基于井控地质约束的陵水宝岛凹陷各向异性参数反演与分析

刘杰明, 孙 博, 李三福

(中海油田服务股份有限公司 物探事业部特普公司，湛江 524057)

0 引言

琼东南深水区地层构造起伏大、断裂发育，地下介质表现出严重的各向异性特征，严重影响到常规速度建模和偏移成像效果，而采用各向异性介质偏移成像方法，不仅需要高精度速度模型，而且需要高精度各向异性介质参数模型。准确定量估计各向异性参数对构造成像、岩性识别和储层描述都有重要意义。

各向异性Thomsen 参数[1]估计问题是一个标准的反演问题。在假定已知的介质参数分布情况下，通过震源激发可以预测观测波场，正是因为观测波场与介质参数分布之间存在这种可预测的关联性，才使得利用观测波场估计地下参数的分布成为可能。Alkhallifah[2]利用反射波非双曲线时差公式对VTI介质中的纵波各向异性参数进行估算；Gaiser[3]分析了TI介质中 VSP 数据的相速度与各向异性参数的关系，通过拟合出相慢度曲线，来估计各向异性参数；杜丽英等[4]根据地震波在横向各向同性(VTI)介质中的运动学特征，应用传播时间反演方法，进行了水平层状 VTI介质的地层弹性参数反演方法研究；Zhou等[5]提出了采用三维反射波旅行时层析的方法来同时反演各向异性参数；罗小明等[6]运用扫描法和旅行时法得到了地震资料的纵波各向异性参数；李勤等[7]提出了选择性相关法，提高了各向异性参数提取的精度；刘瑞合等[8]分析VTI介质的三个各向异性参数对不同角度的敏感性,并给出基于角度约束的三参数顺序反演策略；韩令贺等[9]将网格层析技术应用于VTI 介质各向异性参数建模；郭恺[10]研究了基于局部层析的TTI 各向异性参数反演方法,提高了反演精度。为了提高地震资料各向异性参数估计精度，笔者采用井控地质约束层析成像法来反演陵水宝岛凹陷各向异性参数，并分析其变化规律。

1 各向异性参数反演

针对琼东南深水区地震地质条件开展深水区各向异性求取，进而对琼东南盆地深水区各向异性规律开展分析研究工作，来实现高精度的地震偏移成像，提高深度预测精度，为深水区油气储层的识别和描述奠定坚实基础。

1.1 深水区地质特点

琼东南盆地深水区地质条件复杂，既有崎岖海底，水深变化大，陆坡区向海盆方向坡折倾角大，峡谷纵横，水道极其发育，形成了复杂的海底地形地貌；又有深水区中深层受早期断陷和构造运动影响，地质地层构造起伏大，断裂发育，构造形态复杂。此类双复杂地质结构(图1)，不仅地层速度的横纵向快速变化，而且地震反射的波场复杂，常规地震速度反演和偏移归位难以满足复杂构造成像，因此造成中深层地震资料信噪比低和偏移归位不准、钻前深度预测误差大等问题(图2)。要实现正确的、高分辨率地震成像除了需要发展适应速度建模技术，精确反演深水区速度外，还要就各向异性规律开展分析研究工作，从而为深水区无井、少井下速度建模和构造落实提供借鉴。

图1 琼东南盆地地质条件：倾斜横向各向同性地层(TTI)Fig.1 Geological conditions of southeast Qiong basin: inclined transversely isotropic strata(TTI)(a)联络线方向;(b)主测线方向

图2 井震速度对比Fig.2 Comparison of well seismic velocity(a)C8井;(b)C9井

1.2 传统δ参数估计方法

诸多学者从不同途径结合地震和测井数据给出了估计δ参数的方法。主要以井震结合标定反射层位和地震解释层位的深度，从而计算测井位置处的一维δ模型。从成像剖面中解释出标志层位。两个井标定层位的深度记为Zwelltop和Zwellbot，两个解释层位的深度记为Zseistop和Zweisbot。两个标志层位之间的δ可通过式(1)计算。

(1)

传统方法局限性：传统井震联合法各向异性参数估计只是从一维空间计算出井点位置处大套层的δ值，在层内δ为常数，是一种简单的垂向深度校正方法，无法进行ε估计，各向异性参数精度不够，导致各向异性速度与井误差大，严重影响钻前深度预测精度。

1.3 基于井控地质约束各向异性参数反演

目前工业化各向异性参数反演的主要方法是旅行时反演，当偏移的速度和各向异性参数准确时，相应的共成像点道集(CIG)呈现拉平形态，当速度或各向异性参数不准确时，CIG道集出现非零剩余深度差，利用各向异性层析反演修正速度和各向异性参数，直至CIG道集拉平。由于实际深水勘探窄方位的拖缆采集信息不足和中深层信噪比低，从而导致了复杂地区多参数反演的不确定性，只有通过更多井的信息验证和支持(如声波、checkshots、VSP等)，才能获得井点附近更准确的地震速度和各项异性参数δ值，再利用地震数据长偏移距时差来反演ε值。为了提高地震资料各向异性参数谱的精度和分辨能力，提出井控地质约束层析成像法反演各向异性参数，该方法采用结构张量法进行自动剩余时差(RMO)拾取，它可自动识别噪音和有效信号及选取非双曲曲率，在拾取高质量的RMO后，使用自适应网格可以更好地匹配拾取信息，加入地质约束获得稳定可靠地反演结果，使δ和ε符合地质规律，可有效减少各向异性参数的多解性。

整体上来说，井控地质构造约束层析反演包括如下三个步骤，技术实现流程见图3。

图3 井控地质构造约束层析反演技术流程Fig.2 Technical process of well control geological structure constrained tomography inversion

1)以测井的VP0作为各向同性的速度进行叠前深度偏移(ε和δ初始值为零)，获得初始共成像点道集。

2)对共成像点道集进行RMO拾取，获取高质量层析成像种子点。

3)自适应网格局部地质构造约束层析反演，求取各向异性参数。

在技术流程中自动RMO拾取采用结构张量法进行，其可自动识别噪音和有效信号及选取非双曲曲率，结构张量可表示为：

(2)

式中：Px和Pz分别为水平和垂直方向上的局部振幅导数，由此可以得到结构张量的特征值和其相应的特征向量。

在拾取高质量的RMO后，使用自适应网格可以更好的匹配拾取信息，获得稳定可靠的反演结果，除了常规的正则化和约束外，还应用了线性约束，可使δ和ε保持线性关系，反演目标函数可表示为式(3)。

f(x)=‖Sx-Δz‖2+α‖Rx‖2+

β‖Lx‖2+γ‖Ax‖2

(3)

其中：S为灵敏度矩阵；x为模型更新；R为正则化矩阵；L为δ和ε之间的线性关系矩阵；A为其他约束，如井mark约束；α、β、γ是权重因子。

图4显示了井控地质约束自适应网格局部层析成像反演的结果，因为各向异性的存在，这个道集同相轴初始是未拉平的，经过两次迭代就可以很好地把道集拉平，并获得一个稳定和合理且平滑的各向异性模型。从这个实际的数据例子，证明了使用自适应网格和δ、ε之间的线性约束，可获得稳定和符合地质规律的解。将这种方法应用到其他井，反演出各井的各向异性参数，作为后续规律分析的基础数据。

图4 各向异性参数反演前后效果对比Fig.4 Effect comparison of anisotropic parameters before and after inversion(a)各向同性道集;(b)速度叠加测井;(c)各向同性剩余谱; (d)各向异性道集;(e)各向异性剩余谱;(f)反演前后各向异性

2 深水区井点各向异性参数规律分析

琼东南盆地，水深变化大，约为100 m～3 000 m，深水区是指水深大于300 m的区域。盆地经历了新生代的断陷、断坳、坳陷期等几个构造演化阶段，具有下断上坳的双层结构。发育了始新统陆相湖盆沉积、早渐新统崖城组海陆过渡相的半封闭浅海沉积、晚渐新统陵水组到早中新统三亚组陆表海沉积和中中新统梅山组、晚中新统黄流组、上新统莺歌海组、更新统乐东组到现今陆架陆坡海相深水沉积等4套沉积组合[11]。

根据不同构造单元、水深及钻井分布,将研究区划分为陵水凹陷浅水区、陵水凹陷深水区(西)、陵水凹陷深水区(东)、中央峡谷带区、宝岛凹陷浅水区、宝岛凹陷深水区等6个研究区(图5)。

图5 各向异性规律分析划分示意图Fig.5 Analysis and division diagram of anisotropic law

结合实际数据及钻井分布情况，选取了具有代表性的12口井，采用上述基于井控地质约束各向异性参数反演方法，对各井进行各向异性参数反演，进而开展各向异性统计分析。根据各井的各向异性反演结果，这里统计了所划分6个研究区的各向异性δ平均值(表1)。从表1可以看出，整体上各向异性在乐东组较小，黄流组和梅山组大；乐东组各向异性在0.02～0.045，莺歌海组各向异性为0.07左右，黄流组各向异性变化较大为0.08～0.132，梅山组各向异性为0.08～0.11。

表1 琼东南深水区各向异性参数δ统计

图6为各向异性参数δ纵向变化统计曲线，其中：图6(a)为陵水凹陷浅水区各向异性的纵向结构，可见在浅水区浅部各向异性小为0.022，向下到黄流组最大为0.081，在梅山组逐渐过渡到稳定；图6(b)为陵水凹陷深水区各向异性的纵向结构，可见深水区浅部各向异性小为0.04，向下到黄流组最大约为0.127，在梅山组逐渐变小至0.11，到三亚组、陵水组趋于稳定约为0.08；图6(c)为宝岛凹陷各向异性的纵向结构，在宝岛区浅部各向异性小为0.02，向下到黄流组、梅山组逐渐过渡到稳定，各向异性在浅水区约为0.11，深水区约为0.082，到三亚组均约为0.085。综上,研究区各向异性纵向结构表现为：在浅水区，由浅层至深层各向异性逐渐增加，到黄流组、梅山组趋于稳定；在深水区，由浅层至深层各向异性先逐渐增加，到黄流组最大，再从梅山组开始减小，到三亚组、陵水组趋于稳定。

图6 各向异性δ纵向规律统计Fig.6 Statistics of anisotropic δ longitudinal rule(a)陵水凹陷浅水区;(b)陵水凹陷深水区;(c)宝岛凹陷

不同构造位置的各向异性结构不同，而且各向异性结构与速度建模精度有非常密切的关系，为了探寻不同的各向异性结构差异影响因素和提高钻前深度预测精度，研究琼东南盆地深水区各向异性场的平面结构是十分有意义的。如图7所示，在乐东组，由浅水区至深水区各向异性逐渐增加，同一水深陵水凹陷各向异性大于宝岛凹陷。图8为莺歌海组各向异性参数变化规律统计，可见莺歌海组各向异性值基本一致约为0.07。图9和图10分别为黄流组与梅山组各向异性参数变化规律统计，可见陵水凹陷各向异性随着水深增大逐渐增加，宝岛凹陷各向异性随着水深增大逐渐减小。在浅水区，由陵水凹陷到宝岛凹陷各向异性增大，在深水区，由陵水凹陷到宝岛凹陷各向异性减小。从各向异性的平面结构上看：

图7 乐东组各向异性参数δ变化规律统计Fig.7 Statistics of variation rule of anisotropy parameter δ in Ledong formation

图8 莺歌海组各向异性参数δ变化规律统计Fig.8 Statistics of δ variation of anisotropic parameters in Yinggehai formation

图9 黄流组各向异性参数δ变化规律统计Fig.9 Statistics of anisotropy parameter δ change law of Huangliu formation

图10 梅山组各向异性参数δ变化规律统计Fig.10 Statistics of anisotropy parameter δ change of Meishan formation

1)在陵水凹陷由浅水区到深水区，各向异性整体上随着水深增加逐渐增大。

2)在宝岛凹陷由浅水区至深水区，乐东组与莺歌海组的各向异性逐渐增大，黄流组和梅山组的各向异性逐渐减小，三亚组、陵水组各向异性趋于不变。

3)由陵水凹陷至宝岛凹陷，在浅水区，乐东组和莺歌海组各向异性逐渐减小，黄流组合梅山组则是逐渐增大；在深水区，各向异性逐渐减小。

结合测井岩性解释和压力系数信息分析，C8井、C9井、C10井在黄流组均为常压，其中C10井泥岩含量约32%，C8井与C9 井泥岩含量约99%，它们对应的各向异性δ参数分别为0.078、0.12、0.132，可见岩性对各向异性大小起决定性影响。通过对研究区各向异性的规律分析，经应用可以明显减小叠前深度偏移数据与钻井的深度误差，在T60，C8井的深度误差由+75 m减小为-15 m，C9井则由+100 m减小到-9 m，可为深水区无井少井下速度建模和构造落实提供借鉴。

3 结论

1)通过基于井控地质约束反演方法，建立精确的各向异性δ参数模型，然后分析了陵水及宝岛凹陷的各向异性参数的变化规律，该研究分析对琼东南盆地深水区无井、少井下精细速度建模和减小井震误差有借鉴意义。

2)研究区内各向异性地层主要集中在莺歌海组、黄流组、梅山组，这些层段表现出较强各向异性，测井速度比各向同性速度明显偏低。

3)通过与测井解释对比分析，在研究区内地层泥岩含量是影响各向异性参数值的主要原因，其次是有效压实(地层厚度)。