復(fù)雜斷塊油田隱蔽斷層精細(xì)識(shí)別
——以渤中凹陷BZ油田為例

王國強(qiáng)，郭 濤，邊立恩，于 婭

(中海石油(中國)有限公司天津分公司，天津 300459)

復(fù)雜斷塊油田具有構(gòu)造破碎、斷裂發(fā)育、解釋模式多解性強(qiáng)等特點(diǎn)，因此斷層的有效識(shí)別和精細(xì)解釋是復(fù)雜斷塊油田構(gòu)造精細(xì)落實(shí)的基礎(chǔ)[1-3]，其中，隱蔽斷層的識(shí)別與解釋是一個(gè)難點(diǎn)。隱蔽斷層在常規(guī)地震剖面上難以被識(shí)別，但是它的作用不可忽視，常可起到控制圈閉、分割油藏的作用，因此如何有效地識(shí)別隱蔽斷層是復(fù)雜斷塊油田油氣勘探評(píng)價(jià)的一項(xiàng)重要內(nèi)容。斷層識(shí)別的方法有多種，概括起來主要包括三類：一是解釋性處理類，對(duì)地震數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波或者分頻處理來提高斷層的識(shí)別能力，如構(gòu)造導(dǎo)向?yàn)V波，分頻技術(shù)等[4-9]；二是屬性類，對(duì)地震數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算提取屬性來識(shí)別斷層，如方差體、相干體、曲率體、螞蟻體等均屬于此類[10-15]；三是圖像處理類，對(duì)提取的地震屬性進(jìn)行圖像增強(qiáng)來提高斷層的識(shí)別能力，如邊緣檢測(cè)、屬性融合、RGB融合技術(shù)等[16-17]。在實(shí)際應(yīng)用中多是將以上不同類型的方法進(jìn)行組合應(yīng)用以取得更好的斷層識(shí)別效果，如分頻相干技術(shù)是將分頻與相干體技術(shù)結(jié)合，從不同的頻帶提取更豐富的地質(zhì)信息以進(jìn)行斷層解釋[18-21]。

本文以BZ油田為例，針對(duì)隱蔽斷層在常規(guī)剖面上難以識(shí)別的問題，嘗試綜合利用保留斷層濾波、分頻相干技術(shù)和RGB融合技術(shù)對(duì)隱蔽斷層進(jìn)行識(shí)別。

1 研究區(qū)概況

渤海海域BZ油田位于渤中凹陷西次洼(渤中西次洼)，西南鄰沙壘田凸起，區(qū)域上是一個(gè)繼承性發(fā)育的洼中隆起帶(圖1)。BZ構(gòu)造的淺層為一個(gè)被斷層復(fù)雜化的斷裂半背斜構(gòu)造，走向?yàn)楸睎|方向，傾向?yàn)槟蠔|方向，具有多斷塊、多高點(diǎn)、圈閉破碎、面積小、產(chǎn)狀陡以及疊合性差等特征，為典型的復(fù)雜斷塊型構(gòu)造。

圖1 BZ油田位置

BZ構(gòu)造區(qū)斷層發(fā)育，在約200 km2的研究區(qū)內(nèi)共解釋出100多條斷層，將這些斷層按形成時(shí)間和力學(xué)機(jī)制可分為三類：一類為長期活動(dòng)斷層，呈北東走向，傾向?yàn)槟蠔|方向，控制沉積及構(gòu)造格架，平面延伸較長，主斷層的延伸長度大于16.00 km；第二類為各圈閉的邊界斷層，斷層發(fā)育密度較大，走向多為北東向、近東西向，為區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力下的派生斷層，主要起到分隔各個(gè)斷塊圈閉的作用，延伸長度為0.30～10.00 km；第三類為局部圈閉內(nèi)部小斷層，走向多為北東向及北北東向，延伸長度為0.30～0.85 km，這些斷層使得局部圈閉更復(fù)雜。隱蔽斷層在BZ油田通常為二類斷層或者三類斷層，其特征一般斷距小、延伸短，在剖面上表現(xiàn)為同相軸微小錯(cuò)斷或扭曲。

BZ油田隱蔽斷層的存在給油田評(píng)價(jià)過程中構(gòu)造的精細(xì)落實(shí)帶來許多難點(diǎn)，主要表現(xiàn)在：①由于處于復(fù)雜斷裂帶，地震資料品質(zhì)相對(duì)較差，地震反射同相軸連續(xù)性差，斷層面成像不清楚，不利于斷層解釋；②受限于地震資料分辨率，斷距小、延伸短的斷層在常規(guī)地震剖面或常規(guī)相干切片上難以被發(fā)現(xiàn)，存在許多難以識(shí)別的隱蔽斷層；③常規(guī)地震方法對(duì)斷層的平面組合及斷層間的搭接關(guān)系難以準(zhǔn)確刻畫，因此對(duì)于斷層是否分割斷塊判斷不準(zhǔn)，導(dǎo)致油田評(píng)價(jià)過程中出現(xiàn)的井間油水關(guān)系矛盾問題無法合理解釋。

2 研究思路與關(guān)鍵技術(shù)

針對(duì)復(fù)雜斷塊油田隱蔽斷層識(shí)別技術(shù)難點(diǎn)，總結(jié)了一套基于解釋性處理、屬性體提取和圖像處理相結(jié)合的隱蔽斷層識(shí)別方法，具體流程見圖2：首先對(duì)原始地震資料進(jìn)行保留斷層濾波處理，以去除復(fù)雜斷裂帶噪音、提高同相軸連續(xù)性來增強(qiáng)斷層的可識(shí)別能力；然后利用離散傅里葉變換將地震資料變換到頻率域，在有效頻帶范圍內(nèi)生成一系列地震數(shù)據(jù)單頻體；再對(duì)單頻體用帶傾角校正的結(jié)構(gòu)體算法進(jìn)行相干計(jì)算生成單頻相干體，最后通過比較，選取反映斷層最清晰的單頻相干體利用RGB融合技術(shù)得到屬性融合體來進(jìn)行隱蔽斷層的平面展布和斷層搭接關(guān)系的刻畫。

圖2 技術(shù)流程

2.1 保留斷層濾波技術(shù)

保留斷層濾波是Landmark軟件提供的一種構(gòu)造導(dǎo)向?yàn)V波技術(shù)，它是一種針對(duì)疊后地震資料的特殊去噪方法，其核心目的是去除噪音、保護(hù)構(gòu)造。與常規(guī)濾波方法不同，保留斷層濾波沿著地震反射界面的傾向和走向進(jìn)行濾波去噪來增加同相軸的連續(xù)性，同時(shí)它又是一種邊緣保護(hù)濾波，能使斷層、巖性邊界等地質(zhì)體的不連續(xù)性得到有效地保留甚至改善。

BZ油田由于斷層發(fā)育、斷塊破碎等原因?qū)е碌卣鹳Y料信噪比低、地震同相軸連續(xù)性差，若直接對(duì)其進(jìn)行相干體計(jì)算會(huì)出現(xiàn)噪音大、斷層模糊等現(xiàn)象，不利于隱蔽斷層的識(shí)別，因此需要對(duì)地震數(shù)據(jù)先進(jìn)行保留斷層濾波處理。Landmark中保留斷層濾波模塊的掃描時(shí)窗是通過主測(cè)線和聯(lián)絡(luò)測(cè)線掃描道數(shù)及樣點(diǎn)數(shù)三個(gè)參數(shù)(Line×Cdp×z)進(jìn)行約束，如本次選取參數(shù)為5×5×9，表示平面上主測(cè)線和聯(lián)絡(luò)測(cè)線掃描范圍分別為5道，縱向上為9個(gè)采樣點(diǎn)，按照工區(qū)地震資料2 ms采樣率計(jì)算，縱向掃描時(shí)窗為16 ms。與原始地震資料(圖3a)相比，保留斷層濾波處理后的地震資料(圖3b)信噪比有所提高，地震同相軸的連續(xù)性增強(qiáng)，斷層面更加清晰干脆易識(shí)別。

a.原始地震資料；b.保留斷層濾波資料；c.10 Hz單頻體資料；d.10 Hz單頻相干資料

2.2 分頻相干技術(shù)

分頻技術(shù)已是一種常用的地震解釋技術(shù)，它是將原始地震資料進(jìn)行時(shí)頻變換后得到一系列離散數(shù)據(jù)體，從而提取更豐富的地質(zhì)信息進(jìn)行異常體的解釋。這些離散數(shù)據(jù)體可以是頻率域的振幅或相位調(diào)諧體，也可以是時(shí)間域的單頻振幅數(shù)據(jù)體，也叫單頻體或共頻體。調(diào)諧體和單頻體都可以從大小不同的尺度上反映地質(zhì)異常體，不同的是調(diào)諧體有時(shí)窗限制，一般用來研究某一特定時(shí)期的地質(zhì)體(如砂體的平面展布等)；而單頻體沒有時(shí)窗的限制，可以從空間上對(duì)地質(zhì)體進(jìn)行解釋，因此單頻體常用于斷層的解釋。由于隱蔽斷層在常規(guī)地震剖面上難以識(shí)別，本文考慮用信息更豐富的單頻體從不同的頻率來進(jìn)行斷層的識(shí)別。

Landmark軟件中的結(jié)構(gòu)體技術(shù)相當(dāng)于第三代相干算法，屬于比較成熟、先進(jìn)的相干算法。加入傾角校正的結(jié)構(gòu)體技術(shù)，由于其考慮了分析時(shí)窗內(nèi)所有道的權(quán)重相關(guān)并且是沿著地震反射面來計(jì)算不連續(xù)性，有效地提高了復(fù)雜斷裂帶斷層的識(shí)別能力。BZ油田發(fā)育尺度不同的三類斷層，因此將分頻技術(shù)與相干技術(shù)相結(jié)合，充分利用不同頻率的地質(zhì)信息來對(duì)不同尺度的斷層進(jìn)行刻畫，有利于隱蔽斷層的識(shí)別和解釋。

利用離散短時(shí)傅里葉變換對(duì)濾波后的數(shù)據(jù)體做分頻處理，從10 Hz到50 Hz每隔5 Hz生成一個(gè)單頻體進(jìn)行對(duì)比分析，優(yōu)選可以有效地識(shí)別隱蔽斷層的單頻體。以10 Hz單頻體為例(圖3c)，對(duì)比常規(guī)和濾波后的地震剖面，10 Hz單頻體剖面上A井與B井間的隱蔽斷層得以顯現(xiàn)且斷層位置易于解釋，單頻相干剖面上(圖3d)也能夠識(shí)別出斷層。

2.3 RGB融合技術(shù)

RGB融合技術(shù)來源于顏色發(fā)光原理，以紅、綠、藍(lán)三種顏色為基色按照不同的比例及其間相互疊加可以生成各種不同的顏色，這些顏色幾乎包含了人眼所能識(shí)別的所有顏色。RGB模式與分頻技術(shù)相結(jié)合，將分頻后的優(yōu)勢(shì)頻率信息(一般是低、中、高頻信息)對(duì)應(yīng)紅、綠、藍(lán)三基色進(jìn)行RGB模式顯示，可以有效利用各個(gè)頻率的信息，同時(shí)疊合后的圖像可以從不同的尺度凸顯斷層、巖性體等地質(zhì)異常體。軟件實(shí)現(xiàn)過程中可以通過調(diào)整最大值與最小值的范圍來定義單個(gè)屬性的參與比例，由于本次參與融合的屬性類型相同，均為相干屬性，因此在優(yōu)選低、中、高三個(gè)頻率的屬性后，將各自屬性的最大值與最小值均設(shè)置為100%，即按低、中、高為111的比例進(jìn)行融合顯示，這樣能夠保證不同尺度的斷層均能有較好的顯示效果。

3 實(shí)際應(yīng)用效果分析

BZ油田三維地震資料為疊前時(shí)間偏移資料，油田主力含油層段明化鎮(zhèn)組下段(明下段)對(duì)應(yīng)時(shí)間段為1 000～1 600 ms，地震資料品質(zhì)分析顯示，該段地震資料主頻為35 Hz，有效頻帶寬度為10～50 Hz。復(fù)雜斷層帶給地震資料品質(zhì)帶來一定的影響，地震剖面上地震反射同相軸表現(xiàn)為中等-弱連續(xù)，斷面成像效果較差。

在BZ油田A井區(qū)，F(xiàn)1斷層為一類斷層，呈北東向展布，控制整個(gè)BZ油田；F2和F3為二類斷層，呈近東西向展布，控制A井區(qū)圈閉；f1、f2、f3為三類斷層，使A井區(qū)構(gòu)造復(fù)雜化。油田評(píng)價(jià)過程中，A井鉆探后在明下段獲得較好的油氣發(fā)現(xiàn)，明下段II油組頂面解釋成果顯示A井與B井(設(shè)計(jì)井)位于同一斷塊，1 400 ms常規(guī)相干體切片顯示斷層與構(gòu)造解釋結(jié)果基本一致(圖4)，A井與B井之間存在的小斷層沒有分割斷塊。然而，B井鉆探后兩井之間出現(xiàn)了多套油水關(guān)系矛盾，A井與B井的小層對(duì)比分析顯示兩井的儲(chǔ)層間存在較強(qiáng)的可對(duì)比性(圖5)，若兩井位于同一個(gè)斷塊當(dāng)屬同一個(gè)油藏，不會(huì)出現(xiàn)油水關(guān)系矛盾，據(jù)此推測(cè)兩井之間應(yīng)該存在分隔斷塊的斷層，只是在常規(guī)地震剖面和相干體切片上未被識(shí)別出來。

圖4 1 400 ms常規(guī)相干體切片與B井鉆前II油組頂面解釋成果

圖5 A井(右)、B井(左)小層對(duì)比

依據(jù)本文技術(shù)方法，優(yōu)選10 Hz、25 Hz、40 Hz三個(gè)單頻體利用帶傾角校正的結(jié)構(gòu)體算法進(jìn)行相干體計(jì)算。f1斷層在常規(guī)相干體切片(圖4)上缺失，而經(jīng)過保留斷層濾波和分頻相干處理的單頻體相干切片(圖6a、b、c)上f1斷層非常清楚，且與斷層F2、F3及f2之間的搭接關(guān)系也非常明確，原因在于常規(guī)相干體技術(shù)在刻畫復(fù)雜斷塊區(qū)的小斷層方面存在不足，證明了本文技術(shù)思路的有效性。

為了更完整地顯示斷層以及反映斷層間的搭接關(guān)系，將10 Hz、25 Hz、40 Hz相干體進(jìn)行了RGB融合顯示(圖6d)。RGB融合切片上，隱蔽斷層f1刻畫的更加清晰，f1斷層與其他斷層的搭接關(guān)系也更加明確。根據(jù)隱蔽斷層的識(shí)別結(jié)果對(duì)該區(qū)斷層進(jìn)行了重新解釋和斷層組合，并對(duì)II油組頂面等T0圖進(jìn)行了修改(圖7)。隱蔽斷層f1的識(shí)別有效地解決了A井與B井間的油水關(guān)系矛盾。

a.10 Hz單頻相干體切片；b.25 Hz單頻相干體切片；c.40 Hz單頻相干體切片；d.RGB切片

圖7 B井鉆后II油組頂面解釋成果

4 結(jié)論

(1)保留斷層濾波技術(shù)在保護(hù)斷層的同時(shí)進(jìn)行去噪，可以顯著提高復(fù)雜斷裂帶地震資料的平滑性，利于斷層識(shí)別；分頻相干從不同的頻段對(duì)斷層進(jìn)行刻畫，是隱蔽斷層得以顯現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)；RGB融合顯示將大小斷層以不同的顏色同時(shí)突顯，使切片上斷層信息更加完整，斷層之間的搭接關(guān)系更加明確。

(2)復(fù)雜斷塊油田評(píng)價(jià)的過程也是對(duì)復(fù)雜構(gòu)造帶重新落實(shí)和再認(rèn)識(shí)的過程，本文通過將保留斷層濾波、分頻相干和RGB融合技術(shù)相結(jié)合并在BZ復(fù)雜斷塊油田進(jìn)行應(yīng)用，有效識(shí)別出在常規(guī)剖面和常規(guī)相干切片上難以識(shí)別的隱蔽斷層，使得構(gòu)造解釋更符合實(shí)際地質(zhì)情況，與實(shí)際鉆井情況更加吻合，為油田的勘探評(píng)價(jià)提供了有力的支撐。本技術(shù)組合識(shí)別斷層效果顯著，對(duì)類似復(fù)雜斷裂帶的構(gòu)造解釋具有一定的指導(dǎo)和借鑒意義。