西湖凹陷某区块花港组地层的地震时深转换研究_徐晓宇.pdf

2020年第12期西部探矿工程 * 收稿日期 2020-03-19修回日期 2020-03-19 作者简介 徐晓宇 （1995-） ， 男 （汉族） ， 山东济南人， 中国海洋大学在读硕士研究生， 研究方向 海洋地球物理。 西湖凹陷某区块花港组地层的地震时深转换研究 徐晓宇* （中国海洋大学， 山东 青岛 266100） 摘要 西湖凹陷位于东海陆架盆地东北部,是东海最大最深的含油气凹陷， 是我国进行海洋油气勘 探开发的重点区域之一。在地震勘探中， 地震资料的时间剖面虽然可以反映构造的形态、 位置， 但是 不能确切表示界面的深度和产状， 而时深转换可以将时间剖面转换成深度剖面， 更加准确地表示界 面的深度和产状。以西湖凹陷花港组地层为研究对象， 综合运用地质、 地震、 测井等资料， 利用Geo- frame软件， 通过对测井数据时深关系的拟合， 对地震数据进行时深转换， 绘制构造图， 包括等t0图、 构 造等深度图以及深度地震剖面图， 明确研究区的地下构造的真实分布形态。研究表明， 在西湖凹陷 研究区内发育有大量断层以及反转构造， 具有良好的油气发育条件。 关键词 西湖凹陷； 时深转换； 油气预测； Geoframe 中图分类号 P613 文献标识码 A 文章编号 1004-5716202012-0095-05 陆上石油天然气勘探开发已然进入后期阶段， 未 来海洋油气资源的勘探开发将会是制约经济发展的关 键， 取得海上领域油气勘探的主动权， 就取得世界经济 的制胜点。而西湖凹陷富含油气资源， 是我国近海的 一个重要含油气区。 西湖凹陷具备大、 中型油气藏形成的基本油气地 质条件， 其中中央反转构造带发育反转背斜， 面积大， 具有巨大的油气资源潜力。目前， 对于中央反转构造 带区域的系统研究亟待加强。凹陷的中央反转构造带 多期的反转断裂活动与反转作用有关的背斜或断褶等 构造， 有利勘探区面积达2104km2[1]。但是该区油气地 质条件复杂， 一些学者已经对西湖凹陷进行了油气勘 探研究， 取得一些成果和进展， 但是目前， 西湖凹陷中 央反转构造带研究区域钻井明显不足， 总体勘探程度 较低[2]， 因此研究西湖凹陷花港组地层地震时深转换对 于西湖凹陷的油气勘探有着重要的学术价值。 之所以要进行时深转换的原因是地震资料的时间 剖面纵然可以反映构造的形态、 位置， 但对于界面的深 度和产状等无法提供准确的信息[3]。进行时深转换可以 更加准确地得到地下的地质层位和产状。对进一步查 明该地区的油气地质条件和油气分布规律有很大帮助。 1区域地质概况 西湖凹陷总体上为 “两洼夹一隆” 的构造格局， 且 具有 “东西分带， 南北分块” 之构成特征。西湖凹陷总 体上可以划分为3个一级的构造带， 分别是西部斜坡 带、 中央反转构造 （断隆） 带、 东部陡坡断隆带[3]。根据 新生代的构造格局及油气赋存状态等特征， 又可以将 三个一级构造划分为由西向东的西部斜坡带、 西部洼 陷带、 中央反转构造带、 东部洼陷带和东部断阶带五个 次级构造单元。 2时深转换原理 时深转换是将地震数据从时间域信号转变为深度 域信号的一个必要处理环节， 是通过地震数据进行构 造解释的一个至关重要的步骤[5]。在油气勘探过程中， 多特指将地震剖面时间域层位转换到深度域。 时深转换就是在地震数据上进行层位追踪、 断层 解释， 得到T0反射数据， 然后求出时深转换所需要的速 度， 通过公式HTV/2即可求出深度[5]。所以速度的求 取在时深转换的过程中就显得尤为重要。地震勘探中 常用速度有以下几种 （1） 平均速度 平均速度就是地震波垂直穿过一组 水平层状介质中某一界面以上各层的总厚度和总的传 播时间之比[6]。n层水平层状介质的平均速度Vav为 Vav∑ i1 n hi/∑ i1 n hi Vi ∑ i1 n tiVi/∑ i1 n ti 式中 hi、 Vi、 ti每一层的厚度、 速度和传播时间。 95 2020年第12期西部探矿工程 （2） 均方根速度 把地层是水平层状介质的情况下 的反射波时距曲线近似地看成是一条双曲线[7]， 通过该 双曲线求出的速度为均方根速度。也就是说， 均方根 速度的意义就是把各层的速度值的 “平方” 按时间取其 加权 “平均” 值， 而后取 “平均根” 值。 （3） 叠加速度 一般情况下， 可将共中心点反射波 的时距曲线看成是一条双曲线， 用一个共同的式子来 表示 t2t 2 0 x2 V 2 a 式中 Va叠加速度。 （4） 层速度 在地震勘探中， 某一地层的层速度就 是某一相对稳定或岩性基本一致的沉积地层所对应的 速度。层速度是对地震资料进行地质解释很有用的资 料。一般认为 沉积岩中的同地层的地质年代、 岩性基 本上是一致的， 在同一层内的速度变化主要受埋深、 岩 性和物性变化控制[7-8]。 在不同的勘探区， 求取时深转换的速度的方法是 不同的， 通过总结， 大致有以下几种情况 （1） 在区内构造简单的勘探区， 井位密集而且分布 比较均匀的情况下， 采用钻井的时深关系表求出钻孔 的平均速度， 再选取合适的网格化方法， 推算全区的平 均速度， 并用该速度进行时深转换[6]。 （2） 在没有钻井的情况下， 采用叠加速度谱， 通过 叠加速度谱推导出平均速度， 利用所推导出的平均速 度进行时深转换。通常情况下， 叠加速度的横向变化 可以反映勘探区的构造形态， 所以， 由其推导出的平均 速度也可以反映勘探区的构造形态[9]。因此我们进行 时深转换后也可以实现勘探要求。 （3） 在区内钻井少、 构造复杂， 或是钻井多但是分布 比较分散且不均匀的情况下， 若是只采用钻井来推算的 平均速度或是由叠加速度推导得出的平均速度就都不 能满足勘探的精度要求， 此时应该把叠加速度和钻井速 度结合起来， 从而得到精确的并且符合规律的速度。 在通过测井的数据得到时深关系之后利用已有的 层位信息， 即可实现对勘探区的时深转换。 3时深转换分析 本文研究区域的井位如图1所示， 井位分布于整个 勘探区内， H1、 H2位于勘探区的中上部， H3、 H4则比 较靠近勘探区的边界， 且分布较为平均， 符合上文中的 第一种情况， 所以利用钻井资料求取每个测井的时深 关系进行比对， 再通过将四口测井的数据进行平均， 从 而推算出全区的时深关系， 再求取平均速度即可。 图1研究区域井位示意图 3.1构造等t0图及拟合时深公式 根据前期野外采集的地震数据中勘探测网的网格 间距， 确定横纵测线交点处的反射波双程旅行时， 找到 旅行时形同的交点， 根据构造等t0图的绘制要求， 再将 所有交点根据数值连起来， 形成等值线， 再通过分析将 断层标注在图上， 绘制成下图所示的西湖凹陷某区块 构造等t0图 （图2所示） 。 图2构造等t0图 构造等t0图采用1 ∶ 10000的比例尺， 等值线间距为 100ms。总体来看， 该勘探区的地震波双程旅行时的范 围在2700～3600ms之间。旅行时时间由ES-NW逐渐 增大， 可以看出， 地层深度由东南向北西逐渐增大。断 96 2020年第12期西部探矿工程 裂走向总体呈NE走向， 统计可见断裂约有25条， 且断 裂大多发育在等值线较为密集的区域。断裂的延伸长 度代表了其规模大小， 在勘探区的右下部地层相对较 浅的区域断裂最为集中， 断裂规模也普遍较小， 推测为 裂陷期生长断层在后期受到挤压形成。 3.2拟合时深公式 在勘探区内选取四口丼， 用其数据拟合时深公式， 拟合公式如下 Yat2btc 式中 Y某点深度； t某点地震波的双程旅行时； a、 b、 c拟合因子。 公式两端对t进行求导， 得到时速关系式为 V2atb 一般情况下， 在岩石形成的地质年代和岩石的岩 性形同的条件下， 地震波在岩石中的传播的速度是和 岩石的埋深有关的， 岩石埋深越深， 地震波的传播速度 越大， 根据这一原理， 我们可以通过检查拟合出来的时 深关系所对应的速度是否符合这一规律来判断时深公 式是否合理。 根据时深公式的计算方法， 对其中四口井的数据 进行拟合， 经过计算得出四口井的拟合曲线是开口向 上的抛物线， 且形态相近， 得出的时深关系二次项系数 相差不大， 说明这四口井所在位置的地质年代和岩性 相差不大， 所以用所选取的四口井， H1、 H2、 H3、 H4的 数据进行平均， 从而推算全区的时深关系， 得到如下时 深关系曲线和时深公式 H 272.41t2 584.58t 53.238 四口测井的平均时深关系曲线是一条平滑的开口 向上的抛物线， 随着深度逐渐的增加， 曲线的变化趋势 也逐渐变大， 对其求导得 V544.82t584.58 求导得到的公式是一个斜率为正的直线， 不难看 出， 随着深度增加， 曲线斜率增大， 也就是对应的速度 增加， 符合地震波的速度随岩石埋藏深度的增大而增 大这一一般规律， 所以可以判定将四口测井的测井数 据进行平均之后， 拟合所得的时深关系是真实有效的。 3.3平面时深转换 根据前文得出的时深转换公式， 对研究区进行时 深转换， 得到如图3所示的构造等深度图。 所得构造等深度图呈 NE 走向， 等值线间距为 100m。总体来看， 最小深度为3600m， 位于勘探区的东 北角位置， 最大深度为5700m， 位于勘探区的西北侧。 总体深度由ES-NW逐渐增大， 并在局部出现等高线 闭合的现象。 由图中可以看出， 该勘探区存在三处深度等值线 线非常密集的区域 （黑色圆圈标注的A、 B、 C三块区 域） ， 深度等值线密集说明该处地形变化剧烈， 地势较 陡。在区域 D 内， 深度等值线先是由 3800m 减小到 3500m， 再由3500m增加到3800m， 所以可得D区域是 一个小型的背斜。 图中C区域， 等值线密集， 深度变化大， 且在该区 域的右上部， 等值线变化剧烈， 发生弯折， 推测该位置 可能发育有断层。且在C区域旁出现深度等值线闭合 的现象， 推测是一圈闭构造， 走向与勘探区域走向相 同， 长约为2104m， 宽约为7km， 是重点的研究区域， 在 进行地震资料剖面的时深转换时将选取穿过C区域的 剖面进行更为详细的研究。 除此之外， 在A、 B两区域也存在类似情况， B区域 内等值线甚至出现重叠的趋势， 推测该区域发育有断 层。并且， 在B区域旁也是出现了深度等值线闭合的 现象， 推测是一小型的圈闭构造， 长约 9km， 宽约为 6km。 3.4剖面时深转换 选取B、 C两处较为典型的区域进行地震剖面的时 图3构造等深度图 97 2020年第12期西部探矿工程 深转换。 结合前文图1研究区域井位示意图， 在勘探区内选 取两条剖面， 两条剖面附近均分布着一口测井， 两条剖面 分别对应着井H4和H2。选取剖面之后， 利用剖面附近 的测井资料， 对所选剖面进行时深转换， 将时间地震剖面 转换成深度地震剖面。得到如下两条深度地震剖面。 剖面1 （图4） 剖面1穿过C区域下部， 在横向上 0～12000m区域内， 反射层起伏不大， 变化比较小， 在 12000～22500m区域内， 反射层的起伏变大， 在22500m 之后， 反射层的变化又趋于平缓。该剖面内反射层出 现不连续， 但从图中未见明显位移， 剖面1位于盖层边 缘， 后期构造特征不明显。 图4深度地震剖面图 （剖面1） 图5深度地震剖面图 （剖面2） 剖面2 （图5） 剖面2穿过B区域， 剖面的中部发育 有几条断层， 与构造等深度图中深度等值线密集的位 置相对应。在横向上 13000～18500m、 深度 2000～ 2500m的区域上发育有三条明显的断层， 根据两侧反 射层的相对位置判断它们均为正断层， 形成左侧地堑 右侧地垒的构造分布， 而且地垒所在位置大致为整个 圈闭的顶端中心， 由于构造挤压运动使得强反射层相 对于两侧地层发生向上的位移。推测该处对油气的运 移有一定的影响。在剖面中部发育有垒堑复合型断层 组合。表现为一系列相向倾斜的正断层形成的地壁与 一系列反向倾斜的正断层形成的地垒相间排列。在横 向上 12500～20000m 范围内， 出现强反射层， 顶部在 2400m左右， 推测该处地层的物性参数有较大的变化， 故该处可能是油气或油水分界面。联系构造深度图， 在3500～4000m的深度该处仍存在类似的构造， 所以 推测该处存在一个较大的圈闭构造。 4结论 本文通过对西湖凹陷某区块花港组地层的地震数 据分析， 提取勘探区四口测井的数据， 将数据进行拟 合， 得出准确的时深转换公式， 利用Geoframe软件对地 震数据进行时深转换， 绘制构造等t0图和构造等深度图 以及深度剖面， 对该区域的地形及构造情况做出分析， 明确研究区发育各种断层及圈闭类型， 在总体勘探程 度较低情况下， 结合区域地质概况分析， 对研究区古近 系花港组层段展开时深转换的研究。 （下转第102页） 98 2020年第12期西部探矿工程 et al., 2019。 5结论与展望 球坐标系下的大地电磁正演模拟研究， 在三大数 值模拟方法上已经各有进展。其中有限元法已经催生 出一大批较为成熟的软件， 但是由于全球尺度的大地 电磁正反演解释涉及计算区域大， 计算量巨大， 针对球 坐标系下 （全球尺度） 的大地电磁有限元正演模拟的研 究较少； 而积分方程法和有限差分法由于具有相对高 效， 在球坐标系下 （全球尺度） 的大地电磁正演模拟中 得到了广泛的应用。 随着资源勘探开发的深入， 全球尺度的地球物理 勘探研究得到了越来越多的重视， 相信在同行们的努 力下， 这一技术在精度、 速度、 适应性等方面将有所突 破。人工智能在各个科学研究领域都得到了广泛的应 用， 相信不久的将来， 机器学习也将在球坐标系下的大 地电磁正、 反演中得到广泛的应用。 参考文献 [1]滕吉文,等.中国地球动力学研究的方向和任务[J].岩石学报, 2010,2611. 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[10]Ting SC,Hohmann GW.Integral Equation Modeling of Three- dimensional Magnetotelluric Response[J].Geophysics,1981,46 2182-197. （上接第98页） （1） 构造等深度图的结果中可以发现， 该勘探区在 上、 下两部分区域存在地势突变较大的区域， 说明该区 域经历过大规模的构造运动。 （2） 从深度剖面图中的结果中识别出地堑及地垒 地堑复合型断层， 可以看出该勘探区发育大量反转构 造,背斜发育,面积大。在B、 C两区域存在圈闭构造， 在穿过C区域的剖面上有明显的强反射层的出现， 可 能是油气或者油水的分界面， 且在剖面图上可以看出 发育有良好的盖层， 所以推断在B、 C两块区域发育有 油气。通过两幅剖面图的对比， 可以看出剖面2的质量 更好。这主要是以下两个原因造成的 第一， 测井资料 的质量存在差异； 第二， 在进行剖面的时深转换时， 测 井的位置距离剖面的位置不一致， 有近有远， 从而导致 测井资料对剖面时深关系的约束不同。 （3） 由得出的构造等深度图和深度剖面图可以看 出， 在构造等深度图上出现的圈闭以及深度等值线变 化剧烈的地方可以较好的与深度剖面图上出现的断层 等构造的位置相吻合， 所以根据提取出的勘探区的测 井数据， 拟合的时深公式是准确可靠的。因此， 本文中 采用的时深转换的方法是切实可行并且行之有效的。 参考文献 [1]张银国.东海西湖凹陷花港组油气地质条件与油气分布规 律[J].石油实验地质,2010,323223-226. [2]姜文斌.东海西湖凹陷中央反转构造带成藏特征研究[D].中 国地质大学北京,2012. [3]徐国盛,等.西湖凹陷中央反转构造带花港组致密砂岩储层 成岩环境演变与孔隙演化[J].成都理工大学学报自科版, 2016,434385-395. [4]宋小勇.东海盆地西湖凹陷构造样式及其对油气聚集的控 制[D].中国地质大学北京,2007. [5]贾凌云,林年添,赵蕾.地震波时深转换方法初探[J].图书情报 导刊,2011,219191-193. [6]陈传仁,周熙襄.一种精确层速度反演方法[J].物探化探计算 技术,1999,213212-215. 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