地震正演模擬技術(shù)在準(zhǔn)噶爾盆地西北緣七區(qū)地震解釋中的應(yīng)用

霍進(jìn)杰，于浩業(yè)，董雪梅，祁明霞，李 勝

（1. 中國石油新疆油田公司勘探開發(fā)研究院，新疆烏魯木齊 830013；2. 中國石油新疆油田公司彩南油田作業(yè)區(qū)，新疆阜康 831511；3. 中國石油新疆油田公司準(zhǔn)東采油廠，新疆阜康 831511）

地震正演模擬技術(shù)在準(zhǔn)噶爾盆地西北緣七區(qū)地震解釋中的應(yīng)用

霍進(jìn)杰1，于浩業(yè)1，董雪梅2，祁明霞3，李 勝1

（1. 中國石油新疆油田公司勘探開發(fā)研究院，新疆烏魯木齊 830013；2. 中國石油新疆油田公司彩南油田作業(yè)區(qū)，新疆阜康 831511；3. 中國石油新疆油田公司準(zhǔn)東采油廠，新疆阜康 831511）

地震正演模擬技術(shù)是用數(shù)學(xué)或物理的方法研究地震波在某種具體的簡化模型中傳播的特點(diǎn)，用來模擬真實(shí)地質(zhì)結(jié)構(gòu)條件下的地震波場。隨著油氣勘探的難度越來越大，該技術(shù)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。以準(zhǔn)噶爾盆地西北緣七區(qū)三維地震解釋中的應(yīng)用為例，正演模擬技術(shù)在地質(zhì)模式的識(shí)別、斷裂的精細(xì)刻畫、速度異常的分析、小斷裂的識(shí)別等方面都有較好的效果。

正演模擬技術(shù)；二次開發(fā)；地震地質(zhì)解釋

七區(qū)位于準(zhǔn)噶爾盆地西北緣，構(gòu)造上處在克百斷裂帶。工區(qū)緊鄰山前，構(gòu)造復(fù)雜、斷裂發(fā)育給研究工作帶來不小的困難。工區(qū)地質(zhì)研究中存在如下問題：斷裂發(fā)育且大多很復(fù)雜；逆掩斷裂帶發(fā)育，并使下伏石炭系高速地層向上逆沖到新的低速地層之中形成了速度異常；小斷裂發(fā)育影響層間注水開發(fā)。從該區(qū)的地質(zhì)特點(diǎn)出發(fā)認(rèn)為研究應(yīng)有斷裂研究、逆掩帶空間刻畫、小斷裂的識(shí)別等重點(diǎn)內(nèi)容。通過對(duì)存在的問題和地質(zhì)特點(diǎn)的具體分析，發(fā)現(xiàn)正演模擬技術(shù)在降低構(gòu)造解釋的多解性、精細(xì)刻畫斷裂、速度異常分析、小斷裂的精度分析等方面，能夠找到解決問題的切入點(diǎn)，應(yīng)用后取得了良好的效果。

1 基本原理和思路

地震正演模擬[1-3]就是利用已有資料（測井、鉆井等資料）建立簡化的地下地質(zhì)模型，根據(jù)地震波在地下介質(zhì)中的傳播原理，通過數(shù)學(xué)方法（如射線追蹤或波動(dòng)方程偏移等）正演模擬建立地質(zhì)模型的地震記錄。地震正演模擬的核心在于不同的巖層具有不同的速度和密度，二者的乘積為波阻抗，波阻抗的差異會(huì)產(chǎn)生反射系數(shù)。假設(shè)地震波是垂直入射的，則可計(jì)算法線入射的反射系數(shù)：

式中：R — 反射系數(shù)，

ρ1υ1、ρ2υ2— 相鄰兩層的波阻抗。在地震資料解釋中，正演模擬主要用于解釋方案的驗(yàn)證和特殊地質(zhì)體的識(shí)別。首先，根據(jù)鉆井、測井資料、地震資料，結(jié)合前人研究成果，建立初始簡化的地質(zhì)模型型，選擇合適的參數(shù)（主頻、道間距、子波，激發(fā)方式、接收方式）后進(jìn)行計(jì)算機(jī)數(shù)值正演模擬；然后將正演得到的結(jié)果進(jìn)行資料處理（如偏移歸位等）得到模擬地震記錄，將模擬地震記錄與實(shí)際地震資料進(jìn)行對(duì)比分析，如果差別比較大，則修改地質(zhì)模型，再進(jìn)行正演模擬，直到理論紀(jì)錄與實(shí)際地震資料相近為止，確定最終的解釋方案。

2 應(yīng)用實(shí)例

（1）地質(zhì)模式的識(shí)別和斷裂的精細(xì)刻畫

所選剖面（圖1右）位于西北緣七區(qū)中東部，地震地質(zhì)解釋初期構(gòu)造解釋存在多解性、斷裂難于刻畫。構(gòu)造解釋存在多解性大多與斷裂有關(guān)，問題的核心就是白堿灘斷裂在此是否發(fā)育。一種認(rèn)識(shí)認(rèn)為白堿灘斷裂（圖1紅色箭頭位置）只斷到侏羅系八道灣組之下，另一種認(rèn)識(shí)認(rèn)為白堿灘斷裂在此發(fā)育并向上逆沖。根據(jù)以上認(rèn)識(shí)，制作了超覆式和地層沖斷式兩種地質(zhì)模式，通過正演模擬激發(fā)，對(duì)比正演剖面和實(shí)際的地震剖面的波組特征。地層沖斷式的地質(zhì)模型與實(shí)際地震剖面符合程度較高，分析后認(rèn)為沖斷式地質(zhì)模式更合理。

圖1 地層超覆式和地層沖斷式兩種地質(zhì)模型及其激發(fā)剖面

由此可以看出正演模擬技術(shù)不僅可以驗(yàn)證地質(zhì)人員的地質(zhì)模式，減少地震解釋的多解性，還有助于精細(xì)的層位解釋和斷裂刻畫。

（2）地震地質(zhì)解釋中的一些速度“陷阱”

所選剖面也位于七區(qū)，在地震地質(zhì)解釋過程中也存在不同的認(rèn)識(shí)，一種認(rèn)為是一個(gè)完整的標(biāo)準(zhǔn)低幅度背斜，另一種認(rèn)為是一個(gè)斷背斜。鉆井證實(shí)該背斜實(shí)際并不存在，此處只是一個(gè)簡單的單斜，兩種認(rèn)識(shí)都是錯(cuò)誤的。初步分析錯(cuò)誤產(chǎn)生原因是：井上分層有問題或者地震資料有誤，通過復(fù)查井分層沒有錯(cuò)誤。帶著地震資料有可能存在錯(cuò)誤的疑問進(jìn)行正演模擬。正演模擬制作了多個(gè)地質(zhì)模型，發(fā)現(xiàn)制作成單斜的地質(zhì)模型對(duì)其進(jìn)行激發(fā)，地震剖面仍具有低幅度背斜特征。通過分析發(fā)現(xiàn)以白001井為界，左側(cè)存在石炭系高速楔狀體（圖2紅色箭頭位置），右側(cè)存在白堿灘組泥巖增厚特征（圖2藍(lán)色箭頭位置）。高速層使得下伏地層向上提拉，低速層對(duì)下伏地層向下拉，因而高速層的存在，有可能是形成假背斜的原因。

為了進(jìn)一步分析高、低速異?？赡茉斐傻募傧螅谱髁艘粋€(gè)理想的地質(zhì)模型。通過正演模擬激發(fā)可以看到，速度異常體“的確”對(duì)下伏地層造成了影響，高速異常對(duì)下伏地層上拉形成“背斜”，低速異常對(duì)下伏地層下拉形成“向斜”，進(jìn)一步證實(shí)了速度是形成假背斜的原因（圖3）。

更進(jìn)一步研究，為了查明低幅度背斜附近為什么會(huì)有假斷裂現(xiàn)象，對(duì)實(shí)際的地震剖面再次進(jìn)行簡化制作了另一個(gè)理想的地質(zhì)模型二。通過激發(fā)，發(fā)現(xiàn)理想模型激發(fā)剖面中速度異常體的尖滅點(diǎn)附近形成了明顯的假斷裂現(xiàn)象，因此可以確定兩種不同速度異常體之間實(shí)際解釋的斷裂多是假斷裂，在實(shí)際地震地質(zhì)解釋時(shí)要格外注意。

圖2 原始地震剖面及其正演模型和激發(fā)出的正演剖面

圖3 實(shí)際地震剖面簡化的理想模型及其正演激發(fā)剖面

由此可以看出正演模擬技術(shù)具有識(shí)別速度“陷阱”的優(yōu)勢，當(dāng)?shù)卣鸾忉屌c地質(zhì)實(shí)際不符時(shí)，不僅要考慮地質(zhì)分層和處理因素，也要考慮速度有造成假象的可能。此外，在地震地質(zhì)解釋中如果遇到速度異常體或速度異常區(qū)，那么在其周圍解釋低幅度背斜圈閉和斷塊圈閉時(shí)要慎重，謹(jǐn)防落入速度的“陷阱”。

（3）小斷層識(shí)別精度模擬

為了給沒有井控的地區(qū)進(jìn)行小斷裂的解釋提供依據(jù)，制作了一個(gè)理想的地質(zhì)模型，在厚度為20 m的砂體上分別設(shè)計(jì)了斷距為5 m到30 m不等的六個(gè)小斷裂。

通過大量的模擬和分析：地震資料的主頻、資料采集的道間距是影響小斷裂識(shí)別的主要因素。

統(tǒng)一其它參數(shù)，只改變主頻。通過分析，隨著主頻的變化大于20 m的斷裂，其斷裂特征在正演剖面上都很明顯，≤5 m的斷裂在正演剖面上斷裂特征都不明顯。只有10 m和15 m斷距的小斷裂對(duì)正演參數(shù)反應(yīng)敏感。通過對(duì)10 m和15 m斷距的小斷裂分析發(fā)現(xiàn)，隨著主頻的提高地震資料識(shí)別小斷裂的能力會(huì)增強(qiáng)，表現(xiàn)在同向軸的寬度變窄，斷點(diǎn)清晰程度增強(qiáng)。

統(tǒng)一其它參數(shù)，只改變道距。隨著地震資料采集道距的加密可以發(fā)現(xiàn)對(duì)識(shí)別斷距大于20 m的斷裂意義不大，對(duì)斷距≤5 m的斷層意義也不大，只是10 m、15 m斷距的小斷裂反映比較敏感。通過對(duì)10 m、15 m斷距小斷裂的分析可以發(fā)現(xiàn)，隨著道間距的加密地震資料識(shí)別小斷裂的能力也會(huì)增強(qiáng)，表現(xiàn)在同向軸斷點(diǎn)的準(zhǔn)確程度變高（圖4）。

圖4 小斷裂識(shí)別的理想模型和正演激發(fā)剖面

圖5 地震剖面及其小斷裂識(shí)別模型、正演激發(fā)剖面

除對(duì)理想模型識(shí)別小斷裂進(jìn)行正演模擬，對(duì)實(shí)際的地震剖面上的小斷裂也進(jìn)行了正演模擬?？紤]到二次開發(fā)實(shí)際地震資料主頻35 Hz左右，道間距12.5 m×12.5 m，通過模擬發(fā)現(xiàn)識(shí)別斷距為10 m的小斷裂比較困難；而識(shí)別15 m、20 m斷距的小斷裂就比較明顯（圖5）。由此可以看出不同斷距的小斷裂對(duì)識(shí)別參數(shù)的敏感程度不同，對(duì)識(shí)別參數(shù)反應(yīng)敏感的小斷裂是提高解釋精度的對(duì)象。

3 應(yīng)用效果

通過正演模擬技術(shù)在西北緣七區(qū)地震地質(zhì)解釋中的應(yīng)用，對(duì)該區(qū)的地質(zhì)模式有了更深入的了解，對(duì)斷裂的刻畫更加精細(xì)，對(duì)逆掩斷裂附近存在速度異常造成的假象有了更深入的了解，在今后的地震地質(zhì)解釋中不失為良好的經(jīng)驗(yàn)。最后，確定了小斷裂解釋的標(biāo)準(zhǔn)，輔助解釋了斷距大于10 m以上的各級(jí)斷裂，一共662條。精細(xì)刻畫了逆掩大斷裂和逆掩帶（也就是俗稱的“帽檐帶”）的范圍和位置。

此外對(duì)正演模擬技術(shù)輔助解釋的層位和斷層還進(jìn)行了構(gòu)造建模。構(gòu)造建模后表明應(yīng)用正演模擬技術(shù)輔助解釋的斷裂、層位，包括逆掩帶（帽檐區(qū)）都得到了很好的刻畫，不存在竄層、空洞等不合理現(xiàn)象；斷層解釋正確，斷層組合合理；帽檐帶刻畫清楚、直觀。

由于逆掩斷裂刻畫的準(zhǔn)確，使帽檐區(qū)向外得到了擴(kuò)展和延伸，提交了擴(kuò)邊成果，上報(bào)了一批井位，其中X502井獲得了工業(yè)油流。

4 結(jié)論與認(rèn)識(shí)

本次正演模擬在準(zhǔn)噶爾盆地西北緣二次開發(fā)七區(qū)的應(yīng)用主要集中在構(gòu)造解釋部分，以射線追蹤法的垂直入射方式為主，在地質(zhì)模式的判別、斷裂的精細(xì)刻畫、速度異常的分析、小斷裂的識(shí)別等方面均取得了良好的效果。后期準(zhǔn)備通過精細(xì)的速度建模和深度偏移來改善正演模擬的效果?？紤]到幾何射線法只是簡單的模擬波的宏觀特征，對(duì)復(fù)雜區(qū)模擬時(shí)波的相位角及振幅能量還是存在差異，使正演不能達(dá)到預(yù)期效果。為了更好地開展研究區(qū)復(fù)雜構(gòu)造和小斷裂識(shí)別精度的研究，后期將逐步采用波動(dòng)方程法，相信在復(fù)雜構(gòu)造區(qū)隨著二次開發(fā)工作繼續(xù)推進(jìn)，正演模擬技術(shù)在儲(chǔ)層預(yù)測和調(diào)整開發(fā)井網(wǎng)方面也必將發(fā)揮出更大的作用。

[1] 陸基孟．地震勘探原理[M]．山東東營：石油大學(xué)出版社，1996．

[2] 李慶忠．走向精確勘探的道路——高分辨率地震勘探系統(tǒng)工程剖析[M]．北京：石油工業(yè)出版社，1994．

[3] 高秋菊，姜效典．地震模型正演技術(shù)在復(fù)雜油氣藏勘探中的應(yīng)用[J]．內(nèi)蒙古石油化工，2008，16（2）：118-121．

世界已探明油氣儲(chǔ)量還夠用55年

10月16日，世界能源理事會(huì)（WEC）在韓國大邱召開了第22屆全球能源資源大會(huì)。世界能源理事會(huì)在此次會(huì)議上提交的年度報(bào)告稱，“地球的戰(zhàn)略資源已接近終結(jié)”。該報(bào)告認(rèn)為，世界現(xiàn)已探明的石油儲(chǔ)量還將夠用56年、天然氣55年、煤炭100年多一點(diǎn)。

今年世界能源理事會(huì)報(bào)告引用的計(jì)算資料是按目前世界可利用的石油儲(chǔ)量還有2 230×108t，天然氣儲(chǔ)量還有209×1012m3，煤炭儲(chǔ)量還有8 910×108t評(píng)價(jià)得出的。

與會(huì)的專家們指出，可再生能源的發(fā)展比20年前預(yù)想的要慢，在世界范圍內(nèi)，新能源發(fā)電所占的份額為5%。煤炭依舊是能源發(fā)電的主要來源，其占比為40%。其中煤炭發(fā)電在中國為79%，在美國為40%。

在今年世界能源理事會(huì)報(bào)告中，一位名叫克里斯托弗?弗拉伊的專家指出，“可再生能源將在今后我們的能源結(jié)構(gòu)中起重要作用，太陽能將會(huì)有光明的未來。而對(duì)可再生能源來說，仍然還有許多問題。此外，水力發(fā)電仍有巨大潛力，尤其是在非洲、亞洲和拉丁美洲，但是這些大型項(xiàng)目常與地方的抗議并存。還有生物燃料的潛力也很大，尤其是在拉丁美洲。”

摘編自《中國經(jīng)濟(jì)導(dǎo)報(bào)》2013年11月9日

Application of Seismic Forward Modeling Technique to Seismic Interpretation in Seven Areas in Northwestern Margin of Junggar Basin

HUO Jinjie1, YU Haoye1, DONG Xuemei2, QI Mingxia3, LI Sheng1

（1. Exploration and Development Research Institute, Xinjiang Oil Field Co. of CNPC, Urumqi Xinjiang 830013, China; 2. Cainan Oil Field Operation Area, Xinjiang Oil Field Co. of CNPC, Fukang Xinjiang 831511, China; 3. Zhundong Oil Production Plant, Xinjiang Oil Field Co. of CNPC, Fukang Xinjiang 831511, China）

Seismic forward modeling technique is used for simulation of seismic wave feld in real geological structure conditions by means of mathematics or physical method through study of propagation characteristics of seismic wave in a simplifying model. In recent years, with the increasing in diffculty in oil and gas exploration, forward modeling technique has been used more and more widely. With seven areas in the northwestern margin of Junggar basin as an example, the application of forward modeling technique to seismic data interpretation is discussed. This technique has good results in geological pattern recognition, fne description of faults, analysis of abnormal velocity and small fault recognition.

forward modeling technique; secondary development; seismic geological interpretation

P631.4

A

10.3969/j.issn.1008-2336.2013.04.030

1008-2336（2013）04-0030-05

2013-05-16；改回日期：2013-07-30

霍進(jìn)杰，男，1978年生，工程師，2006年畢業(yè)于石油大學(xué)（北京）巖礦專業(yè)，從事石油綜合地質(zhì)研究。E-mail：huojj@petrochina.com.cn。