断层在地震剖面上的反映及解释

断层在地震剖面上的反映及解释
论文提要
断层是一种普遍存在的较复杂的地质现象，我国华北、苏北、江汉、南海北部湾盆地等地区断层都相当发育，断层对于油气的运移聚集起着很重要的控制作用，与油气形成、分布、富集有十分密切的关系，因此正确解释断层就成为地震资料解释中一个十分重要的问题。

下面我同大家一起来探讨一下这个问题。

正文
断层在时间剖面上的主要特征：
1.反射波同相轴错断，由于断层规模不同可表现为反射标准层错断和波阻系的错断，在断层两侧波阻关系稳定，波阻特征稳定，这一般是小型断层的反映，其特点是是断距不大，延伸较短，破碎带较窄。

2.反射同相轴数目突然增减或消失，波阻间隔突然变化，在断层的下降盘地层变厚，而上升盘地层变薄甚至缺失，这种情况往往是基底大断层裂的反映，其特点是断距大，延伸破碎带宽，这种断层对地层厚度起着控制作用，一般是划分区域构造单元的分界线。

3.反射波同相轴形状突变，反射零乱或出现空白带，这是由于断层错动引起的两侧地层产状突变，或是断层面的屏蔽作用和对射线的畸变造成的。

4.标准反射波同相轴发生分叉、合并、扭曲、强相位转换等现象，一般这是小断层的反映，但应注意这类变化有时可能是由于地表条件变化或地层岩性变化以及波的干涉等引起，区别他们要综合考虑上下波阻关系进行分析，对于地表条件引起的同相轴扭曲常表现为对不同深度的同相轴都是一样的影响。

5.异常波的出现这是识别断层的主要标志，在时间剖面上反射层中断处往往伴随出现一些异常波如绕射波，断面反射波它们一方面使记录复杂化另一方面成为确定断层的重要依据
一、断层模型的剖面特征
(一)水平地层中的断层
图一所示是水平地层中直立断层、倾斜正断层、倾斜逆断层的断层模型和叠加剖面上的反射同相轴形态，从图中可以看出地震反射剖面特征与实际模型基本一致，断层棱点处出现绕射波。

（二）倾斜地层中的断层
当断面倾斜时，断面反射波向其下倾方向偏移有以下几种情况：
正向断层和反向断层上下盘地层倾向与断面倾向一致称为正向断层，上下盘地层倾向与断面倾向相反称为反向断层，在水平叠加剖面上，正向断层的两盘的反射和断面波都向下倾方向偏移，反向断层的两盘反射向断面波相反方向偏移，(图一）绕射波的极小点对应真实地层断点位置，断盘反射波在断点处与绕射波向切，断面反射相对地下真实地层的断面位置总是向下倾方向偏移。

屋脊断层上下盘地层倾向相反，形成上凸状屋脊型，称为屋脊断层（图二）。

在水平叠加剖面上，屋脊断层上下盘断点距离大于实际断点距离，屋脊断层上下两盘的反射波断点间空开，但各有绕射波相连，由于两断点间处无反射、绕射尾巴不受干涉。

反屋脊断层上下盘地层倾向相反，形成下凹状屋脊断层，称为反屋脊断层（图二）。

在水平叠加剖面上，反屋脊断层上下盘断点距离小于实际断点距离，上下盘地层发生交叉或重叠，如果以上下盘反射断点连线做断面，会错误的改变断层性质，造成断面反向。

（三）断层的牵引现象
断层的牵引现象是普遍存在的，断层的牵引作用在断层附近形成曲界面有凹界面和凸界面，由断层牵引作用形成的凹凸界面产生的反射波和回转波往往与绕射波混在一起，这些不同性质的地质现象产生的波相互干扰，形成比较复杂的地震反射。

一般情况，凹界面反射波拉宽近似绕射波，当断层棱点的绕射波接近，曲率相同时则叠加在一起，能量增强形成强波，凹界面的回转波能量交强，且均匀，绕射波则衰减较快，回转波比绕射波弯曲程度大，用绕射波量板对不上，凸界面反射波容易与绕射波
混淆，因为途界面反射波的曲率半径与绕射波曲率半径相近，这样容易把凸界面反射波当作侧线与断层斜交的绕射波，但凸界面反射波的弯曲程度小于绕射波正断层与逆牵引为正断层与逆牵引构造的地质模型图，为正断层与逆牵引构造的地震响应，逆牵引背斜上下形态相近，较实际背斜开阔宽缓，断面波分几段出现在背斜核部，上下盘反射出现交叉。

逆断层与挤压褶皱为逆断层与挤压褶皱构造的地质模型为逆断层与相应褶皱的地震响应，可以看出，地震剖面的形态复杂得多，断面波偏向下倾方向与上盘反射相交，上盘地层由于散射仅在处显示微弱倾斜反射，断层棱点处的绕射波与凸界面反射波重叠形成较强反射，下盘受断层牵引曲率加大出现回转波。

二、断层产生的断面反射波和绕射波
(一)断面反射波的主要特点：
当断面落差较大断面两册具有不同岩性的地层直接接触时，断层面成为一个较明显的波阻抗分界面，产生断面反射波。

在地震勘探中，要能够接受到断面反射波，还要求断面倾角不能太大，否则不易接收到延续较长的断面波。

为了有利于接收断面反射波，应采取较长的排列，在断面下倾方向激发，上倾方向接收。

1.断面反射波往往是大倾角反射波，它的倾角比一般反射波大得多，所以它的同相轴常与一般地层反射波交叉，产生干涉。

随着侧线与断层走向的夹角变化，断面波在时间剖面上的角度也随之变化，当侧线与断层走向正交时，断面波倾角最陡，即为断面的真倾角。

2.端面反射波能量强弱变化大，常断续出现。

这一方面是由于断层面两侧岩性不稳定，造成反射系数不稳定，加上断面光滑程度也不同，例如泥沙岩互层地区当断层落差较小时，断面反射系数曲线忽正忽负，正负相同，每个差异段很短，着样的断面只能产生散射；当落差继续增大时，断面反射波成为较长的反射段，偏移后界面的位置和倾角可以反映断面的位置和状态。

实践中凡观测到的断面反射波的都是一些大断层（落差数百米甚至上千米），而且接受到清晰较长的断面反射波的地段通常都是基岩与沉积岩的分界面，或大套泥沙岩与砂岩或灰岩的接触地段。

3.断面波可以在相交侧线上相互闭合。

在断层落差较大，延伸较长，断面波教强的地区，来自同一断面的波可在相交的多条侧线上观测到，且能相互闭合，作出反映断面形态的断面深度图。

（二）绕射波
地震波在传播过程中如果遇到一些地层岩性的突变点（如断层的断棱，不整和面的突起点等）这些突变点就会成为新震源再次出现球面波向四周传播，这种波在地震勘探中称为绕射波。

最常见的是断棱绕射和不整和面上的突起点绕射。

三、断层在不同测线方向上的反映
同一断层在不同方向的测线上，断面的走向和视倾角反映是不一样的；这主要受断层走向和测线夹角的影响。

图四是反映视倾角α与真倾角β之间的关系的图。

ＢＡＣ与Ｂ′AＣ′在地面的交角θ以及断面视倾角α之间的关系为ｔｇα＝ｔｇβ·ｃｏｓθ。

当测线由平行于断层面（ＡＢ′∥ＡＰ）转到与断层面正交时（ＡＢ′与ＡＢ重合）断面视倾角α由０°增至真倾角β，断面倾角在测线上的表现就不同。

例如当断层走向和测线夹角在６０°～０°时，视倾角逐渐变小，直到剖面上出现水平的断层；而当测线和断层走向成弧形相交时，断面是一个弧形曲面，剖面图上会出现“锅底”或“反锅底”状断层。

图五分别表示的是测线穿过弧形断层上下盘地层的可能出现的断层剖面特征。

值，深度闭合的方法，即从已解释有断层的一系列剖面上，用相交测线的断面ｔ
０
相应标在未解释的测线上，然后把各断点连线，即为断层面。

用这种断面深度闭合的方
法，需要有足够密度的剖面。

四、断层面的确定
（一）将剖面上浅、中、深反射同相轴的中断点，即断层棱点连接起来就是断层面。

在确定断层棱点处反射同相轴的中断点时，要与回转波、断面波干涉造成的假断点区别开。

有时由于受层的屏蔽作用，在断层下盘往往出现产状畸变、反射杂乱带和三角形空白带等，断层下盘的射层中断点或产状突变点位置不能准确地反映断层面位置；对于这种情况不宜用下盘地层反射中断点来确定断层，而应用上盘地层反射中断点来确定断点位置，然后根据波组特征和倾斜度推测下盘地层断点。

利用与断层有关的特殊波确定断层面。

当时间剖面上存在明显的绕射波时，可将上下盘反射层断点处绕射波极小点连起来，为实际断面的位置。

在偏移剖面上，如果处理参数适当，断面波即代表断层面。

在确定断层时要注意：
1.断面不能穿过可靠的反射波同相轴；
2.断层造成牵引现象要与绕射“尾巴”的弯曲以及挠曲地层反射加以区别；
3.在相邻的平行剖面上，同一断层面的形态、倾角大小及断开层位和断层性质基本一致；对不同方向测线，同一断面倾角大小不同，与断层走向垂直的断面倾角最大。

（二）断层要素的确定
断层面确定之后，断层上、下盘及落差应根据标准层在两盘的关系来确定。

一般来说，断层两边反射层断点上相对应的时差（Δｔ），就是断层的垂直落差（图六）。

如果断层下盘由于屏蔽作用而引起反射剖面某段发生畸变，则不能利用畸变处的产状计算落差。

断层面的倾角，当测线与断层面走向垂直时，剖面上断层的倾角为断层面的真倾角；当测线与断层面斜交时，剖面上断层面的倾角为视倾角。

视倾角的大小可以从剖面上直接量取。

断层走向、延伸长度要在断点平面组合后才能确定。

从地震剖面上判别断层位置，既要考虑测线方向与断层走向之间的空间几何关系，同时又要注意时间剖面偏移对断层位置和断层面产状所造成的影响。

简要的概括为以下几方面：
1．当地层倾斜，时间剖面上的断点都向地层下倾方向偏移，偏移距和倾角大小与埋藏深度成正比。

2.当断层两侧地层倾向一致，倾角相近时，其断点间距变化较小；但当两侧倾角相差较大时，断点间距可能变大，也可能变小。

3.当断层两侧地层倾向相背时，时间剖面上断点间的水平距离明显变大，当两侧地层倾向相向时，断点间水平距离变小，甚至叠覆。

4.当地层倾角大于２０°时，偏移距较大，应进行空间校正后才能确定真实的断点位置。

五、断层组合的一般规律
在时间剖面上解释出断层之后，需要把各条剖面上属于同一断层的断点在平面上组合起来，绘制出断裂系统图。

因此，断点的平面组合是作构造图的关键，它直接关系到构造图的精度和解释成果的正确与否。

如果断点组合不合适，将会作出完全错误的构造图，歪曲地下地质构造形态。

同一张图采用不同的断点组合方案，所作的断裂体系截然不同。

如图七所示，在４条剖面上确定有５个特点相似的、没有特殊标志的将其区别开的断点，在这种情况下就可能存在多种断层组合方案，图中仅显示其中三种组合方案。

实际上，随着勘探程度的深入，人们对断裂系统的认识也是不断发展的，特别是对分支和小断层的识别，勘探后期的断裂系统解释和组合与早期勘探有很大的差异，有时甚至可能完全不同。

由此可见，断点的组合应符合地质规律，一般来说，在区域拉张应力条件下不可能出现逆断层；在挤压应力条件下，以逆冲或逆断层为主，但也发育有正断层；在剪切应力作用下，既可能出现逆断层，又可能出现正断层和平移断层。

断层的这些规律性要参考构造地质学等有关文献。

下面仅讨论在时间剖面上的一些规律。

1.先主后次：断点组合应先组合断裂特征明显、断层规模较大的区域控盆和控制次级构造单元的大断层。

区域大断层一般平行区域构造走向延伸，断层两侧波组有明显差异，对盆地和凹陷具有明显的控制作用；同时在重力等值线图中也表现为等值线密集带，磁力异常图中表现为密集带或串球状磁力正异常。

2.先简单后复杂：断点组合应先从上而下进行，其理由是：上部地震剖面特征明显，断点较落实，受构造运动影响较少，断裂系统较中下部地层简单，便于组合。

3.同一断层在平行的时间剖面上性质相同，断层面、断盘产状相似，断开的地层层位一致，或有规律地变化；靠近确定的断点位置，相邻剖面断距相近，或沿断层走向有规律地增加或减少。

4.同一断块内，地层产状的变化应有规律。

5.断层两侧波组具明显特征，且在平行测线方向数十千米范围内特点相似。

6.断点组合要遵循断裂力学机制的规律，对岩石的力学性质，受力方式所产生的断裂系统要充分理解。

例如，在水平挤压应力条件下的纵弯褶皱可能在背斜顶部出现平行构造轴向的纵张断裂和次一级的横张断裂，翼部则可能出现与地层产状斜交的追踪张性断层和次级平移性质的调节断层。

7.要尽可能弄清控制断层的构造性质和成因机制。

不同成因类型的构造其产生的断裂系统变化是很大的，断块构造一般以短的张性断层为主，挤压褶皱一般以延伸较长的平行断裂系为主，剪性或扭性构造一般具雁行排列的断裂系统，底辟构造上则多发育放射性断层系等等。

认识这些构造规律在断裂系统组合过程中是十分重要的。

8.断点的组合有一个认识—修改—再认识的过程。

地质历史过程中断层的形成是复杂过程，是多种因素综合作用的产物，人们不可能在勘探初期把这样复杂的问题一次弄清楚随着勘探程度的深入，资料的积累，以往所建立的断裂系统要不断修改，逐步完善。

总之，断层解释工作难度较大，需要根据地区的地质规律、结合地震剖面特征进行仔细的分析，并不断通过钻井检验，方能积累经验，提高断层解释水平。

参考文献
地震勘探原理下册陆孟基石油大学出版社
①戴相龙.中国金融业在改革中发展［J］.中国金融，2001，10：4-5。