低速异常带平均速度场建模方法研究——以渤海Q油田为例

边立恩，于　茜，谷志猛，韩自军，屈　勇

（中海石油（中国）有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津300452）

低速异常带平均速度场建模方法研究
——以渤海Q油田为例

边立恩，于茜，谷志猛，韩自军，屈勇

（中海石油（中国）有限公司天津分公司渤海石油研究院，天津300452）

时深转换作为联系地震与地质的桥梁，是地球物理研究的一大热点。随着渤海油田勘探开发程度的不断加深，对时深转换的要求逐渐提高。渤海Q油田目的层为明下段曲流河沉积，具有典型的低幅度构造特征，且地层速度横向变化较大，具有明显的低速异常特征。这两方面特征增加了该油田时深转换研究的难度。针对常规速度建模方法的缺陷和不足，提出了种子点约束空间插值的平均速度场建模方法。该方法首先根据地震资料并结合测井及地质分层，来确定低速异常带的分布；然后根据速度异常量的大小，在低速异常带范围内设置种子点并结合井点处的速度，进行空间约束插值，进而建立速度场并用于时深转换。从实际钻井情况来看，该方法预测精度较常规方法有了较大提高，并取得了良好的实际应用效果。

时深转换；低幅度构造；速度异常；种子点；空间插值

0　引言

时深转换是地球物理研究的一大难点，其是联系地震与地质和测井的桥梁。如何求取准确的速度分布，一直是地球物理研究工作者努力的方向和目标［1-2］。近年来，随着渤海海域勘探程度的不断加深，低幅构造与岩性圈闭等亦逐渐成为勘探者所研究的对象。在这种情况下，对时深转换即速度的精度所提出的要求也就更高［3］。虽然国内外学者［4-16］围绕这一主题开展过大量研究和探索，并取得过许多成效，但每种方法都有其自身的适应性和局限性。因此，在研究过程中需要结合研究目标的实际特征，采取更加适用和有效的方法，进而达到提高勘探开发精度的目标。

渤海Q油田位于渤海海域石臼坨凸起中部，是在古隆起背景上发育的被断层复杂化的断裂背斜构造，构造幅度5～20 m，为典型的低幅度构造油田。该油田因受到岩性组合及储层含油气性的影响，地层速度横向变化较大。从已钻井的时深关系对比图（图1）可以看到，Q3井从1 200 m左右开始传播速度逐渐偏低于其他井，呈明显的低速特征，这对该油田的时深转换非常不利，因为低速异常的平面分布范围无法确定。常规的速度建模方法在井点以外是利用一些纯数学的方法通过插值来生成速度场，这与真实的空间速度变化规律并不吻合，从而影响了对速度异常平面分布的真实刻画，进而导致无法准确预测圈闭和储层深度［17］。因此，常规的速度建模方法在该油田已经并不适用。综合以上多方面因素，笔者认为，时深转换已成为渤海Q油田精细构造研究的首要问题。

图1　渤海Q油田已钻井时深关系对比图Fig.1　Comparison of time-depth relationship of drilled wells in Q oilfield

基于渤海Q油田的地质和地球物理特征，要解决其时深转换问题，寻找速度异常带的分布则显得尤为重要。笔者通过研究，提出根据地震资料并结合测井和地质分层，来确定低速异常带的分布，然后通过种子点约束空间插值来构建平均速度场，并用于时深转换。实际应用结果表明，该方法可行。

1　方法原理与技术流程

1.1方法原理

要解决渤海Q油田的时深转换问题，首先需要寻找其速度异常带的分布。图2中，用R0代表目的层顶面的同相轴，R1代表目的层底面的同相轴，Δt为目的层段地震波的垂直传播时间，h为相应位置处的实际地层厚度，v为地震波在相应地层段内传播的平均速度。根据地震波的传播速度、传播时间及其穿过的地层厚度之间的关系，有

图2　偏移时间剖面示意图Fig.2　Diagram of migrated time section

由式（1）可见，在地层等厚（h为一常数）的情况下，地震波在目的层段的垂直传播时间Δt为传播速度v的函数，二者呈负相关，低速的地方必然会导致传播时间的增大。如图2（a）所示，虽然AA′与BB′的真实地层厚度相同（都为h），但由于AA′地层的传播速度小于BB′地层的传播速度（v0＜v），所以在偏移时间剖面上AA′的时间厚度大于BB′的时间厚度（ΔtA＞ΔtB），即当某一地层其厚度在横向上不变时（处处等厚），传播速度发生横向变化时其相应的地震波的传播时间会随之发生变化，那么，若能得知地震波传播时间发生异常变化的范围就等于找到了速度异常的分布。对于图2（a）所示的情况，传播时间发生异常变化的范围较易得知，只需用R1的时间层位与R0的时间层位相减，再扣除目的层段间的正常传播时间（背景时间）Δt，即可得到时差ΔT= TR1-TR0-Δt，则ΔT＞0的范围即为速度异常的分布。

由于实际地层并非处处等厚，而更多的情况是以图2（b）所示的形式存在。此时，式（1）可表示为

式中：i表示不同的地层位置点。此时，由于地层厚度h也为一变量，因此地震波在目的层段的垂直传播时间Δt为速度v与地层厚度h的函数，是v与h综合影响的结果。在这种情况下，若求取时间的异常分布采用前述方法则无能为力，因为此时的时差ΔT既包含了速度异常引起的时差，也包含了地层厚度变化对时间的贡献。

1.2技术流程

1.2.1求取地层的时间厚度

通过对目的层顶、底面进行精细解释，可求取目的层段的时间厚度分布。图3中，黄线代表目的层顶的层位解释，黑线代表目的层底的层位解释，将这两层位相减，即可得到目的层段的时间厚度（图4）。由于实际地层并非处处等厚，所以计算所得到的地层时间厚度包含了低速异常引起的时间变化及真实地层厚度变化对时间的影响。只有去除地层厚度对时间产生的这种影响才能得到单纯只由速度异常所引起的反射时间厚度的异常。

图3　参考层段地震剖面Fig.3　Seismic section of strata

图4　地层反射时间厚度Fig.4　Time thickness of strata

1.2.2去除地层厚度变化对时间的影响

首先，根据地层对比结果，结合地质分层，对井点处的地层厚度进行网格化，得到地层厚度的平面分布（图5）；然后，通过多井时深数据的直线拟合，求得该层段的背景平均速度（图6），其中拟合公式为y=kx+b。之所以选择直线拟合是由于直线拟合的斜率（深度与时间的比值）正好是速度的表达式。由于x代表的时间为双程旅行时，且其单位为ms，应换算到标准单位s，因此研究区参考层段的背景平均速度v=y/（0.5·x·10-3）=2 000·k，单位为m/s。

图5　地层厚度平面等值线分布Fig.5　Contour distribution of strata thickness

图6　参考层段背景平均速度的拟合Fig.6　Fitting background velocity

1.2.3求取单纯由速度异常引起的时间异常分布

用地层厚度除以该层段背景平均速度v，即得到该地区目的层段的正常反射时间（背景时间）的分布；然后用已求得的地层时间厚度减去该背景时间，即得到只由速度异常引起的时间（ΔT）分布（图7）。根据理论分析，图7中的时间异常分布（红色区域）即代表速度异常的分布。

图7　速度异常引起的时间分布（ΔT）Fig.7　Time distribution（ΔT）caused by velocity anomaly

1.2.4速度场的建立

确定了速度异常的分布后，还需要确定该异常范围内每点（以下称种子点）处速度值的大小，才能最终完成速度场的建立。由于ΔT越大，则低速异常越突出，即真实的速度越小，因此根据ΔT的大小来对速度异常量Δv进行刻度，进而最终确定异常范围内种子点处速度值的大小。将存在低速异常的Q3井及正常井Qs2井作为刻度的参考，设它们在目的层的真实平均速度为vQ3和vQs2，则速度异常量与时间异常量之间的关系为

式中：C为一正的常数。

将Q3井和Qs2井各井点处的相应速度vQ3和vQs2及时间异常量ΔTQ3和ΔTQs2代入式（3）即可求得C。这样，对于速度异常区内的其他任意一点B，有

将相应数据代入式（4）即可求得速度异常范围内任意种子点处的速度值，然后结合异常区外其他井点处的速度，即可进行种子点约束下的空间插值（图8）。考虑到速度异常范围的精确性，要求异常范围内所有种子点值都参与空间插值运算，最终建立平均速度场的平面分布。图（8）中黑实圈标注的井为后期的评价井，在本文研究中作为验证井。

图8　平均速度场的平面分布Fig.8　Distribution of mean velocity field

2　实际应用效果

利用本文方法建立的速度场对目的层的等t0图进行时深转换可得到构造图，图9是利用Landmark软件中常用的方法TDQ法与本文方法时深转换结果的对比。从图中可以看到，2种方法在蓝色椭圆圈标注部分的构造形态差异较大。图9（a）的构造形态具有比较明显的数学几何特征（棱角特征明显），这是由于采用纯数学方法对井点处的速度进行井间插值所导致的，而图9（b）的构造形态起伏变化更加自然。2种方法预测的深度（图中箭头所指的位置）相差达到7 m。

图9　TDQ法（a）与种子点约束空间插值方法（b）转换结果对比Fig.9　Comparison of results between TDQ method（a）and seed point method（b）

从评价井Qs1井和Q8井的实钻情况来看，本文方法深度预测的误差较小（表1）。主要原因在于，与TDQ方法相比，本文方法对于速度异常范围的刻画更加精确，所建立的平均速度场更加接近实际地质情况。因此利用该平均速度场进行时深转换的精度也就更高。另外，从实钻井的时深关系来看，Qs1井和Q8井均不存在低速异常，这也从另外的角度验证了本文方法所建立的速度场的可靠性。

表1　深度预测误差对比Table1　Comparison of depth prediction error

3　结论

（1）随着勘探目标的精细程度及开发程度的不断加深，对时深转换提出的要求逐渐提高，所以要根据研究目标的实际情况，针对具体问题具体分析，进而采取更加实用而有效的方法。

（2）基于渤海Q油田本身的地质和地球物理特征，常规的速度建模方法已无法满足该油田时深转换精度的需求。

（3）本文提出的种子点约束空间插值的方法忠于实际地震资料，有效克服了常规速度建模方法的缺点和不足。从实际钻井情况来看，利用该方法确定的速度异常范围与实际地质情况更加吻合，深度预测的精度较常规方法也有所提高，为该区后续的进一步勘探评价提供了重要的参考和依据。同时，该方法对类似构造特征区的时深转换研究也具有一定参考价值和借鉴意义。

（References）：

［1］Russell B.A simple seismic imaging exercise［J］.The Leading Edge，1998，19（7）：885-889.

［2］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.

Wang Shuhua，Liu Huaishan，Zhang Yunyin，et al.Research on variable-velocity structure mapping and its application［J］.Periodical of Ocean University of China，2004，34（1）：139-146.

［3］王兴军，满益志，刘昌国，等.低幅度构造变速成图技术［J］.石油地球物理勘探，2008，43（增刊1）：69-72.

Wang Xingjun，Man Yizhi，Liu Changguo，et al.Velocity-varying mapping technique for low-amplitude structure［J］.Oil Geophysical Prospecting，2008，43（S1）：69-72.

［4］凌云，郭建明，郭向宇，等.油藏描述中的井震时深转换技术研究［J］.石油物探，2011，50（1）：1-13.

Ling Yun，Guo Jianming，Guo Xiangyu，et al.Research on timedepth conversion by well-to-seismic in reservoir characterization［J］.Geophy-sical Prospecting for Petroleum，2011，50（1）：1-13.

［5］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.

He Jiping，Lu Lieqin，Wang Hongqi，et al.Research of geophysical characteristics in thin-beds［J］.Progress in Geophysics，2006，21（1）：167-172.

［6］周东红，姚以泰，陈树亮，等.基于射线追踪的CMP相干速度反演技术在渤海油田的应用［J］.石油地球物理勘探，2010，45（3）：392-397.

Zhou Donghong，Yao Yitai，Chen Shuliang，et al.Application of ray tracing based CMP coherent velocity inversion technique in Bohai Oilfield［J］.Oil Geophysical Prospecting，2010，45（3）：392-397.

［7］王华忠，冯波，李辉，等.各种速度分析与反演方法的对比研究［J］.岩性油气藏，2012，24（5）：1-11.

Wang Huazhong，Feng Bo，Li Hui，et al.Comparison among velocity analysis and inversion methods［J］.Lithologic Reservoirs，2012，24（5）：1-11.

［8］Gerritsma P H A.Time-depth conversion in the presence of structure［J］.Geophysics，1977，42（4）：760-772.

［9］Keydar S，Koren Z，Kosloff D，et al.Optimum time-to-depth conversion［J］.Geophysics，1989，54（8）：1001-1005.

［10］Bishop T N，Bube K P，Cutler R T，et al.Tomographic determinationofvelocity and depth in laterally varying media［J］.Geophysics，1985，50（6）：903-923.

［11］李本才，曹卿荣，李珮，等.垂直地震测井（VSP）技术在薄层砂体识别中的应用［J］.岩性油气藏，2010，22（1）：109-112.

Li Bencai，Cao Qingrong，Li Pei，et al.Application of VSP to the identification of thin sand［J］.Lithologic Reservoirs，2010，22（1）：109-112.

［12］冯玉苹，刁瑞，徐维秀，等.井间地震纵横波分离方法研究及应用［J］.岩性油气藏，2013，25（5）：94-99.

Feng Yuping，Diao Rui，Xu Weixiu，et al.Study on P and S wave separation method in cross-well seismic and its application［J］. Lithologic Reservoirs，2013，25（5）：94-99.

［13］刘爱群，赫建伟，陈殿远，等.近海复杂断块区地震成像及储层精细描述关键技术研究——以南海西部北部湾盆地涠12-1油田为例［J］.岩性油气藏，2014，26（1）：100-104.

Liu Aiqun，Hao Jianwei，Chen Dianyuan，et al.Key technologies of seismic imaging and reservoir description for offshore complex fault block：A case study from Wei 12-1 Oilfield in Beibu Gulf Basin［J］.Lithologic Reservoirs，2014，26（1）：100-104.

［14］Hornby B E，Yu J H，John A，et al.VSP：Beyond time-to-depth［J］.The Leading Edge，2006，25（4）：446-452.

［15］李明娟，李守济，牛滨华.地震速度谱在精细深度图制作中的应用［J］.石油物探，2004，43（3）：272-274.

Li Mingjuan，Li Shouji，Niu Binhua.The application of seismic velocity spectrum in making depth map［J］.Geophysical Prospecting for Petroleum，2004，43（3）：272-274.

［16］苏勤，吕彬，李斐，等.几种叠后时间偏移方法在西部低信噪比地区应用效果比较［J］.岩性油气藏，2007，19（1）：117-119.

Su Qin，Lü Bin，Li Fei，et al.Comparison of several post stack time migration methods in western area with low S/N ratio［J］.Lithologic Reservoirs，2007，19（1）：117-119.

［17］张华军，肖富森，刘定锦，等.地质构造约束层速度模型在时深转换中的应用［J］.石油物探，2003，42（4）：521-525.

Zhang Huajun，Xiao Fusen，Liu Dingjin，et al.Geologic structure constrained interval velocity modeland its application in time-depth conversion［J］.Geophysical Prospecting for Petroleum，2003，42（4）：521-525.

（本文编辑：郭言青）

Research on mean velocity field modeling method for low velocity anomaly zone：A case study from Q oilfield，Bohai

BIAN Li'en，YU Qian，GU Zhimeng，HAN Zijun，QU Yong
（Bohai Oilfield Research Institute，Tianjin Branch，CNOOC China Limited，Tianjin 300452，China）

As the bridge to connect seismic and geological，time-depth conversion is a hot topic of geophysical research.In recent years，with further exploration and exploitation of Bohai Oilfield，higher accuracy of time-depth conversion is required.The target zone of Q oilfield is the deposition of meandering river of Minghuazhen Formation，and it is characterized by typical low amplitude structure，large lateral variation of formation velocity and obvious low velocity anomaly.The above two features brought new challenges to the research of time-depth conversion method for this oilfield.Based on the flaw and insufficiency of conventional velocity modeling method，this paper proposed a new method that firstly determines the distribution range of low velocity anomaly by seismic data combined with logging and geological stratification，then creates seed points inside the anomaly range according to the degree of velocity anomaly，finally builds the velocity field by spatial interpolation under the restraint of velocity at seed points and well points.The velocity field can finally be used for time depth conversion.From actual drilling situation，this method can improve the prediction accuracy more greatly than conventional methods and has made a good practical application.

time-depth conversion；lowamplitude structure；velocityanomaly；seed point；spatial interpolation

P631.4

A

1673-8926（2015）03-0122-05

2014-07-15；

2014-09-16

中国海洋石油总公司“十二五”重大科技专项“海上开发地震集成与应用研究”（编号：CNOOC-KJ125 ZDXM 06 LTD-10-KFSC-14）资助

边立恩（1982-），男，硕士，工程师，主要从事地震资料解释与储层预测方面的研究工作。地址：（300452）天津市塘沽区闸北路海工楼247室。电话：（022）25800754。E-mail：bianlien@163.com。