马学军，张雪莹，李海英，陈本池，牟 棋

(1.中国石化西北油田分公司勘探开发研究院，乌鲁木齐 830011；2.中国地质大学(北京)能源学院，北京 100083；3.中国石油化工股份有限公司科技部油田处，北京 100728)

在油气勘探开发过程中，精确的层位标定是保证三维高精度地震资料解释的首要前提，它直接关系到目的层划分、地震相解释及后期储层预测的精度[1]。层位标定是构造解释、储层分析、油藏描述等基于地震资料特别是三维地震资料的各种物探新方法和新技术的关键环节，是构造解释和岩性储层地震解释的基础[2-3]。层位标定的目的是在地震剖面上建立准确的时间域与深度域的对应关系。目前，中外主要的层位标定方法有两种，其一是利用测井数据得到合成地震记录，将其与井旁地震道按最大相关系数标定；其二是利用垂直地震剖面(vertical seismic profiling，VSP)资料具有时间域和深度域的双重信息来进行直接标定[4]。

合成记录层位标定方法主要利用声波测井和密度测井资料[5]。蔡伟祥等[6]对准噶尔盆地西北缘克百断裂带下盘单斜带的五3东区进行了合成记录标定。孙海川[7]也对合成地震记录制作与层位标定问题进行了探讨。但常规的合成记录层位标定方法存在许多问题：由于地震速度和测井速度之间存在差异，并且二者采样精度不一致，常常出现合成记录和地震道难以匹配的现象[8]。合成记录层位标定存在一些问题：若通过人工校正来使得地震道与合成记录匹配，这种方法受人为因素的影响较大，会降低精细储层标定的精度；声波测井和密度测井在实际测井工作中往往不是进行全井段观测，因此资料制作的合成记录在地震剖面上的位置是不确定的，不能准确标定层位[9]；同时声波测井和密度测井资料往往会受到泥浆污染与井壁结构的影响，使得用于制作合成记录波阻抗界面的反射系数精确度降低[10]。

与地面地震观测系统不同，VSP是指在地面激发震源而将检波器放置在井中接收信息，其独特的观测方式，相比于地面地震减小了地面噪音影响，同时减少了半程的能量衰减，提高了成像剖面的信噪比和分辨率，使得地震标定层位和储层预测更加精确[11-15]。由于检波器在井中深度已知，VSP具有时间域和深度域的双重信息，因此VSP标定层位可以将地震的时间与钻井的深度联系在一起[16]。李婧铭[17]在复杂小断块油藏中利用VSP-LOG剖面进行了三维地震剖面层位标定。杨行军[18]针对鄂尔多斯盆地进行了VSP标定。即使如此，VSP层位标定仍旧存在一些问题：成像的VSP资料与地面地震资料的叠加速度存在差异，导致两者对应的时间波形不一致[19]；VSP和地面地震的震源不同，VSP用的是人工激发的可控震源，而地面地震采用的是炸药震源，二者在频率、相位上有较大差别[20]；VSP和地面地震的处理流程上有很大的不同，每个环节的参数选择和处理方式都会影响到剖面的效果[21]。

传统的桥式层位标定是利用VSP资料进行直接标定，但是会忽略掉地面信息，使得结果受VSP资料的质量影响较大[22]。在前人研究的基础上，分析合成记录标定和VSP标定存在的问题，以塔里木盆地巴楚隆起的玛北1井为例，针对地质难点及VSP资料处理的难点建立了该区域VSP资料的处理流程，综合考虑合成记录标定和VSP资料标定的双重影响，利用玛北1井校正的声波曲线合成记录和VSP走廊叠加剖面来进行综合层位标定，将深度域测井、地质层位资料与时间域地震资料连接起来，并通过分析层速度验证了标定结果的准确性，最后结合泊松比预测了有利储层段。

1 工区概况

塔里木盆地位于青藏高原北侧，是中国面积最大的含油气盆地，其北缘为天山弧形山链，南缘为昆仑-阿尔金弧形山链。玛北1井位于塔里木盆地巴楚隆起(图1)。巴楚隆起位于塔里木盆地中央隆起带西部，北临北部坳陷，北东接塔中隆起，东南与塘古坳陷相接，西南则与西南坳陷为临[23-24]。巴楚隆起的形成演化过程及不同阶段隆起的构造性质和变形强度，受控于整个塔里木盆地的构造演化历程，并决定了该区域的成藏组合和油气聚集的基本特征[25]。研究表明，巴楚隆起为活动型古隆起，主要经历了加里东构造旋回阶段(Z-S)、海西构造旋回阶段(D-P)、印支-燕山构造旋回阶段(T-K)和喜山构造旋回阶段(E-Q)四期构造演化，其雏形出现于奥陶纪晚期，在上新世最终定型[26]。

图1 巴楚隆起构造位置

在对VSP数据进行地震层位标定时，通常采用零井源距VSP观测，使用可控震源激发提高资料一致性，全井段接收。图2为零井源距VSP井下Z分量原始记录，井下Z分量原始记录直达波起跳干脆，波形连续清晰，能量强。

所研究的玛北1井是零偏VSP资料(表1)，偏移距为145.515 m，玛北1井分为三段观测井段。在观测井段10～3 540 m，观测点距为10 m；在观测井段3 550～4 100 m，观测点距为5 m；在观测井段4 110～6 450 m，观测点距为10 m。

表1 玛北1井零偏观测系统

2 地质难点及VSP资料处理难点

2.1 地质难点

在该工区用测井合成记录标定地震层位存在诸多问题，包括测井和地震采样精度不一致、合成记录标定受人为因素影响大、测井受泥浆污染和井壁结构影响而使得合成记录制作的波阻抗界面反射系数精度降低等。图3为玛北1井声波合成记录标定结果，图3左侧为深度域测井信息及合成记录，右侧为时间域声波合成记录及地面地震剖面。分析可得出声波合成记录与地面地震的波组关系大部分都不能很好匹配，合成记录层位标定在玛北1井区域不适合。若单使用VSP资料直接进行标定，会使得标定结果受VSP资料的影响较大，并且会忽略掉地面的信息。因此，本工区拟采用VSP走廊叠加与合成记录综合标定的方法进行层位标定。

2.2 VSP资料处理难点

在玛北1井的VSP资料处理的过程中，多次波压制与波场分离是两大处理难点。在该井区，无论是地面地震，还是VSP，多次波能量都很强。多次波的存在会影响成像精度，并且与有效波相互干扰，更为严重的会出现假相，导致抹杀实际地质现象，造成地质解释的偏差。与地面地震压制多次波方法不同，VSP资料的上下行波中都会存在多次波，本次资料处理将考虑将两者波场相结合来压制多次波。

波场分离的目的是通过滤波方法来分离上、下行波，其中滤波方法的选取非常关键。VSP波场分离常用方法包括中值滤波方法、F-K滤波方法、偏振分析方法和基于反演的波场分离方法。对于一般的简单模型，中值滤波和F-K滤波可以取得较好的效果，当处理复杂的构造区域时，中值滤波和F-K滤波取得效果往往不是很理想。基于反演和偏振分析的VSP波场分离方法取得的效果较好，但是需要用到多个分量，且实现过程复杂，效率不高。因此，为提高效率及效果，本工区拟采用中值滤波和F-K滤波综合的波场分离方法。

3 有效的针对性的处理技术及流程

通过大量参数的测试，建立了玛北1井的整套处理流程如图4所示，处理手段主要包括初至拾取、球面扩散补偿、反褶积、波场分离和走廊叠加等。

图4 玛北1井处理流程图

3.1 初至拾取

在对零偏VSP资料进行静校正和三分量偏振处理的基础上，进行零偏VSP资料的初至拾取，初至拾取为后续的上行波动校正等处理提供基础，并且初至拾取的精度会影响到后续时深关系建立和层速度计算的准确度。理论上认为可控震源激发得到的信号是零相位记录应拾取最大值，因此为了能够使拾取的精度较高，采用人机交互的方式进行初至拾取。图5为Z分量的下行纵波初至拾取。

图5 Z分量的下行纵波初至拾取

3.2 球面扩散补偿

在反射波下行传播过程中，到深层接收时已损失了大量的高频信息及振幅能量。图6为球面扩散补偿前后的对比，其中图6(a)为未进行球面扩散补偿，可以看到在中深层的振幅能量较弱；图6(b)为在经过球面扩散补偿后的剖面，剖面中的中深层反射能量得到了提高。

图6 球面扩散补偿前后对比

3.3 反褶积

反褶积的目的是压制多次波和提高分辨率。VSP使用的反褶积方法与地面地震资料处理的反褶积方法不同，首先通过波场分离得到纯净的下行波场，从分离得到的下行波场中选取资料较好的深度段平均获得下行波子波，此下行波作为期望输入，分析下行波主频，选取雷克子波作为期望输出，从而提取反褶积算子利用此反褶积算子进行反褶积，压缩地震子波提高分辨率。经过试算采用了200 ms的反褶积算子，如图7所示，经过反褶积处理，可以看出多次波得到了有效压制，上行波能量得到了显著增强。

图7 反褶积前后对比

3.4 波场分离

波场分离是VSP数据处理中最重要的一个环节。从零偏VSP原始波场记录可以看到多种类型的波叠合在一起、波场信息丰富(图2)。中值滤波的效果主要取决于滤波跨度的选取，跨度太小，不能达到滤波的要求，跨度太大，会使平滑太严重，造成部分有效信号被压制掉。通过参数实验和方法比较，采用了21道中值滤波法来分离上、下行波场，再用F-K滤波去除其他干扰和随机干扰。图8为用上述方法分离的下行波和上行波，可以看到分离的效果较好，上下行波分离较为干净，干扰波去除较为彻底。

图8 波场分离

3.5 走廊叠加

利用速度模型将上行波动校正，通过截取井附近的窄走廊，这样做可以避免多次波等干扰波参与叠加运算，保证VSP成果的可靠性。VSP走廊叠加剖面是在动校正上行波剖面的基础上，避开多次波在一次反射波的区域进行走廊叠加而形成。制作走廊叠加剖面的过程如图9所示。图9(a)中，先将反褶积后波场分离得到的上行波场按双程旅行时动校正；之后再截取最靠近反射界面深度的VSP检波器所接收到的地震信息，作为该反射界面信息，由于所选取的检波器最靠近该界面，故其所接收的信息具有最大的保真性，如图9(b)所示；将切除得到的初至在时间域进行叠加得到一个输出道，再按合成记录的方式显示，图9(c)为最后得到的走廊叠加剖面。走廊叠加的结果可以表征该工区地层的波组关系。

图9 玛北1井零偏VSP走廊叠加剖面处理过程

4 效果及分析

4.1 VSP与测井综合层位标定

VSP资料反射层位与地面三维地震资料反射层位对比标定是先将VSP上行反射波排齐剖面进行基准面校正，使其与地面三维地震资料处于相同的基准面上，再选取零偏VSP上行反射P波剖面上的单次反射波区域，进行走廊叠加形成VSP走廊叠加道，将经过基准面校正后的VSP上行反射波剖面、VSP走廊叠加道、地面地震剖面组成桥式对比图，并考虑反射波的能量强弱变化和相位特征等的一致性，综合有关地质信息，实现VSP反射层位与地面三维地震剖面的对比标定。图10为传统的VSP桥式层位标定方法，图10左侧为玛北1井零偏纵波VSP上行波动校正剖面，中间为VSP走廊叠加剖面，右侧为地面地震剖面。

由于传统的标定方法忽略了合成记录的影响，因此综合考虑合成记录，以玛北1井为例，把VSP的走廊叠加与校正后的合成记录同时用于标定，增加了深度域的走廊叠加与合成记录，把深度域测井、地质层位资料与时间域地震资料连接起来。图11为玛北1井VSP与测井综合层位标定图，与传统的桥式层位标定制图方法不同，为了更加直观，将所有的数据都纵向排列显示。图11左侧为深度域的测井资料、深度域的合成记录和走廊叠加剖面，测井资料包括声波曲线、密度曲线和伽马曲线，右边部分是时间域的走廊叠加剖面、VSP校正后的合成记录与时间域的地面地震剖面。这样就可以将深度域和时间域连接起来，根据已知地质资料对地面地震剖面进行层位标定，可以将地层沙井子组、开派茲雷克组、卡拉沙依组、巴楚组、柯坪塔格组、良里塔格组、蓬莱坝组、丘里塔格下亚群和沙依里克组很好地进行层位标定。

图11 玛北1井VSP与测井综合层位标定图

4.2 层速度分析及储层预测

在前面的部分已经得到了Z分量的初至信息。之后，通过对偏移距的校正得到了近似自激自收的垂直单程时间，为求取层速度提供了可靠保证。由此，根据VSP深度域信息计算出观测井段对应的层速度(图12)。层速度是研究地层岩性的重要参数，其变化特征与地层岩性密切相关，能够反映出地层岩性的变化规律，可用于地面地震资料的偏移处理和地层岩性解释。依据零偏VSP的时深关系，针对地层各组段进行了大套地层的层速度计算。层速度的计算公式为

(1)

式(1)中：di+1和di分别对应相邻检波器的深度，m；Ti+1和Ti分别对应的双程旅行时间，ms[27]。

由于玛北1井VSP观测点距太小，初至拾取的精度对层速度的影响较大。因此，当玛北1井VSP测井间隔为10 m时，选取层间距为3个间隔即30 m来计算层速度，然后向深处错动一个点距，再按10 m的层间距计算层速度。依次连续计算，在同一深度就可以得到3个层速度值，通过加权平均得到该层的层速度[28]。

图12为玛北1井的纵波层速度、套层速度和泊松比的对应图，对比图11的标定结果和图12的层速度可知，在新的综合标定法和层速度上层位有着良好的对应关系，开派茲雷克组在2 000～2 500 m，巴楚组在3 000～3 500 m，良里塔格组在4 000～4 500 m，蓬莱坝组在4 500～5 000 m，丘里塔格下亚群在5 000～5 500 m，沙依里克组在5 500～6 000 m，分析可知新的综合标定法有着较为准确的标定结果。

从图12可以看出，层速度和套层速度以及泊松比的变化趋势吻合较好，浅层速度普遍低于3 000 m/s，在中深层由于压实作用的增强层速度明显增加，该区域碳酸盐岩地层平均层的速度在4 500 m/s以上，并由于该区域广泛发育较厚层的碳酸盐地层且横向上分布较为稳定，所以测得层速度能较好地反应地层岩性信息。并且结合地质背景资料，在4 800～4 925 m泊松比出现低值，该段为灰岩，推测可能为有利储层段。通过玛北1井钻井揭露显示，在4 819～4 820、4 879～4 880、4 921～4 922 m井段含油级别为气测异常层，预测的结果得到了印证。

5 结论

针对传统VSP层位标定中受VSP资料影响较大的问题，以塔里木盆地巴楚隆起的玛北1井区域为研究对象，综合考虑合成记录和VSP的影响，针对地质难点及VSP资料处理难点建立了相应的处理流程，制作了VSP走廊叠加剖面，将该区域井校正的声波曲线和VSP走廊叠加剖面联系起来进行综合层位标定。通过资料的分析与处理，得出以下结论。

(1)通过声波合成记录的约束，VSP综合层位标定结果更加精确，对比地质背景资料与层速度的分层结果可以得到验证。

(2)通过层位标定结果、层速度的分层以及泊松比的特征，推测在深度4 800～4 925 m为有利储层段，并在钻井结果中得到了印证。