泌阳凹陷下二门地区复杂断裂带精细成像处理

2022-12-02赵军才张永华徐照营杨兴圣

石油物探 2022年6期

赵军才,张永华,徐照营,杨兴圣,赵伟

(1.中国石油化工股份有限公司华北地球物理公司,河南郑州450000;2.中国石油化工股份有限公司河南油田石油勘探开发研究院,河南郑州450000)

泌阳凹陷是南襄盆地次级凹陷,根据凹陷的古构造地貌特征和现今构造格局,将其划分为南部陡坡带、中部深凹带和北部斜坡带,中部深凹带是凹陷的沉积、沉降与生油中心。下二门地区位于泌阳凹陷东南部,西部与南部处在深凹区,东部为凹陷边界断裂。整体为向西北抬升的宽缓鼻状断裂构造,区内主要发育北东与北东东向断裂。储层主要为北部侯庄辫状河三角洲前缘砂体,该区紧邻生油中心[1-2],油源充足。在宽缓的鼻状构造背景上,发育的北东、北东东向断层与来自北部砂体配置形成断鼻、断块及断层岩性圈闭。该区成藏条件优越,是油气勘探的有利目标区[3]

由于该区目的层较深,断裂倾角大,地下岩性变化快,古近系核三下段地震资料信噪比低,断点不干脆、断面不清晰、断层解释存在多解性,圈闭高点不落实[4],因而早期部署的大部分井在中深层只见油气显示,未获工业油流。究其原因是当时定井位的三维地震资料受处理技术的限制,建立的速度模型不能准确反映地下速度的变化,经过偏移处理后的三维地震资料断层归位不准,目的层段地震反射同相轴的空间形态不能准确反映地层界面的变化。造成目的层段的断层与构造形态不准[5-9]。因此,需要在该区进行精细成像处理,解决复杂断裂的归位不准、目的层顶面构造与钻井层位不一致的问题。

在明确泌阳凹陷下二门地区地震资料处理难点的基础上,充分利用已有的微测井、VSP、钻井等资料,进行井约束叠前各向异性深度偏移处理,在处理过程中利用多口重点井的合成记录与井旁地震道波形匹配情况对处理结果进行分析,评价地震资料可靠性与保真性。通过复杂断裂带精细成像处理技术应用与解释研究,以提高地震资料的成像精度,发现新的含油断块。

1 地震资料处理难点

泌阳凹陷下二门地区地震资料存在如下处理难点。

1)地表起伏较大,低降速带速度变化快。泌阳凹陷下二门地区位于边界断裂带,地表为老山、岗地、河流和农田,区内冲沟发育,沟、梁起伏较大,南部山前区高差较大,地表高程介于114～321m(图1),潜水面深度自北向南由浅变深,潜水面埋深5～18m,山前区高速层顶界面埋深较浅,静校正问题突出。

图1 工区地表高程

2) 岩性复杂、速度横向变化快。该区为北部三角洲砂体与东部小型砂砾岩体交汇处,目的层段发育白云岩、泥质白云岩及砂泥岩。在白云岩分布区存在速度反转,导致时间域构造畸变。

3) 深度域地震反射层与实钻地质层位深度不一致,井震深度误差较大。在深度域地震剖面上钻井层位与地震反射层位深度误差超过200m,常规深度域成像地震资料难以满足大斜度井及水平井的部署要求。

4) 断裂系统复杂,断裂倾角大。受凹陷北北东泌阳-栗园与北西西唐河-栗园边界断裂的影响,区内发育多组不同方向的断裂,它们相互切割造成构造破碎,边界断裂及次级断裂的断面倾角达到65°。叠前时间处理地震资料边界断裂带附近及中深层断面不清,小断层断面归位不准,使得构造圈闭不能有效落实。

针对研究区表层条件复杂情况,利用微测井资料提高地表模型反演精度。针对速度横向变化快与断裂倾角陡的难点,利用地质解释层位、VSP速度约束地震速度建模技术优化速度模型,通过各向异性叠前深度偏移处理提高研究区成像精度,消除井震误差,以提高复杂断裂及微幅度构造精度。图2为下二门地区复杂断裂带精细成像处理流程。

图2 下二门地区复杂断裂带精细成像处理流程

2 复杂断裂带成像处理

深度域速度模型精度影响着叠前深度偏移成像结果的精度。要得到高精度速度模型首先要有高质量的地震资料。在速度分析之前,对地震资料进行精细的预处理,得到一个信噪比较高的地震数据后再进行速度分析,以保证初始速度模型符合地下速度的变化特征。

为了提高中深层地震资料信噪比,采用井约束层析静校正提高静校正精度。通过浅层与中深层融合深度域速度建模,地震属性约束网格层析反演,提高速度建模精度[10 -12]。通过各向异性偏移处理消除井震误差,提高复杂断裂带微幅度构造成像精度[13-16]。

2.1 井约束层析静校正

为提高地表速度模型反演精度,在表层建模中用微测井调查得到的表层速度和厚度信息作为约束条件,使地表速度模型更加准确。在实际工作中,首先获取高质量的炮点和检波点处的初至时间,建立初始速度模型。利用无井约束层析反演得到表层低降速带模型。随后,利用微测井数据建立极浅层速度模型,其主要过程是用微测井得到的低速带速度、降速带速度、高速层速度进行线性内插得到低降速带速度模型,利用初始速度模型获得的H0(低速带厚度)、H1(降速带厚度)低降速带模型做为约束控制点与微测井获得的H0和H1进行多项式拟合,并进行相似性内插建立极浅层低降速带厚度模型,反演得到极浅层地表模型。最后,替换初始速度模型对应的极浅层,得到更为符合实际情况的近地表模型。图3是无约束与井约束近地表速度模型对比。从图3中看出,井约束近地表速度模型相对于无约束速度模型,近地表低速度的信息更丰富、更加符合近地表实际地质结构。

图3 无约束(a)与井约束(b)近地表速度模型

为了进一步评价层析反演效果,利用井约束层析反演的速度模型进行静校正量计算,再利用计算的静校正量对地震数据进行叠加处理,分析叠加地震剖面的成像效果。图4是层析静校正处理过程中叠加剖面成像效果对比。从图4中看出,微测井约束层析反演静校正的成像效果明显优于无井约束层析反演静校正处理效果。该方法较好地解决了中长波长静校正问题,改善了研究区中深层地震叠加剖面的反射能量,也为叠前深度偏移提供了准确的浅表层速度模型。

图4 层析反演静校正处理前、后叠加剖面的成像效果对比a 静校正处理前; b 无井约束层析反演静校正处理后; c 微测井约束层析反演静校正处理后

2.2 井约束速度建模及优化

2.2.1 建立精细均方根速度场

准确的均方根速度场是建立深度域速度模型的基础,因为后续的层速度模型是通过均方根速度得到的。为了提高均方根速度精度,采用50m×50m高密度小步长沿层百分比扫描,加密偏移速度分析,保证断裂倾角大和速度横向变化大的地区的局部构造有足够的速度分析点。在白云岩发育区,井震结合,将VSP层速度转化为均方根速度,用VSP速度趋势约束均方根速度,使地震速度与井速度趋势保持一致。通过精细速度迭代和高密度沿层速度分析以及井速度趋势约束逐步提高均方根速度场精度。

2.2.2 建立初始深度域速度模型

在得到准确的时间域均方根速度场后,为避免断裂带低信噪比区域出现垂向震荡极值,采用速度场低频趋势进行约束,为了保持沿层速度特性,采用地质层位约束。即采用速度场低频趋势约束和地质层位约束的采用双约束方法进行层析反演,将均方根速度转换成时间域层速度。随后进行剩余时差分析,更新时间域层速度。将时间域层速度按比例转换到深度域,构建深度域初始层速度模型。

2.2.3 浅层与中深层融合速度建模

结合射线密度、低降速带及高速层的速度分析,将微测井约束层析反演近地表速度模型与中深层速度模型进行融合建模,以提高整体的速度模型精度。

由于此次偏移起始面是小平滑浮动面,在融合速度建模中,首先,计算相对于小平滑面的高频静校正量,应用该静校正量将道集校正到小平滑面上,并保留之前的低频静校正量,使地震数据、速度模型和静校正量保持对应。

其次是选取合理的速度融合界面。根据射线密度分布图,确定模型可靠范围的边界。由于每个网格的射线条数和角度分布决定了其反演结果的可靠性,射线密度越高,可靠性越高,反之,可靠性低,因此,速度融合界面的确定是将近地表速度模型稳定、射线密度较大的区域作为速度拼接面。在速度界面确定以后,为了保证速度融合的协调性,以速度界面为基准取上下100m作为速度融合的过渡带,从上到下对浅层和中深层速度模型的速度进行加权求和,浅层速度模型速度由100%权重渐变为0,中深层速度模型速度由0权重渐变为100%。

2.2.4 网格层析反演优化层速度场

结合地震解释层位、断层以及地震数据方位角、倾角、连续性等地震属性信息,应用网格层析反演速度模型优化技术,获得较为准确的速度模型。采用Kirchhoff深度偏移得到深度域数据体。

依据深度域数据体提取深度域数据体的地震属性体及内部反射层位,在深度域共成像点道集上拾取目标测线的剩余速度,形成剩余速度体;将地震属性体、剩余速度体、内部反射层位体融合创建数据库,建立网格层析成像矩阵,通过求解得到深度域层速度体,在迭代更新过程中,通过调试关键参数,把速度网格由200m×200m更新到50m×50m,同时在保证速度趋势稳定合理的基础上,调整速度敏感参数,使剩余速度趋近于0,速度细节刻画更加精细,实现深度域速度模型的精细优化。图5是网格层析反演优化前、后层速度场对比。

图5 网格层析反演优化前(a)、后(b)层速度场对比

从图5可以看出,网格层析反演优化后的速度场能精细地反映地下速度空间变化。利用该速度场进行Kirchhoff叠前深度偏移得到的成果数据体的同相轴聚焦度提高,中深层断面更加清晰。

2.3 各向异性偏移成像

下二门地区地层存在严重的各向异性,因而Kirchhoff叠前深度偏移剖面与地质层位存在较大误差。根据下二门地区断裂发育、多物源、地层非均质性强的特点,开展了各向异性速度建模及各向异性叠前深度偏移成像技术的应用研究,以解决地震反射层位与地质层位深度不一致、微幅度构造归位不准的问题。

在各向异性速度优化处理中,利用工区23口井的地质层位与解释层位进行各向异性速度优化处理,利用1口井对处理结果进行验证。首先将深度域偏移数据体转到时间域,在合成记录标定的基础上,对目的层进行解释。将时间域解释的层位利用各向同性速度场变换到深度域,计算由各向异性引起的解释层位与钻井层位的深度误差。图6是EH35底地质层位与解释层位误差统计。由图6可见,其误差值为70～255m,如此大的误差不能满足微幅度构造落实与定向井部署的需求。

图6 EH35底地质层位与地震解释层位误差统计

为了消除各向异性引起的深度误差,计算钻井井点处地震资料反射层的层间厚度,与钻井井点处对应层段实钻的层间厚度进行比较,利用(1)式计算各向异性参数δ。

(1)

式中:δ为各向异性参数;ΔHI为地震资料解释获得的层间厚度;ΔHw为钻井分层对应层段的层间厚度。

ε参数的初始模型是假设介质为椭圆各向异性,令ε=δ,获得一个初始ε参数模型,进行剩余速度分析,逐步优化ε参数模型。

利用各向同性速度模型及深度误差生成多属性数据库,建立矩阵,然后解矩阵获得更新后的各向异性速度模型以及更新后的δ与ε模型。图7是各向异性速度模型更新结果,可见更新后的速度模型包含了各向异性信息。

地震地质结合,在保证解释层位与地质层位准确的前提下,将时间偏移域的解释层位分别用各向同性速度模型、各向异性速度模型按比例转换到深度域,分别与钻井层位进行对比质控,对比分析深度域层位与钻井层位在深度层位平面图上的吻合性、构造趋势的合理性,通过不断地更新迭代各向异性速度模型,直到各向异性成像在横向上不出现构造异常点,在纵向上各向异性校正后解释层位与钻井层位匹配良好为止。

图7 利用各向同性速度模型(a)获得更新后的各向异性速度模型(b)、δ模型(c)以及ε模型(d)

最后利用更新后的各向异性速度以及更新后的δ、ε进行各向异性偏移,获得的道集质量得到明显改善,图8为速度模型优化前、后道集对比。从图8可以看出,道集远端得到进一步拉平。

图8 采用初始速度(a)及速度模型优化前(b)、后(c)处理得到的各向异性偏移道集

图9是各向异性深度偏移前、后解释层位与钻井层位剖面对比。从图9可以看出,各向异性叠前深度偏移后,过井剖面上主要目的层解释层位与钻井层位吻合较好,解释层位与钻井层位处在相同的深度。

图9 各向异性深度偏移前(a)、后(b)解释层位与钻井层位剖面对比

3 应用效果

针对泌阳凹陷下二门地区地表起伏较大,断裂系统复杂,速度横向变化快,深度域地震反射层与实钻井层位不一致,井震误差较大等处理难点,利用该区117口微测井成果进行微测井约束层析反演,提高了地表模型反演精度,解决了山前带静校正问题。

针对速度横向变化快与断裂倾角陡的难点,通过浅层与中深层融合深度域速度建模,以及各向异性速度优化,利用各向异性速度场进行各向异性叠前深度偏移成像处理,解决了深度域地震反射层与实钻井地质层位不一致的问题。

图10为核三上段EH32底与核三下段EH35底地震反射层位与地质层位的深度误差平面分布。从图10可以看出,中浅层EH32底地震反射层位与地质层位的深度误差在6m以内,中深层EH35底在目的层段的地震反射层位与地质层位的深度误差在10m以内,表明井约束优化各向异性速度场能够反映该区地下速度的精细变化。

经过各向异性叠前深度偏移处理,下二门地区中深层复杂断裂的断面归位更加准确。图11为叠前各向异性深度偏移与以往叠前时间偏移处理的剖面对比。从图11中看出,各向异性叠前深度剖面边界断裂及次级断裂清晰,断点干脆,地层接触关系清楚。中深层地震反射同相轴能量更聚焦,同相轴连续性好,波组特征清晰,井震匹配关系好,提高了复杂构造成像精度。