螞蟻?zhàn)粉櫦夹g(shù)在大程莊地區(qū)斷裂自動解釋中的應(yīng)用

張繼標(biāo)，戴俊生，馮建偉 （中國石油大學(xué)（華東）地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東青島266555）

毛成棟 （中國國土資源經(jīng)濟(jì)研究院，北京101149）

田騰飛 （中海石油（中國）有限公司深圳分公司研究院，廣東廣州510240）

螞蟻?zhàn)粉櫦夹g(shù)在大程莊地區(qū)斷裂自動解釋中的應(yīng)用

張繼標(biāo)，戴俊生，馮建偉 （中國石油大學(xué)（華東）地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，山東青島266555）

毛成棟 （中國國土資源經(jīng)濟(jì)研究院，北京101149）

田騰飛 （中海石油（中國）有限公司深圳分公司研究院，廣東廣州510240）

基于螞蟻算法的螞蟻?zhàn)粉櫦夹g(shù)可以實(shí)現(xiàn)三維地震資料中斷裂系統(tǒng)的自動解釋，其主要流程包括地震資料預(yù)處理、邊緣檢測及邊緣增強(qiáng)3個(gè)過程。將螞蟻?zhàn)粉櫦夹g(shù)應(yīng)用于大程莊地區(qū)的斷裂解釋，獲得的螞蟻?zhàn)粉檶傩泽w斷裂痕跡清晰，可以有效地指導(dǎo)斷裂的平面及剖面解釋。將螞蟻屬性體與方差體等其他地震屬性體進(jìn)行對比，其斷裂顯示效果更真實(shí)、直觀。利用螞蟻?zhàn)粉櫦夹g(shù)不僅可以大幅縮短地震資料解釋的周期，同時(shí)還可以減少人為因素對斷裂解釋的影響，有效提高斷裂解釋的精度。對比不同參數(shù)條件下追蹤得到的螞蟻屬性體，認(rèn)為螞蟻?zhàn)粉櫦夹g(shù)可以滿足不同勘探開發(fā)階段對斷裂解釋的精度要求。

螞蟻算法；螞蟻屬性體；斷裂自動解釋；石油地質(zhì)學(xué)；大程莊地區(qū)

三維地震資料的快速精細(xì)解釋是制約油氣田勘探開發(fā)的一個(gè)重要因素，勘探早期能否快速查明研究區(qū)地下的基本構(gòu)造形態(tài)及斷裂發(fā)育特征直接影響著后續(xù)的勘探開發(fā)進(jìn)程；勘探后期，隨著簡單構(gòu)造油氣藏潛力的枯竭，三維地震資料的精細(xì)解釋、準(zhǔn)確識別與描述低級序斷層對油藏精細(xì)描述、儲層參數(shù)預(yù)測等都具有重要的意義?？碧皆缙跀嗔呀忉尩闹芷谛约翱碧胶笃跀嗔呀忉尩臏?zhǔn)確性一直是地震資料解釋過程中面臨的兩個(gè)難題。常規(guī)的地震資料斷層解釋周期長，解釋結(jié)果受人為因素影響較大，且小斷層識別比較困難。相干體技術(shù)等一些地震屬性處理技術(shù)的出現(xiàn)在一定程度上提高了斷層的解釋速度與精度，但由于受到地震分辨率等多種因素的影響，在具體應(yīng)用過程中有一定的局限性。而基于螞蟻算法的斷裂系統(tǒng)自動解釋技術(shù)則為這兩個(gè)難題的解決提供了一種有效途徑［1～3］。筆者根據(jù)不同的地震解釋需求應(yīng)用螞蟻?zhàn)粉櫦夹g(shù)對大程莊地區(qū)的地震資料進(jìn)行斷裂自動解釋，提高了斷裂解釋的速度與準(zhǔn)確性。

1 螞蟻算法基本原理及流程

螞蟻算法是由意大利學(xué)者Colorni等［4～8］于20世紀(jì)90年代初期通過模擬自然界中螞蟻集體覓食的行為而提出的一種基于種群的啟發(fā)式仿生進(jìn)化算法［5］。人工螞蟻算法模擬螞蟻的覓食原理，在此引用Colorni［4］所舉的例子對這一原理進(jìn)行說明。如圖1所示，假設(shè)A點(diǎn)是巢穴，E點(diǎn)是食物源，HC代表一障礙物。螞蟻由巢穴去覓食需先到達(dá)B點(diǎn)然后分別經(jīng)H點(diǎn)或者是C點(diǎn)到達(dá)D點(diǎn)再到達(dá)食物源，B點(diǎn)到H點(diǎn)的距離d是B點(diǎn)到C點(diǎn)距離的兩倍，螞蟻在覓食過程中會留下信息素，在初始t＝0時(shí)刻，螞蟻會隨機(jī)選擇一條路徑覓食，按照統(tǒng)計(jì)的角度，在兩條路徑上螞蟻的數(shù)量相等，經(jīng)過一定時(shí)間在t＝1時(shí)刻，由于路徑BHD的距離是路徑BCD距離的兩倍，那么在路徑BCD上螞蟻往返的次數(shù)是路徑BHD上螞蟻往返次數(shù)的兩倍，留下的信息素量也是兩倍，因而之后選擇路徑BCD的螞蟻數(shù)量將是路徑BHD上的兩倍，隨著時(shí)間的繼續(xù)推移，將會有越來越多的螞蟻選擇路徑BCD覓食，從而達(dá)到最短時(shí)間覓食的目的。

圖1 蟻群系統(tǒng)示意圖

人工螞蟻算法就是根據(jù)以上原理而提出的一種通過計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的最優(yōu)化算法，基于螞蟻算法的螞蟻?zhàn)粉櫦夹g(shù)能自動分析、識別斷裂系統(tǒng)。其原理是在地震數(shù)據(jù)體中散播大量電子“螞蟻”，“螞蟻”沿著可能的斷裂痕跡向前移動，若遇到斷裂將用“信息素”做出明顯的標(biāo)記，否則將不做標(biāo)記或做不太明顯的標(biāo)記，以指導(dǎo)其他“螞蟻”的追蹤。螞蟻?zhàn)粉櫵惴ń⒘艘环N突出斷層面特征的新型斷層解釋技術(shù)，通過該技術(shù)最終可以獲得一個(gè)具有清晰斷裂痕跡的螞蟻?zhàn)粉檶傩泽w。其主要流程如圖2所示。

圖2 螞蟻?zhàn)粉櫦夹g(shù)流程圖

2 大程莊地區(qū)螞蟻?zhàn)粉櫦夹g(shù)實(shí)現(xiàn)

大程莊地區(qū)位于蘇北盆地金湖凹陷西斜坡地區(qū)，金湖凹陷在構(gòu)造上位于蘇北盆地東臺坳陷的西部，是晚白堊世發(fā)育起來的斷陷盆地。由于受到多次構(gòu)造運(yùn)動及西部郯廬斷裂帶的影響，導(dǎo)致斜坡上斷層十分發(fā)育，加之由于受到地震分辨率的限制，斷層難以準(zhǔn)確解釋。為了對斷層的發(fā)育規(guī)律有一個(gè)準(zhǔn)確的認(rèn)識，提高構(gòu)造落實(shí)程度，筆者應(yīng)用螞蟻?zhàn)粉櫦夹g(shù)對大程莊地區(qū)進(jìn)行了斷裂系統(tǒng)的自動解釋，并將解釋結(jié)果應(yīng)用于油田的勘探開發(fā)中。

為了獲得一個(gè)具有清晰斷裂痕跡的螞蟻屬性體，首先進(jìn)行地震資料預(yù)處理。在地震資料的預(yù)處理過程中，主要采用中值濾波、高斯濾波及構(gòu)造平滑處理等技術(shù)以增強(qiáng)地震反射的連續(xù)性，降低噪聲影響。該次研究主要應(yīng)用了構(gòu)造平滑技術(shù)進(jìn)行地震資料的預(yù)處理。

其次是地震數(shù)據(jù)體“邊緣”探測?！斑吘墶奔床贿B續(xù)點(diǎn)，對地震數(shù)據(jù)體“邊緣”的探測旨在尋找數(shù)據(jù)體中的不連續(xù)點(diǎn)，并借助于傾角和方位角屬性、混沌屬性及方差屬性等屬性提取技術(shù)對這一不連續(xù)性進(jìn)行強(qiáng)化。在大程莊地區(qū)主要應(yīng)用方差體技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。方差體技術(shù)是利用相鄰道地震信號（如振幅、相位等）之間的相似性來描述地層、巖性等的橫向非均勻性，通過計(jì)算樣點(diǎn)的方差值，揭示數(shù)據(jù)體中的不連續(xù)信息，從而進(jìn)行斷層、巖性的識別［9］。在規(guī)則層位面上，沿層振幅變化不大，方差較小；而在斷層附近，振幅變化較大，方差也大［10］。

最后是利用螞蟻算法生成螞蟻屬性體。螞蟻?zhàn)粉櫦夹g(shù)創(chuàng)立了一種全新的斷裂系統(tǒng)屬性，在預(yù)先設(shè)定的地震體內(nèi)突出具有方位的斷裂特征，然后進(jìn)行運(yùn)算并產(chǎn)生螞蟻屬性體［7］。這是利用螞蟻?zhàn)粉櫦夹g(shù)進(jìn)行斷裂解釋的核心，其追蹤效果對參數(shù)選擇依存度較高，影響螞蟻?zhàn)粉櫺Ч闹饕獏?shù)有初始螞蟻邊界、追蹤偏差、螞蟻搜索步長、必須合法步與允許非法步及終止條件等［11］。為了說明不同參數(shù)條件下螞蟻?zhàn)粉櫟男Ч?，也為了滿足不同勘探開發(fā)條件下對地震資料解釋精度的要求，筆者分別對大程莊地區(qū)的較大斷裂及相對低級序斷裂進(jìn)行了追蹤，得到了不同精度下的螞蟻?zhàn)粉檶傩泽w（圖3）。

圖3 大程莊地區(qū)不同參數(shù)條件下的螞蟻?zhàn)粉檶傩泽w

3 螞蟻?zhàn)粉櫦夹g(shù)應(yīng)用效果

3.1 斷裂平面展布分析

對獲得的螞蟻屬性體進(jìn)行等時(shí)切片，可以了解斷裂的平面展布狀態(tài)、主要發(fā)育規(guī)律，從而對研究區(qū)的構(gòu)造特征形成一個(gè)基本認(rèn)識。從大程莊地區(qū)螞蟻?zhàn)粉檶傩泽w900ms等時(shí)切片（圖4（a））可以看出，大程莊地區(qū)主要發(fā)育北東向、近東西向及近南北向斷裂。北東向的斷裂主要發(fā)育在研究區(qū)西部，東部有少量發(fā)育；近東西向斷裂主要發(fā)育在盆地的東部；近南北向斷裂主要發(fā)育在研究區(qū)中北部（c7井附近），研究區(qū)中部斷裂發(fā)育相對較少。隨著深度變深，到1300ms等時(shí)切片（圖4（b））時(shí)，研究區(qū)西部北東向斷裂痕跡更加清晰，發(fā)育規(guī)模更大，近南北向斷裂減少，北西向斷裂逐漸增多，主要發(fā)育于研究區(qū)中北部；研究區(qū)南部部分北西向斷裂痕跡模糊，可信度有待進(jìn)一步商榷；東部近東西向斷裂消失。通過對一系列不同等時(shí)切片的對比分析可以了解到不同深度范圍內(nèi)斷裂發(fā)育規(guī)律的差異性。

圖4 螞蟻?zhàn)粉檶傩泽w等時(shí)切片

3.2 剖面上斷裂系統(tǒng)的精細(xì)解釋

斷裂解釋的精確度直接關(guān)系著含油斷塊的精確落實(shí)。通過螞蟻?zhàn)粉櫦夹g(shù)對研究區(qū)進(jìn)行精細(xì)斷裂追蹤，得到的屬性體在剖面上對斷裂的顯示要明顯優(yōu)于常規(guī)地震數(shù)據(jù)體剖面或其他地震屬性體剖面（圖5）。圖5（c）中灰色線條代表螞蟻?zhàn)粉檾嗔呀忉尳Y(jié)果，顏色越深代表斷裂解釋的可信度越高。通過對比分析可以看出，在常規(guī)地震數(shù)據(jù)體剖面中具有較明顯顯示的大斷裂在螞蟻?zhàn)粉櫰拭嬷卸伎梢郧逦粉櫍鴮τ谠诔Ｒ?guī)地震數(shù)據(jù)體剖面中肉眼難以識別的一些小斷裂在螞蟻?zhàn)粉櫰拭嬷幸捕加蟹从?，其形態(tài)和展布也比較清晰直觀。通過不同地震屬性體對斷裂的解釋也可以看出螞蟻?zhàn)粉櫦夹g(shù)在斷裂解釋中的優(yōu)勢，方差屬性體剖面上斷裂顯示粗糙（圖5（a）），特別是在大程莊地區(qū)目的層埋深處斷裂痕跡顯示分辨率低，而螞蟻屬性體在該深度范圍內(nèi)斷裂痕跡清晰，與人工解釋結(jié)果符合度也相對較高。因而通過螞蟻?zhàn)粉櫦夹g(shù)進(jìn)行的斷裂解釋效果優(yōu)于其他地震屬性技術(shù)。還應(yīng)注意的是，在地震剖面上基底反射凌亂的區(qū)域，在螞蟻?zhàn)粉檶傩泽w剖面中顯示也比較雜亂無規(guī)律，對這些區(qū)域的灰色線條就不能當(dāng)作斷裂來處理，因此，在應(yīng)用螞蟻?zhàn)粉櫦夹g(shù)進(jìn)行斷裂解釋過程中要注意對這些假象的剔除。

圖5 大程莊地區(qū)不同地震屬性體斷裂解釋對比（1000inline）

4 螞蟻?zhàn)粉櫜煌墑e斷裂效果對比

不同勘探開發(fā)階段對地震資料解釋的精度要求不同?？碧皆缙?，為了查清研究區(qū)的基本構(gòu)造形態(tài)及斷裂發(fā)育特征，需要地震資料的快速解釋；而勘探后期，為了油藏的精細(xì)描述、儲層參數(shù)的準(zhǔn)確預(yù)測等工作需要進(jìn)行三維地震資料的精細(xì)解釋，準(zhǔn)確地識別與描述低級序斷層?？碧皆缙跀嗔呀忉尩闹芷诩翱碧胶笃跀嗔呀忉尩木_性是制約油氣勘探開發(fā)的重要因素，而螞蟻?zhàn)粉櫦夹g(shù)可以根據(jù)不同的勘探開發(fā)階段對地震資料的需求進(jìn)行相應(yīng)的斷裂解釋工作，在勘探早期，可將解釋重點(diǎn)集中在對勘探前景有較大影響的大型斷裂體系上，對于一些小型斷裂則不進(jìn)行追蹤，螞蟻?zhàn)粉欉^程中在參數(shù)選擇時(shí)要選取較大的初始螞蟻邊界、螞蟻搜索步長及較小的螞蟻?zhàn)粉櫰?，得到的屬性體中僅有大斷裂的顯示（圖6（a）），大斷裂間基本沒有或少有小斷裂痕跡顯示，較大型斷裂的展布規(guī)律將比較清晰；而在勘探后期，可將主要精力放在解釋影響油氣最終采收率的局部小型斷裂體系上，此時(shí)要選取較小的初始螞蟻邊界、螞蟻搜索步長及較大的螞蟻?zhàn)粉櫰睿藚?shù)條件下將實(shí)現(xiàn)對研究區(qū)內(nèi)的各級別斷層的精細(xì)追蹤，屬性體內(nèi)各級別斷層基本均有顯示（圖6（b）），可以有效地幫助小斷裂的解釋，特別是對那些常規(guī)地震資料下識別困難的無明顯斷距的小斷裂，甚至是裂縫的識別，但小斷裂的存在可能會造成大斷裂的展布規(guī)律不清晰，其平面展布需要進(jìn)行人為分析組合。

圖6 大程莊地區(qū)不同參數(shù)條件下螞蟻?zhàn)粉檶傩泽w

5 結(jié) 論

1）利用螞蟻?zhàn)粉櫦夹g(shù)得到的螞蟻屬性體可以很好地應(yīng)用于斷裂的平面及剖面解釋，通過螞蟻屬性體等時(shí)切片可以幫助解釋人員快速了解研究區(qū)的基本斷裂特征及組合特征，而通過垂直剖面可以有效地指導(dǎo)斷裂的精細(xì)解釋，解釋結(jié)果可信。

2）在大程莊地區(qū)的地震資料解釋過程中，螞蟻?zhàn)粉櫦夹g(shù)的應(yīng)用效果要優(yōu)于方差體等其他地震屬性技術(shù)，獲得的螞蟻屬性體斷裂顯示清晰，但應(yīng)用時(shí)要注意剔除一些斷裂假象。

3）大程莊地區(qū)主要發(fā)育北東向、近東西向及近南北向斷裂。西部主要發(fā)育北東向斷裂，東部淺層主要發(fā)育近東西向斷裂，到深層逐漸消失，近南北向斷裂主要在中北部地區(qū)發(fā)育。

4）螞蟻?zhàn)粉櫦夹g(shù)可以應(yīng)用于不同勘探開發(fā)階段的地震資料解釋過程中，但其在識別低級序斷層方面具有明顯優(yōu)勢，解釋結(jié)果客觀、可靠。

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［編輯］ 龍 舟

53 Application of Ant Tracking Technology in Automatic Fault Interpretation in Dachengzhuang Area

ZHANG Ji－biao，DAI Jun－sheng，F(xiàn)ENG Jian－wei，MAO Cheng－dong，TIAN Teng－fei

（First Authors Address：School of Geosciences，China University of Petroleum，Qingdao 266555，Shandong，China）

The ant tracking technology based on ant colony algorithm could be used for the automatic fault interpretation of three－dimensional seismic data，the main process could be divided into three activities，such as seismic data preprocessing，edge detection and edge enhancement.The technology was used for fault interpretation in Dachengzhuang Area，a clear attribute volume of the fault was obtained by using the ant tracking technique，and the technique could be used for effectively guide the fault interpretation in the plane and the section.Compared the ant track attribute volume with some other seismic attribute volumes as variance，it was found that the fault display were more realistic and intuitive in ant track attribute volume.The use of ant tracking technology can shorten the interval of seismic interpretation，reduce the influence of human factors in the process of fault interpretation，and effectively improve the accuracy of fault interpretation.By comparing the attribute volumes obtained in different parameters，it is believed that the ant tracking technology can meet the requirements of fault interpretation accuracy at different stages of oil exploration and development.

ant colony algorithm；ant track attribute volume；automatic fault interpretation；petroleum geology；Dachengzhuang

book=77,ebook=77

P631.44

A

1000－9752（2012）05－0053－05

2012－02－10

國家科技重大專項(xiàng)（2011ZX05011－001）。

張繼標(biāo)（1986－），男，2007年中國石油大學(xué)（華東）畢業(yè)，博士生，現(xiàn)主要從事構(gòu)造地質(zhì)學(xué)方面的研究工作。