龍門山北段逆掩推覆構造三維地球物理模型構建

王勤耕，胡善政*，黃有暉，杜均國，何偉，周鳴

（1.東方地球物理公司西南物探分公司，四川成都 610213；2.中國石油塔里木油田分公司勘探事業部，新疆庫爾勒 841000）

0 引言

龍門山位于松潘—甘孜褶皺帶與揚子準地臺的結合部，其北段逆掩斷層下盤隱伏構造油氣資源十分豐富，是四川盆地重要的油氣戰略接替區之一[1-2]。

針對龍門山北段逆掩推覆構造，前人的研究成果主要集中在構造特征、演化和形成機制等方面[3-5]。該區地形起伏大(高差最大可達1500 m)，地層及巖性復雜(第四系至泥盆系均有出露)，地下構造復雜(發育逆掩推覆體系)，縱向、橫向速度變化劇烈等，導致地震資料成像效果差，構造落實程度較低[6-7]。為了獲得高品質的原始地震資料，需要優化地震采集觀測系統。

近年來，波動方程正演模擬[8-10]作為高精度地震采集觀測系統參數優化設計的一種重要手段，廣泛應用于實際生產中，并取得了較好的效果[11-15]。波動方程正演模擬結果的可靠性依賴于三維地球物理模型的精度。

為此，本文提出龍門山北段逆掩推覆構造三維地球物理模型構建方法。首先，綜合二維和三維地震資料解釋成果、近地表調查資料等，根據不同分區地質、地震反射特征，采用不同方法構建地質模型；其次，利用微測井調查結果、VSP 資料等對模型進行速度賦值；最后，利用三維彈性波動方程數值模擬驗證所構建三維地球物理模型的準確性，以期為觀測系統參數論證提供逼近實際的基礎模型。

1 三維地球物理模型構建

1.1 技術思路

研究區具有以下地質、地震反射特征(圖1)。

(1)發育多條鏟式逆沖斷層，以龍①號、馬角壩等逆沖斷層為主，形成了龍門山推覆體。斷層深度可達8 km，斷開寒武系(∈)—侏羅系(J)。

(3)中部為逆掩區，第四系(Q)至侏羅系多被剝蝕，主要出露三疊系(T)以前地層。逆沖斷層上盤地層陡傾甚至倒轉，下盤發育隱伏構造。該區域目前僅有二維地震資料，資料信噪比較低、成像效果差，尤其是斷裂帶下盤隱伏構造的地震反射同相軸難以連續追蹤。

(4)西北部為高山地區，處于逆掩推覆構造上盤，主要出露較老的志留系(S)、泥盆系(D)及石炭系(C)，地層之間多為不整合接觸關系。區內三維地震資料少，二維地震資料的深部反射同相軸難以連續追蹤。

根據上述分區地質、地震反射特征，采用KLSeisII系統KL-3D GeoModeler模塊進行三維地球物理模型構建，流程如圖2所示，具體技術思路描述如下。

圖2 三維地球物理模型構建技術流程

(1)在東南部前陸盆地區，利用三維地震資料解釋成果建立地層、斷層面，重點在于微幅度構造和小斷層的刻畫。

(2)在中部逆掩區，利用多條垂直構造走向的二維地震剖面的解釋成果，結合地震反射特征、地質結構模式，通過空間插值的方式建立地層和斷層面。

(3)在西部逆沖推覆構造帶，由于無法連續追蹤目標層的地震反射同相軸，因而只能根據前陸盆地斷層相關褶皺理論及地質模式建立地層和斷層面。

(4)根據實際DEM 數值高程建立起伏地表面。

(5)根據表層調查連片解釋成果建立近地表(低速層)模型；無表層調查點區域可通過周圍調查點進行空間線性插值的方式建立。

該中心不斷加強人才隊伍建設及檢驗能力建設，為監管提供技術支撐。如分層次打造專業技術隊伍，加強培訓和技術交流；通過舉辦研討會等形式，接軌國際標準，提高隊伍的專業水平。中心目前醫療器械及制藥裝備的承檢能力達到1038項，極大地滿足了國家和地方監管的要求。2013年中心承擔了全國有源醫療器械產品“輸入電流”的比對組織工作。在比對樣品的選擇、樣品的考核、樣品的傳遞、結果的判定及技術分析報告的撰寫等方面做了大量嚴謹細致的工作，保證了該項目的順利完成，得到了國家總局及中國食品藥品檢定研究院領導的一致好評。

(6)所有地層和斷層面相交均進行拓撲一致性處理，從而形成相對封閉的塊體。地質模型塊體的速度需要結合VSP、聲波測井等成果進行賦值。

(7)結合地質圖、疊前深度剖面及鉆、測井資料，校正時間域構造畸變現象[16]，以提高三維地質模型精度。

1.2 地質模型層面構建

地質模型層面包含地質層位、斷層面、地表面、低降速層界面等，本文按照“斷層→地層→地表面→低速層界面”的順序依次構建。

1.2.1 斷層面構建

針對構造主體部位的大型逆沖斷層，根據斷層的空間分布特征，將多條二維地震剖面上解釋的斷層進行三維空間插值(圖3a，僅顯示兩條地震剖面)，即可完成主要斷層面構建。

圖3 地質模型斷層面（a）及地層面（b）構建

針對逆沖推覆體下盤小斷層，根據高精度的三維地震資料解釋成果，經過散點數據編輯、異常點剔除后，生成斷層面。

1.2.2 地層面構建

考慮到研究區僅東南部有高精度的三維地震資料，因此采用二維與三維地震資料解釋成果相結合的方式構建地層面。三維地震資料覆蓋區，對三維地震資料解釋層位數據進行編輯、剔除異常點之后，根據斷層的展布進行分片構建層面(圖3b)。僅有二維地震資料覆蓋的區域，采取與上述構建逆沖斷層面的相同方法構建地層面。

1.2.3 起伏地表及低速層底界面構建

利用研究區內高精度的DEM 數值高程即可實現起伏地表面的構建。將研究區內所有微測井解釋成果進行插值，即可得到低速層底界面數據。

1.2.4 三維地質模型

將所有斷層、地層、地表及低速層底等所有層面兩兩求交，形成具有拓撲一致性封閉塊體，即可得到三維地質模型(圖4)。

圖4 龍門山北段逆掩推覆構造三維地質模型

1.3 模型速度賦值

模型低速層速度不采用固定速度，而是參考層析反演速度，根據實際微測井調查速度進行賦值。近地表速度橫向上變化，并接近實際近地表特點。地質模型同一地層的各個塊體的速度不完全相同，可根據距離最近的測井和VSP 資料確定(優先考慮VSP 資料，否則采用聲波測井速度)。

研究區具有全井段的聲波測井和VSP 測井數據(如ST1、ST3、ST9 井等)，能夠獲得準確的模型速度，構建的三維速度模型如圖5所示。

圖5 龍門山北段逆掩推覆構造三維地球物理模型

2 三維地震正演模擬

利用三維彈性波動方程數值模擬驗證本文方法所構建地球物理模型的準確性。模擬所需的橫波速度和密度均可利用縱波速度模型通過經驗公式求得。正演觀測系統為76L2S288R，接收線距為100 m，道間距為50 m，最大炮檢距為8107.48 m，采樣率為1ms，記錄長度為5 s，采用20 Hz 雷克子波，邊界類型為吸收邊界，正演網格大小為12.5 m×12.5 m。

從正演模擬地震記錄(圖6)可以看出，不同構造部位模擬單炮差異較大：山體區地表起伏大，初至嚴重變形，反射同相軸抖動嚴重；構造頂部斷層發育，地震波場比較復雜；山前帶近地表結構復雜，導致淺層面波和折射干擾較嚴重。

圖6 不同構造部位三維模型正演單炮記錄

對比相同部位實際單炮記錄與模擬記錄及其頻譜(圖7)可以看出，二者的記錄基本相似，主要反射波特征一致，主頻均在20 Hz左右，實際單炮面波干擾更為嚴重。

圖7 構造頂部實際單炮（a）與模擬單炮（b）記錄（上）及其頻譜（下）對比

3 結束語

(1)本文結合近地表調查成果、二維／三維地震資料、鉆井與測井資料等，形成了一套針對龍門山北段逆沖推覆構造復雜區的三維地球物理模型構建方法與流程。

(2)在龍門山北段三維地球物理模型基礎之上，開展三維波動方程數值模擬，獲得了與實際地震資料相吻合的模擬單炮記錄，為該區觀測系統參數優選提供了逼近實際的三維模型。