近地表砾岩发育区地震速度特征分析及应用——以库车山前带YKB地区为例.pdf
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1、2023 年 9 月第 28 卷第 5 期中 国 石 油 勘 探CHINA PETROLEUM EXPLORATION近地表砾岩发育区地震速度特征分析及应用以库车山前带 YKB 地区为例韩波1 王保才2 骆福嵩2 张渝悦1 韩博2 夏永涛2 丁维2(1中国石化石油物探技术研究院有限公司;2中国石化西北油田分公司勘探开发研究院)摘要:在山前带地震勘探中通常应用叠加速度进行变速成图,但对近地表砾岩如何影响下伏地层叠加速度的研究较少,也缺乏有效的叠加速度校正方法。应用楔状模型模拟近地表砾岩特征,对不同位置处地震波走时入射角曲线特征进行分析,并以库车山前带 YKB 地区为例,开展地震正演进行验证,证实
2、了近地表高速砾岩会导致砾岩尖灭点之下形成异常高的叠加速度,使速度由扇根到扇端方向出现“低高低高”的横向变化。基于此认识通过速度趋势线法校正叠加速度,并与井速度约束法进行了成图对比,结果揭示:由速度趋势线法得出的构造图地层产状与实测结果更接近、深度误差更小,证明了该方法在低勘探程度的山前带近地表砾岩发育区的有效性。关键词:山前带;叠加速度;模型正演;走时入射角曲线;变速成图;低勘探程度中图分类号:P631.443 文献标识码:A DOI:10.3969/j.issn.1672-7703.2023.05.010 Analysis and application of seismic velocit
3、y characteristics in areas with near surface conglomerate development:a case study of YKB area in Kuqa piedmont zone Han Bo1,Wang Baocai2,Luo Fusong2,Zhang Yuyue1,Han Bo2,Xia Yongtao2,Ding Wei2(1 Sinopec Geophysical Research Institute Co.,Ltd.;2 Research Institute of Exploration and Development,Sino
4、pec Northwest Oilfield Company)Abstract:In seismic exploration in the piedmont zone,stacking velocity is generally used for variable velocity mapping.However,there is few study on the influence of the near surface conglomerate on the stacking velocity of the underlying strata,and there is a lack of
5、effective methods for stacking velocity correction.The wedge-shaped model is applied to simulate the near surface conglomerates,and the characteristics of seismic wave travel time-incident angle curves at various locations are analyzed.In addition,by taking YKB area in Kuqa piedmont zone as an examp
6、le,seismic forward modeling is conducted to verify the results,which confirm that an abnormally high stacking velocity is formed below the pinch out points caused by the near surface high-speed conglomerate,resulting in a lateral velocity variation of“low-high-low-high”from the inner-fan to the oute
7、r-fan.Based on this understanding,the stacking velocity is corrected by velocity trend line method,and the result map is compared with that by well velocity constraint method.The results show that the formation occurrence in the structural map obtained by the velocity trend line method is closer to
8、the measured results,with a smaller depth error,which proves the effectiveness of this method in the near surface conglomerate development area in the piedmont zone with low level of exploration.Key words:piedmont zone,stacking velocity,forward modeling,travel time-incident angle curve,variable velo
9、city mapping,low level of exploration基金项目:国家自然科学基金企业创新发展联合基金项目“克拉通盆地内部走滑断裂体系成因及控藏机制研究以塔里木盆地为例”(U21B2063)。第一作者简介:韩波(1982-),男,山东新泰人,硕士,2009 年毕业于中国石油大学(北京),副研究员,现主要从事油气地球物理勘探综合研究工作。地址:江苏省南京市江宁区上高路 219 号,邮政编码:211103。E-mail:收稿日期:2023-01-06;修改日期:2023-08-25引用:韩波,王保才,骆福嵩,等近地表砾岩发育区地震速度特征分析及应用:以库车山前带 YKB 地区为例
10、 J.中国石油勘探,2023,28(5):117-125.Han Bo,Wang Baocai,Luo Fusong,et al.Analysis and application of seismic velocity characteristics in areas with near surface conglomerate development:a case study of YKB area in Kuqa piedmont zoneJ.China Petroleum Exploration,2023,28(5):117-125.0 引言山前带近地表普遍发育以砾石滩为主的冲积扇群,由
11、扇根至扇端方向的近地表地层速度横向变化较大,使地震准确成像及解释面临挑战。目前山前带地震解释及构造成图一般通过两种方式实现,一种是应中 国 石 油 勘 探1182023 年第 28 卷高速砾岩低速泥岩低速区尖灭点高速区l1l2l3v1v2h图 1 近地表楔状模型图Fig.1 Wedge model of near surface zoneh反射界面深度,m;l1入射波在低速泥岩中的射线路径,m;l2反射波在低速泥岩中的射线路径,m;l3反射波在高速砾岩中的射线路径,m;v1低速泥岩速度,m/s;v2高速砾岩速度,m/s;入射角,();砾岩坡角,();射线与砾岩尖灭界面法线的夹角,()用深度偏移
12、资料进行深度域解释,随着近年来井控各向异性、联合层析、复杂浅表层等速度建模技术以及叠前深度偏移技术的发展,有效提高了复杂山前带构造成像精度1-9。但是在速度纵横向变化大、地震信噪比低、缺少钻井约束的山前带地区,仍然存在速度建模及偏移归位不准确的问题,造成钻井设计深度与实钻结果偏差较大10-11。另一种较普遍的做法是在时间域开展地震解释,一般应用叠前时间偏移资料解释成果,利用钻井约束叠加速度的方式建立速度场进行变速成图12-18,然而这在低勘探程度的山前带地区蕴涵了较大的风险,原因是叠加速度是一种将共中心点道集校平的等效速度,近地表速度横向变化会导致时距曲线的双曲线特征不明显,使速度分析的误差增
13、大,最终导致下伏地层的叠加速度与实际地层速度趋势产生较大的偏差19-21,在缺少钻井约束情况下,应用叠加速度进行时深转换可能导致出现假构造22-23。目前,针对山前带近地表砾岩对下伏地层叠加速度的影响还缺少定量化研究。本文应用楔状模型模拟砾岩发育区速度变化,通过对不同位置处地震波走时入射角曲线特征进行分析,明确浅层速度变化对叠加速度的影响,并以库车山前带 YKB 地区为例,建立模型开展地震正演加以验证,在此基础上通过速度趋势线法校正叠加速度,为在山前带近地表砾岩发育区开展时间域构造成图提供了一种新的思路。1 地震波走时入射角曲线特征建立近地表高速砾岩楔状模型(图 1),分别计算低速区、砾岩尖灭
14、点、高速区 3 个不同位置的地震波走时入射角曲线,并依据曲线时差变化率比较叠加速度的大小。对于低速区,地震波走时(T1)与入射角()的关系式为2hT1v1cos=(1)高速区地震波走时(T3)与入射角()的关系式为2hT3v2cos=(2)而在砾岩尖灭点位置,射线路径既穿过低速层又穿过高速层,因此地震波走时(T2)是射线路径 l1、l2、l3走时之和,其中coshl1=(3)cos()hcosl2=(4)sinsincos()cos(+)hl3=(5)又由斯奈尔定律sin()v1v2=sin (6)可得v1v2sin()arcsin=(7)由公式(3)至公式(5)和公式(7)得出v1cosv1
15、cos()sinsinv2cos()cos(+)1cosT2=h+(8)式中T2砾岩尖灭点位置地震波走时,s。由上述公式可知,地震波走时除了与入射角有关外,还受反射界面深度、砾岩坡角、低速泥岩速度、韩波等:近地表砾岩发育区地震速度特征分析及应用119第 5 期1020304050607001234510203040506010200-10-20时间/s入射角/()入射角/()时差一阶导数(a)地震波走时入射角曲线(b)走时时差一阶导数曲线低速区砾岩尖灭点高速区dT1,3/ddT1,2/ddT3,2/d图 2 不同位置地震波走时入射角曲线及走时时差一阶导数曲线Fig.2 Travel time-
16、incident angle curve and first-order derivative curve of travel time difference at various location高速砾岩速度等因素的影响。为了直观地比较 3 个位置处的地震波走时入射角曲线特征,将界面深度设置为2000m,砾岩坡角为25,砾岩速度为3900m/s,泥岩速度为 2000m/s,得出的曲线如图 2a 所示,其中相对于低速区 T1 曲线,高速区 T3 曲线随着入射角的增大时间变化较慢,而砾岩尖灭点处 T2曲线在小入射角范围内变化平缓,但随着入射角的继续增大时间变化率迅速增大,这是由于当=90-时,即
17、在上述假定条件下=65 时,上行射线将平行于地表使射线路径和地震走时均趋向于无穷大,此时根据公式(7)可计算得出入射角=52.7。地震波走时入射角曲线变化率较小则表明需要较大的叠加速度校平曲线,因此可以通过计算两条曲线走时时差的一阶导数来比较曲线变化率的大小,从而确定不同位置处叠加速度的大小,例如 T1,3为低速区地震波走时 T1与高速区地震波走时 T3的差,则2h(v2v1)v1v2=dT1,3d(T1T3)dT1dT3ddddtansec(9)由于 v2 v1,因此dT1dT30dd,即dT1dT3dd故相对于低速区,高速区地震波走时入射角曲线变化率较小,得出的叠加速度较高。应用相同的方法
18、再依次对低速区与砾岩尖灭点处的地震波走时的差(T1,2),以及高速区与砾岩尖灭点处的地震波走时的差(T3,2)分别进行求导,计算结果如图 2b 所示:即当入射角0 0中 国 石 油 勘 探1202023 年第 28 卷因此砾岩的坡角、速度越大,会使砾岩尖灭点处的地震波走时入射角曲线在更大的入射角范围内相对宽缓,从而越容易得出较高的叠加速度。实际地震资料受排列长度限制,反射界面越深接收到信号的入射角范围越小,使上述现象更明显,因此砾岩尖灭点之下的反射界面越深越容易得出较高的叠加速度。2 模型正演及速度分析为了进一步验证上述计算结果,以塔里木盆地库车山前带 YKB 地区为例,建立三维近地表楔状模型
19、,并通过模型正演得到单炮记录,通过人工拾取叠加速度,分析近地表砾岩对叠加速度的影响。模型设计了 4 个水平反射界面、5 套地层,其中近地表低速泥岩平均速度为 2000m/s,高速砾岩平均速度为 3900m/s,之下地层平均速度依次为 2500m/s、3500m/s、4500m/s、6000m/s,地层平均密度根据Gardner 公式计算得出。砾岩分布范围及厚度由近地表回转波网格层析反演结果结合深井微测井等数据确定,4 个水平反射界面深度由工区内 KU1 井的钻井分层数据确定(图 4)。为了减小运算量,在三维模型上抽取了 Ln01 至 Ln08 共 8 条二维测线,二维模型深度为 6000m,长
20、度为 30000m,正演网格大小为 5m5m,观测系统采用检波点间距 50m、炮间距200m、采样率 4ms、双边接收方式,应用 40Hz 雷克子波并采用声波波动方程有限差分法开展正演模拟,分别获得 8 条测线的炮集记录。KU1KU2高速砾岩抽取测线Ln01Ln02Ln03Ln042000m/s2500m/s3500m/s4500m/s6000m/s3900m/s界面1界面2界面3界面4Ln05Ln06Ln07Ln08正演测线号共中心点坐标/m15000750022500300000图 4 库车山前带 YKB 地区地质模型图Fig.4 Geological model of YKB area
21、in Kuqa piedmont zone2000时间/ms4000速度/(ms-1)速度/(ms-1)速度/(ms-1)速度/(ms-1)30005000时间/ms30002000100015002500300020001000150025003000200010001500250030002000100015002500时间/ms时间/ms200040003000500020004000300050002000400030005000(a)共中心点坐标:2850m(b)共中心点坐标:7500m(c)共中心点坐标:12000m(d)共中心点坐标:15350m3225m/s3615m/s345
22、0m/s3710m/s图 5 Ln04 测线界面 4 不同共中心点坐标处叠加速度谱图Fig.5 Stacking velocity spectra of interface 4 at different CMP coordinates on Line Ln04在此基础上抽取共中心点(CMP)道集,并依据速度谱上能量团的大小拾取各界面的叠加速度。图 5为 Ln04 测线在不同共中心点坐标处的地震叠加速度谱,其中砾岩尖灭点位于共中心点 7500m 附近,在该坐标处界面 4 的叠加速度比两侧的速度高,通过每隔500m进行速度拾取,得到的叠加速度呈“低高低高”的特征,砾岩尖灭点处的速度表现为明显的局部
23、高异常(图 6)。韩波等:近地表砾岩发育区地震速度特征分析及应用121第 5 期500040003000200010000500040003000200010000XL1XL201XL401XL601XL801 XL1001 XL1201 XL1401XL440XL640砾岩XL440 XL6404360m/s4000m/s时间/ms测线号测线号测线号时间/ms30003500400045005000KU1KU2LN930LN830LN730LN630LN530LN430LN1030LN1130 LN1230XL672XL772XL572XL472XL372XL272高速异常带主测线(a)叠加
24、速度剖面(b)叠加速度谱(c)白垩系卡普沙良群巴西盖组顶界面叠加速度平面图联络测线速度/(ms-1)速度/(ms-1)5200480044004000380042004600500046004600480050005200440048004600480044004400460042004800500040004400420040003800360046004800460044004200460046004400420040003800图 7 库车山前带 YKB 地区叠加速度特征图Fig.7 Stacking velocity characteristics in YKB area in Kuq
25、a piedmont zone3900370035003300310030003200340036003800025005000750010000125001500017500200002250025000共中心点坐标/m叠加速度/(ms-1)叠加速度拟合线速度趋势线图 6 Ln04 测线界面 4 叠加速度散点及速度趋势图Fig.6 Stacking velocity scatter points and velocity trend curve of interface 4 on Line Ln04实际采集的地震资料也具有相似的特征,图 7a是库车山前带 YKB 地区沿砾岩展布方向的叠加速度
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