海域B凹陷的东北部，A凹陷西南部，D凸起西北部，研究区内火成岩发育面积达600 km2之多。工区内钻井揭示：该区火成岩沿深大断裂呈中心或裂隙式喷发，喷发中心在CFD1井附近，最厚处达587 m。受火成岩的影响，常规时深转换方法将产生较大误差，造成基于钻井资料的深度预测不准和真实构造与等t0图形态差异较大等问题，给井位部署带来较大风险[1-3]。而该区火成岩厚度分布不均，平面变化较大，同时火成岩的高速高密特性对下伏地层成像屏蔽作用明显，造成火成岩内及下伏地层成像不清，速度拾取能量团不聚焦，叠加速度场误差较大，这些都为时深转换带来较大困难[4-6]。目前，关于特殊地质体下伏地层成图方法主要有以下3种：①厚度校正法[7]；②速度填充法[8]；③变速成图方法[1-4]。对于厚度校正法其局限性在于误差平面图与原始构造图之间的关系难以把握，且误差平面图主要通过简单地求取火成岩的空间厚度变化得到的,整体上构造成图误差较大；对于速度填充法局限性在于它主要是用特殊地质体井间速度替换叠加速度，对叠加速度场的质量和井点的数量要求比较高；对于变速成图方法，主要利用叠加速度场求取层速度，再用井点进行约束，对叠加速度场的精度要求比较高。如何在构造成图时消除高速火成岩的影响，对解释成果进行准确的时深转换，是比较棘手的问题[9]。本次研究通过结合该地区火成岩大面积发育的特点，提出速度填充结合厚度校正的方法。

图1 区域位置图Fig.1 The regional position

图2 歧北地区火成岩发育模式图Fig.2 The development pattern of igneous rocks in the north of the Qibei area

1 火成岩发育特征

钻井资料揭示：歧北地区火成岩发育区(图1)火成岩分布层位包括沙河街组、东营组和馆陶组，其中以馆陶组规模最大(图2)。

东营组和沙河街组主要发育为小范围零星分布的侵入岩，对下伏地层时深转换影响较小；而馆陶组火山活动规模相对较大但持续时间较短，岩相主要为喷发相、溢流相及火山沉积相，其中近火山口附近以溢流相、爆发相为主，中间夹杂沉积相，向边缘逐渐过渡为沉积相，CFD1井附近馆陶组火成岩厚度最大达587 m，岩性主要为玄武岩、凝灰岩和玄武质、凝灰质沉积岩等多种岩性叠置，并见零星闪长岩分布，以CFD1井为中心向周围火成岩厚度逐渐减薄，直至边缘变为正常沉积岩。地震剖面显示：馆陶组火山岩体基本保持原始状态，火成岩内部呈杂乱弱反射，外形上整体呈伞状或蘑菇状，与上覆和下伏地层连续性强反射特征差异较大，易于识别(图3)。

图3 过CFD1井地震剖面Fig.3 The seismic profile of CFD1 well

图4 围岩替换理论示意图Fig.4 The schematic diagram of ray theory

2 火成岩下伏地层构造成图

根据研究区火成岩发育特点，已知火成岩厚度、速度以及围岩速度，依据围岩替换的射线理论(图4)通过公式(1)可求出火成岩引起的下拉深度。根据这一原理，火成岩下伏地层构造成图研究流程如图5所示。

ΔH=V火*T-V背景*T

=V火*H火/V火-V背景*H火/V火

=H火(1-V背景/V火)

(1)

1)根据火成岩在已钻井合成地震记录及地震剖面上的反射特征，再通过精细标定确定火成岩的顶底，结合地震属性确定火成岩分布范围，进而得到火成岩的时间厚度。

2)根据喷发相地质模式，利用已钻井处火成岩百分含量与层速度关系，及其与时间厚度关系，得到火成岩的百分含量，进而得到火成岩层间速度，再根据已得的火成岩时间厚度即可得到火成岩发育区厚度。

3)根据已钻井火成岩与围岩速度关系，在原时深关系基础上消除火成岩影响，得到该区围岩替换的时深关系，再根据追踪的火成岩顶底时间图，进而得到围岩替换的火成岩发育区厚度。

4)将火成岩发育区厚度与围岩替换的火成岩发育区厚度求差得到校正厚度，再对火成岩下伏地层围岩替换后的深度图进行校正进而得到校正后的构造图。

图5 火成岩下伏地层构造成图流程图Fig.5 The flow chart of the igneous underlying strata structure mapping

2.1 火成岩识别

首先根据火成岩在地震剖面上的特点(图3)，火成岩顶面呈低频强振幅连续性反射，内部地层呈低频中弱振幅杂乱反射，底面呈低频弱振幅较连续性反射，据此对火成岩的顶面和底面进行追踪，得到火成岩顶底等t0图，进而得到火成岩的时间厚度(图6)。地震属性(图7)证实了火成岩展布的可靠性。

图6 火成岩时间厚度图Fig.6 The time thickness map of the igneous rock

图7 馆陶组内部均方根振幅属性Fig.7 The RMS amplitude of Ng formation

2.2 围岩替换的时深关系求取

从图8(a)中可以看出：该区由于火成岩的存在使多井时深关系发生分离。由图8(b)可以看出，围岩替换后时深关系吻合较好，说明去除火成岩影响后区域时深关系是稳定的。

2.3 校正厚度的求取

根据该区火成岩发育呈现中心喷发式特点，利用已钻井火成岩百分含量与时间厚度可预测工区内的火成岩百分含量(图9)，由图9可以看出，越靠近喷发中心火成岩的时间厚度就越大，火成岩百分含量也越高。再根据已钻井火成岩百分含量与层速度的关系，可得研究区内火成岩层速度变化(图10)，从而得到火成岩发育区厚度即未进行围岩替换的发育区厚度(图11)。根据围岩替换的时深关系，结合火成岩的顶底即可得到围岩替换的火成岩发育区厚度(图12)，火成岩发育区厚度减去围岩替换的火成岩发育区厚度即可得到校正厚度(图13)。从我们求取校正厚度的过程可知，该方法不仅考虑了火成岩的影响，也考虑了构造起伏变化等其他因素的影响，是一个综合考虑所有影响时深转换因素的过程。

图8 工区内七口井的时深关系Fig.8 The seven wells time depth relationship in the Qibei area(a) 原始的时深关系;(b) 围岩替换的时深关系

图9 工区火成岩百分含量分布图Fig.9 The percentage composition distribution diagram of the igneous rock

图10 工区内火成岩层间速度变化图Fig.10 The inter layer velocity variation diagram of the igneous rock

4 应用及效果分析

根据图14可知：北部CFD1井附近火成岩较发育区域构造形态变化较大，向南构造形态变化逐渐减小，无火成岩区域构造基本无变化。整体上来说由南向北构造高点埋深增加，闭合幅度变陡；从表1可知，预测深度误差在10m以内，相对于常规曲线拟合方法成图，新方法成图精度明显改善，平均改善比达到了70%。

从图15可知时间的低部位是油层而高部位为水层，说明该区有速度异常，研究认为该异常由于该区火成岩厚度分别不均引起的。图16、图17分别为东二段等t0图以及新方法得到的构造图，可见应用新方法进行时深转换考虑了该区火成岩厚度分布不均的影响，时间上的高部位时深转换后变为深度上的低部位，解决了同一地震层位CFD3井与CFD4井油水界面矛盾的问题，这也充分说明了新方法有效可行。

5 结论

通过对歧北地区火成岩下伏地层时深转换方法的研究主要得到以下几点认识：

图11 火成岩发育区厚度Fig.11 The thickness of igneous rocks development zone

图12 围岩替换的火成岩发育区厚度Fig.12 The thickness of igneous rocks development zone replaced by surrounding rock

图13 校正厚度Fig.13 The corrected thickness

图14 校正厚度与馆陶组底面校正前后深度叠合图Fig.14 The overlapping graph of correction thickness and the depth of Guantao group before and after correction

实钻深度/m预测深度/m预测误差/m常规曲线拟合方法新方法常规曲线拟合方法新方法相对改善馆陶组2318.72290.62328.3-28.19.60.658363东二上段27542717.22744.3-36.8-9.70.736413

图15 CFD3井与CFD4井油水界面对比图Fig.15 The comparison of oil water interface between CFD3 well and CFD4 well

图16 东二上段等t0图 Fig.6 The time graph of E3d2l

图17 新方法东二上段深度图Fig.17 The depth graph of the new method of E3d2l

1)歧北火成岩发育区，火成岩速度大分布广，且厚度分布不均，依据现有的地震资料常规成图方法无法满足构造成图的需求，必须要考虑怎样消除火成岩对时深转换的影响。

2)通过对歧北地区火成岩的研究，探索出了一种操作简单、适用性强的时深转换方法，即利用已钻井统计的围岩速度进行合成地震记录替换，再联合地震信息和已钻井信息求出火成岩发育区厚度进行校正，从求取校正厚度的过程中可以看出，该方法不仅考虑了火成岩高速体的影响，还考虑了构造起伏等其他原因造成速度异常引起的影响。因此采用此方法求取校正厚度对构造图进行校正，可以提高构造成图的精度。

3)这种方法对于大面积分布、厚度变化大，速度存在异常的特殊岩性体地区都具有很好的借鉴作用。

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