刘南，李熙盛，侯月明，董明

中海石油(中国)有限公司深圳分公司研究院，广东广州 510240

模型正演在断层阴影带内构造研究中的作用

刘南*，李熙盛，侯月明，董明

中海石油(中国)有限公司深圳分公司研究院，广东广州 510240

陆丰A构造为发育在古隆起背景上的断块构造，由南、北两条断层夹持，位于断层的上升盘，其主块处于两条断层组成的断层阴影带内部，在断层阴影带内地震剖面呈现“上拉”和“下陷”的反射畸变，使得构造存在很大不确定性。为解决这个问题，需要采用正演的手段对构造畸变进行恢复。为此，建立了一系列地质模型进行正演模拟，尝试恢复真实地下构造。分析认为，造成断层阴影区构造畸变的根本原因是断层两盘的速度变化，断距、倾角是影响下伏地层地震反射的主要控制因素。最后，通过研究模型正演结果及实钻井资料，找出了构造畸变的规律，恢复了陆丰A油田ZJ1A层顶面构造。

模型正演；断层阴影；构造畸变；断距；倾角

刘南，李熙盛，侯月明，等.模型正演在断层阴影带内构造研究中的作用[J].西南石油大学学报(自然科学版)，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

陆丰A油田位于中国南海珠江口盆地北部拗陷带的珠I拗陷陆丰凹陷的中央，北靠陆丰7洼陷，南临陆丰13洼陷，处于最有利的油气富集区[1—3]。陆丰A油田构造主块为发育在古隆起背景上的断块构造(图1)，由北(倾向北北西)断层、南(继承性发育，呈雁行式排列，倾向南南西)断层所夹持，位于断层的上升盘，且正好处于两条断层组成的断层阴影带内部[4—5]。

图1 油田开发前期ZJ1A油层构造图Fig.1Structure map of ZJ1Alayer in the early stage of development

Allen J L等指出，墨西哥湾Frio地层同沉积断层中的逆牵引构造假象属于断层阴影现象[6]；Fagin S以垂向旅行时观点解释了断层下盘成像畸变的原因，并提出了断层阴影区成像畸变的两种类型：一类是时间异常“上拉”和“下陷”，另一类是地层反射错断[7]；徐怀宝等在分析准噶尔盆地东部速度异常中，指出浅层低速或高速异常的存在会造成下伏地层地震反射同相轴的畸变[8]；胡平等在准东火14井北断块速度分析中，利用正演模型阐述了断层对下盘构造的影响[9]；郝守玲等在塔河油田低幅度构造研究中发现，地震响应特征对速度变化非常敏感[1—0]；龚幸林等分析了阿姆河右岸地区膏岩层分布差异引起的下伏碳酸盐岩同相轴畸变[1—1]；杨俊等通过对复杂地质模型进行波动方程正演和偏移，重点分析了速度误差对偏移深度误差的影响[1—2]。

通过邻近油田对比及实钻分析，认为陆丰A油田主块低幅构造存在极大的不确定性，不确定因素主要来自于断层阴影带下的构造畸变。该油田进行的地震资料叠前深度偏移处理也无法解决构造畸变问题[13—14]如图2中主力油层ZJ1A层出现明显的“上拉”和“下陷”特征)，这种不真实的构造给油田开发阶段的井位调整和地质储量估算带来了极大困难，需要通过正演手段对构造畸变进行恢复。目前，针对该方面的大多数研究都停留在定性分析阶段，要做到定量分析困难较大。作者基于实际工作经验，结合自己的认识，尝试在定量分析方面做一些积极的探索。

1 概念模型正演研究

地震勘探是利用反射波、折射波、绕射波等波场信息来重建地下地层信息的过程，受信噪比、分辨率、采集、处理等综合因素的限制，地震成果难以准确反映地下情况。而正演是在建立一个合理地层模型的基础上，模拟地震波传播、成像的过程，正演手段让地球物理工作者能直接观察地层反射特征，为地震解释合理性提供保证。根据陆丰A油田的构造特点，本文设计了一系列正演模型，以评价断层阴影带对下伏地层地震成像的影响。

1.1 断层阴影产生原理

由于地层地质年代与压实程度的差异，断层上、下盘地层在同一深度下地层速度不同，形成速度横向变化，导致地震反射波穿过断面后以不同于入射角的角度向上传播，使得地震射线路径不再具有对称性。若地震处理过程中速度模型不够精细，则必然造成断层下盘地层地震反射畸变，不能同相叠加而导致成像效果不好[1—5]，形成“断层阴影带”。

图2 陆丰A油田断层阴影带典型剖面Fig.2The typical profile of fault shadow zone in Lufeng A Oilfield

图3 断层阴影现象模式图[7]Fig.3The schematic diagram of fault shadow phenomenon［7］

为了描述断层阴影带特征，首先建立简单的速度异常体模型(图3)，并利用自激自收垂直入射正演模拟方法对其产生机理进行分析。

如图3所示，断层上盘地层反射与模型产状一致，没有发生畸变，而在断层的下盘，靠近断层三角区位置出现构造畸变，这就是断层阴影现象。图3直观地体现了两种构造畸变特征：一类是时间异常“上拉”和“下陷”，另一类是地层错断假象。图中高速异常体模型，下盘旅行时是相同的，但在断层阴影带内下盘出现“下陷”特征，这是由于阴影带地层受上覆低速体变厚、旅行时增大引起的，“下陷”的最低点是上覆高速体最薄处。以此类推，在低速异常体模型中，下盘旅行时间同样是相同的，但断层阴影带内下盘出现“上拉”特征，这是由于阴影带地层受上覆高速体变厚，旅行时减小引起的，“上拉”的峰值点必然是低速体最薄位置。

图4 构造畸变机理模型(倾角因素)Fig.4The theoretical model of structure distortion(Dip factor)

1.2 断层阴影带影响因素分析

根据陆丰A油田构造特点，设计一套正断层模型，分别改变断层倾角(30°，45°，60°)和断距(60，100，150 m)进行正演模拟(图4，图5)。

倾角、断距是影响断层下伏地层地震反射的主要因素。对3个模型(图4)的构造畸变情况进行了对比(图6)，发现当断层角度为30°时，地层出现明显的下拉现象；当断层角度为45°时，构造畸变位置向断面方向移动；当断层角度为60°时，构造畸变范围最小，错断假象最严重。上述分析表明，倾角变化影响阴影带范围，但3个模型的最大、最小值保持一致，只是变化率不同，说明倾角对构造畸变作用有限。

图5 构造畸变机理模型(断距因素)Fig.5The theoretical model of structure distortion(Throw factor)

图6 时间域构造畸变量对比(倾角因素)Fig.6The contrast of time-structure distortion amount(Dip factor)

对模型(图5)的构造畸变情况进行对比并分析发现，在倾角不变的前提下，断距增大时，地震反射畸变量增大(图7)，说明其对构造畸变起关键作用。

图7 时间域构造畸变量对比(断距因素)Fig.7The contrast of time-structure distortion amount(Throw factor)

利用单因素分析法分析了断层与构造畸变之间的关系，但究其本质，则是断层两盘的速度差异，导致地震反射时距曲线非双曲化，不能实现真正的共反射点叠加。因此，任何导致断层两盘速度差异增大的因素，均会增强断层对下盘构造的影响。

图8是陆丰A构造简化模型，受两侧断层速度差异影响，主块地层地震反射发生畸变，形成一个假的断背斜构造，左侧断层速度差异较小，畸变量较小；而右侧断层速度差异较大，畸变量则较大。

图8 地垒构造模型及正演结果Fig.8The horst model and the forward result

2 陆丰A油田模型正演

2.1 正演思路

为了使正演模拟更接近实际，综合利用测井资料与构造研究成果，确定了过LF A1井地质模型的基本结构和物理参数(表1)，并根据野外采集参数模拟放炮，对模拟采集数据进行偏移处理[15—17]，其参数见表2。

分析开发井实钻误差及理论模型正演结果，认为陆丰A油田主块内部断层阴影影响程度不同(断距越大，畸变量越大)，因此，正演模拟需要着重分析阴影带内部断距、倾角的影响。

表1 浅层围岩物理参数统计表Tab.1The shallow surrounding rock's physical parameters table

表2 观测系统及偏移算法参数设置Tab.2Observing system and the migration parameter setting

图9 过XLine750线PSDM剖面Fig.9The PSDM profile along XL750

首先利用叠前深度偏移剖面对断层要素进行分析(图9)，统计断距及倾角。具体做法是，每隔250 m取一条剖面对断层进行统计，通过分析不难发现，阴影带北断层整体断距较小，倾角变化稳定；南断层断距大，倾角集中在45°左右。因此认为，陆丰A油田构造畸变主要受以下几方面影响：(1)主要受南断层影响，而北断层影响小；(2)南断层断距对畸变的影响最大；(3)南、北断层的倾角分布稳定，对畸变影响小。

基于断层要素分析结果，本文对阴影带进行了划分(图10)，划分出A、B、C等3个影响区，其中A区钻井少，构造不落实，该区北断层断距为30～65 m、倾角集中在75°左右，南断层断距为160～190 m，倾角约45°；B区由于钻井较多，构造较为落实，该区南北断层倾角分别为45°、60°，断距约130～140 m；C区已钻井较少，且该区断距、倾角变化较大，构造情况复杂。

对阴影带分区是在断层要素分析的基础上，为了更好地进行正演模拟而提出的，其意义在于：(1)利用已钻井区(B区)建立地质模型，采用与实际资料相近的采集参数进行正演，验证地质模型(构造、层速度参数)的合理性；(2)利用已钻井区(B区)得到的层速度参数及地震资料，在潜力区(A区、C区)搭建初始构造模型进行正演，并将正演结果与时间域剖面对比；(3)若结果差异较大，则对初始地质模型构造进行修改并正演，直到正演结果与实际时间域剖面达到较高的吻合度，则该二维模型构造被认为是合理的。

2.2 应用效果

如图11a，在已钻井区(B区)利用过XL710剖面及实钻井LF A1搭建初始地质模型，并进行了放炮、偏移等仿真模拟，得到的正演结果(图11b)与实际地震剖面(图11c)吻合度较高(图11d)，说明地质模型参数较为可靠(主要是层速度)。在已钻井区取多条地震剖面并利用层速度参数建模正演(图12a)，并统计断层阴影带内ZJ1A正演构造与实际时间域构造有较好的相似性(图12b～12d)，也说明了实际地层速度横向分布较为稳定，该速度可适用于潜力区(A、C区)建模。

图10 断层阴影区分布平面图Fig.10The map about fault shadow area distribution

图11 XL710模型与地震剖面对比Fig.11Comparison of the XL710 model and the seismic profile

利用已验证的模型参数在潜力区搭建地质模型，依据时间域剖面特征及构造畸变原理，设定深度模型的ZJ1A层上升盘为一个北低南高的低幅度单斜地层(图13a)，经克希霍夫波动方程正演、偏移[18—19]，得到一个凹陷时间构造(图13b)，与实际剖面(图13c)的ZJ1A时间域构造相关性较好(图13d)，因此认为，图13a的构造形态是较为准确的。依据此方法在潜力区选取多条剖面进行正演研究，能够有效地对ZJ1A层深度构造进行还原。

图12 XL770模型与地震剖面对比Fig.12Comparison of the XL770 model and the seismic profile

图13 过LF A2井模型与地震剖面对比Fig.13Comparison of the model along LF-A2 well and the seismic profile

正演概念模型与实际地质模型相结合，由简单到复杂，充分利用已知信息，不断完善模型，逐步逼近地质真实情况。通过正演模拟，抓住了问题的主要矛盾，充分展现了正演模拟技术的优势。本次研究针对陆丰A油田建立了8个正演模型(图14中黑色虚线条表示模型平面位置)，基本确定了主块ZJ1A的构造形态(图14)，构造与实钻井匹配较好，与实际生产动态情况也比较吻合；与钻前相比，断层上下两盘ZJ1A构造趋势更合理。

图14 基于正演模型校正的ZJ1A层深度构造图Fig.14ZJ1Adepth structure map based on the forward model correction

3 结语

(1)断层对下伏地层地震反射的影响主要受倾角和断距控制：断层倾角越大，影响范围越小；断距越大，下伏地层产生的地震反射畸变越大。

(2)断层倾角主要影响阴影带范围，对构造畸变量有一定影响；断距对构造畸变起关键作用。

(3)断层阴影带内构造畸变影响因素较为复杂，如偏移算法缺陷、层速度体拾取等处理阶段的问题都会对构造真实性产生不利影响。

(4)本文的构造恢复方法属于一种探索性质，由于正演建模较为复杂，影响因素很多，难以做到精确恢复，但该方法对阴影带内构造恢复能起到良好的辅助作用。

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刘南，1987年生，男，汉族，河南南阳人，硕士，主要从事地球物理构造解释、储层预测工作。E-mail：liunan6@cnooc.com.cn

李熙盛，1966年生，男，汉族，广东化州人，硕士，主要从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，汉族，湖北石首人，高级工程师，硕士，主要从事油气田勘探开发方面的研究工作。E-mail：houym@cnooc.com.cn

董明，1986年生，女，汉族，云南楚雄人，工程师，硕士，主要从事沉积、储层等方面的研究工作。E-mail：dongming6@cnooc.com.cn

编辑：杜增利

编辑部网址：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

时间：20160923

刘南，E-mail：liunan6@cnooc.com.cn