在油气田的开发中，由于井与井之间的地质结构复杂，难以直接从地震剖面上判别。而地震正演模拟可以将地质模型和地震响应有机地联系起来，使地震反射特征具有双重含义，既具有地球物理意义，又具有明确的地质含义。通过正演模拟，可以对地震波在复杂介质中传播的运动学和动力学特征有更为清晰的认识，准确分析地下地质构造所产生的地震反射波的波场特征。根据正演模拟，可以增强人们对地下地质结构的认识，减少多解性，从而为实际的地质和油藏问题提供一定的指导作用。

二维地震正演从地震资料的性质可分为叠前（AVA）地震正演和叠后地震正演，叠前地震正演可以帮助从地震数据上直接识别油气，叠后地震正演则有益于解释人员通过不同正演结果与地震剖面的对比帮助解释人员分析复杂地质结构。叠后地震正演按照原理主要可分为两大类方法：① 基于射线理论的射线追踪方法；② 基于波动理论的波动方程正演。射线追踪法属于几何地震学方法，主要考虑了波的运动学特征。射线追踪法显示直观，运算速度快，适应性强。

1 工区概况

西湖M气田位于中央背斜带苏堤构造带的北部倾末端，主要受到早期拉张应力和挤压应力的作用，形成的低幅背斜、断背斜和断块构造群，其主力储层H3砂层组为三角洲前缘沉积，划分为H3a、H3b、H3c、H3d四套储层，四个小层均有井钻遇气层，该层为气田的主要目的层，H3层垂向上表现为由下至上砂体厚度逐渐减薄，粒度变细。根据开发井的钻探情况，H3层内部砂体横向变化快，从过井地震剖面上（图 1），A井与B井之间，H3层内部地震反射同相轴的波形、振幅、相位均发生明显变化，其中H3d砂体厚度最大，砂厚约84.3~32.9 m，砂体横向发育最稳定，但往B井砂体厚度减薄，上部气砂尖灭。H3c砂体在3口井上均发育，砂体厚度中等，砂厚约16~11.6 m，结合地震资料综合分析认为，C井及A井H3c砂体与B井H3c砂体不连通的可能性较大。H3b砂体横向变化大，在C井上砂体厚度最大，砂厚为30.3 m，气层厚度为16.2 m，该层往A井（距离C井约296 m）方向砂体厚度减薄至5.5 m，且气砂尖灭，B井上H3b砂体厚度为4.4 m，分析认为H3b砂体与H3c砂体一致，存在C井和A井与B井砂体不连通的可能性。H3a砂体厚度薄，砂体厚度约8.2~3.5 m，砂体横向变化快，与H3c与H3b一致，存在C井和A井与B井砂体不连通的可能性。综合以上信息，为了分析A井与B井之间砂体合理的地下地质结构，我们建立了多个地质模型，选取快速高效的射线追踪正演方法，对四套砂体的连通性进行了分析。

2 射线追踪法

射线追踪法是对地震波在介质中的传播路径的一种追踪，它属于几何地震学方法，由于它将地震波波动理论简化为射线理论，主要考虑的是地震波传播的运动学特征。在地震勘探中，有两类地震射线追踪问题：① 初值射线追踪问题，是指一点射线追踪，已知射线初始点源点和初始出射方向，求地震波的传播路径。② 两点射线追踪，已知射线初始点源点和另一观察点接收点的位置，不知射线初始出射方向，求两点之间的射线路径。

射线追踪法求取线路和旅行时的基本方程：

${\left( {\frac{{\partial t}}{{\partial x}}} \right)^2} + {\left( {\frac{{\partial t}}{{\partial y}}} \right)^2} + {\left( {\frac{{\partial t}}{{\partial z}}} \right)^2} = \frac{1}{{{v^2}\left( {x,y,z} \right)}}$

其中$v = {v_{\rm{P}}}{\rm{ = }}\sqrt {\frac{{\lambda + 2\mu }}{\rho }} $或${v_{\rm{s}}}{\rm{ = }}\sqrt {\frac{\mu }{\rho }} $。

射线追踪方法概括起来分为三大类，分别是试射法、弯曲法、波前法。试射法或称打靶法，在激发点，给定一系列射线参数初始值，根据Snell定理追踪并不断调整初始射线的出射角，使地面接收到的反射射线与既定接收点之间不断接近，直到满足假定的边界条件，此时得到的射线路径即是我们所要求取的。弯曲法在数学上属于两点边值问题的范畴，是基于Fermat原理的一种方法，在进行计算之前要求先固定激发点和接收点，再假定两点间有一个初始的路径，满足射线运动方程或射线最小走时的Fermat原理，通过反复迭代计算使最初假想的射线路径逐渐收敛到正确的射线路径上来，从而计算得到激发点到接收点的走时及两点间的射线轨迹。波前法是基于Huygens原理，震源产生振动，通过介质的质点向四周传播，波动中的任何一点都可以看作一个新的震源，而地震波在传播过程中由各个震源点组成了一个波阵面，波阵面上的每一个点又可以作为新的震源，通过介质的质点继续传播，叠加形成新的波前面，在接收点与震源点之间可以形成若干个这样的次级震源^[1-6]。射线追踪法主要优点有显示直观，运算方便，速度快，效率高，适应性强。

3 西湖油气田实例应用

正演模拟的流程（图 2）：本文地震正演的子波采用了28 Hz的雷克子波，地质和地球物理模型建立了地下地层的反射面，也就建立起来了地下地层的反射系数，通过子波和反射系数的褶积，并运用射线追踪方法计算沿时间轴方向的路径，最后得到地震合成记录，如果地震合成记录与实际的地震剖面不吻合，继续修改地质地球物理模型。

地质模型中的物性参数（砂泥岩速度、密度）来自3口井上，建立了四个地质模型，具体模型如下：

地质模型一（图 3）：假设三口井之间的砂体和泥岩都是连通的，模型中砂层和泥岩层的密度和速度如表 1所示。通过正演的剖面（图 4）与实际地震剖面（图 1）对比可知，模型一不能反映出实钻H3砂层内砂体间的变化关系。

地质模型二（图 5）：三口井之间的H3a砂体连通，H3b砂体也是连通，H3c砂体不连通，H3c1砂体在距离A井350 m处尖灭，H3c2砂体尖灭点离B井330 m，H3d砂体也连通的。模型中的泥岩之间也连通。模型中砂层和泥岩层的密度和速度如表 2所示。通过正演的剖面（图 6）与实际地震剖面（图 1）对比可知，模型二不能代表地下的真实地质结构。

地质模型三（图 7）：三口井之间的H3a砂体连通，H3b砂体不连通，H3b1砂体在距离A井150 m处尖灭，H3b2砂体尖灭点离B井330 m，H3c砂体不连通，H3c1砂体在距离A井350 m处尖灭，H3c2砂体尖灭点离B井330 m，H3d砂体是连通的。模型中的泥岩之间也连通，因此泥岩的密度和速度用的H3a下泥的值。模型中砂层和泥岩层的密度和速度如表 3所示。通过正演的剖面（图 8）与实际地震剖面（图 1）对比可知，模型三不能代表地下的真实地质结构。

地质模型四（如图 9）：从地质模型可知三口井之间的H3a砂体不连通，H3b砂体不连通，H3a1砂体在距离井A井80 m处尖灭，H3a2砂体尖灭点离B井530 m，H3b1砂体在距离井A井150 m处尖灭，H3b2砂体尖灭点离B井530 m，H3c砂体不连通，H3c1砂体在距离井A井350 m处尖灭，H3c2砂体尖灭点离B井330 m，H3d砂体是连通的。模型中的泥岩之间也连通，因此泥岩的密度和速度用的H3a砂岩下的泥岩物性参数。模型中砂层和泥岩层的密度和速度如表 4所示。通过正演的剖面（图 10）与实际地震剖面（图 11）对比可知，模型四很接近地下地质结构。

图 11是选定地质模型正演剖面和过A井和B井原始地震剖面的对比，图中黄色圈定部分为H3砂层顶底，从图可知，H3这套砂层正演模型的地震强弱轴和过井地震剖面的强弱轴数目一致，从原始地震剖面可知，在H3砂层组中有三个强轴，两个弱轴，中间的强轴（红色圈定部分）在A井和B井之间中断。地震正演剖面图中红色圈定部分同相轴消失的地方和过A井和B井连井剖面H3砂层组中间强轴消失的地方具有一致性，因此正演模型中模拟H3砂层组后的地震剖面和原始地震剖面具有很好一致性。

4 结论

（1）针对西湖井间薄砂体连通性问题，基于井资料建立多个模型，并运用射线追踪方法，从地震正演模拟的二维地震剖面与采集的二维地震剖面对比后，分析认为三口井之间的H3a，H3b，H3c砂体在A井和B井之间连通性比较小，砂体H3d在三口井之间连通性比较大；

（2）射线追踪地震正演方法显示直观及运算方便，对我们认识地下地质结构有一定的帮助。