吴艳梅，周 华，胡 敏

（中国石化江苏油田分公司勘探开发研究院，江苏 扬州 225009）

断层的存在会导致多种地震反射与实际地质特征不吻合的现象，地震正演模拟是研究异常地震反射的有效手段之一。刘南等［1］通过地震正演模拟发现断层阴影带内地层的地震响应会出现异常；马改正等［2］指出随着速度变化和深度增加，断层两侧差异压实作用会使部分断层在地震反射中消失，且提出“通过正演模型无法得到的断层和断层组合都是值得怀疑的”观点。为了有效解释断层，前人对多种影响断层识别的因素进行了研究。郝宇刚［3］建立简单地质模型，进行正演模拟，研究地层速度、噪声、地震资料主频、砂泥互层以及特殊地质体对断层及两侧层位的地震响应的影响；束宁凯等［4-5］利用正演模拟研究不同断距小断层的地震响应特征，从而识别小断层；陈军等［6］建立断层和侵入岩的不同组合模型，正演模拟其地震响应，从而识别实际地震剖面中侵入岩影响下的断层。为得到复杂地质模型的更准确的地震响应，季玉新等［7］建立观测系统，分析速度误差，利用叠前深度偏移处理得到更趋于实际地震剖面的地震响应。

苏北盆地高邮凹陷构造破碎，断层数量多，形态多，组合模式多。在实际研究中断层发育区常出现地层产状井震不吻合、假断层、假构造、地震反射异常、小断层识别难等问题，大大降低了开发中后期滚动研究及剩余油挖潜的成功率。在排除地质认识及技术因素后，认为地震资料本身可能存在某些问题，从而引起构造解释偏差。为分析可能产生的问题，采用二维地震正演模拟方法进行研究。

1 二维断层模型正演模拟

1.1 二维断层模型正演模拟思路及流程

根据实际工区要解决的问题及地质特点建立断层模型；参考实际地震资料采集参数建立观测系统，采用适当方法进行二维正演模拟；对得到的模拟剖面进行偏移、校正等处理，处理方法参考实际地震资料的成像方法。通过全面模拟实际地震资料产生过程，得到更趋于实际地震资料的断层模型反射剖面，其流程如图1 所示。

图1 断层模型波动方程正演模拟流程

1.2 二维断层模型设计

断层解释过程中主要考虑的因素有断距、倾角、产状、组合模式等。本文用倾角变化体现产状变化，用简单的平行式、Y 字形和负Y 字形体现多种多样且复杂的断层组合模式。实际研究中设计了不同断距、倾角、断层平面距离和断层组合模式下的6 个断层模型。各模型的地层接触关系、厚度变化及速度根据实际工区得到（见图2）。

图2 断层地质模型示意

图2 中6 个地质模型均由7 套地层加2 条断层组成，模型中所用地层速度一致，数值来源于高邮凹陷ZW 地区实际地层平均速度；从上到下断层断距逐渐增大。模型一、二、三中的两条断层F1 和F2互相平行，区别在于断层平面距离不同:模型一平面距离300 m，模型二平面距离160 m，模型三平面距离80 m，主要研究两条断层平面间距对地震响应的影响。模型四断层组合为帚状，模型五断层组合为Y 字形，从浅到深，断层断距和平面距离不断变化，主要研究组合模式不同对地震响应的影响；模型六从浅到深，断层倾角逐渐增大，主要研究断层倾角变化对地震响应的影响。

1.3 二维断层模型正演模拟

二维地震正演模拟方法最常用的有波动方程法和射线追踪法。波动方程法同时保持了地震波传播的运动学和动力学特征，更趋近实际地震波传播过程，模拟结果与实际地震资料更吻合［8-9］。本文为得到更趋近实际资料的正演剖面，采用波动方程法进行正演模拟研究。

实际野外采集参数受到地面条件约束（苏北地区农田湖泊密布，公路河流交错，施工难度很大），采用双边放炮2820-40-0-40-2820 的观测系统。在正演模拟过程中，由于模拟的噪音对远偏移距资料的影响相对弱一些，为了更好地成像，采用了4000-40-0-40-4000观测系统。相对于实际采集的地震资料，正演更好保留了一部分低频信息。正演模拟过程中，利用声波+有限差分法波动方程（10阶）模拟野外放炮，得到初始地震采集资料。由于实际地震资料处理采用了叠前时间偏移成像方法，本次研究利用Omega2 软件对采集资料进行处理，通过去噪、反褶积、静校正等手段，消除绕射、多次波等干扰现象，进一步提高资料品质，然后建立偏移速度场，通过柯希霍夫叠前时间偏移得到最终的正演模拟剖面。该模拟方法是常规正演手段中计算量最大，仿真度最高的正演模拟方法，最大限度还原了实际地震资料的采集处理过程。

1.4 二维断层模型正演模拟地震响应问题分析

图3 为针对6 个断层模型正演模拟得到的地震响应，其中F1、F2 断层和H1-H6 层位分别对应断层模型中的F1、F2断层和H1-H6层位。通过对比地震响应和地质模型的层位和断层位置，从6 个地震响应剖面中发现以下可能引起地震解释差异的问题。

（1）断层上升盘存在地震同相轴下拉现象，经分析认为，断层下降盘地层速度小于上升盘地层速度，导致其双程旅行时增大，因此受断层影响的区域时间增大，且越靠近断层影响越大，同相轴下拉越明显（图3中①号箭头所示）。

图3 断层地质模型地震响应示意

（2）靠近断层的部分同相轴出现地质模型中不存在的断点（图3中②号箭头所示）。

（3）地震同相轴上表现为层段轴不断现象，分析认为是由断点处的绕射现象引起（图3 中③号箭头所示）。

（4）两条断层间距较小时，断层间的同相轴产状与实际地层产状不吻合（图3中④号箭头所示）。

（5）断层间距小于2个道间距时，地震同相轴上不能有效反映地层（图3中⑤号箭头所示）。

（6）断层断距小于λ/4 时，同相轴存在扭曲现象；大于λ/4同相轴错段（图3中⑥号、⑦号箭头所示）。

（7）小倾角断层的断面地震反射成像清晰，当断层倾角小于60°时，断面地震反射成像难，无断面波显示（图3中⑧号箭头所示）。

（8）当断层倾角由小到大快速变化时，正演剖面中出现延低角度断面波向下延伸的假断面波响应，假断面波与地质模型中的断层位置存在较大偏差（图3中⑨号箭头所示）。

（9）深层地震响应中存在多个与断层近似平行的反射轴，实际地质模型中地层并无变化（图3中⑩号箭头所示）。

2 实际应用

2.1 同相轴下拉现象分析指导断层上升盘高部位井位部署

CB 油田存在一条断距较大的F1 断层，油气聚集在断层上升盘高部位。油田开发生产中，高部位实钻井井深常高于部署井井深，部分挖潜高部位剩余油井目的层断缺。图4 为过well1、well2、well3 和well4 井的地震剖面，根据well1 井的速度标定结果，该剖面中对K2t2地层的地震解释层位为T1（图4 蓝色虚线所示），而实际钻探后标定的well2、well3 和well4 井的K2t2地层均高于T1，且越靠近断层，差异越大。对原地震剖面图进行分析，认为F1断层断距非常大，断层两盘地震速度差异很大，存在上述正演模拟研究中的异常现象（1）——同相轴下拉现象。结合正演研究中的地质模型与地震响应的对比分析，认为实际地震解释层位应为H1（图4 蓝色实线所示）。根据T1 层位部署的“设计1”井目的层会断缺，可改为“设计2”井的位置。

图4 过well1-well2-well3-well4井地震剖面

2.2 同相轴错断假象指导失利井原因分析

ZZ油田产量高，滚动研究过程中研究人员根据地震同相轴的错断现象（如图5a中①和②号箭头所示），解释断层F1；结合井上分层K2t2位置，解释层位H1。由于断层存在，上盘层位抬升，形成新的有利圈闭①（如图5b所示），结合该区油水边界预测了新圈闭的含油面积，在构造高部位设计井well1（如图5b 所示）。实钻后目的层K2t2实际井深比设计井深低40 m，经分析认为F1断层不存在。解释方案由图5（a）变为图5（c），断层F1 消失，目的层H1 解释方案变化。结合上述地质模型正演模拟研究中出现的异常现象（2），认为地震资料中的同相轴错断并非由断层引起，而是大断层反射引起的假象。

图5 ZZ油田well1井钻探前后示意

2.3 同相轴反射假象指导地震层位解释

XZ 油田构造复杂，多条大断层存在，F1、F2、F3和F4 断层夹持的区域下部地震同相轴产状与F2 和F3 断层近似平行。根据同相轴特征，结合XZ1 井标定的地质分层E1f3，解释地震层位H1old（如图6 中黄色虚线所示）。后续钻探XZ2 和XZ3 井，两口井实钻目的层深度均比设计深度高。结合断层模型的正演模拟研究中出现的异常现象（9），认为剖面中与大断层近似平行的同相轴是断层引起的反射假象，在较深层位出现，浅层的反射更符合实际地层产状。结合新井E1f3层位标定，重新解释层位H1new（图6 中紫色实线所示）。图6 中所示新解释层位H1new 与其上部地层同相轴产状更一致，更符合地层变化趋势。

图6 XZ油田过XZ1、XZ2和XZ3井地震解释示意

3 结论

油田开发中后期，随着基础资料和研究成果的丰富，以及地质认识的深入，地震资料本身引起的地质认识出现偏差的问题逐渐显现，在此情况下，地震正演是发现地震资料本身问题和消除偏差的有效途径。本文通过地震正演模拟研究及实际资料验证，认为:

（1）断层两盘速度变化会引起同相轴的下拉现象，速度差异越大，下拉现象越明显。

（2）断层平面间距越小，地层反射受断层影响越大，地震同相轴所反映的地层产状越不可靠，需结合整体构造趋势和相邻地层产状来综合判断。

（3）断层倾角较大时，断点处易出现层段轴不断的现象，地质断点位置和地震断点位置有差异；断层倾角越小，断面波越明显；倾角变化较大的位置易出现断面假象。

（4）深层断层附近会出现与断层近似平行的地震反射，形成假的地层反射现象。