龙门山北段逆掩推覆构造三维地球物理模型构建

王勤耕，胡善政*，黄有晖，杜均国，何伟，周鸣

（1.东方地球物理公司西南物探分公司，四川成都 610213；2.中国石油塔里木油田分公司勘探事业部，新疆库尔勒 841000）

0 引言

龙门山位于松潘—甘孜褶皱带与扬子准地台的结合部，其北段逆掩断层下盘隐伏构造油气资源十分丰富，是四川盆地重要的油气战略接替区之一[1-2]。

针对龙门山北段逆掩推覆构造，前人的研究成果主要集中在构造特征、演化和形成机制等方面[3-5]。该区地形起伏大(高差最大可达1500 m)，地层及岩性复杂(第四系至泥盆系均有出露)，地下构造复杂(发育逆掩推覆体系)，纵向、横向速度变化剧烈等，导致地震资料成像效果差，构造落实程度较低[6-7]。为了获得高品质的原始地震资料，需要优化地震采集观测系统。

近年来，波动方程正演模拟[8-10]作为高精度地震采集观测系统参数优化设计的一种重要手段，广泛应用于实际生产中，并取得了较好的效果[11-15]。波动方程正演模拟结果的可靠性依赖于三维地球物理模型的精度。

为此，本文提出龙门山北段逆掩推覆构造三维地球物理模型构建方法。首先，综合二维和三维地震资料解释成果、近地表调查资料等，根据不同分区地质、地震反射特征，采用不同方法构建地质模型；其次，利用微测井调查结果、VSP 资料等对模型进行速度赋值；最后，利用三维弹性波动方程数值模拟验证所构建三维地球物理模型的准确性，以期为观测系统参数论证提供逼近实际的基础模型。

1 三维地球物理模型构建

1.1 技术思路

研究区具有以下地质、地震反射特征(图1)。

(1)发育多条铲式逆冲断层，以龙①号、马角坝等逆冲断层为主，形成了龙门山推覆体。断层深度可达8 km，断开寒武系(∈)—侏罗系(J)。

(3)中部为逆掩区，第四系(Q)至侏罗系多被剥蚀，主要出露三叠系(T)以前地层。逆冲断层上盘地层陡倾甚至倒转，下盘发育隐伏构造。该区域目前仅有二维地震资料，资料信噪比较低、成像效果差，尤其是断裂带下盘隐伏构造的地震反射同相轴难以连续追踪。

(4)西北部为高山地区，处于逆掩推覆构造上盘，主要出露较老的志留系(S)、泥盆系(D)及石炭系(C)，地层之间多为不整合接触关系。区内三维地震资料少，二维地震资料的深部反射同相轴难以连续追踪。

根据上述分区地质、地震反射特征，采用KLSeisII系统KL-3D GeoModeler模块进行三维地球物理模型构建，流程如图2所示，具体技术思路描述如下。

图2 三维地球物理模型构建技术流程

(1)在东南部前陆盆地区，利用三维地震资料解释成果建立地层、断层面，重点在于微幅度构造和小断层的刻画。

(2)在中部逆掩区，利用多条垂直构造走向的二维地震剖面的解释成果，结合地震反射特征、地质结构模式，通过空间插值的方式建立地层和断层面。

(3)在西部逆冲推覆构造带，由于无法连续追踪目标层的地震反射同相轴，因而只能根据前陆盆地断层相关褶皱理论及地质模式建立地层和断层面。

(4)根据实际DEM 数值高程建立起伏地表面。

(5)根据表层调查连片解释成果建立近地表(低速层)模型；无表层调查点区域可通过周围调查点进行空间线性插值的方式建立。

该中心不断加强人才队伍建设及检验能力建设，为监管提供技术支撑。如分层次打造专业技术队伍，加强培训和技术交流；通过举办研讨会等形式，接轨国际标准，提高队伍的专业水平。中心目前医疗器械及制药装备的承检能力达到1038项，极大地满足了国家和地方监管的要求。2013年中心承担了全国有源医疗器械产品“输入电流”的比对组织工作。在比对样品的选择、样品的考核、样品的传递、结果的判定及技术分析报告的撰写等方面做了大量严谨细致的工作，保证了该项目的顺利完成，得到了国家总局及中国食品药品检定研究院领导的一致好评。

(6)所有地层和断层面相交均进行拓扑一致性处理，从而形成相对封闭的块体。地质模型块体的速度需要结合VSP、声波测井等成果进行赋值。

(7)结合地质图、叠前深度剖面及钻、测井资料，校正时间域构造畸变现象[16]，以提高三维地质模型精度。

1.2 地质模型层面构建

地质模型层面包含地质层位、断层面、地表面、低降速层界面等，本文按照“断层→地层→地表面→低速层界面”的顺序依次构建。

1.2.1 断层面构建

针对构造主体部位的大型逆冲断层，根据断层的空间分布特征，将多条二维地震剖面上解释的断层进行三维空间插值(图3a，仅显示两条地震剖面)，即可完成主要断层面构建。

图3 地质模型断层面（a）及地层面（b）构建

针对逆冲推覆体下盘小断层，根据高精度的三维地震资料解释成果，经过散点数据编辑、异常点剔除后，生成断层面。

1.2.2 地层面构建

考虑到研究区仅东南部有高精度的三维地震资料，因此采用二维与三维地震资料解释成果相结合的方式构建地层面。三维地震资料覆盖区，对三维地震资料解释层位数据进行编辑、剔除异常点之后，根据断层的展布进行分片构建层面(图3b)。仅有二维地震资料覆盖的区域，采取与上述构建逆冲断层面的相同方法构建地层面。

1.2.3 起伏地表及低速层底界面构建

利用研究区内高精度的DEM 数值高程即可实现起伏地表面的构建。将研究区内所有微测井解释成果进行插值，即可得到低速层底界面数据。

1.2.4 三维地质模型

将所有断层、地层、地表及低速层底等所有层面两两求交，形成具有拓扑一致性封闭块体，即可得到三维地质模型(图4)。

图4 龙门山北段逆掩推覆构造三维地质模型

1.3 模型速度赋值

模型低速层速度不采用固定速度，而是参考层析反演速度，根据实际微测井调查速度进行赋值。近地表速度横向上变化，并接近实际近地表特点。地质模型同一地层的各个块体的速度不完全相同，可根据距离最近的测井和VSP 资料确定(优先考虑VSP 资料，否则采用声波测井速度)。

研究区具有全井段的声波测井和VSP 测井数据(如ST1、ST3、ST9 井等)，能够获得准确的模型速度，构建的三维速度模型如图5所示。

图5 龙门山北段逆掩推覆构造三维地球物理模型

2 三维地震正演模拟

利用三维弹性波动方程数值模拟验证本文方法所构建地球物理模型的准确性。模拟所需的横波速度和密度均可利用纵波速度模型通过经验公式求得。正演观测系统为76L2S288R，接收线距为100 m，道间距为50 m，最大炮检距为8107.48 m，采样率为1ms，记录长度为5 s，采用20 Hz 雷克子波，边界类型为吸收边界，正演网格大小为12.5 m×12.5 m。

从正演模拟地震记录(图6)可以看出，不同构造部位模拟单炮差异较大：山体区地表起伏大，初至严重变形，反射同相轴抖动严重；构造顶部断层发育，地震波场比较复杂；山前带近地表结构复杂，导致浅层面波和折射干扰较严重。

图6 不同构造部位三维模型正演单炮记录

对比相同部位实际单炮记录与模拟记录及其频谱(图7)可以看出，二者的记录基本相似，主要反射波特征一致，主频均在20 Hz左右，实际单炮面波干扰更为严重。

图7 构造顶部实际单炮（a）与模拟单炮（b）记录（上）及其频谱（下）对比

3 结束语

(1)本文结合近地表调查成果、二维／三维地震资料、钻井与测井资料等，形成了一套针对龙门山北段逆冲推覆构造复杂区的三维地球物理模型构建方法与流程。

(2)在龙门山北段三维地球物理模型基础之上，开展三维波动方程数值模拟，获得了与实际地震资料相吻合的模拟单炮记录，为该区观测系统参数优选提供了逼近实际的三维模型。