劉南，李熙盛，侯月明，董明

中海石油(中國)有限公司深圳分公司研究院，廣東廣州 510240

模型正演在斷層陰影帶內(nèi)構(gòu)造研究中的作用

劉南*，李熙盛，侯月明，董明

中海石油(中國)有限公司深圳分公司研究院，廣東廣州 510240

陸豐A構(gòu)造為發(fā)育在古隆起背景上的斷塊構(gòu)造，由南、北兩條斷層夾持，位于斷層的上升盤，其主塊處于兩條斷層組成的斷層陰影帶內(nèi)部，在斷層陰影帶內(nèi)地震剖面呈現(xiàn)“上拉”和“下陷”的反射畸變，使得構(gòu)造存在很大不確定性。為解決這個問題，需要采用正演的手段對構(gòu)造畸變進(jìn)行恢復(fù)。為此，建立了一系列地質(zhì)模型進(jìn)行正演模擬，嘗試恢復(fù)真實地下構(gòu)造。分析認(rèn)為，造成斷層陰影區(qū)構(gòu)造畸變的根本原因是斷層兩盤的速度變化，斷距、傾角是影響下伏地層地震反射的主要控制因素。最后，通過研究模型正演結(jié)果及實鉆井資料，找出了構(gòu)造畸變的規(guī)律，恢復(fù)了陸豐A油田ZJ1A層頂面構(gòu)造。

模型正演；斷層陰影；構(gòu)造畸變；斷距；傾角

劉南，李熙盛，侯月明，等.模型正演在斷層陰影帶內(nèi)構(gòu)造研究中的作用[J].西南石油大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2016，38(5)：6574.

LIU Nan，LI Xisheng，HOU Yueming，et al.Research Structure of Fault Shadow Zone by Forward Modeling[J].Journal of Southwest Petroleum University(Science&Technology Edition)，2016，38(5)：6574.

引言

陸豐A油田位于中國南海珠江口盆地北部拗陷帶的珠I拗陷陸豐凹陷的中央，北靠陸豐7洼陷，南臨陸豐13洼陷，處于最有利的油氣富集區(qū)[1—3]。陸豐A油田構(gòu)造主塊為發(fā)育在古隆起背景上的斷塊構(gòu)造(圖1)，由北(傾向北北西)斷層、南(繼承性發(fā)育，呈雁行式排列，傾向南南西)斷層所夾持，位于斷層的上升盤，且正好處于兩條斷層組成的斷層陰影帶內(nèi)部[4—5]。

圖1 油田開發(fā)前期ZJ1A油層構(gòu)造圖Fig.1Structure map of ZJ1Alayer in the early stage of development

Allen J L等指出，墨西哥灣Frio地層同沉積斷層中的逆牽引構(gòu)造假象屬于斷層陰影現(xiàn)象[6]；Fagin S以垂向旅行時觀點解釋了斷層下盤成像畸變的原因，并提出了斷層陰影區(qū)成像畸變的兩種類型：一類是時間異?！吧侠焙汀跋孪荨保硪活愂堑貙臃瓷溴e斷[7]；徐懷寶等在分析準(zhǔn)噶爾盆地東部速度異常中，指出淺層低速或高速異常的存在會造成下伏地層地震反射同相軸的畸變[8]；胡平等在準(zhǔn)東火14井北斷塊速度分析中，利用正演模型闡述了斷層對下盤構(gòu)造的影響[9]；郝守玲等在塔河油田低幅度構(gòu)造研究中發(fā)現(xiàn)，地震響應(yīng)特征對速度變化非常敏感[1—0]；龔幸林等分析了阿姆河右岸地區(qū)膏巖層分布差異引起的下伏碳酸鹽巖同相軸畸變[1—1]；楊俊等通過對復(fù)雜地質(zhì)模型進(jìn)行波動方程正演和偏移，重點分析了速度誤差對偏移深度誤差的影響[1—2]。

通過鄰近油田對比及實鉆分析，認(rèn)為陸豐A油田主塊低幅構(gòu)造存在極大的不確定性，不確定因素主要來自于斷層陰影帶下的構(gòu)造畸變。該油田進(jìn)行的地震資料疊前深度偏移處理也無法解決構(gòu)造畸變問題[13—14]如圖2中主力油層ZJ1A層出現(xiàn)明顯的“上拉”和“下陷”特征)，這種不真實的構(gòu)造給油田開發(fā)階段的井位調(diào)整和地質(zhì)儲量估算帶來了極大困難，需要通過正演手段對構(gòu)造畸變進(jìn)行恢復(fù)。目前，針對該方面的大多數(shù)研究都停留在定性分析階段，要做到定量分析困難較大。作者基于實際工作經(jīng)驗，結(jié)合自己的認(rèn)識，嘗試在定量分析方面做一些積極的探索。

1 概念模型正演研究

地震勘探是利用反射波、折射波、繞射波等波場信息來重建地下地層信息的過程，受信噪比、分辨率、采集、處理等綜合因素的限制，地震成果難以準(zhǔn)確反映地下情況。而正演是在建立一個合理地層模型的基礎(chǔ)上，模擬地震波傳播、成像的過程，正演手段讓地球物理工作者能直接觀察地層反射特征，為地震解釋合理性提供保證。根據(jù)陸豐A油田的構(gòu)造特點，本文設(shè)計了一系列正演模型，以評價斷層陰影帶對下伏地層地震成像的影響。

1.1 斷層陰影產(chǎn)生原理

由于地層地質(zhì)年代與壓實程度的差異，斷層上、下盤地層在同一深度下地層速度不同，形成速度橫向變化，導(dǎo)致地震反射波穿過斷面后以不同于入射角的角度向上傳播，使得地震射線路徑不再具有對稱性。若地震處理過程中速度模型不夠精細(xì)，則必然造成斷層下盤地層地震反射畸變，不能同相疊加而導(dǎo)致成像效果不好[1—5]，形成“斷層陰影帶”。

圖2 陸豐A油田斷層陰影帶典型剖面Fig.2The typical profile of fault shadow zone in Lufeng A Oilfield

圖3 斷層陰影現(xiàn)象模式圖[7]Fig.3The schematic diagram of fault shadow phenomenon［7］

為了描述斷層陰影帶特征，首先建立簡單的速度異常體模型(圖3)，并利用自激自收垂直入射正演模擬方法對其產(chǎn)生機理進(jìn)行分析。

如圖3所示，斷層上盤地層反射與模型產(chǎn)狀一致，沒有發(fā)生畸變，而在斷層的下盤，靠近斷層三角區(qū)位置出現(xiàn)構(gòu)造畸變，這就是斷層陰影現(xiàn)象。圖3直觀地體現(xiàn)了兩種構(gòu)造畸變特征：一類是時間異?！吧侠焙汀跋孪荨?，另一類是地層錯斷假象。圖中高速異常體模型，下盤旅行時是相同的，但在斷層陰影帶內(nèi)下盤出現(xiàn)“下陷”特征，這是由于陰影帶地層受上覆低速體變厚、旅行時增大引起的，“下陷”的最低點是上覆高速體最薄處。以此類推，在低速異常體模型中，下盤旅行時間同樣是相同的，但斷層陰影帶內(nèi)下盤出現(xiàn)“上拉”特征，這是由于陰影帶地層受上覆高速體變厚，旅行時減小引起的，“上拉”的峰值點必然是低速體最薄位置。

圖4 構(gòu)造畸變機理模型(傾角因素)Fig.4The theoretical model of structure distortion(Dip factor)

1.2 斷層陰影帶影響因素分析

根據(jù)陸豐A油田構(gòu)造特點，設(shè)計一套正斷層模型，分別改變斷層傾角(30°，45°，60°)和斷距(60，100，150 m)進(jìn)行正演模擬(圖4，圖5)。

傾角、斷距是影響斷層下伏地層地震反射的主要因素。對3個模型(圖4)的構(gòu)造畸變情況進(jìn)行了對比(圖6)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)斷層角度為30°時，地層出現(xiàn)明顯的下拉現(xiàn)象；當(dāng)斷層角度為45°時，構(gòu)造畸變位置向斷面方向移動；當(dāng)斷層角度為60°時，構(gòu)造畸變范圍最小，錯斷假象最嚴(yán)重。上述分析表明，傾角變化影響陰影帶范圍，但3個模型的最大、最小值保持一致，只是變化率不同，說明傾角對構(gòu)造畸變作用有限。

圖5 構(gòu)造畸變機理模型(斷距因素)Fig.5The theoretical model of structure distortion(Throw factor)

圖6 時間域構(gòu)造畸變量對比(傾角因素)Fig.6The contrast of time-structure distortion amount(Dip factor)

對模型(圖5)的構(gòu)造畸變情況進(jìn)行對比并分析發(fā)現(xiàn)，在傾角不變的前提下，斷距增大時，地震反射畸變量增大(圖7)，說明其對構(gòu)造畸變起關(guān)鍵作用。

圖7 時間域構(gòu)造畸變量對比(斷距因素)Fig.7The contrast of time-structure distortion amount(Throw factor)

利用單因素分析法分析了斷層與構(gòu)造畸變之間的關(guān)系，但究其本質(zhì)，則是斷層兩盤的速度差異，導(dǎo)致地震反射時距曲線非雙曲化，不能實現(xiàn)真正的共反射點疊加。因此，任何導(dǎo)致斷層兩盤速度差異增大的因素，均會增強斷層對下盤構(gòu)造的影響。

圖8是陸豐A構(gòu)造簡化模型，受兩側(cè)斷層速度差異影響，主塊地層地震反射發(fā)生畸變，形成一個假的斷背斜構(gòu)造，左側(cè)斷層速度差異較小，畸變量較??；而右側(cè)斷層速度差異較大，畸變量則較大。

圖8 地壘構(gòu)造模型及正演結(jié)果Fig.8The horst model and the forward result

2 陸豐A油田模型正演

2.1 正演思路

為了使正演模擬更接近實際，綜合利用測井資料與構(gòu)造研究成果，確定了過LF A1井地質(zhì)模型的基本結(jié)構(gòu)和物理參數(shù)(表1)，并根據(jù)野外采集參數(shù)模擬放炮，對模擬采集數(shù)據(jù)進(jìn)行偏移處理[15—17]，其參數(shù)見表2。

分析開發(fā)井實鉆誤差及理論模型正演結(jié)果，認(rèn)為陸豐A油田主塊內(nèi)部斷層陰影影響程度不同(斷距越大，畸變量越大)，因此，正演模擬需要著重分析陰影帶內(nèi)部斷距、傾角的影響。

表1 淺層圍巖物理參數(shù)統(tǒng)計表Tab.1The shallow surrounding rock's physical parameters table

表2 觀測系統(tǒng)及偏移算法參數(shù)設(shè)置Tab.2Observing system and the migration parameter setting

圖9 過XLine750線PSDM剖面Fig.9The PSDM profile along XL750

首先利用疊前深度偏移剖面對斷層要素進(jìn)行分析(圖9)，統(tǒng)計斷距及傾角。具體做法是，每隔250 m取一條剖面對斷層進(jìn)行統(tǒng)計，通過分析不難發(fā)現(xiàn)，陰影帶北斷層整體斷距較小，傾角變化穩(wěn)定；南斷層斷距大，傾角集中在45°左右。因此認(rèn)為，陸豐A油田構(gòu)造畸變主要受以下幾方面影響：(1)主要受南斷層影響，而北斷層影響??；(2)南斷層斷距對畸變的影響最大；(3)南、北斷層的傾角分布穩(wěn)定，對畸變影響小。

基于斷層要素分析結(jié)果，本文對陰影帶進(jìn)行了劃分(圖10)，劃分出A、B、C等3個影響區(qū)，其中A區(qū)鉆井少，構(gòu)造不落實，該區(qū)北斷層斷距為30～65 m、傾角集中在75°左右，南斷層斷距為160～190 m，傾角約45°；B區(qū)由于鉆井較多，構(gòu)造較為落實，該區(qū)南北斷層傾角分別為45°、60°，斷距約130～140 m；C區(qū)已鉆井較少，且該區(qū)斷距、傾角變化較大，構(gòu)造情況復(fù)雜。

對陰影帶分區(qū)是在斷層要素分析的基礎(chǔ)上，為了更好地進(jìn)行正演模擬而提出的，其意義在于：(1)利用已鉆井區(qū)(B區(qū))建立地質(zhì)模型，采用與實際資料相近的采集參數(shù)進(jìn)行正演，驗證地質(zhì)模型(構(gòu)造、層速度參數(shù))的合理性；(2)利用已鉆井區(qū)(B區(qū))得到的層速度參數(shù)及地震資料，在潛力區(qū)(A區(qū)、C區(qū))搭建初始構(gòu)造模型進(jìn)行正演，并將正演結(jié)果與時間域剖面對比；(3)若結(jié)果差異較大，則對初始地質(zhì)模型構(gòu)造進(jìn)行修改并正演，直到正演結(jié)果與實際時間域剖面達(dá)到較高的吻合度，則該二維模型構(gòu)造被認(rèn)為是合理的。

2.2 應(yīng)用效果

如圖11a，在已鉆井區(qū)(B區(qū))利用過XL710剖面及實鉆井LF A1搭建初始地質(zhì)模型，并進(jìn)行了放炮、偏移等仿真模擬，得到的正演結(jié)果(圖11b)與實際地震剖面(圖11c)吻合度較高(圖11d)，說明地質(zhì)模型參數(shù)較為可靠(主要是層速度)。在已鉆井區(qū)取多條地震剖面并利用層速度參數(shù)建模正演(圖12a)，并統(tǒng)計斷層陰影帶內(nèi)ZJ1A正演構(gòu)造與實際時間域構(gòu)造有較好的相似性(圖12b～12d)，也說明了實際地層速度橫向分布較為穩(wěn)定，該速度可適用于潛力區(qū)(A、C區(qū))建模。

圖10 斷層陰影區(qū)分布平面圖Fig.10The map about fault shadow area distribution

圖11 XL710模型與地震剖面對比Fig.11Comparison of the XL710 model and the seismic profile

利用已驗證的模型參數(shù)在潛力區(qū)搭建地質(zhì)模型，依據(jù)時間域剖面特征及構(gòu)造畸變原理，設(shè)定深度模型的ZJ1A層上升盤為一個北低南高的低幅度單斜地層(圖13a)，經(jīng)克?；舴虿▌臃匠陶?、偏移[18—19]，得到一個凹陷時間構(gòu)造(圖13b)，與實際剖面(圖13c)的ZJ1A時間域構(gòu)造相關(guān)性較好(圖13d)，因此認(rèn)為，圖13a的構(gòu)造形態(tài)是較為準(zhǔn)確的。依據(jù)此方法在潛力區(qū)選取多條剖面進(jìn)行正演研究，能夠有效地對ZJ1A層深度構(gòu)造進(jìn)行還原。

圖12 XL770模型與地震剖面對比Fig.12Comparison of the XL770 model and the seismic profile

圖13 過LF A2井模型與地震剖面對比Fig.13Comparison of the model along LF-A2 well and the seismic profile

正演概念模型與實際地質(zhì)模型相結(jié)合，由簡單到復(fù)雜，充分利用已知信息，不斷完善模型，逐步逼近地質(zhì)真實情況。通過正演模擬，抓住了問題的主要矛盾，充分展現(xiàn)了正演模擬技術(shù)的優(yōu)勢。本次研究針對陸豐A油田建立了8個正演模型(圖14中黑色虛線條表示模型平面位置)，基本確定了主塊ZJ1A的構(gòu)造形態(tài)(圖14)，構(gòu)造與實鉆井匹配較好，與實際生產(chǎn)動態(tài)情況也比較吻合；與鉆前相比，斷層上下兩盤ZJ1A構(gòu)造趨勢更合理。

圖14 基于正演模型校正的ZJ1A層深度構(gòu)造圖Fig.14ZJ1Adepth structure map based on the forward model correction

3 結(jié)語

(1)斷層對下伏地層地震反射的影響主要受傾角和斷距控制：斷層傾角越大，影響范圍越??；斷距越大，下伏地層產(chǎn)生的地震反射畸變越大。

(2)斷層傾角主要影響陰影帶范圍，對構(gòu)造畸變量有一定影響；斷距對構(gòu)造畸變起關(guān)鍵作用。

(3)斷層陰影帶內(nèi)構(gòu)造畸變影響因素較為復(fù)雜，如偏移算法缺陷、層速度體拾取等處理階段的問題都會對構(gòu)造真實性產(chǎn)生不利影響。

(4)本文的構(gòu)造恢復(fù)方法屬于一種探索性質(zhì)，由于正演建模較為復(fù)雜，影響因素很多，難以做到精確恢復(fù)，但該方法對陰影帶內(nèi)構(gòu)造恢復(fù)能起到良好的輔助作用。

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劉南，1987年生，男，漢族，河南南陽人，碩士，主要從事地球物理構(gòu)造解釋、儲層預(yù)測工作。E-mail：liunan6@cnooc.com.cn

李熙盛，1966年生，男，漢族，廣東化州人，碩士，主要從事油藏地球物理方法研究工作。E-mail：lixsh3@cnooc.com.cn

侯月明，1978年生，女，漢族，湖北石首人，高級工程師，碩士，主要從事油氣田勘探開發(fā)方面的研究工作。E-mail：houym@cnooc.com.cn

董明，1986年生，女，漢族，云南楚雄人，工程師，碩士，主要從事沉積、儲層等方面的研究工作。E-mail：dongming6@cnooc.com.cn

編輯：杜增利

編輯部網(wǎng)址：http：//zk.swpuxb.com

Research Structure of Fault Shadow Zone by Forward Modeling

LIU Nan*，LI Xisheng，HOU Yueming，DONG Ming
Research Institute，Shenzhen Branch Company，CNOOC Ltd.，Guangzhou，Guangdong 510240，China

Main fault block of Lufeng A Field developed in ancient uplift background，between the south and north fault，located upthrown fault，the main fault block is in the fault shadow zone composed by the two faults，Seismic profiles in fault shadow zone show“pull up”and“sagging”.So it is a great structure uncertainty.To solve this problem，need to establish a series of forward modeling，trying to restore the true structure.The paper analyzes the results which cause structure distortion in fault shadow zone is the lateral velocity difference between the upthrow and downthrow，the throw and dip is the key factor that influences the seismic reflection image in fault shadow zone.By analyzing the results of forward modeling and the drilling data，the structure distortion of the law was identified，and the ZJ1Adepth structure of Lufeng A Field was restored.

modelling；fault shadow；structure distortion；fault throw；fault dip

10.11885/j.issn.16745086.2015.12.04.02

16745086(2016)05006510

TE132

A

http：//www.cnki.net/kcms/detail/51.1718.TE.20160923.0913.002.html

20151204

時間：20160923

劉南，E-mail：liunan6@cnooc.com.cn