河套盆地是在前寒武系花岗岩、石英岩及变质岩基底基础上发育的中—新生代弧形走滑拉分盆地^[1]。2017年8月中国石油天然气股份有限公司启动矿权流转，河套盆地的矿权流转到中国石油华北油田公司后，通过进一步深化地质研究，选定吉兰泰潜山作为勘探首选目标。

吉兰泰潜山为四面受断层控制的断垒山，其北侧和东侧分别为庆格勒图断裂、狼山断裂夹持，其中狼山断裂的上下盘均为勘探的重点目标区^[2]。

狼山断裂以正断活动为主，控制着鄂尔多斯西北缘的构造形态和地貌特征，是鄂尔多斯周边的典型高陡正断层，其断层倾角平均为80°(图 1)，主体呈北北东向展布，在吉兰泰凹陷呈近南北走向^[3]。2018年华北油田公司在狼山断裂周缘开展了二维地震勘探工作，多条地震测线与狼山断裂呈不同的夹角相交。观测方向与狼山断裂呈正交的一条地震勘探测线施工过程中地震原始记录出现了明显的异常特征，原本平滑的地震记录初至时间出现了错动^[4]。图 2a中第765通道初至时间为754ms，第764通道初至时间为715ms，相邻两道初至时间相差39ms; 图 2b中第1054道初至时间为612ms，第1053通道初至时间为598ms，初至时间相差14ms，而由偏移距变化引起的相邻道初至时差仅约5ms。经过野外现场检查排除了施工质量的问题。从不同激发点的地震原始记录上分析，初至出现错动的实际位置不随激发点位置的移动而变化，而是出现在一个相对固定的接收点位置，而且从不同的方向激发，地震记录上初至错动的形态也不一致(图 2)。

图 1

图 1 过狼山断裂的典型二维地震偏移剖面 Fig. 1 Typical 2D seismic migration profiles cross Langshan fault

图 2

图 2 初至错动的原始地震记录 Fig. 2 Original seismic record of first break moving

该区地表以第四系沙土为主，局部地区为戈壁，地形相对较为平坦。为了搞清异常特征的原因，从该测线的表层结构分析入手, 在出现初至错动的位置两侧沿测线方向间隔200m布设3个表层构造调查控制点(图 3a)。控制点的表层结构时距图(图 3b-d，图中每一个十字点代表一个偏移距对应的初至时间，蓝线、绿线、褐线分别代表近地表的第一、二、三层结构的时距曲线，v₀、v₁、v₂分别代表第一、二、三层的速度，H₀、H₁分别代表第一、二层厚度)显示位于断裂上升盘a点的表层结构呈现低降速带厚度小、高速层速度高的特点; 位于断裂断点上方的b点表层调查资料则由于速度突变无法进行解释; 位于断裂下降盘的c点表层结构则呈现低降速带厚度大、高速层速度低的特点^[5]。

图 3

图 3 位于不同构造位置的表层调查控制点解释结果 Fig. 3 Interpretation results of surface survey control points at different structural positions

表层调查资料结果分析认为，由于断裂形成时期较晚，上升盘新地层被剥蚀，老地层出露，地层速度较大，表层沉积的第四系厚度较薄; 下降盘则由于完整地接受了整个沉积体系的沉积，特别是巨厚的古近系，近地表厚度较大，近地表以下的高速层为年代较新的地层，速度相对较低^[6]。高陡断裂正上方表层调查控制点的左支位于断裂下盘激发，不受高速层的影响能够用于解释; 而右支在断裂上盘激发，由于断裂上盘高速层速度屏蔽作用无法追踪到高速层。

从表层调查资料分析，当测线与断裂正交时，所获得的表层调查资料真实反映了地下构造存在突变的现象; 而当测线与断裂斜交或平行时则不存在上述初至错动及表层结构突变的现象，表层资料无法准确反映真实的地下构造形态^[7-10]。

为了进一步验证原始地震记录对高陡构造形态的响应特征，根据上述表层调查资料建立了一个简单的高陡构造正演模型(图 4)，并进行二维模型声波正演，模型中断裂倾角为80°左右，断裂上升盘地层纵波速度为2500m/s，断裂下降盘地层纵波速度为1800m/s，与表层调查结果基本一致^[11]。抽取断裂附近的正演地震记录(图 5)与图 2中的实际采集地震资料进行对比分析，断裂左侧激发的正演记录(图 5a)第112通道初至时间为1184ms，第113通道为1208ms，相邻道初至时差为24ms; 断裂右侧激发(图 5b)第97通道初至时间为1592ms，第98通道为1618ms，相邻道初至时差为26ms，均显著大于正常相邻道初至时差4ms，特别是右侧激发时第97通道的偏移距大于第98通道偏移距，但是初至时间却小于第98通道的初至时间，与实际的地震激发记录图 2a中第1152通道及图 2b中的第768通道表现形态基本一致。

图 4

图 4 高陡构造正演模型 Fig. 4 Forward model of high-steep structure

图 5

图 5 正演声波地震记录 Fig. 5 Forward acoustic seismic record

分析认为，断裂同侧激发的正演地震记录与实际采集地震资料有相同的初至错动形态，从断裂左侧即地层纵波速度较高的一侧激发，断裂右侧的接收道初至时间与断裂左侧的接收道初至时间相比存在较大的延迟，从断裂右侧即地层纵波速度较低的一侧激发，断裂左侧接收道初至时间与断裂右侧接收道初至时间相比存在明显的提前。

受断裂两侧速度差异的影响，断裂可以被认为是波阻抗界面，当地震波传播到断裂面时，产生大倾角的反射波和透射波，波速出现较大变化，形成断面波，导致相邻道的旅行时出现明显变化，与初至波的到达时间相互影响，最终表现为明显的初至错动^[12]。

从地震原始记录及正演记录分析认为测线与高陡断裂构造正交观测，沿观测方向表层结构受断裂继承性影响存在突变，从而影响了深层的地震反射波场，上升盘方向的反射波地震旅行时减小，初至波提前达到，造成地震原始记录上原本应该较为平滑的初至出现了异常的错动现象。在与狼山断裂呈小角度斜交的其他观测方向测线的地震原始记录及表层结构调查点位则没有出现类似的异常现象，从另一个方面说明了垂直构造走向的观测方向对地震资料成像存在较大的影响^[13]。

图 6是3条不同观测方向的二维地震测线的位置示意图，3条测线相交于断裂的断点上方，观测方向与狼山断裂分别呈约45°、90°和135°夹角。从断裂处的地震叠加剖面资料分析，1线地震剖面断裂上升盘波场特征不清，而且断裂断点反映较为模糊，断裂下降盘方向同相轴较为连续，但是地层与断裂的接触关系并不明显，而且频率相对较低(图 7)。分析认为高陡断裂对地震波的吸收衰减严重，同时高陡断面为强反射面，不利于能量的传播，造成地震波场复杂，地震资料品质较差^[14]。

图 6

图 6 3条相交测线与断裂的位置示意图 Fig. 6 Sketch map of three intersecting lines and location of faults

图 7

图 7 1线叠加时间剖面 Fig. 7 Stacked time profile of Line 1

从2线与3线的叠加剖面分析(图 8、图 9)，地震资料品质较好，同相轴连续性好，资料的频率较高。从叠加剖面的成像效果分析，断层两侧的波组特征清楚，各主要目的层特征明显，断点干脆，断裂与地层的接触关系十分明显，凸起与凹陷显示较为清楚。特别是2线清楚地刻画出了断裂东侧下方的二台阶形态，经过地质研究论证在该二台阶的鼻状构造上部署钻探了JH2X井，发现了碎屑岩厚油层并获得了高产的工业油流，但是该构造在与断裂呈正交的测线上则基本没有反映。

图 8

图 8 2线叠加时间剖面 Fig. 8 Stacked time profile of Line 2

图 9

图 9 3线叠加时间剖面 Fig. 9 Stacked time profile of Line 3

(1) 表层调查资料能够在一定程度上反映地震地质条件，能够有效地指导二维地震测线的部署方位，特别是深浅层地震条件具有较好继承性的区域。

(2) 非正交的观测方向对断裂刻画存在一定的差异性。对构造刻画较为清楚的2线和3线的断裂倾角分别为54.41°和29.18°，2线刻画断裂较陡，倾角较大，3线相对较为平缓，两条测线反映的测线倾角均非真倾角。二维地震勘探无法解决这种差异性问题，只能依靠宽方位的三维地震勘探才能准确落实构造的真实形态。

(3) 高陡构造区不同的观测方位所获得的地震响应特征差别较大，与高陡构造呈正交的地震资料受高陡断裂形成的高速层屏蔽影响，对断裂下盘的构造反映较为模糊; 斜交的测线则不受此影响，构造成像效果较好。