南堡凹陷精细速度场研究与应用

翟瑞国，段天昊，王方鲁，张建坤，张 硕

(1.中国石油冀东油田分公司，河北唐山 063004;2.中国石油大学，北京 102249)

南堡凹陷历经多年勘探，形态好、易勘探的构造油气藏越来越少，低幅度构造和岩性圈闭为主的隐蔽性油气藏成为当前勘探的主要对象［1－2］，高精度速度场的建立是准确落实隐蔽圈闭构造形态及岩性的必要条件［3］。然而，该区构造复杂，断层发育，河流相—浅水三角洲相沉积环境的砂泥岩频繁互层，地层横向变化快，使得地层介质各向异性强、速度纵横差异较大。特别是在深层及火成岩发育的部位，速度常显示异常现象，局部地区等深度图甚至呈现构造假象。因此，准确求取高精度的速度场对圈闭构造形态、岩性研究，乃至油气勘探开发均具有重要意义。

目前，对变速成图的研究主要集中在速度场建模和叠前偏移成像领域。其常规方法主要有射线追踪法、人工T0图空校法及叠前偏移剖面法等。上述方法存在着叠加速度精度较低、偏移时间域T0图准确性较低、Dix公式求取层速度误差大等问题［4－6］。笔者综合运用测井、钻井和地震资料，利用模型层析法对南堡凹陷速度场进行分析，探讨适合南堡凹陷含火成岩地层的高精度速度恢复方法。

1 速度场建模

井点上的速度精度高，而横向预测性差;速度谱资料全区分布，但纵向上的精度低。针对这些缺陷，本文采用4步法建立速度场:①层速度求取;②火成岩速度校正;③速度建场;④速度场校正。

1.1 层速度求取

1.1.1 速度谱质控

受信噪比、构造复杂程度等影响，准确拾取速度谱比较困难。因此，在得到速度谱后，要对速度谱进行点、线、面 3方面的综合检查分析［7－8］。从南堡凹陷 2500ms等时地层速度等值线图(图1)可以看出，“八”字形边界断层控制作用明显，工区北部凸起古生界地层速度较高，速度切片没有发现速度异常区，说明速度谱的“点、线、面”综合检查确保了叠加速度场的合理性，为建立精确的层速度场提供了坚实的基础。

图1 南堡凹陷2500ms等时地层速度等值线图Fig.1 2500ms isochronous stratigraphic velocity contour map of Nanpu Sag

1.1.2 模型层析法

模型层析法 (又称逐层剥皮法)融层位控制、射线追踪、波动方程等多种理论于一体，可消除地下地层倾角大、地层速度纵横变化大产生的速度畸变，准确建立精细速度场，获得深度构造图。模型层析原理为从上到下逐层逆推，在已知上面N－1层的层速度和N－1个速度界面时，利用曲射线追踪，入射角等于反射角的原理，通过迭代求取第N层的层速度和确定第N个反射界面的位置，同时求出实际反射点QN偏离激发点S和R的位置［9］;以此类推，逐层“剥皮”求出相应的层速度场 (图2)。

图2 模型层析法反射波传播路径示意图Fig.2 Reflection wave propagation path with model chromatography

1.2 火成岩速度校正

1.2.1 火成岩速度的恢复技术

井轨迹速度谱分析表明，速度谱没有反映出火成岩高速度的特征，为了能够真实地反映地质体特征，需要对速度谱进行火成岩校正。火成岩速度恢复技术的研究思路:首先将叠加速度谱转换成层速度谱，利用火成岩顶、底界反射时间提取火成岩的速度;再由VSP或声波测井资料对火成岩速度进行标定，用标定后的火成岩速度对层速度谱进行速度填充;再将填充后的层速度谱转化为叠加速度谱，完成火成岩速度对速度谱的恢复;最后进行时深转换获得精细的深度构造图。

1.2.2 火成岩声波测井响应

南堡凹陷含油层系主要发育两期火成岩，分别为东营组沉积早期和馆陶组沉积时期。火成岩岩性主要以基性玄武岩为主，夹陆源火山碎屑，最大累计厚度超过800m［10］，具有厚度大、分布广的特点。在火成岩速度恢复时，通过拾取声波测井资料上显示的火成岩的顶、底界面的深度和时差确定火成岩的层速度 (图3)。基性玄武岩呈现低声波时差的声波测井响应特征，而酸性岩呈现高声波时差的响应特征［11］。因此，当地层岩性从酸性岩变为基性岩时，声波速度突然跳跃式增加，声波时差则骤然减小;当地层岩性从基性岩变为酸性岩时，则相反。

图3 南堡凹陷馆陶组声波测井 (AC)曲线及火成岩解释结果图Fig.3 Acoustic logging(AC)curves and igneous rocks interpretation results of Guantao Formation

1.2.3 火成岩恢复结果与效果分析

通过对火成岩声波测井响应特征分析，得出了135口井馆陶组、东营组东一段的火成岩厚度及层速度，如NP1－90井馆陶组火成岩累计厚度为447.64m，对应的层速度为3613.67m/s;NP1－29井馆陶组火成岩累计厚度为436m，对应的层速度为3587.89m/s;NP1井馆陶组火成岩累计厚度为253m，对应的层速度为3479.02m/s，并对速度谱进行了校正 (图4)。结果表明，校正后的火成岩层速 度变化明显，较好地反映了火成岩高速度的特征。

图4 馆陶组火成岩层速度恢复前、后对比图Fig.4 Contrast of igneous rock interval velocity before and after recovery in Guantao Formation

1.3 速度建场

平均速度公式为:

vi——第 i层的层速度，m/s;

t0，i——第i层底界面以上的双程旅行时间，s。

由前面求取的地层的层速度和式 (1)计算出平均速度［12］，再利用规则矩形网格化技术和克里金插值方法把散点数据转化成空间连续的速度场。

1.4 速度场校正

利用速度谱建立的初始速度场虽然对火成岩速度进行了校正，但其精度依然不能满足勘探开发的要求，需要利用VSP、钻井等数据进行校正，以获得高精度的速度场。本文地层真实速度获得方法有:①钻井分层深度数据与地震层位解释时间数据计算得到;②VSP数据计算;③声波测井数据计算。本文同时应用这3种方法获得的速度对速度场进行校正。

速度场校正采用层控反距离加权相对误差校正方法，即用标定的速度除以速度场对应的速度得到速度系数，再对速度系数进行网格化建立系数场，然后分层系将系数场与原始速度场以反距离加权的方式相乘，得到更接近地层真实速度的速度场。该方法既保证了误差源点处的误差校正到位和远离误差源点处的数据校正不出现畸变，又引入了层位的概念，体现了沿层速度的合理性。另外，为了检验速度场的精度，从校正后的速度场中提取井点速度与实际井点速度进行了对比分析，平均绝对误差一般为0～22m/s，最大误差为28m/s。校正前后地层平均速度整体变化趋势一致，没有出现异常，说明速度场校正合理。

2 应用实例

2.1 南堡1号构造

南堡1号构造位于南堡凹陷西南部斜坡带，是最主要的富油构造带。构造带古近系东营组一段 (简称东一段)到新近系馆陶组发育大量火成岩，以馆陶组三段 (简称馆三段)最为发育，平均厚度大于100m［13］。火成岩以喷发相为主，岩性主要为玄武岩和凝灰岩，不等厚互层状分布，具有多旋回、多期次广泛发育的特点。

火成岩的发育使得速度空间变化剧烈，常速成图精度较低。从图5可以看出，常速成图A井相对于B井为构造高点，而实钻显示A井为构造低点，比设计深度低27m，钻探显示A井上覆火成岩比B井上覆火成岩厚20m。利用变速成图技术编制的构造图中A井比B井低12m，与实钻吻合，有效地避免了火成岩造成的“构造误区”，还原了地下真实的构造形态。

图5 南堡1号构造东一段油层顶面构造图对比Fig.5 Contrast of top structures of oil layers in the first member of Dongying Formation，Nanpu No.1 Structure

2.2 南堡3号构造

南堡3号构造位于南堡凹陷南部，构造复杂，地层厚度横向变化大，其中东营组三段 (简称东三段)最大厚度差超过1000m，导致平均速度成图误差较大。沙河街组一段 (简称沙一段)油层顶面变速成图与常速成图对比结果表明 (图6)，变速成图技术获得的构造图精度明显提高 (表1)，反映了真实的低幅度构造形态。变速成图的井点处深度与井分层深度误差为0.5～28m，而常速成图的井点处深度与井分层深度误差为5.5～98m;W2井处原构造为一断鼻，变速成图后为一个低幅度背斜。此外，据W4钻探结果分析，常速成图井点处深度与井分层深度误差为31.8m，变速成图误差为4.8m，误差明显变小，证实了变速成图的可靠性。

图6 南堡3号构造沙一段油层顶面构造图对比图Fig.6 Contrast of top structures of oil layers in the first member of Shahejie Formation，Nanpu No.3 Structure

表1 南堡3号构造沙一段油层顶面埋深误差统计分析表Table 1 Statistics of burial depth error at top structure of the reservoir in the first member of Shahejie Formation，Nanpu No.3 Structure 单位:m

3 结束语

(1)南堡凹陷火成岩分布广泛且厚度变化较大，现有的地震资料难以进行精确解释。变速成图消除了火成岩等速度异常体造成的“速度陷阱”，提高了速度分析与构造成图的精度。

(2)通过对南堡凹陷的研究，探索出了一种适合火成岩等特殊地质体速度恢复方法，即利用井资料计算火成岩速度，再将该速度充填至速度谱中建立高精度的三维速度场，从而获得较精确的构造图。

(3)建立高精度的速度场取决于速度谱的品质与精度、火成岩的厚度与分布的预测精度、井网密度及井网分布是否均匀。

［1］徐安娜，董月霞，邹才能，等.南堡凹陷岩性—地层油气藏区带划分与评价 ［J］.石油勘探与开发，2008，35(3):272－280.

［2］卿颖，张敬艺，汪浩源，等.南堡凹陷高南斜坡古近系岩性油藏勘探实践 ［J］.特种油气藏，2013，20(6):48－51.

［3］罗胜元，何生，宋国奇，等.渤南洼陷井—震速度误差分析和速度模型的建立及应用 ［J］.石油物探，2014，53(2):196－205.

［4］王树华，刘怀山，张云银，等.变速成图方法及应用研究 ［J］.中国海洋大学学报，2004，34(1):139－146.

［5］包洪刚，孙思宇.高邮凹陷速度场特征研究 ［J］.石油天然气学报，2010，32(2):69－72.

［6］许海涛，景海璐，常庆龙，等.山前砾岩区下伏构造速度建场及成图技术 ［J］.特种油气藏，2010，17(1):62－63.

［7］王兴军，满衣志，刘国昌，等.低幅度构造变速成图技术 ［J］.石油地球物理勘探，2008，43(S1):69－72.

［8］焦存礼，周杰，尚雅珍.变速成图系统技术关键及其在塔中西部的应用 ［J］.物探化探，2003，27(3):189－193.

［9］王鸿升，胡天跃.地震层速度在碎屑岩储层预测中的应用——以滨南—利津地区沙四段滩坝砂岩和砂砾岩体为例［J］.石油地球物理勘探，2014，49(3):538－545.

［10］刘淑华，谢占安，刘建武，等.叠前地震多属性反演在南堡油田火成岩研究中的应用 ［J］.石油物探，2008，47(1):83－88.

［11］易远元，李健雄，刘振彪.特殊地质体的速度恢复技术［J］.石油地球物理勘探，2013，48(2):239－245.

［12］何际平，鲁烈琴，王红旗，等.复杂地区速度场建立与变速构造成图方法研究 ［J］.地球物理学进展，2006，21(1):167－172.

［13］邢文军，赵宝银，李玉存，等.南堡1号构造中浅层火成岩识别方法研究与应用 ［J］.石油天然气学报，2013，35(10):72－77.