張建華

(中國石化勝利油田分公司 勘探開發(fā)研究院,山東 東營 257015)

地震解釋首先要進(jìn)行層位標(biāo)定,確定地震反射層位和地質(zhì)層位之間的關(guān)系。目前最常用的層位標(biāo)定方法是合成地震記錄標(biāo)定。合成地震記錄制作過程中需要對波阻抗曲線進(jìn)行時(shí)深轉(zhuǎn)換,時(shí)深轉(zhuǎn)換一般采用的方法是對聲波測井曲線進(jìn)行簡單的積分[1]。這樣制作的合成地震記錄在與井旁地震道進(jìn)行對比時(shí),需要依據(jù)標(biāo)志層的對比分析進(jìn)行整體的漂移,但在標(biāo)志層對準(zhǔn)的情況下,經(jīng)常會(huì)存在其他的地震反射同相軸無法對準(zhǔn)問題。筆者對利用聲波測井資料計(jì)算時(shí)深關(guān)系的原理進(jìn)行深入分析,闡明產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因,并研究利用VSP測井資料的時(shí)深關(guān)系對波阻抗曲線進(jìn)行時(shí)深轉(zhuǎn)換,進(jìn)而制作合成地震記錄的方法,并對其效果進(jìn)行對比分析。

1 合成地震記錄基本原理

合成地震記錄可以看作是一種一維的地震模型正演,即認(rèn)為地層界面是水平的,射線在界面上是正入射的,射線路徑是垂直的。這種近似盡管忽略了地震響應(yīng)隨入射角的變化效應(yīng),但在通常情況下是合理的。當(dāng)入射角確實(shí)對地震響應(yīng)的影響較大時(shí),必須使用近炮檢距部分地震道集疊加而不是全部疊加,來與合成地震記錄進(jìn)行對比。合成地震記錄的制作通?？梢苑钟?jì)算波阻抗曲線、對波阻抗曲線進(jìn)行時(shí)深轉(zhuǎn)換、計(jì)算反射系數(shù)曲線、將反射系數(shù)序列與子波褶積生成合成地震記錄4個(gè)步驟:

(1)計(jì)算波阻抗曲線。波阻抗是地層密度和縱波速度的乘積,分別可以由密度測井資料和聲波測井資料得到。如果缺少密度測井資料,考慮到密度的變化遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于縱波速度的變化,因此可以近似地假定密度不變,即以速度曲線代替波阻抗曲線來計(jì)算反射系數(shù),所產(chǎn)生的誤差一般情況下可以忽略。也可以利用加德納(Gardner)公式由聲波測井資料近似計(jì)算得到密度。

ρ=0.31v0.25.

(1)

式中,ρ為密度,g/cm3;v為縱波速度,m/s。

如果缺少聲波測井資料,可以利用法斯特(Faust)公式由電阻率測井資料近似計(jì)算得到縱波速度,因?yàn)閹r層速度和巖層電阻率都隨巖石孔隙度增加而變小。這個(gè)公式的適用范圍是深度大于200～300 m,自然電位曲線上沒有特殊的峰值,而且地層水的礦化度變化很小。

v=KH1/6R1/6.

(2)

式中,H為深度,m;R為電阻率,Ω·m;K為一個(gè)與巖石性質(zhì)有關(guān)的常數(shù)。

(2)對波阻抗曲線進(jìn)行時(shí)深轉(zhuǎn)換。將以深度為函數(shù)的波阻抗曲線轉(zhuǎn)化為以雙程旅行時(shí)為函數(shù)的波阻抗曲線。這就需要知道井的時(shí)深關(guān)系。通常情況下,通過對聲波測井曲線進(jìn)行簡單的積分來得到時(shí)深關(guān)系[2]。

(3)

式中,tH為深度H對應(yīng)的旅行時(shí),μs;τ(h)為聲波時(shí)差曲線,μs/m。

(3)計(jì)算反射系數(shù)曲線。反射系數(shù)是地震波垂直入射時(shí),反射振幅與入射振幅的比值。地下第n個(gè)地層界面處縱波的零炮檢距反射系數(shù)由如下公式算出:

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

(4)

式中,Rn為地下第n個(gè)地層界面的反射系數(shù),無量綱;An和An+1分別是第n個(gè)界面上下兩個(gè)地層的波阻抗,kg/(m2·s)。

(4)將反射系數(shù)序列與子波進(jìn)行褶積生成合成地震記錄。地震子波的選取通常有兩種方法,一種方法是使用理論子波,如雷克子波,另一種方法是從地震數(shù)據(jù)中提取子波。

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

(5)

式中,f(t)為合成地震記錄,S(t)為地震子波,R(t)為反射系數(shù)。

2 利用聲波測井資料進(jìn)行時(shí)深轉(zhuǎn)換存在問題

在上述合成地震記錄制作的第2個(gè)步驟中,通常通過對聲波測井曲線進(jìn)行簡單積分得到時(shí)深關(guān)系,進(jìn)而對波阻抗曲線進(jìn)行時(shí)深轉(zhuǎn)換。實(shí)際計(jì)算時(shí),可以采取一種比較簡單的方法實(shí)現(xiàn)(3)式的計(jì)算:假設(shè)某口井的聲波測井曲線起始深度為d1,在深度上有d1、d2、d3、…、dn-1、dn共計(jì)n個(gè)采樣點(diǎn),可以認(rèn)為它們將地層分成了c1、c2、…、cn-1共計(jì)n-1層(圖1),把每一層當(dāng)成是均質(zhì)的,且認(rèn)為它們的速度分別為1/τ2、1/τ3、…、1/τn,則每一層的雙程旅行時(shí)分別為2(d2-d1)τ2、2(d3-d2)τ3、…、2(dn-dn-1)τn,這樣某一深度點(diǎn)所對應(yīng)的雙程旅行時(shí)即為其上各層雙程旅行時(shí)的總和,即

(6)

式中,tn為深度dn對應(yīng)的雙程旅行時(shí),μs;dk、dk-1為聲波測井第k個(gè)、第k-1個(gè)采樣點(diǎn)對應(yīng)的深度,m;τk為深度dk對應(yīng)的聲波時(shí)差,μs/m。

圖1 利用聲波時(shí)差計(jì)算時(shí)深關(guān)系的方法

由式(6)即可較為方便得到井點(diǎn)的時(shí)深關(guān)系,但是它存在以下兩方面的問題:

(1)式(6)計(jì)算的雙程旅行時(shí)是地下某一深度到測井起始深度d1的雙程旅行時(shí),而地震數(shù)據(jù)的雙程旅行時(shí)是地下某一深度到地震基準(zhǔn)面的雙程旅行時(shí)。如圖2所示,要得到地下某一深度到地震基準(zhǔn)面的雙程旅行時(shí),需要將地下某一深度到測井起始深度的雙程旅行時(shí)加上測井起始深度至地震基準(zhǔn)面之間的雙程旅行時(shí)T0。T0由兩部分組成,一部分是地震基準(zhǔn)面至地表的雙程旅行時(shí)T01,可以由地震基準(zhǔn)面與地表的高程差和替換速度求得;另一部分是地表至測井起始深度的雙程旅行時(shí)T02,由于缺少這一深度段的聲波時(shí)差數(shù)據(jù),T02無法直接求取。這樣,由于缺少井的最淺部的聲波時(shí)差測井?dāng)?shù)據(jù)而使得T0難以直接的準(zhǔn)確求取,從而無法直接得到基于地震基準(zhǔn)面的時(shí)深關(guān)系[3]。所以一般情況下制作的合成地震記錄無法直接與井旁地震道進(jìn)行對比分析。

圖2 T0求取示意圖

對于T0難以直接準(zhǔn)確求取這個(gè)問題,可以采用標(biāo)志層對比的方法來解決。通過分析井點(diǎn)的速度特征,選取一個(gè)明顯的速度界面作為標(biāo)志層,在地震剖面上找到該標(biāo)志層對應(yīng)的反射同相軸,地震剖面上該標(biāo)志層對應(yīng)的時(shí)間值與聲波時(shí)差計(jì)算出的該標(biāo)志層對應(yīng)的時(shí)間值之差即為T0[4-5]。這樣,根據(jù)標(biāo)志層的對比分析,對合成地震記錄進(jìn)行整體的漂移,就可以得到井點(diǎn)基于地震基準(zhǔn)面的時(shí)深關(guān)系,以上就是利用合成地震記錄標(biāo)定得到基于地震基準(zhǔn)面的時(shí)深關(guān)系及平均速度的原理。

(2)聲波時(shí)差曲線本身的誤差會(huì)使計(jì)算的時(shí)深關(guān)系不準(zhǔn)確。聲波時(shí)差曲線受井徑、地層厚度、“周波跳躍”現(xiàn)象的影響,可能無法準(zhǔn)確反映地層的時(shí)差值[6],進(jìn)而由聲波時(shí)差計(jì)算得到的時(shí)深關(guān)系的精度也受到影響。這樣,在進(jìn)行合成地震記錄對比時(shí),雖然標(biāo)志層通過整體漂移實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確的對應(yīng)(圖3中反1 250～1 325 ms處的3個(gè)強(qiáng)軸),但其他的某些射同相軸還是會(huì)對不準(zhǔn)(圖3中725和875 ms處的強(qiáng)軸)。這時(shí)需要對合成地震記錄進(jìn)行局部的拉伸或壓縮,使其他的反射同相軸也能準(zhǔn)確對應(yīng)。

圖3 利用聲波時(shí)差數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)深轉(zhuǎn)換的合成地震記錄標(biāo)定

但這種局部拉伸壓縮的方法不能濫用,不能通過這種局部拉伸壓縮的方法將合成地震記錄上所有的同相軸都與井旁地震道的同相軸一一對準(zhǔn)。因?yàn)楹铣傻卣鹩涗浐蛯?shí)際地震道中都有可能存在不可靠的同相軸。聲波時(shí)差的誤差不只影響時(shí)深關(guān)系,還影響波阻抗、反射系數(shù)的計(jì)算,從而影響合成地震記錄中某些同相軸的可靠性。井旁地震反射中也會(huì)出現(xiàn)多次波等不能真實(shí)反映地層界面的同相軸。除此之外,還有一些其他的原因,如地震采集處理過程中的某些因素等[7],使得合成地震記錄中的同相軸無法與實(shí)際地震道中的同相軸完全一一對應(yīng)。

3 利用VSP時(shí)深關(guān)系進(jìn)行時(shí)深轉(zhuǎn)換

如果在合成地震記錄制作時(shí),該口井有VSP測井資料,利用VSP測井提供的時(shí)深關(guān)系代替由聲波時(shí)差計(jì)算的時(shí)深關(guān)系對波阻抗曲線進(jìn)行時(shí)深轉(zhuǎn)換會(huì)取得更好的對應(yīng)效果。VSP測井是將測井檢波器放入井中,記錄下從井口至井下各深度處直達(dá)波的傳播時(shí)間,通過井口地表海拔與地震基準(zhǔn)面的高程差和替換速度即可換算出地震基準(zhǔn)面至井下各深度處的雙程旅行時(shí),不存在像聲波測井那樣淺部無法獲取數(shù)據(jù)的問題,又由于時(shí)間值是直接讀得的,因此時(shí)深關(guān)系誤差較小。因此,VSP測井是地震與測井信息之間建立聯(lián)系的最佳方法。圖4是利用VSP時(shí)深關(guān)系進(jìn)行時(shí)深轉(zhuǎn)換得到的合成地震記錄,與圖3相比,首先不需要進(jìn)行整體的漂移,1 250～1 325 ms處的標(biāo)志層(3個(gè)強(qiáng)軸)對應(yīng)的比較準(zhǔn)確;其次,不需要進(jìn)行局部的拉伸壓縮,其他的反射同相軸(725 ms和875 ms處的強(qiáng)軸)就有較好的對應(yīng)關(guān)系。

圖4 利用VSP時(shí)深關(guān)系進(jìn)行時(shí)深轉(zhuǎn)換的合成地震記錄

對比利用聲波時(shí)差計(jì)算的時(shí)深關(guān)系和VSP時(shí)深關(guān)系也可以看出,在1 250～1 325 ms標(biāo)志層處兩者較為吻合,越向淺部兩者的差別越大。

圖5 聲波時(shí)差計(jì)算的時(shí)深關(guān)系與VSP時(shí)深關(guān)系對比

4 結(jié) 論

在合成地震記錄的制作過程中需要將波阻抗曲線由深度域轉(zhuǎn)換到時(shí)間域。通常利用聲波時(shí)差測井?dāng)?shù)據(jù)計(jì)算時(shí)深關(guān)系來進(jìn)行這種時(shí)深轉(zhuǎn)換。但由于井的淺部缺少聲波時(shí)差數(shù)據(jù),無法直接得到基于地震基準(zhǔn)面的時(shí)深關(guān)系,同時(shí)聲波時(shí)差曲線本身存在誤差,會(huì)使計(jì)算的時(shí)深關(guān)系不準(zhǔn)確。而由VSP測井資料得到的時(shí)深關(guān)系不存在像聲波測井那樣淺部無法獲取數(shù)據(jù)的問題,又由于VSP測井測量的井口至井下各深度處直達(dá)波的傳播時(shí)間值是直接讀得的,時(shí)深關(guān)系誤差較小。因此,利用VSP時(shí)深關(guān)系對波阻抗曲線進(jìn)行時(shí)深轉(zhuǎn)換制作的合成地震記錄不需要進(jìn)行整體的漂移,也不需要進(jìn)行局部的拉伸和壓縮,便可以實(shí)現(xiàn)與井旁地震道的標(biāo)志層和大部分反射同相軸較好的對應(yīng)。