VSP测井资料在合成地震记录制作中的应用研究

张建华

(中国石化胜利油田分公司 勘探开发研究院,山东 东营 257015)

地震解释首先要进行层位标定,确定地震反射层位和地质层位之间的关系。目前最常用的层位标定方法是合成地震记录标定。合成地震记录制作过程中需要对波阻抗曲线进行时深转换,时深转换一般采用的方法是对声波测井曲线进行简单的积分[1]。这样制作的合成地震记录在与井旁地震道进行对比时,需要依据标志层的对比分析进行整体的漂移,但在标志层对准的情况下,经常会存在其他的地震反射同相轴无法对准问题。笔者对利用声波测井资料计算时深关系的原理进行深入分析,阐明产生这种现象的原因,并研究利用VSP测井资料的时深关系对波阻抗曲线进行时深转换,进而制作合成地震记录的方法,并对其效果进行对比分析。

1 合成地震记录基本原理

合成地震记录可以看作是一种一维的地震模型正演,即认为地层界面是水平的,射线在界面上是正入射的,射线路径是垂直的。这种近似尽管忽略了地震响应随入射角的变化效应,但在通常情况下是合理的。当入射角确实对地震响应的影响较大时,必须使用近炮检距部分地震道集叠加而不是全部叠加,来与合成地震记录进行对比。合成地震记录的制作通常可以分计算波阻抗曲线、对波阻抗曲线进行时深转换、计算反射系数曲线、将反射系数序列与子波褶积生成合成地震记录4个步骤:

(1)计算波阻抗曲线。波阻抗是地层密度和纵波速度的乘积,分别可以由密度测井资料和声波测井资料得到。如果缺少密度测井资料,考虑到密度的变化远远小于纵波速度的变化,因此可以近似地假定密度不变,即以速度曲线代替波阻抗曲线来计算反射系数,所产生的误差一般情况下可以忽略。也可以利用加德纳(Gardner)公式由声波测井资料近似计算得到密度。

ρ=0.31v0.25.

(1)

式中,ρ为密度,g/cm3;v为纵波速度,m/s。

如果缺少声波测井资料,可以利用法斯特(Faust)公式由电阻率测井资料近似计算得到纵波速度,因为岩层速度和岩层电阻率都随岩石孔隙度增加而变小。这个公式的适用范围是深度大于200～300 m,自然电位曲线上没有特殊的峰值,而且地层水的矿化度变化很小。

v=KH1/6R1/6.

(2)

式中,H为深度,m;R为电阻率,Ω·m;K为一个与岩石性质有关的常数。

(2)对波阻抗曲线进行时深转换。将以深度为函数的波阻抗曲线转化为以双程旅行时为函数的波阻抗曲线。这就需要知道井的时深关系。通常情况下,通过对声波测井曲线进行简单的积分来得到时深关系[2]。

(3)

式中,tH为深度H对应的旅行时,μs;τ(h)为声波时差曲线,μs/m。

(3)计算反射系数曲线。反射系数是地震波垂直入射时,反射振幅与入射振幅的比值。地下第n个地层界面处纵波的零炮检距反射系数由如下公式算出:

Rn=(An+1-An)/(An+1+An).

(4)

式中,Rn为地下第n个地层界面的反射系数,无量纲;An和An+1分别是第n个界面上下两个地层的波阻抗,kg/(m2·s)。

(4)将反射系数序列与子波进行褶积生成合成地震记录。地震子波的选取通常有两种方法,一种方法是使用理论子波,如雷克子波,另一种方法是从地震数据中提取子波。

f(t)=S(t)*R(t).

(5)

式中,f(t)为合成地震记录,S(t)为地震子波,R(t)为反射系数。

2 利用声波测井资料进行时深转换存在问题

在上述合成地震记录制作的第2个步骤中,通常通过对声波测井曲线进行简单积分得到时深关系,进而对波阻抗曲线进行时深转换。实际计算时,可以采取一种比较简单的方法实现(3)式的计算:假设某口井的声波测井曲线起始深度为d1,在深度上有d1、d2、d3、…、dn-1、dn共计n个采样点,可以认为它们将地层分成了c1、c2、…、cn-1共计n-1层(图1),把每一层当成是均质的,且认为它们的速度分别为1/τ2、1/τ3、…、1/τn,则每一层的双程旅行时分别为2(d2-d1)τ2、2(d3-d2)τ3、…、2(dn-dn-1)τn,这样某一深度点所对应的双程旅行时即为其上各层双程旅行时的总和,即

(6)

式中,tn为深度dn对应的双程旅行时,μs;dk、dk-1为声波测井第k个、第k-1个采样点对应的深度,m;τk为深度dk对应的声波时差,μs/m。

图1 利用声波时差计算时深关系的方法

由式(6)即可较为方便得到井点的时深关系,但是它存在以下两方面的问题:

(1)式(6)计算的双程旅行时是地下某一深度到测井起始深度d1的双程旅行时,而地震数据的双程旅行时是地下某一深度到地震基准面的双程旅行时。如图2所示,要得到地下某一深度到地震基准面的双程旅行时,需要将地下某一深度到测井起始深度的双程旅行时加上测井起始深度至地震基准面之间的双程旅行时T0。T0由两部分组成,一部分是地震基准面至地表的双程旅行时T01,可以由地震基准面与地表的高程差和替换速度求得;另一部分是地表至测井起始深度的双程旅行时T02,由于缺少这一深度段的声波时差数据,T02无法直接求取。这样,由于缺少井的最浅部的声波时差测井数据而使得T0难以直接的准确求取,从而无法直接得到基于地震基准面的时深关系[3]。所以一般情况下制作的合成地震记录无法直接与井旁地震道进行对比分析。

图2 T0求取示意图

对于T0难以直接准确求取这个问题,可以采用标志层对比的方法来解决。通过分析井点的速度特征,选取一个明显的速度界面作为标志层,在地震剖面上找到该标志层对应的反射同相轴,地震剖面上该标志层对应的时间值与声波时差计算出的该标志层对应的时间值之差即为T0[4-5]。这样,根据标志层的对比分析,对合成地震记录进行整体的漂移,就可以得到井点基于地震基准面的时深关系,以上就是利用合成地震记录标定得到基于地震基准面的时深关系及平均速度的原理。

(2)声波时差曲线本身的误差会使计算的时深关系不准确。声波时差曲线受井径、地层厚度、“周波跳跃”现象的影响,可能无法准确反映地层的时差值[6],进而由声波时差计算得到的时深关系的精度也受到影响。这样,在进行合成地震记录对比时,虽然标志层通过整体漂移实现了准确的对应(图3中反1 250～1 325 ms处的3个强轴),但其他的某些射同相轴还是会对不准(图3中725和875 ms处的强轴)。这时需要对合成地震记录进行局部的拉伸或压缩,使其他的反射同相轴也能准确对应。

图3 利用声波时差数据进行时深转换的合成地震记录标定

但这种局部拉伸压缩的方法不能滥用,不能通过这种局部拉伸压缩的方法将合成地震记录上所有的同相轴都与井旁地震道的同相轴一一对准。因为合成地震记录和实际地震道中都有可能存在不可靠的同相轴。声波时差的误差不只影响时深关系,还影响波阻抗、反射系数的计算,从而影响合成地震记录中某些同相轴的可靠性。井旁地震反射中也会出现多次波等不能真实反映地层界面的同相轴。除此之外,还有一些其他的原因,如地震采集处理过程中的某些因素等[7],使得合成地震记录中的同相轴无法与实际地震道中的同相轴完全一一对应。

3 利用VSP时深关系进行时深转换

如果在合成地震记录制作时,该口井有VSP测井资料,利用VSP测井提供的时深关系代替由声波时差计算的时深关系对波阻抗曲线进行时深转换会取得更好的对应效果。VSP测井是将测井检波器放入井中,记录下从井口至井下各深度处直达波的传播时间,通过井口地表海拔与地震基准面的高程差和替换速度即可换算出地震基准面至井下各深度处的双程旅行时,不存在像声波测井那样浅部无法获取数据的问题,又由于时间值是直接读得的,因此时深关系误差较小。因此,VSP测井是地震与测井信息之间建立联系的最佳方法。图4是利用VSP时深关系进行时深转换得到的合成地震记录,与图3相比,首先不需要进行整体的漂移,1 250～1 325 ms处的标志层(3个强轴)对应的比较准确;其次,不需要进行局部的拉伸压缩,其他的反射同相轴(725 ms和875 ms处的强轴)就有较好的对应关系。

图4 利用VSP时深关系进行时深转换的合成地震记录

对比利用声波时差计算的时深关系和VSP时深关系也可以看出,在1 250～1 325 ms标志层处两者较为吻合,越向浅部两者的差别越大。

图5 声波时差计算的时深关系与VSP时深关系对比

4 结 论

在合成地震记录的制作过程中需要将波阻抗曲线由深度域转换到时间域。通常利用声波时差测井数据计算时深关系来进行这种时深转换。但由于井的浅部缺少声波时差数据,无法直接得到基于地震基准面的时深关系,同时声波时差曲线本身存在误差,会使计算的时深关系不准确。而由VSP测井资料得到的时深关系不存在像声波测井那样浅部无法获取数据的问题,又由于VSP测井测量的井口至井下各深度处直达波的传播时间值是直接读得的,时深关系误差较小。因此,利用VSP时深关系对波阻抗曲线进行时深转换制作的合成地震记录不需要进行整体的漂移,也不需要进行局部的拉伸和压缩,便可以实现与井旁地震道的标志层和大部分反射同相轴较好的对应。