基于高精度层速度场构建的构造成图技术——以川中磨溪地区灯二段为例

时间：2024-05-22

刘微，梁锋，范玲，李明，付小东

(1.中国石油西南油气田公司川中油气矿，遂宁 629001；2.中国石油杭州地质研究院，杭州 310023)

0 引言

四川盆地震旦系灯影组气藏首次发现于1964年在威远构造的威基井，探明了我国第一个震旦系大气田-威远震旦系气田，探明地质储量为400×108m3。2011年高石1井灯二段获日产气102.14×104m3高产工业气流，由此拉开乐山-龙女寺古隆起震旦系勘探的新篇章，并加大了高石梯、磨溪、龙女寺、广安等地区的钻探力度[1]。截至2019年6月，磨溪区块灯二段完钻井11口，钻穿灯二段井1口，正钻井1口，试油井7口，获工业气井7口。工业气井累计测试日产气76.52×104m3，平均测试日产气10.9×104m3。前期钻探及研究表明磨溪区块灯二段属于构造气藏，在构造圈闭之内具有较好的含气性，展示出较好的勘探开发前景。因此，准确地刻画灯二顶界面的构造海拔是灯二段储层预测的关键问题。特别是2019年完钻的磨溪124井的灯二段顶设计垂深为5 275 m，海拔为-4 982 m；实钻垂深为5 382 m，海拔为-5 089 m，实钻较设计加深了107 m。在灯二气藏为一典型底水气藏的情况下，对灯二段顶界构造成果精细程度提出了更高的要求，构造细节需要得到进一步落实，确保构造的准确性和圈闭规模。

目前常规的地震层速度场构建方法主要有基于测井数据的时深关系拟合方法[2]、基于叠加速度的DIX公式计算方法[3]、基于叠加速度的层约束DIX公式反演方法[4]及综合波阻抗反演的组合层速度场构建方法[5]等。其中①基于测井数据的时深关系拟合方法是最简单的计算方法，计算效率快，但是仅适用于构造变化小且层速度横向缓慢的地区；②基于叠加速度的DIX公式计算方法受叠加速度精度的影响大，其计算得到的地下地层的地震层速度场精度不足，难以胜任地层孔隙压力预测的要求；③基于叠加速度的层约束DIX公式反演方法是目前的主流方法，其通过层位约束有效地提高了层速度的纵向变化规律的正确性，但是其纵、横向分辨率仍受制于叠加速度的精度；④综合波阻抗反演的组合层速度场构建方法综合利用了多源数据(叠加速度、测井数据、构造解释数据、地震数据等)的综合利用和多种层速度计算方法(DIX公式方法、波阻抗反演方法等)可以获得准确地地震层速度场，但是目前该技术仅用于地层压力预测领域，国内尚未有应用于常规油气勘探的构造成图研究的成功案例。

为了获得准确的磨溪地区灯二顶界面的构造图，笔者进一步细化了综合波阻抗反演的组合层速度场构建技术的技术流程，从而获得了准确可靠的灯二顶界面的构造成果图，为磨溪区块灯二气藏的高效开发提供借鉴。

1 高精度层速度场构建的方法原理

综合波阻抗反演的组合层速度场构建技术[6]的主要思路，是将地下地层分为上、下2段地层：①下段地层采用波阻抗反演方法计算层速度；②上段地层采用多种常用的层速度计算方法计算层速度，并结合下层地层的层速度，形成多套组合层速度，最后根据与钻井地层深度误差最小的原则，优选出最佳的组合层速度[5]。该技术目前主要应用于地层压力预测研究[7]。

笔者对上述的综合波阻抗反演的组合层速度场构建技术，从上、下段层速度场的融合、基于完钻井测井数据或VSP数据的井控误差校正等方面进行了细化，从而完善了高精度层速度场构建的技术流程，具体如下：

1)基于地震层位数据，将地下地层分为背景地层段和目的层段两部分。

2)基于输入的叠加速度体采用三维层约束DIX公式反演方法[4]，求取背景地层段的地震层速度。

3)对目的层段进行波阻抗反演，求取目的层段地震层速度场。目前，对目的层段进行叠后波阻抗反演方法理论成熟，方法众多，笔者采用栾颖等[8]提出的方法反演波阻抗。获得波阻抗数据后，考虑到地震层速度与地层密度之间存在著名的Gardner关系式：

ρ=aυb

(1)

式中：ρ代表地层密度；υ代表地震层速度；a和b是需要确定的常系数。基于测井数据中声波时差(换算得到地震层速度)曲线及密度测井曲线，利用最小二乘法拟合得到目的层段的Gardner关系式系数a和b。在此基础上可利用拟合得到的Gardner关系式和波阻抗换算，得到目的层段的地震层速度场。

4)对步骤3)得到的目的层段的地震层速度场，采用三维保边去噪算法进行滤波处理。笔者采用的三维保边去噪算法是Albinhassan N等[9]提出的方法，该方法在每个参与滤波的中心目标点周围建立大小为5×5×5的体时窗，在这个125个点的三维正方体数据内，进一步划分出32个更小的三维数据体，并分别计算32个数据体内数据的平均值及标准差。标准差计算公式为式(2)。

(2)

式中：σ′表示计算得到的标准差；N为统计数据样点个数；xi为第i个数据点；μ表示N个数据点的平均值。通过寻找32个数据体内标准差最小的一个数据体，再利用该数据体内的平均值作为预测中心目标点处的三维保边去噪结果，将其存放在5×5×5小立方体的中心目标点处。循环计算完目的层段地震层速度数据体，得到经过三维保边去噪处理后的目的层段的地震层速度场。

5)采用高斯加权滤波方法[10]，对背景地层段的地震层速度(步骤2)的计算结果)和目的层段的地震层速度(步骤4)的计算结果)进行数据融合处理。融合方式是依靠层位数据(目的层段的顶界面层位)，将层位上方的地震层速度赋值为背景层段的地震速度(步骤2)的计算结果)，将层位下方(含层位的位置)的地震层速度赋值为目的层段的地震速度(步骤4)的计算结果)。

6)对步骤5)的融合完成后，进一步在层位边界处进行高斯加权滤波平滑处理，高斯加权滤波特征如下：

对于融合完成后的第i道，第j个采样点位置处的地震层速度值记为υ(i,j)，平滑后的地震层速度值记为υ′(i,j)。υ′(i,j)由包含(i,j)领域内若干个地震层速度值在空间上的加权平均结果决定：

(3)

式中：x、y表示邻域P内所有相关点的道数和采样点数；A表示以(i,j)为中心的领域点集合；G(x,y)是该速度在邻域内求平均时的权值。高斯平滑滤波器是根据高斯函数的形状选取权值，平滑滤波器可以选用二维零均值高斯函数，用式(4)表示。

(4)

式中：σ表示高斯函数中的标准差。当σ值取值较大时，待处理的速度点邻域越大，参与平滑的速度点数较多，平滑效果强烈；当σ值取值较小时，待处理的速度点邻域较小，参与平滑的速度点数较少，平滑效果弱。

在此基础上，依次将层位边界上每个地震层速度值当做中心点速度值，在中心点周围选择一个小的空间邻域内计算该点距离中心点的距离值x、y。根据二维零均值高斯函数计算相应位置处的权值G(x,y)，最后将邻域内各地震层速度值与高斯权值加权平均得到的结果，作为层位数据中心点处的地震层速度滤波结果。

7)对步骤6)的计算得到的地震层速度场，采用完钻井测井数据或VSP数据进行井控误差校正。

8)将步骤7)的计算结果输出作为地下地层地震层速度场。

2 磨溪区块灯二顶界面构造成图分析

磨溪区块灯二顶界面呈强波峰反射(图1)，且横向连续性好，虽然局部存在复波，但仍能准确地追踪。因此，导致磨溪124井的构造海拔预测误差107 m的主要原因在于层速度场。从图2可见，研究区的地层在龙潭组存在低速异常特征(平均速度为3 440 m/s)，低于上下围岩的地层速度(平均速度为5 500 m/s)；而且该地层的平均厚度仅95 m，小于叠加速度谱的纵向采样点间距。

此外，由图2可见，研究区的地层在飞四底至灯二顶之间的速度变化较大。为此，笔者选取飞四顶地层至灯二段地层作为目的层，采用波阻抗反演获得了该层段的速度数据体。图3是对应图1的9口完钻井的反演速度连井剖面，其准确地反演了龙潭组的低速地层，且与完钻井的速度曲线(图3中的井旁色标柱)符合好。

图1 研究区9口完钻井的连井叠前时间偏移剖面Fig.1 Prestack time migration profile of 9 completed wells

图2 研究区4口完钻井的速度测井曲线Fig.2 Velocity logging curves of 4 completed wells

表1 基于4种层速度构建方法的灯二顶界面构造的预测误差Tab.1 Prediction error of Dengying 2 top interface corresponding to Fig.4

图3 对应图1的9口完钻井的反演速度连井剖面Fig.3 Corresponds to the inversion velocity profile corresponding to Fig.1

图4 4种层速度构建方法得到的灯二顶界面的构造图Fig.4 Structural diagram of Dengying 2 top interface obtained by four layer velocity construction methods(a)基于时深关系拟合方法(方法1);(b)DIX公式转换方法(方法2);(c)基于层约束的DIX公式转换方法(方法3);(d)本文方法(方法4)

图4是基于4种层速度构建方法得到灯二顶界面的构造图，可见4种方法得到的构造图的宏观形态一致，但是细节(局部构造高点形态及位置)差异较大。此外，由表1可见，采用本文的高精度层速度构建流程，获得的层速度计算得到构造图的灯二顶界面的预测绝对值误差小于10 m，其计算精度优于常规方法，成果可靠。