地震速度研究

1、第五章第五章 地震速度分析地震速度分析一、影響地震速度的幾個(gè)因素地震縱波速度名詞很多，如疊加速度、視速度、等效速度、均方根速度、瞬時(shí)速度、反演速度、層速度、平均速度、偏移速度，多次波速度、繞射波速度、低速帶速度、虛速度、擬速度、DIVA差異速度、HVA層面速度等，有人統(tǒng)計(jì)類似速度的詞可能有40多個(gè)。隨石油物探工作的進(jìn)一步深入，可能還會(huì)出現(xiàn)更多的速度名詞。有的速度名詞涉及到理論分析，有的是處理方法中所叫的名詞，地質(zhì)解釋人員最關(guān)心兩個(gè)速度：層速度和平均速度；前者與巖性預(yù)測有關(guān)，后者則與時(shí)深轉(zhuǎn)換有關(guān)。正象速度名詞很多一樣，影響速度的因素也很多。可以說速度隨巖性、深度、孔隙度、水飽和度、密度、溫度、壓

2、力等均在變化。但在特定的地質(zhì)背景下，影響因素也比較單一。如同一河道砂體，在埋深不變、不含油氣的情況下，其速度則只受孔隙度和泥質(zhì)含量的影響；若不含泥質(zhì)隔、夾層時(shí)，則速度變化就比較唯一地反映了孔隙度的變化。1.巖性：巖性：層速度一般介于2500-6500m/s。1火成巖速度白云巖石膏灰?guī)r砂巖頁巖 鹽 巖，不同巖性具較寬的速度重疊范圍。不利于用速度預(yù)測巖性。碎屑巖的層速度則多在3000 -4500m/s”2.孔隙度及所含流性質(zhì)的影響孔隙度及所含流性質(zhì)的影響一般從實(shí)驗(yàn)室測定或測井資料顯示均表明，孔隙度增大，速度則減小。含氣后，速度明顯減 小。油層速度一般略小于水層速度。 在聲波測井中，我們可以統(tǒng)計(jì)砂巖

3、的孔隙與時(shí)差的關(guān)系，從而計(jì)算孔隙度。Wyllie(1956)方程: porosity; s: Skelton; f: fluid; : acoutic time diferencetftttsstDomenico效應(yīng)：當(dāng)孔隙較大時(shí)，儲(chǔ)層部分含氣會(huì)造成與全部含氣相當(dāng)，或甚至更大的降速 效應(yīng)。Domenico效應(yīng)提醒地質(zhì)家用速度降低判斷氣層具一定的風(fēng)險(xiǎn)性，他們可能是一個(gè)非工業(yè)性氣層。含氣5-10%時(shí)，速度降低率要大于100%含氣的情況3.圍壓和孔隙壓力：圍壓和孔隙壓力：圍壓包括上覆地層壓力和構(gòu)造水平運(yùn)動(dòng)的擠壓力。該值越大、速度越大。圍壓與埋深和造山帶遠(yuǎn)近有關(guān)。 孔隙流體壓力在開放系統(tǒng)中為靜水壓力和

4、流水壓力。在封密的欠壓實(shí)帶系統(tǒng)中，流體壓力接 近于圍壓。一般孔隙流體壓力越大，速度越小。用層速度預(yù)測異常高壓帶就是基于這一道理。兩個(gè)孔隙度不同的樣品，速度隨差異壓力的變化情況。p=o意味圍壓等于孔隙壓力 二、地質(zhì)解釋中常用的幾個(gè)速二、地質(zhì)解釋中常用的幾個(gè)速度概念和求取途徑度概念和求取途徑1.三種速度來源：三種速度來源：聲波時(shí)差測井：提供每米厚度的時(shí)差，其倒數(shù)相當(dāng)于每米地層的速度，可看成1m地層的層速度VSP測井：幾乎專用于求取準(zhǔn)確地震速度的一種測井，可獲得準(zhǔn)確的時(shí)深關(guān)系，進(jìn)而得到準(zhǔn)確的地震平均速度和地震層速度。 速度譜：動(dòng)校時(shí)產(chǎn)生的一種可達(dá)到同相相加后獲得最大振幅的掃描疊加速度.隨深度to的變

5、化。 2.幾個(gè)速度概念幾個(gè)速度概念(1)平均速度： 一般從地震基準(zhǔn)面(0秒對應(yīng)的海拔高程)起算：設(shè)從基準(zhǔn)面至地層界面的反射雙程時(shí)間為t0、距離為H，則V為V=2H/t0 (定義公式)或VSP求用疊加速度也可以求平均速度。一般先求層速度，最后再求平均速度。變速構(gòu)造圖多這樣求取平均速度。 用聲波測井資料求取由此式計(jì)算的平均速度不是從基準(zhǔn)面起算，而是從補(bǔ)心起算的，但二者可以通過校正互換 。ninitiHiHiV11(2)層速度定義公式為H: 厚度;to: 通過該段厚度地層的雙程時(shí)間，可用VSP資料直接求取。 也可用聲波資料求取:onobabTTHHtHV)(220intninitiHiHiV11第三

6、種途徑是用Dix公式和疊加速度求取V均 = V疊cos 202)(411xtVV疊疊01020121022tttVtVV均均層 (3)疊加速度： 它是解釋當(dāng)中用于求取層速度和平均速度的原始速度。通常在地震剖面上直接可以求取。剖面上方每1km有一個(gè)速度數(shù)據(jù)表，由to1疊加速度、層速度三列數(shù)據(jù)組成t0(s)Vrms(m/s)Vint(m/s)0.5230023000.8290030501.2310034502.5320036004.0400042005.856005000疊加速度的另一種表示方法為這種形式的速度譜資料應(yīng)用前先需進(jìn)行解釋，刪除高速的繞射波能量團(tuán)和低速的多次波能量團(tuán)，正常一次反射波的速

7、度一般呈隨深度增大而線性增加。 無論是數(shù)據(jù)表，還是譜圖，在你所要查詢的to深度，并不一定有對應(yīng)的疊加速度值或高能量團(tuán)對應(yīng)。所以，通常需要采用線性內(nèi)插的方法獲得你所要查詢的to值對應(yīng)的疊加速度。三、速度誤差分三、速度誤差分析析1.速度彌散：速度彌散：聲波測井速度通常與地震速度大小并不一致，而且淺層往往是V地震 V測井， 深層V地震 V測井。二者分界線在to=1秒附近。二者相差可達(dá)10-15%。這一現(xiàn)象叫速度彌散。它是造成合成記錄與井旁實(shí)際地震道吻合不好的重要原因之一。引起速度彌散的原因尚不十分清楚。從理論上講，聲波測井與地震波的頻率相差很大：前者一般大于10000HZ，最高達(dá)20000-3000

8、0HZ，后者震源頻率一般小于100HZ。頻率越高，速度越高。這只能解釋淺層聲波速度大于地震波速度的情況。深層聲波速度小于地震速度用頻率的影響難以解釋。這時(shí)，應(yīng)該考慮高溫高壓以及淺層井眼的壓力降低等多種因素對測井聲波和地震聲波的共同影響，深層的巖石在井眼周圍易形成微裂縫，它會(huì)使聲波測井速度降低，泥巖的彌散大于砂巖，這可能與井壁垮塌影響及裂理影響 有關(guān)。實(shí)驗(yàn)表明，速度彌散與含水飽和度成正比，與有效應(yīng)力成反比，與孔隙度成反比。2.非平行傾斜層的層速度誤差非平行傾斜層的層速度誤差用Dix公式計(jì)算傾斜層層速度時(shí)，對疊加速度進(jìn)行傾角校正，所算結(jié)果比較精確。但當(dāng)界面彎曲(圖5-13)或非平行時(shí)(圖5-17)

9、，Dix公式所算層速度則有較大誤差。所算層速度一般比真實(shí)層速度偏大6-8%(非平行傾斜層)、到40%(彎曲界面)，后者的絕對誤差可達(dá)1250m/s。層速度界面位置也會(huì)發(fā)生變化。對于非平行傾斜層，或彎曲界面，準(zhǔn)確求取層速度的辦法是用從正常時(shí)差出發(fā)，用射線追蹤法計(jì)算層速度。baaabbtttVtVV222intaabbaabbdVtVdttVdVVVdVVVVdVintintintintintint3. Dix公式本身的誤差公式本身的誤差用全微分方式考察四個(gè)變量Vb、Va、tb、ta的誤差變化對Vint的貢獻(xiàn)。 )(2)(221)()()(2)()()(2(212int22int2int22222

10、222intintintaabaaabaababbbabbbaabaabbabaaabaababaabbabbbabbbdtttVVdVtttVdtttVVdVtttVVdttttVtVttVdVtttVdttttVtVttVdVtttVVVdV(3)dVa與dVb符號(hào)和dta、dtb符號(hào)都相反時(shí)，誤差大，符號(hào)相同時(shí)，誤差小。即工作中取值時(shí)應(yīng)避免頂、底界誤差的漲落變化。(1) (tb - ta)代表厚度，厚度越大，dVint越小(2) Vint越小, Vb &Va, tb & ta 越大, 各常數(shù)項(xiàng)絕對值越大，即誤差越大4.速度分析的極限厚度：速度分析的極限厚度：M.Begue

11、y(1978)等人對速度譜疊加曲線作過付里葉變換，求得它的頻譜為0-5HZ，最小采樣間隔為100ms，這也就是常規(guī)速度分析的極限厚度。沉積巖速度按3000-5500m/s計(jì)算，速度分析的最小厚度是150-275m。速度譜頻譜為0-5HZ，意味著最高頻為5HZ，即速度隨to最多在1秒內(nèi)變5次，0.1秒變化半個(gè)同期。若小于100ms，則疊加速度無變化，則無需取樣求層速度變化。四、用層速度測巖性的前提條件及速度校四、用層速度測巖性的前提條件及速度校正方法正方法1.前提條件：前提條件：(1)不同巖性、速度應(yīng)有差異，一般砂巖速度應(yīng)大于泥巖速度。(2)地層構(gòu)造不能復(fù)雜，如斷層縱橫交錯(cuò)，目的層頂?shù)捉绮黄叫械?/p>

12、。(3)目的層厚度應(yīng)大于100ms。(4)目的層巖性一般滿足二元組份的特點(diǎn)，即由泥和砂兩種成份組成。(5)研究工區(qū)要有足夠的疊加速度譜資料。不同巖性、速度應(yīng)有差異，一般砂巖速度應(yīng)大于泥巖速度。202)(411cosxtVVVV疊疊疊均2.數(shù)據(jù)預(yù)處理數(shù)據(jù)預(yù)處理(1)傾角校正。將 V疊轉(zhuǎn)換成V均, 在求層速度XT0(2)相位延遲校正：相位延遲校正：相位延遲指一般所取的最大波峰或波谷比實(shí)際地層界面的初至?xí)r間偏大 。由于它屬于系統(tǒng)誤差，對于厚層，其項(xiàng)底界相互抵消，可不校正。對于薄層，可通過層位準(zhǔn)確標(biāo)定的手段進(jìn)行校正，但校正后的層位界面的時(shí)間取值準(zhǔn)確性較難保證，因?yàn)槿斯ぷx數(shù)無嚴(yán)格參照點(diǎn)。(3)壓實(shí)校正：

13、異常高壓段的速度不反映巖性，其值通常偏小。如果預(yù)先知道一個(gè)正常壓實(shí)曲線的趨勢，則可找出一個(gè)異常的重心(中心)，將每個(gè)測點(diǎn)的速度值都增大一個(gè)重心到正常壓實(shí)趨勢的值。 一般存在異常壓實(shí)情況時(shí)，不宜作速度巖性預(yù)測，而預(yù)測異常壓力時(shí)可能較好。(4)深度校正速度不僅受巖性控制，而且受深度控制，要用速度預(yù)測巖性時(shí)，必須剔除深度的影響，即將層速度放在同一個(gè)深度上看其大小差異。方法是平行于壓實(shí)趨勢線(砂巖含量=50%時(shí)的速度- to曲線或速度-H曲線)，將各速度點(diǎn)平移至同一深度再取值。另一校正方法是剩余速度法。即把平面上研究目的層的每個(gè)速度值減去該點(diǎn)對應(yīng)深度下的正常壓實(shí)速度值，即得剩余速度。根據(jù)剩余速度直接轉(zhuǎn)

14、換巖性。這一方法更好使用。（5）速度彌散校正消除相同砂泥比條件下地震速度與測井速度的差異用地震速度加或減一常數(shù)消除或用求地震剩余速度的方法消除五、巖性指數(shù)量板的制作五、巖性指數(shù)量板的制作即統(tǒng)計(jì)出速度與巖性的關(guān)系可以用測井資料做，也可以用地震速度譜資料直接做?？梢允菆D表的形式，也可以是公式的形式。 (1)數(shù)理統(tǒng)計(jì)法：數(shù)理統(tǒng)計(jì)法：Exnon石油公司在珠海的例子。先根據(jù)圖形圖5-26判斷速度與深度的關(guān)系是一個(gè)冪函數(shù)。V=aZnV：速度Z：深度a：巖性指數(shù)n：比例指數(shù)用一系列已知V與Z的值，來統(tǒng)計(jì)計(jì)算a與n值，分別統(tǒng)計(jì)含砂0、30%、50%、70%、100%時(shí)的a 與n值。用最小二乘法。設(shè) (N代表樣

15、品數(shù))令 解方程組得0af0nf)ln)(ln(1)ln()(lnlnlnln112112111NiNiiiNiiNiiNiiNiiNiiiZnZNaZZZVZVnNiniiaZVf12)(在珠江口地區(qū)含砂0%時(shí)，a=145含砂30%時(shí)，a=176含砂50%時(shí)，a=191含砂70%時(shí)，a=208含砂100%時(shí)，a=251n=0.37(周長祥，1983)，(石油地球物理勘探第5期)(2)對應(yīng)取值法對應(yīng)取值法求純砂和純泥的速度-深度關(guān)系曲線，內(nèi)插含砂25%，50%、75%的統(tǒng)計(jì)線獲得。(3)散點(diǎn)法散點(diǎn)法用層速度做包絡(luò)線代表純砂、純泥的巖性-速度關(guān)系、內(nèi)插含砂25、50、75%的 統(tǒng)計(jì)線。無法排除第

16、三巖性的干擾。六、砂比平面圖制作六、砂比平面圖制作(1)先用疊加速度制作工區(qū)目的層的層速度平面圖。(2)用不同點(diǎn)的層速度值減去該點(diǎn)深度對應(yīng)的含砂=50%的速度，得到剩余層速度。(3)勾畫剩余速度等值線。(4)根據(jù)巖性量板上剩余層速度與含砂的關(guān)系，將剩余層速度平面圖轉(zhuǎn)換為砂比圖?；蛴孟率接?jì)算砂巖百分含量Ps式中Vs、Vm 和Vint分別為同一深度的測井純砂巖、純泥巖經(jīng)速度彌散校正的值和地震層速度, 用此公式時(shí)先需對Vint 進(jìn)行深度校正.(Ttotal=Tsand +Tmud)七、七、DIVA Differential Interval Velocity Analysis即層間差異速度分析，一種

17、高精度的疊加速度異常分析預(yù)測高孔隙帶或含氣帶的方法。也屬 于一種疊加速度分析速度異常、尤其是低速異常的方法。適用于厚砂層或灰?guī)r層等。對于一個(gè)巖性穩(wěn)定、厚度較大的儲(chǔ)層其速度變化可能主要反映孔隙發(fā)育程度或含氣狀況。在孔隙不發(fā)育或不含氣的情況下，我們說該儲(chǔ)層有一個(gè)背景層速度，該背景層速度一般用井資 料可以確定。如鄂爾多斯盆地T10T11的奧陶系碳酸鹽巖的背景速度是5000-5500m/s。平面上局部孔隙發(fā)育時(shí)，其層速度可能要低于這一背景速度，即小于5000m/s，而且孔隙越發(fā)育，速度越小。根據(jù)T10和T11界面的疊加速度，可以計(jì)算出T10-11之間的層速度 ，使用Dix公式。 則設(shè) =5000m/s

18、(背景速度) 、 、 均可以從地震剖面上和有關(guān)疊加速度譜上獲得。010201210222inttttVtVV0201210102int2ttVttVVintV01t02t1V可由上式推算出迭加速度，這樣推算的與反射界面真 正的疊加速度的可一致，也可不一致。當(dāng)預(yù)測小于實(shí)際的時(shí)，則說明實(shí)際的疊加速度大于背景速度有高速度異常。相反，若預(yù)測的界面的疊加速度大于真實(shí)的界面疊加速度，則說明該點(diǎn)存在比背景層速度還要小的-速度異常，可能與高孔隙或含油氣有關(guān)。 橫向上每25m(每一個(gè)道)制作解釋一個(gè)速度譜，縱向上，卡準(zhǔn)儲(chǔ)層頂?shù)捉缑妫績蓚€(gè)同相軸組合，求取較低部位的背景層速度條件下的預(yù)測疊加速度。按下圖比較。當(dāng)實(shí)

19、測在紅位置時(shí)，剖面中間有低速異常存在，用陰影表示出來。否則當(dāng)為蘭線所示位置時(shí)，則無低速異常。該方法在地質(zhì)背景條件允許時(shí)，有較好的效果，但一般要求儲(chǔ)層巖性要純，厚度要大，速度譜分析工作量也大，因而也不常用。八、用地震反演速度計(jì)算孔隙度、泥質(zhì)含八、用地震反演速度計(jì)算孔隙度、泥質(zhì)含量的方法量的方法測井約束反演可以獲得薄層的層速度。這樣的砂巖薄層內(nèi)無泥巖隔夾層的影響，因 而速度主要反映了孔隙度的變化。首先，利用聲波測井資料和巖心實(shí)測孔隙度值，統(tǒng)計(jì)速度 與孔隙度的關(guān)系，例如在STM三疊系油藏：這種統(tǒng)計(jì)關(guān)系為：V為聲波測井油層速度，尚須進(jìn)一步做速度彌散校正。3596. 098.21912V1/Vint = /Vf+/Vm+(1-)/Vs1/Vint = /Vf+(1-)/Vs另一種方法是用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的直接由地震反演法獲得砂巖厚度，孔隙度、速度、泥