復(fù)雜斷塊斷裂精細(xì)刻畫新技術(shù)及其應(yīng)用＊

柏冠軍 趙汝敏 楊松嶺 李培培 胡 濱

（中海油研究總院）

1 問題的提出

復(fù)雜斷塊突出的地質(zhì)特點(diǎn)是斷層多，斷裂系統(tǒng)的復(fù)雜性造成了斷層識別難度大，加大了構(gòu)造精細(xì)解釋的難度。斷裂系統(tǒng)的復(fù)雜性主要表現(xiàn)為：①斷裂破碎、連續(xù)性差，搭接關(guān)系不明確；②斷裂與水下分流河道等沉積體互相切割、交織，難以識別出斷層。研究表明，精確解釋斷裂、理順斷裂關(guān)系是復(fù)雜斷塊油氣藏勘探的難點(diǎn)之一。

長期以來人們圍繞斷裂系統(tǒng)的精確描述作了大量的努力，發(fā)展了很多描述方法（如相干體技術(shù)［1］、方差體技術(shù)［2］和邊緣檢測技術(shù)［3-4］等），其算法的精度和穩(wěn)定性不斷提高。M.Bahorich［5］提出的方法是作振幅相干分析，該方法受地震的信噪比影響較大；K.J.Marfurt［6-7］提出采用 Hilbert變換計(jì)算相干體，其穩(wěn)定性有所增強(qiáng)，效果明顯，但Hilbert變換對噪聲敏感，影響真正相干值的計(jì)算精度；M.Bahorich和K.J.Marfurt提出的方法都是利用全頻帶地震資料來計(jì)算相干體，將斷裂及巖性邊界的不連續(xù)邊界分析技術(shù)提高到了一個(gè)新的水平，它們的應(yīng)用效果在不同程度上都與分析參數(shù)的選擇相關(guān)，而對突出優(yōu)勢頻帶相干體信息的問題未能考慮，尤其是用于解釋小斷層的高優(yōu)勢頻帶相干體信息；基于小波變換的相干體計(jì)算方法［7-8］也僅限于一定頻帶范圍內(nèi)的相干體信息。

近些年，重磁勘探領(lǐng)域發(fā)展了一些實(shí)用的微弱信息增強(qiáng)技術(shù)，如梯級帶濾波增強(qiáng)技術(shù)、小子域?yàn)V波技術(shù)、線性增強(qiáng)技術(shù)等，以突出異常信息中的線性構(gòu)造［9］。此類技術(shù)具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，特別是應(yīng)用于重磁異常的構(gòu)造特征增強(qiáng)方面。

由于各種地質(zhì)體（包括斷層）都有其最佳的成像地震頻帶，如果我們能找到這個(gè)特定頻帶，斷裂就能在這個(gè)頻帶信息上呈現(xiàn)得最清楚。常規(guī)地震資料只對應(yīng)一個(gè)主要頻帶，對應(yīng)一個(gè)橫向分辨率，只能顯現(xiàn)出部分?jǐn)鄬映上褡罴选６ㄟ^高分辨率分頻技術(shù)，可以計(jì)算出不同頻帶的信息數(shù)據(jù)，以獲得不同級別的斷裂最佳成像。

為解決斷裂復(fù)雜性問題，基于前人研究成果［7-10］，筆者通過大量的分析研究、正演模擬和理論推導(dǎo)，引入了微弱信息增強(qiáng)技術(shù)，加強(qiáng)斷裂、裂縫性儲層固有頻率信號的成分特征，使它們與連續(xù)反射信號在譜融合時(shí)得到加強(qiáng)或者彼此分離，從而實(shí)現(xiàn)復(fù)雜斷塊斷裂系統(tǒng)刻畫，精確識別出尺度相對較小的非規(guī)則分布斷裂的刻畫及可視化，區(qū)分出河道等沉積體。本文提出的這一斷裂精細(xì)刻畫新技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用于海外A區(qū)塊實(shí)際地震資料斷裂精細(xì)解釋，在有效落實(shí)構(gòu)造和精細(xì)評價(jià)目標(biāo)中發(fā)揮了重要作用。

2 復(fù)雜斷塊斷裂精細(xì)刻畫技術(shù)流程與特點(diǎn)

2.1 技術(shù)流程

圖1為本文提出的復(fù)雜斷塊斷裂精細(xì)刻畫新技術(shù)流程圖。通過對研究區(qū)斷層地震反射頻帶特征的研究，在確定最佳成像頻帶基礎(chǔ)上先進(jìn)行多頻段相干體分解，再通過微弱信息線性增強(qiáng)，最后利用多頻段相干體信息融合成果進(jìn)行斷層解釋；同時(shí)產(chǎn)生的優(yōu)勢頻帶相位切片作為斷層連續(xù)性識別與解釋的依據(jù)。

圖1 復(fù)雜斷塊斷裂精細(xì)刻畫新技術(shù)流程圖

2.2 技術(shù)特點(diǎn)

（1）將平面分割子域演變?yōu)榈卣鹣喔审w子體分割方式，經(jīng)梯級帶濾波增強(qiáng)技術(shù)濾波后，再進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)學(xué)變換，進(jìn)一步提高了斷層連續(xù)性，增強(qiáng)了微弱信息的識別能力，從而更準(zhǔn)確地確定斷裂位置。

（2）斷層和斷裂發(fā)育帶在地震資料中顯示出特殊的反射特征，通過不同級別斷裂的正演模擬確定出各個(gè)級別的頻帶范圍，利用高精度分頻技術(shù)進(jìn)行地震資料的分頻計(jì)算；采用改進(jìn)的Morlet小波最大程度地模擬地震子波［8］，并進(jìn)行低頻段的分解，而高頻段地震資料的分解主要采用高分辨導(dǎo)數(shù)小波函數(shù)。

（3）根據(jù)斷層對相位的穩(wěn)定性影響敏感特性，利用優(yōu)勢頻帶相位體切片［11］識別斷層。斷層及其附近相位譜很不穩(wěn)定，而在遠(yuǎn)離斷層位置相位譜比較穩(wěn)定或呈漸變特征，因此應(yīng)用優(yōu)勢頻帶相位切片比傳統(tǒng)的相位屬性能更加準(zhǔn)確地識別和解釋斷層。

（4）利用多頻段斷裂信息融合技術(shù)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜斷塊斷裂系統(tǒng)的精細(xì)刻畫及可視化。地震信息的融合方法很多，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、聚類分析等，這些方法各有優(yōu)缺點(diǎn)及適用范圍。本文在大量研究的基礎(chǔ)上，通過賦值紅、綠、藍(lán)（RGB）3種顏色的權(quán)重，并選擇合適的權(quán)值將數(shù)據(jù)映射到亮度合適的顏色體上，可以突出地質(zhì)體固有特征且層次清晰，使斷裂信息特征更加突出；通過調(diào)節(jié)RGB三原色剖面顯示參數(shù)，可以提高顯示剖面的分辨率，豐富對地質(zhì)構(gòu)造特征細(xì)節(jié)的認(rèn)識，其效果十分明顯；通過不同的處理技術(shù)優(yōu)選高、中、低等3個(gè)優(yōu)勢頻帶信息，并分別用IRed、IGreen、IBlue來代表，可以在基于RGB聯(lián)合渲染技術(shù)的支持下實(shí)現(xiàn)3個(gè)優(yōu)勢頻帶地震信息的空間真彩色顯示，所顯示的屬性圖像特征明顯、細(xì)節(jié)豐富，具有高信息量、層次感強(qiáng)的特點(diǎn)。

3 在海外A區(qū)塊的實(shí)際應(yīng)用

海外A區(qū)塊位于某一典型弧后走滑拉分盆地內(nèi)，受右旋走滑應(yīng)力場作用，該區(qū)塊內(nèi)發(fā)育多期次斷裂系統(tǒng)，發(fā)育大量負(fù)花狀、階梯狀、疊瓦狀等復(fù)雜斷層。多期構(gòu)造運(yùn)動造成本區(qū)塊特殊的油氣地質(zhì)背景：斷裂系統(tǒng)復(fù)雜，斷層密度高，地層破碎，構(gòu)造幅度低；斷背斜、斷鼻和斷塊等構(gòu)造圈閉是主要圈閉類型；斷塊面積小，斷層分布密集，相互交叉切割，斷點(diǎn)位置難以確定，斷層組合困難；受三角洲沉積作用，水下分流河道、小水道等沉積體與斷層互相交割，常規(guī)方法難以識別（圖2）。因此，為了有效落實(shí)構(gòu)造和精細(xì)評價(jià)目標(biāo)，解決斷裂系統(tǒng)精細(xì)刻畫是該區(qū)塊勘探的主要問題。

圖2 海外A區(qū)塊常規(guī)相干切片（原始）

在正演模擬基礎(chǔ)上，利用高精度分頻技術(shù)對該區(qū)塊地震資料進(jìn)行了分解，并選擇斷裂和河道位置上的地震道進(jìn)行分析研究。圖3為A區(qū)塊河道與斷裂頻帶特性對比圖，圖中的紅色點(diǎn)對應(yīng)于河道和斷裂的地震反射時(shí)間位置。從圖3可以看出：河道沉積引起地層不連續(xù)，具有明顯的中頻特征，頻帶較寬（圖3a）；而斷裂表現(xiàn)出的頻率特征為能量集中在低頻段，頻帶較窄，高頻信息十分微弱（圖3b）。因此，利用河道與斷裂頻帶特征差異，有利于加強(qiáng)對呈弱反射的斷裂及裂縫帶的刻畫，突出了河道的特定頻帶信息。

圖3 海外A區(qū)塊河道（a）與斷裂（b）頻帶特征對比

通過不同算法的相干體和方差體實(shí)驗(yàn)計(jì)算，確定了以改變組合道（3×5）模式的方差體和第三代相干體技術(shù)解決該區(qū)塊的斷裂問題，采用本文提出的復(fù)雜斷塊斷裂系統(tǒng)精細(xì)刻畫技術(shù)進(jìn)行小斷層的識別和沉積體的區(qū)分。圖4為A區(qū)塊斷裂系統(tǒng)精細(xì)刻畫效果圖。由圖4a、b、c可以看出，3個(gè)不同優(yōu)勢頻帶相干切片反映出的該區(qū)塊斷層軌跡更加清晰、連續(xù)，高頻信息也同時(shí)被增強(qiáng)，據(jù)此可以很好地解釋出平面斷裂構(gòu)造的精細(xì)結(jié)構(gòu)。圖4d中紅色區(qū)域表示低頻能譜大而高頻成分相對比較弱，斷層及斷裂發(fā)育帶在RGB融合圖上則呈黃、橙色條帶狀平面展布，主斷層為長條狀，次一級斷層呈線狀延伸的枝條狀并互相搭接；而綠色、黃綠色所示的線狀、彎曲狀特征為水下分流河道，呈現(xiàn)出與斷裂明顯不同的中頻段信息，這也是該區(qū)塊沉積相研究的直接證據(jù)。

通過復(fù)雜斷塊斷裂系統(tǒng)的精細(xì)刻畫，在該區(qū)塊新增落實(shí)構(gòu)造6個(gè)，精細(xì)評價(jià)5個(gè)，實(shí)鉆3口井（井位置見圖4d）均獲得優(yōu)質(zhì)天然氣發(fā)現(xiàn)，有力證明了本文方法落實(shí)目標(biāo)的有效性，從而為下一步勘探開發(fā)目標(biāo)的精細(xì)雕刻提供了實(shí)用的技術(shù)手段。

圖4 海外A區(qū)塊斷裂系統(tǒng)精細(xì)刻畫效果圖

4 結(jié)束語

針對復(fù)雜斷塊斷裂地震反射特征，通過引入微弱信息增強(qiáng)技術(shù)，分析實(shí)際地震數(shù)據(jù)時(shí)頻特征以識別不同斷距時(shí)的優(yōu)勢頻帶，提出了復(fù)雜斷塊斷裂系統(tǒng)精細(xì)刻畫新技術(shù)。實(shí)際應(yīng)用表明，優(yōu)勢頻帶相位切片比常規(guī)相干體和沿層構(gòu)造屬性包含了更多的地層不連續(xù)性信息，有效克服了高頻噪音的影響，大小尺度斷層均可顯示，且具有較高的分辨率。利用RGB融合技術(shù)將低、中、高頻帶信息融合，有效解決了復(fù)雜斷裂的識別難題，較直觀地區(qū)分出了斷層和沉積河道，更有利于復(fù)雜斷塊斷裂系統(tǒng)的精細(xì)刻畫。

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