论文部分内容阅读
摘 要：分析准噶尔盆地南缘“双复杂”区速度研究方法存在的问题，据研究区地质和速度资料特点，改进速度校正方法。以三维复杂构造实体模型为基础，开展井震联合层速度校正、全层系层速度反演。通过频率域融合井震联合校正速度和反演层速度优势，直观地体现了层速度在空间上的变化，为“双复杂”区圈闭落实及钻前压力预测提供可靠的速度基础资料。
关键词：“双复杂”区;复杂构造建模;全层系层速度;频率域融合
准噶尔盆地南缘“双复杂”区四棵树凹陷高泉地区近地表条件复杂，岩性多变，新生界为多级扇叠合进积高速砾岩沉积。岩层深层构造复杂，塔西河组膏泥岩塑性变形，安集海河组低速泥岩发育，速度空间变化复杂，难以建立精确的速度场，圈闭高点及形态难以落实。钻前压力预测不准，高压层给钻井安全带来困难，严重制约了勘探进程。
层速度为变速成图、压力预测技术研究的基础，是落实构造、协助钻井安全钻进的关键，精细速度研究意义重大。目前变速成图方法以地震速度为主，求取层间地震平均速度，在二维平面上进行井震联合校正，针对速度异常体以恒速填充，不能反映速度在空间上的变化，技术流程缺少质控手段[1-5]。本次研究提出一种新的速度建模流程，系统分析测井和地震速度资料，将地震处理速度与井速度、VSP速度、层位、断层、井分层无缝整合，构建以地质指導、分层分结构、多数据驱动的动态速度模型，实现速度体校正，并将该速度建模流程一体化应用于变速成图、钻前压力预测（图1）。
1 区域井速度分析
针对研究区井少，速度研究横向上难以控制，对准噶尔盆地南缘已钻井层速度进行统计分析。结果表明，地表砾岩层有200～300 m的低速沉积段，速度1 500～2 000 m/s。进入成岩段后为高速砾岩地层，速度随埋深增加而增大，层速度3 500～4 500 m/s，与下伏新近系独山子组相比为高速地层[6]。独山子组层速度变化范围2 000～300 0 m/s;塔西河组层速度变化范围3 000～4 000 m/s。沙湾组速度较稳定，与上覆塔西河组相比为高速地层，层速度约4 400 m/s。古近系整体速度稳定，安集海河组泥岩层速度3 200 m/s左右，下伏紫泥泉子组砂岩层速度约4 200 m/s。白垩系层速度较稳定，层速度约4 200 m/s。
2 速度校正方法
2.1 全层系速度框架模型建立
为实现速度体校正，搭建了研究区全层系速度框架实体模型。地震地质解释为建模的基础数据，开展精细井震标定、全层系地震地质精细解释。建模过程中将高速砾岩底界作为断面处理，无断距概念。将高速砾岩和塔西河组膏泥岩分层、分块、分期次，纵横向精细刻画速度边界（图2），为后续细化速度分层、分块充填作准备。
2.2 全层系反演层速度体的建立
2.2.1 建立反演层速度体的必要性
研究区三维地震速度谱点平面上拾取密度大，速度在横向上变化趋势可靠。由于井点处地震处理层速度与实钻井存在误差，考虑地震处理速度纵向上采样间隔大，将实钻井层速度曲线进行重采样，与地震处理速度采样相当。然后对井点处速度进行残差计算并利用三维构造模型约束进行地震处理层速度校正，得到井震联合校正层速度体。校正后的层速度体井点处速度与实钻井一致，但井震联合校正层速度高速砾岩以下地层成层性差，采样间隔大，有必要通过三维地震反演手段提高纵向分辨率（图3）。
2.2.2 深微测井约束的近地表层析反演
深微测井对研究区速度精细研究至关重要[7]。研究区内以往微测井较多，由于年代跨度大，可利用率低，且微测井没有钻穿表层低速砾岩，速度结构一直难以落实。研究区有4口深微测井，完钻井深大于600 m，钻穿低速砾岩，层析反演在纵向上井控程度高，降低了反演过程中的多解性，纵向速度结构及变化趋势得以落实。
2.2.3 井控地震层速度反演
在地震资料品质好的情况下，要进一步提高反演的可靠性，主要落脚点在于反演过程中的井控程度。本次层速度反演研究充分利用钻测井资料，分层分块进行细化质控。深微测井钻遇高速砾岩厚度大于400 m，浅层高速砾岩区和低速砂砾互层区井控非常关键。高速砾岩段利用深微测井1001井和高探1井测井数据质控;工区北部浅层第四系低速互层利用深微测井1009井和地震层速度质控;第四系以下用高探1井测井数据质控，反演纵横向井控程度高，反演结果纵向岩性反映可靠（图4）。
2.4 速度体之间的变速融合
研究区井震联合校正的层速度具可靠的横向变化趋势;反演层速度具较好的纵向岩性变化，井控程度高，分辨率高。为把两个速度体优势结合起来，通过资料调研，理论分析，将频率域融合技术应用于速度研究中。
数据体之间的频率域融合可通过小波分解实现[8]，小波分解原理为：设[Vjjez]是空间[L2R]的一列相互嵌套的闭合子空间，[φ]是尺度函数，[ψ]为小波函数，[C0]为数据序列，对其建立函数[fx=nc0φxon]，当某个[j∈Z]，[j>0]，函数[fx=∈VJ]，可分解成：
通过实际资料频谱分析（图5-a），井震联合校正层速度频带范围为0～3 Hz， 反演层速度频带范围0～6 Hz。从振幅分布看，井震联合校正层速度0～0.5 Hz频率为低频趋势，反演层速度0.5～6 Hz频率为高频细节。从频率融合结果 （图5-b）可看出，层速度与井上速度一致性较好，既保留了井校地震层速度横向变化，同时保留了反演层速度体因纵向岩性变化带来的速度变化。融合过程中，需考虑区域井统计信息。先提取井震联合校正层速度各层平均速度，得到各层层速度变化范围，与区域井统计变化范围逐层对比分析，选取合适的低频范围。频率融合过程中据实际情况，利用构造模型逐层进行融合。融合后层速度范围与区域井统计范围相当才符合实际规律。频率域融合应用于速度研究中，实现了分层，分块层速度体的纵横向变速充填，还原了地下真实速度纵横向变化。 3 一体化应用效果
与以往基于平面的变速成图方法不同，通过全层系构造建模，细化速度异常层内部结构，以实体构造模型作为框架约束，利用已知井校正地震层速度，实现速度体的校正。通过地震反演层速度与井震联合校正层速度之间的融合，调整层速度在横向上的变化范围，符合区域井变化规律，同时提高了层速度体的纵向分辨率。该速度研究技术方法流程不仅可用于变速成图，也可用于钻前地层压力预测。
3.1 变速成图效果
实际勘探生产节奏非常快，变速成图是快速初步圈定构造目标的有效手段。在时间域地震资料上，利用上述研究速度开展变速成图，浅层高速砾岩、塔西河组低速膏泥岩层速度均为南高北低，对白垩系底界平均速度趋势影响较大，为南高北低趋势，导致构造高点向北偏移（图6）。实钻井钻探至白垩系大于6 000 m深度时，变速成图深度与实钻之间误差在55 m以内，误差小于1%（表1），证实构造图高点偏移是可靠的，变速成图精度较高。
3.2 钻前地层压力预测效果
目前常用的钻前压力预测公式是Eaton法。1976年由Eaton提出用地震波速度進行压力计算，该方法应用的关键有3点，分别是层速度的精确求取、正常压实曲线的确定、伊顿指数的确定。其中层速度决定预测地层孔隙压力曲线的趋势[9-12]。地震处理叠加速度采样间隔大，转成层速度之后纵向分辨率低，计算压力曲线趋势与实钻大体趋势一致，但存在深度误差且高压层白垩系清水河组压力预测细节不够。本次速度研究方法利用反演及频率融合手段提高了地震层速度精度，转深准确，且提高了纵向上的分辨率。计算压力曲线深度误差小，曲线细节丰富，与实钻曲线吻合，保证了安全钻进（图7）。
4 认识与结论
（1） 针对准噶尔盆地南缘“双复杂”区速度复杂、精度低，圈闭落实及压力预测难的问题，采用构造建模、井控构造约束地震层速度建场、层速度反演、频率域融合等技术，实现了层速度纵横向变速充填，提高了速度精度，形成了一套适用于变速成图、压力预测的高精度速度一体化研究技术序列。 （2） 该方法已在南缘双复杂区取得良好效果，变速成图和钻前压力预测精度高，为南缘圈闭落实和钻井安全提供了技术支撑。
参考文献
[1] 孙均.山前复杂构造带变速成图速度研究[J]. 工程地球物理勘 探，2013，6（10）：880-884.
[2] 张珺.加蓬盐下复杂构造区井控高精度变速成图的方法研究[J]. 物探与化探，2017，41（3）：535-541.
[3] 许海涛，景海璐，阿依努尔，等. 准噶尔盆地南缘复杂构造变速 成图方法及效果分析[J]. 特种油气藏，2012，19（2）：50-53.
[4] 许海涛，景海璐，阿依努尔，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）：29-32.
[5] 乐友喜，刘陈希，问雪，等. 变速成图速度场随机建模的不确定 性分析[J]. 石油地球物理勘探，2016，51（4）：714-720.
[6] 范旭，刘宜文，郑鸿明，等. 准噶尔盆地南缘四棵树地区中浅层 砾岩层识别刻画[J]. 新疆石油地质，2020，41（1）：108-113.
[7] 赵玲芝，谷跃民，张建中，等. 多信息融合的近地表速度建模技 术及应用[J]. 石油地球物理勘探，2017，52（1）：34-41.
[8] 郭欣，雍学善，高建虎，等. 基于频率域多阶微分融合的地震频 带拓宽方法研究[J].石油物探，2016，55（2）：271-278.
[9] 杨虎，周鹏高，孙维国，等. 利用地震资料预测准噶尔盆地南缘 山前构造地层压力[J]. 新疆石油地质，2017，38（3）：347-351.
[10] 臧艳彬，王瑞和，王子振，等. 利用Eaton法计算地层孔隙压力的 不确定性分析[J]. 西南石油大学学报，2012，34（4）：55-61.
[11] 邹伟，孙鹏，张书平，等. 西湖凹陷钻前压力预测技术及应用[J]. 海洋地质前沿，2016，32（8）：47-51.
[12] 尹国庆，张辉，李超，等. 塔里木盆地山前复杂带钻井地层压力 预测[J]. 新疆石油地质，2012，33（4）：497-499.
关键词：“双复杂”区;复杂构造建模;全层系层速度;频率域融合
准噶尔盆地南缘“双复杂”区四棵树凹陷高泉地区近地表条件复杂，岩性多变，新生界为多级扇叠合进积高速砾岩沉积。岩层深层构造复杂，塔西河组膏泥岩塑性变形，安集海河组低速泥岩发育，速度空间变化复杂，难以建立精确的速度场，圈闭高点及形态难以落实。钻前压力预测不准，高压层给钻井安全带来困难，严重制约了勘探进程。
层速度为变速成图、压力预测技术研究的基础，是落实构造、协助钻井安全钻进的关键，精细速度研究意义重大。目前变速成图方法以地震速度为主，求取层间地震平均速度，在二维平面上进行井震联合校正，针对速度异常体以恒速填充，不能反映速度在空间上的变化，技术流程缺少质控手段[1-5]。本次研究提出一种新的速度建模流程，系统分析测井和地震速度资料，将地震处理速度与井速度、VSP速度、层位、断层、井分层无缝整合，构建以地质指導、分层分结构、多数据驱动的动态速度模型，实现速度体校正，并将该速度建模流程一体化应用于变速成图、钻前压力预测（图1）。
1 区域井速度分析
针对研究区井少，速度研究横向上难以控制，对准噶尔盆地南缘已钻井层速度进行统计分析。结果表明，地表砾岩层有200～300 m的低速沉积段，速度1 500～2 000 m/s。进入成岩段后为高速砾岩地层，速度随埋深增加而增大，层速度3 500～4 500 m/s，与下伏新近系独山子组相比为高速地层[6]。独山子组层速度变化范围2 000～300 0 m/s;塔西河组层速度变化范围3 000～4 000 m/s。沙湾组速度较稳定，与上覆塔西河组相比为高速地层，层速度约4 400 m/s。古近系整体速度稳定，安集海河组泥岩层速度3 200 m/s左右，下伏紫泥泉子组砂岩层速度约4 200 m/s。白垩系层速度较稳定，层速度约4 200 m/s。
2 速度校正方法
2.1 全层系速度框架模型建立
为实现速度体校正，搭建了研究区全层系速度框架实体模型。地震地质解释为建模的基础数据，开展精细井震标定、全层系地震地质精细解释。建模过程中将高速砾岩底界作为断面处理，无断距概念。将高速砾岩和塔西河组膏泥岩分层、分块、分期次，纵横向精细刻画速度边界（图2），为后续细化速度分层、分块充填作准备。
2.2 全层系反演层速度体的建立
2.2.1 建立反演层速度体的必要性
研究区三维地震速度谱点平面上拾取密度大，速度在横向上变化趋势可靠。由于井点处地震处理层速度与实钻井存在误差，考虑地震处理速度纵向上采样间隔大，将实钻井层速度曲线进行重采样，与地震处理速度采样相当。然后对井点处速度进行残差计算并利用三维构造模型约束进行地震处理层速度校正，得到井震联合校正层速度体。校正后的层速度体井点处速度与实钻井一致，但井震联合校正层速度高速砾岩以下地层成层性差，采样间隔大，有必要通过三维地震反演手段提高纵向分辨率（图3）。
2.2.2 深微测井约束的近地表层析反演
深微测井对研究区速度精细研究至关重要[7]。研究区内以往微测井较多，由于年代跨度大，可利用率低，且微测井没有钻穿表层低速砾岩，速度结构一直难以落实。研究区有4口深微测井，完钻井深大于600 m，钻穿低速砾岩，层析反演在纵向上井控程度高，降低了反演过程中的多解性，纵向速度结构及变化趋势得以落实。
2.2.3 井控地震层速度反演
在地震资料品质好的情况下，要进一步提高反演的可靠性，主要落脚点在于反演过程中的井控程度。本次层速度反演研究充分利用钻测井资料，分层分块进行细化质控。深微测井钻遇高速砾岩厚度大于400 m，浅层高速砾岩区和低速砂砾互层区井控非常关键。高速砾岩段利用深微测井1001井和高探1井测井数据质控;工区北部浅层第四系低速互层利用深微测井1009井和地震层速度质控;第四系以下用高探1井测井数据质控，反演纵横向井控程度高，反演结果纵向岩性反映可靠（图4）。
2.4 速度体之间的变速融合
研究区井震联合校正的层速度具可靠的横向变化趋势;反演层速度具较好的纵向岩性变化，井控程度高，分辨率高。为把两个速度体优势结合起来，通过资料调研，理论分析，将频率域融合技术应用于速度研究中。
数据体之间的频率域融合可通过小波分解实现[8]，小波分解原理为：设[Vjjez]是空间[L2R]的一列相互嵌套的闭合子空间，[φ]是尺度函数，[ψ]为小波函数，[C0]为数据序列，对其建立函数[fx=nc0φxon]，当某个[j∈Z]，[j>0]，函数[fx=∈VJ]，可分解成：
通过实际资料频谱分析（图5-a），井震联合校正层速度频带范围为0～3 Hz， 反演层速度频带范围0～6 Hz。从振幅分布看，井震联合校正层速度0～0.5 Hz频率为低频趋势，反演层速度0.5～6 Hz频率为高频细节。从频率融合结果 （图5-b）可看出，层速度与井上速度一致性较好，既保留了井校地震层速度横向变化，同时保留了反演层速度体因纵向岩性变化带来的速度变化。融合过程中，需考虑区域井统计信息。先提取井震联合校正层速度各层平均速度，得到各层层速度变化范围，与区域井统计变化范围逐层对比分析，选取合适的低频范围。频率融合过程中据实际情况，利用构造模型逐层进行融合。融合后层速度范围与区域井统计范围相当才符合实际规律。频率域融合应用于速度研究中，实现了分层，分块层速度体的纵横向变速充填，还原了地下真实速度纵横向变化。 3 一体化应用效果
与以往基于平面的变速成图方法不同，通过全层系构造建模，细化速度异常层内部结构，以实体构造模型作为框架约束，利用已知井校正地震层速度，实现速度体的校正。通过地震反演层速度与井震联合校正层速度之间的融合，调整层速度在横向上的变化范围，符合区域井变化规律，同时提高了层速度体的纵向分辨率。该速度研究技术方法流程不仅可用于变速成图，也可用于钻前地层压力预测。
3.1 变速成图效果
实际勘探生产节奏非常快，变速成图是快速初步圈定构造目标的有效手段。在时间域地震资料上，利用上述研究速度开展变速成图，浅层高速砾岩、塔西河组低速膏泥岩层速度均为南高北低，对白垩系底界平均速度趋势影响较大，为南高北低趋势，导致构造高点向北偏移（图6）。实钻井钻探至白垩系大于6 000 m深度时，变速成图深度与实钻之间误差在55 m以内，误差小于1%（表1），证实构造图高点偏移是可靠的，变速成图精度较高。
3.2 钻前地层压力预测效果
目前常用的钻前压力预测公式是Eaton法。1976年由Eaton提出用地震波速度進行压力计算，该方法应用的关键有3点，分别是层速度的精确求取、正常压实曲线的确定、伊顿指数的确定。其中层速度决定预测地层孔隙压力曲线的趋势[9-12]。地震处理叠加速度采样间隔大，转成层速度之后纵向分辨率低，计算压力曲线趋势与实钻大体趋势一致，但存在深度误差且高压层白垩系清水河组压力预测细节不够。本次速度研究方法利用反演及频率融合手段提高了地震层速度精度，转深准确，且提高了纵向上的分辨率。计算压力曲线深度误差小，曲线细节丰富，与实钻曲线吻合，保证了安全钻进（图7）。
4 认识与结论
（1） 针对准噶尔盆地南缘“双复杂”区速度复杂、精度低，圈闭落实及压力预测难的问题，采用构造建模、井控构造约束地震层速度建场、层速度反演、频率域融合等技术，实现了层速度纵横向变速充填，提高了速度精度，形成了一套适用于变速成图、压力预测的高精度速度一体化研究技术序列。 （2） 该方法已在南缘双复杂区取得良好效果，变速成图和钻前压力预测精度高，为南缘圈闭落实和钻井安全提供了技术支撑。
参考文献
[1] 孙均.山前复杂构造带变速成图速度研究[J]. 工程地球物理勘 探，2013，6（10）：880-884.
[2] 张珺.加蓬盐下复杂构造区井控高精度变速成图的方法研究[J]. 物探与化探，2017，41（3）：535-541.
[3] 许海涛，景海璐，阿依努尔，等. 准噶尔盆地南缘复杂构造变速 成图方法及效果分析[J]. 特种油气藏，2012，19（2）：50-53.
[4] 许海涛，景海璐，阿依努尔，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）：29-32.
[5] 乐友喜，刘陈希，问雪，等. 变速成图速度场随机建模的不确定 性分析[J]. 石油地球物理勘探，2016，51（4）：714-720.
[6] 范旭，刘宜文，郑鸿明，等. 准噶尔盆地南缘四棵树地区中浅层 砾岩层识别刻画[J]. 新疆石油地质，2020，41（1）：108-113.
[7] 赵玲芝，谷跃民，张建中，等. 多信息融合的近地表速度建模技 术及应用[J]. 石油地球物理勘探，2017，52（1）：34-41.
[8] 郭欣，雍学善，高建虎，等. 基于频率域多阶微分融合的地震频 带拓宽方法研究[J].石油物探，2016，55（2）：271-278.
[9] 杨虎，周鹏高，孙维国，等. 利用地震资料预测准噶尔盆地南缘 山前构造地层压力[J]. 新疆石油地质，2017，38（3）：347-351.
[10] 臧艳彬，王瑞和，王子振，等. 利用Eaton法计算地层孔隙压力的 不确定性分析[J]. 西南石油大学学报，2012，34（4）：55-61.
[11] 邹伟，孙鹏，张书平，等. 西湖凹陷钻前压力预测技术及应用[J]. 海洋地质前沿，2016，32（8）：47-51.
[12] 尹国庆，张辉，李超，等. 塔里木盆地山前复杂带钻井地层压力 预测[J]. 新疆石油地质，2012，33（4）：497-499.