歧北火成巖發育區下伏地層時深轉換方法研究

蔡紀琰， 李德郁， 秦 童， 王明春， 左中航

(中海石油(中國)有限公司 天津分公司 天津 300459)

0 引言

歧北火成巖發育區位于渤海某海域B凹陷的東北部，A凹陷西南部，D凸起西北部，研究區內火成巖發育面積達600 km2之多。工區內鉆井揭示：該區火成巖沿深大斷裂呈中心或裂隙式噴發，噴發中心在CFD1井附近，最厚處達587 m。受火成巖的影響，常規時深轉換方法將產生較大誤差，造成基于鉆井資料的深度預測不準和真實構造與等t0圖形態差異較大等問題，給井位部署帶來較大風險[1-3]。而該區火成巖厚度分布不均，平面變化較大，同時火成巖的高速高密特性對下伏地層成像屏蔽作用明顯，造成火成巖內及下伏地層成像不清，速度拾取能量團不聚焦，疊加速度場誤差較大，這些都為時深轉換帶來較大困難[4-6]。目前，關于特殊地質體下伏地層成圖方法主要有以下3種：①厚度校正法[7]；②速度填充法[8]；③變速成圖方法[1-4]。對于厚度校正法其局限性在于誤差平面圖與原始構造圖之間的關系難以把握，且誤差平面圖主要通過簡單地求取火成巖的空間厚度變化得到的,整體上構造成圖誤差較大；對于速度填充法局限性在于它主要是用特殊地質體井間速度替換疊加速度，對疊加速度場的質量和井點的數量要求比較高；對于變速成圖方法，主要利用疊加速度場求取層速度，再用井點進行約束，對疊加速度場的精度要求比較高。如何在構造成圖時消除高速火成巖的影響，對解釋成果進行準確的時深轉換，是比較棘手的問題[9]。本次研究通過結合該地區火成巖大面積發育的特點，提出速度填充結合厚度校正的方法。

圖1 區域位置圖Fig.1 The regional position

圖2 歧北地區火成巖發育模式圖Fig.2 The development pattern of igneous rocks in the north of the Qibei area

1 火成巖發育特征

鉆井資料揭示：歧北地區火成巖發育區(圖1)火成巖分布層位包括沙河街組、東營組和館陶組，其中以館陶組規模最大(圖2)。

東營組和沙河街組主要發育為小范圍零星分布的侵入巖，對下伏地層時深轉換影響較??；而館陶組火山活動規模相對較大但持續時間較短，巖相主要為噴發相、溢流相及火山沉積相，其中近火山口附近以溢流相、爆發相為主，中間夾雜沉積相，向邊緣逐漸過渡為沉積相，CFD1井附近館陶組火成巖厚度最大達587 m，巖性主要為玄武巖、凝灰巖和玄武質、凝灰質沉積巖等多種巖性疊置，并見零星閃長巖分布，以CFD1井為中心向周圍火成巖厚度逐漸減薄，直至邊緣變為正常沉積巖。地震剖面顯示：館陶組火山巖體基本保持原始狀態，火成巖內部呈雜亂弱反射，外形上整體呈傘狀或蘑菇狀，與上覆和下伏地層連續性強反射特征差異較大，易于識別(圖3)。

圖3 過CFD1井地震剖面Fig.3 The seismic profile of CFD1 well

圖4 圍巖替換理論示意圖Fig.4 The schematic diagram of ray theory

2 火成巖下伏地層構造成圖

根據研究區火成巖發育特點，已知火成巖厚度、速度以及圍巖速度，依據圍巖替換的射線理論(圖4)通過公式(1)可求出火成巖引起的下拉深度。根據這一原理，火成巖下伏地層構造成圖研究流程如圖5所示。

ΔH=V火*T-V背景*T

=V火*H火/V火-V背景*H火/V火

=H火(1-V背景/V火)

(1)

1)根據火成巖在已鉆井合成地震記錄及地震剖面上的反射特征，再通過精細標定確定火成巖的頂底，結合地震屬性確定火成巖分布范圍，進而得到火成巖的時間厚度。

2)根據噴發相地質模式，利用已鉆井處火成巖百分含量與層速度關系，及其與時間厚度關系，得到火成巖的百分含量，進而得到火成巖層間速度，再根據已得的火成巖時間厚度即可得到火成巖發育區厚度。

3)根據已鉆井火成巖與圍巖速度關系，在原時深關系基礎上消除火成巖影響，得到該區圍巖替換的時深關系，再根據追蹤的火成巖頂底時間圖，進而得到圍巖替換的火成巖發育區厚度。

4)將火成巖發育區厚度與圍巖替換的火成巖發育區厚度求差得到校正厚度，再對火成巖下伏地層圍巖替換后的深度圖進行校正進而得到校正后的構造圖。

圖5 火成巖下伏地層構造成圖流程圖Fig.5 The flow chart of the igneous underlying strata structure mapping

2.1 火成巖識別

首先根據火成巖在地震剖面上的特點(圖3)，火成巖頂面呈低頻強振幅連續性反射，內部地層呈低頻中弱振幅雜亂反射，底面呈低頻弱振幅較連續性反射，據此對火成巖的頂面和底面進行追蹤，得到火成巖頂底等t0圖，進而得到火成巖的時間厚度(圖6)。地震屬性(圖7)證實了火成巖展布的可靠性。

圖6 火成巖時間厚度圖Fig.6 The time thickness map of the igneous rock

圖7 館陶組內部均方根振幅屬性Fig.7 The RMS amplitude of Ng formation

2.2 圍巖替換的時深關系求取

從圖8(a)中可以看出：該區由于火成巖的存在使多井時深關系發生分離。由圖8(b)可以看出，圍巖替換后時深關系吻合較好，說明去除火成巖影響后區域時深關系是穩定的。

2.3 校正厚度的求取

根據該區火成巖發育呈現中心噴發式特點，利用已鉆井火成巖百分含量與時間厚度可預測工區內的火成巖百分含量(圖9)，由圖9可以看出，越靠近噴發中心火成巖的時間厚度就越大，火成巖百分含量也越高。再根據已鉆井火成巖百分含量與層速度的關系，可得研究區內火成巖層速度變化(圖10)，從而得到火成巖發育區厚度即未進行圍巖替換的發育區厚度(圖11)。根據圍巖替換的時深關系，結合火成巖的頂底即可得到圍巖替換的火成巖發育區厚度(圖12)，火成巖發育區厚度減去圍巖替換的火成巖發育區厚度即可得到校正厚度(圖13)。從我們求取校正厚度的過程可知，該方法不僅考慮了火成巖的影響，也考慮了構造起伏變化等其他因素的影響，是一個綜合考慮所有影響時深轉換因素的過程。

圖8 工區內七口井的時深關系Fig.8 The seven wells time depth relationship in the Qibei area(a) 原始的時深關系;(b) 圍巖替換的時深關系

圖9 工區火成巖百分含量分布圖Fig.9 The percentage composition distribution diagram of the igneous rock

圖10 工區內火成巖層間速度變化圖Fig.10 The inter layer velocity variation diagram of the igneous rock

4 應用及效果分析

根據圖14可知：北部CFD1井附近火成巖較發育區域構造形態變化較大，向南構造形態變化逐漸減小，無火成巖區域構造基本無變化。整體上來說由南向北構造高點埋深增加，閉合幅度變陡；從表1可知，預測深度誤差在10m以內，相對于常規曲線擬合方法成圖，新方法成圖精度明顯改善，平均改善比達到了70%。

從圖15可知時間的低部位是油層而高部位為水層，說明該區有速度異常，研究認為該異常由于該區火成巖厚度分別不均引起的。圖16、圖17分別為東二段等t0圖以及新方法得到的構造圖，可見應用新方法進行時深轉換考慮了該區火成巖厚度分布不均的影響，時間上的高部位時深轉換后變為深度上的低部位，解決了同一地震層位CFD3井與CFD4井油水界面矛盾的問題，這也充分說明了新方法有效可行。

5 結論

通過對歧北地區火成巖下伏地層時深轉換方法的研究主要得到以下幾點認識：

圖11 火成巖發育區厚度Fig.11 The thickness of igneous rocks development zone

圖12 圍巖替換的火成巖發育區厚度Fig.12 The thickness of igneous rocks development zone replaced by surrounding rock

圖13 校正厚度Fig.13 The corrected thickness

圖14 校正厚度與館陶組底面校正前后深度疊合圖Fig.14 The overlapping graph of correction thickness and the depth of Guantao group before and after correction

實鉆深度/m預測深度/m預測誤差/m常規曲線擬合方法新方法常規曲線擬合方法新方法相對改善館陶組2318.72290.62328.3-28.19.60.658363東二上段27542717.22744.3-36.8-9.70.736413

圖15 CFD3井與CFD4井油水界面對比圖Fig.15 The comparison of oil water interface between CFD3 well and CFD4 well

圖16 東二上段等t0圖 Fig.6 The time graph of E3d2l

圖17 新方法東二上段深度圖Fig.17 The depth graph of the new method of E3d2l

1)歧北火成巖發育區，火成巖速度大分布廣，且厚度分布不均，依據現有的地震資料常規成圖方法無法滿足構造成圖的需求，必須要考慮怎樣消除火成巖對時深轉換的影響。

2)通過對歧北地區火成巖的研究，探索出了一種操作簡單、適用性強的時深轉換方法，即利用已鉆井統計的圍巖速度進行合成地震記錄替換，再聯合地震信息和已鉆井信息求出火成巖發育區厚度進行校正，從求取校正厚度的過程中可以看出，該方法不僅考慮了火成巖高速體的影響，還考慮了構造起伏等其他原因造成速度異常引起的影響。因此采用此方法求取校正厚度對構造圖進行校正，可以提高構造成圖的精度。

3)這種方法對于大面積分布、厚度變化大，速度存在異常的特殊巖性體地區都具有很好的借鑒作用。

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