西非深水Preowei構(gòu)造復(fù)雜斷裂精細(xì)解釋及沉積體刻畫

李明娟，胡 濱，白海強(qiáng)，李晨曦

（1.中海油研究總院，北京 100027；2.中國石油大學(xué)（北京）地球科學(xué)學(xué)院地質(zhì)工程系，北京 102249）

Preowei構(gòu)造位于西非尼日爾三角洲［1－3］東支OPL246區(qū)塊東北部1 000多米深水海域，距北部的Port Harcourt港約160km，為重力滑脫作用差異向前滑動產(chǎn)生的高幅度逆牽引背斜。由于拱張作用，構(gòu)造的頂部被多條走向、傾向各異的正斷層復(fù)雜化。斷裂的復(fù)雜性主要體現(xiàn)在斷層的數(shù)量多（100km2范圍內(nèi)分布130多條斷層）及斷層的樣式多（4種斷層樣式）。目前該構(gòu)造已有鉆井兩口，分別在目的層段R759，R790，R811 油組鉆遇油層，鉆探結(jié)果表明油氣藏受構(gòu)造和儲層雙重因素控制，而復(fù)雜斷裂使沉積體內(nèi)部變得更加破碎。因此，精細(xì)解釋斷層和刻畫沉積體成為評價該構(gòu)造的主要攻關(guān)目標(biāo)。

基于常規(guī)三維地震資料，前人應(yīng)用多種技術(shù)手段［4］對該區(qū)斷裂及沉積體進(jìn)行過研究，如應(yīng)用相干［5］、平均瞬時相位刻畫斷裂，應(yīng)用均方根振幅屬性反映海底扇的朵葉及水道特征［6］。但對高陡逆沖復(fù)雜構(gòu)造，上述技術(shù)的應(yīng)用受到一定程度的限制。為了更加精確地計算地質(zhì)儲量，合理部署開發(fā)方案，在構(gòu)造范圍內(nèi)重新部署采集了高密度三維地震資料（采集面元：12.50m×6.25m；2ms采樣）。

我們基于高密度三維地震資料，對研究區(qū)目的層段3個油砂組的底界面進(jìn)行精細(xì)構(gòu)造解釋（層位、斷層）。針對復(fù)雜斷裂系統(tǒng)的精細(xì)描述問題，有目的地探索應(yīng)用適合該區(qū)沉積特點的實用地震解釋技術(shù)。經(jīng)過反復(fù)試驗認(rèn)為，平面（層）曲率參數(shù)［7］尤其是最大正曲率屬性可以較好地反映該區(qū)斷裂的平面展布形態(tài)；不同單頻體的RGB 融合技術(shù)能夠更加精細(xì)地刻畫沉積體及其內(nèi)部小尺度斷裂特征。針對不同尺度的研究對象，選擇使用不同的有效技術(shù)手段分別進(jìn)行斷裂刻畫，以查明研究區(qū)的復(fù)雜斷裂特征，為精確計算地質(zhì)儲量及合理設(shè)計開發(fā)方案提供依據(jù)。

1 復(fù)雜斷裂精細(xì)解釋

1.1 地震資料品質(zhì)分析

圖1a為研究區(qū)常規(guī)三維地震資料疊前時間偏移剖面，可以看出由于受地震縱、橫向分辨率限制，常規(guī)剖面上許多小斷層難以識別，很多斷點未能正確歸位，難以滿足復(fù)雜斷裂的精細(xì)解釋要求。利用該資料對目的層段進(jìn)行詳細(xì)構(gòu)造解釋，共解釋斷層89條。

針對構(gòu)造主體區(qū)重新采集處理的高密度三維地震資料品質(zhì)大幅提高［8］，剖面（圖1b）上斷層清楚，斷點歸位準(zhǔn)確，尤其是小斷層也能清楚地顯現(xiàn)。因此，高品質(zhì)的地震資料為Preowei構(gòu)造斷層精細(xì)解釋及針對性地震技術(shù)的應(yīng)用提供了良好的資料保障。

1.2 斷層精細(xì)解釋技術(shù)應(yīng)用研究

研究區(qū)斷裂體系異常復(fù)雜，發(fā)育多期傾向不同的斷層。基于高密度三維地震資料，首先在剖面上按125m×125m 網(wǎng)格進(jìn)行層位和斷層的精細(xì)解釋；然后針對平面上眾多密布斷點的組合和斷層搭接難題，為確保斷層組合平面的合理性與垂向的繼承性，有目的地探索應(yīng)用了與斷裂描述有關(guān)的各種地震屬性技術(shù)，如相干、平均瞬時相位、傾角、相似系數(shù)、結(jié)構(gòu)系數(shù)、體曲率、層曲率等。經(jīng)多次試驗發(fā)現(xiàn)，相干和曲率屬性能夠在不同程度上較好地反映該區(qū)的復(fù)雜斷裂特征。

1.2.1 相干屬性

相干（包括分頻相干及其融合）屬性主要反映的是地震道間波形的相似性，以相干值較低點判斷波形的不連續(xù)性，揭示斷層、裂縫、巖性體邊緣、不整合等地質(zhì)現(xiàn)象，是比較常用的不連續(xù)性檢測地震屬性之一。為了更好地展示地層的斷裂分布特征，考慮到構(gòu)造的逆沖幅度，選擇使用沿層相干而不是時間切片，時窗選取主要根據(jù)鉆遇沉積體厚度。以R759油組為例，時窗長度為30ms，分析由相干體屬性求取的沿層相干屬性圖（圖2），可見虛線圈內(nèi)相干異常交割特征比較清楚，表明該區(qū)域內(nèi)斷裂接觸關(guān)系為相互交割；其它區(qū)域異常特征不明顯，無法準(zhǔn)確指導(dǎo)全區(qū)的斷裂平面組合。

圖1 常規(guī)三維地震剖面（a）與高密度三維地震剖面（b）對比

圖2 Preowei構(gòu)造主體區(qū)R759油組沿層相干屬性

1.2.2 曲率屬性

曲率表征層面的彎曲程度，二維曲率定義為某一點處正切曲線形成的圓周半徑的導(dǎo)數(shù)。曲線彎曲程度越大，曲率值就越大；對于直線，曲率為0。通常背斜定義為正曲率，向斜為負(fù)曲率。曲率屬性包括最小曲率、最大曲率、最大負(fù)曲率、最大正曲率、傾向曲率、走向曲率、平均曲率等。經(jīng)過反復(fù)試驗發(fā)現(xiàn)，沿層計算的最大正曲率屬性能夠較好地反映該區(qū)復(fù)雜斷裂展布特征。

分析沿R759油組求取的最大正曲率屬性平面分布圖（圖3），可見曲率異常特征清晰，平面上3段斷裂展布特征清楚，從西北部斷裂北西向展布、中部斷裂相互切割到東南部的放射狀斷裂，較為客觀地反映出該地區(qū)構(gòu)造演化的特點。

1.2.3 曲率屬性的影響因素分析

在曲率屬性的應(yīng)用研究過程中發(fā)現(xiàn)，作為一種基于二階導(dǎo)數(shù)的方法，曲率參數(shù)的求取受地震層位解釋精度的影響較大，而且對地層中的任何噪聲污染都很敏感。許多商業(yè)軟件采用空間濾波器以進(jìn)行均值、中值、定向?qū)?shù)和尖銳化，這些處理勢必影響斷層的刻畫。為此，進(jìn)一步分析了曲率屬性應(yīng)用的主要影響因素。

圖3 Preowei構(gòu)造R759油組沿層最大正曲率平面分布

1）地震解釋精度的影響。受地震資料品質(zhì)和技術(shù)發(fā)展進(jìn)程的限制，全三維解釋一直未能普及，目前常規(guī)的做法是對三維地震資料進(jìn)行二維線、道解釋。沿層計算的曲率平面圖上出現(xiàn)了許多線、道方向的曲率異常（圖3中紅色虛線圈內(nèi)所示），主要是層位解釋網(wǎng)格較?。ň€、道距為125m×125m）造成，預(yù)期全三維解釋將會緩解或有效解決這一問題。因此，在使用曲率屬性時要分析異常起因，最好參考其它屬性進(jìn)行綜合判斷。另外，由于曲率屬性非常依賴地震層位解釋的閉合程度，對層位解釋的不閉合點異常敏感，所以更加需要精細(xì)的地震層位解釋。

2）內(nèi)插方式的影響。對解釋構(gòu)造層的內(nèi)插通常采用解釋系統(tǒng)給出的線性或空間內(nèi)插方法，但這種內(nèi)插方式平滑了突變數(shù)據(jù)點，導(dǎo)致最大正曲率異常特征基本淹沒在噪聲之中（圖4）。我們在應(yīng)用研究中轉(zhuǎn)變思維方式，將解釋數(shù)據(jù)進(jìn)行無斷層網(wǎng)格化處理，采用網(wǎng)格化數(shù)據(jù)作為內(nèi)插層計算最大正曲率屬性，其結(jié)果顯示出非常明顯的曲率異常特征（圖3）。

圖4 直接空間內(nèi)插計算的沿層最大正曲率平面分布

1.3 高密度三維精細(xì)斷裂解釋

根據(jù)斷層的剖面解釋結(jié)果，借助于沿層最大正曲率屬性異常平面圖，對目的層斷裂進(jìn)行平面組合。同一條斷層在組合時不僅要參考曲率屬性，而且要反復(fù)解釋剖面確定斷點的準(zhǔn)確位置；對于剖面上斷層不明顯，而曲率平面圖上存在的異常，則更要慎重對待，因為無論平面或剖面異常都可能存在假象。在實際應(yīng)用時，以平面上的屬性異常作為宏觀控制，以剖面確定斷層存在與否最為可靠，平面屬性異常在針對具體的斷層解釋時只是起輔助作用。

以R759油組為例，利用高密度三維地震資料和以最大正曲率為主的地震屬性技術(shù)，共解釋出了135條4種樣式的斷層（圖5），基本查明了研究區(qū)復(fù)雜的斷裂系統(tǒng)特征。圖6是研究區(qū)同一局部范圍內(nèi)高密度三維斷裂組合與常規(guī)三維解釋結(jié)果的對比圖，可以很清楚地看出前者的斷層數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于后者，尤其是小斷層分布更為密集，斷層之間的接觸關(guān)系也更為合理。

圖5 R759油組精細(xì)解釋的復(fù)雜斷裂系統(tǒng)與沿層最大正曲率平面圖疊合顯示

圖6 R759油組常規(guī)三維（a）與高密度三維（b）斷裂解釋結(jié)果對比

研究區(qū)復(fù)雜斷裂精細(xì)解釋中地震屬性技術(shù)的應(yīng)用研究表明，利用曲率屬性指導(dǎo)斷層組合在一定程度上降低了復(fù)雜斷裂解釋的多解性，使斷層解釋更加客觀、合理，同時也大大提高了工作效率。與相干屬性相比，最大正曲率屬性能更加有效地突出斷裂展布及某些微小斷裂，異常紋路更加清晰，細(xì)小斷裂也比較清楚。因此，對于復(fù)雜斷裂解釋，可以先利用相干屬性了解區(qū)域斷裂分布的大致趨勢，再根據(jù)解釋層位有針對性地試驗應(yīng)用曲率等其它地震屬性技術(shù)，指導(dǎo)斷裂的平面組合，可望取得滿足勘探需求的高精度地震解釋成果。

2 復(fù)雜斷裂特征分析

基于高密度三維地震資料和以最大正曲率屬性為主的Preowei構(gòu)造復(fù)雜斷裂精細(xì)解釋研究，揭示了研究區(qū)的復(fù)雜斷裂特征。受北東向逆沖擠壓應(yīng)力及底部泥巖差異拱張的共同作用，研究區(qū)發(fā)育有逆斷層和正斷層兩種斷裂體系。其中逆斷層控制背斜構(gòu)造形態(tài)，呈北西—南東向展布；正斷層多分布在逆斷層上盤，進(jìn)一步將構(gòu)造復(fù)雜化。首先體現(xiàn)在斷層的數(shù)量多，針對R759油組在100km2的范圍內(nèi)解釋出了130 多條斷層（圖7），若解釋密度加大，可能會組合出更多的斷層。其次是斷層樣式多，可以歸納為以下4類：

1）同生順向斷層。該類斷層分布在構(gòu)造的西北部，平面上為一系列與逆斷層近似平行的北掉正斷層，區(qū)塊內(nèi)局限分布；分析過1區(qū)（圖7中黑色虛線圈）地震剖面（圖8a），可見逆斷層REF 為同沉積斷層，下部斷距大于上部，終止于構(gòu)造定型期，與其相伴生的北西向F1斷層，活動時間長，強(qiáng)度大，向上直至海底；晚期反向斷層開始活動，斷裂活動開始加強(qiáng)。

圖7 Preowei構(gòu)造R759油組斷裂平面展布

圖8 Preowei構(gòu)造4類斷層樣式剖面

2）同生Y 型斷層。位于2區(qū)（圖7中藍(lán)色虛線圈），平面上為一組北掉正斷層與一條南掉斷層夾持，控制著背斜的構(gòu)造頂部形態(tài)；地震剖面（圖8b）顯示，由于逆沖作用增強(qiáng)，反向F2斷層活動加劇，與一組北掉斷層形成Y 型斷裂，反映該沉積期構(gòu)造活動劇烈。

3）同生反向斷層。隨著逆斷層活動的進(jìn)一步增強(qiáng)，順向正斷層活動減弱，反向斷層活動強(qiáng)烈，剖面上形成一組由F2斷層控制的南掉斷層，F(xiàn)2斷層活動時間長，強(qiáng)度大，向上延伸至海底，向下終止于逆斷層（圖8c）；平面上斷層數(shù)量多、相互交割，為構(gòu)造活動最為強(qiáng)烈區(qū)域（3區(qū)，圖7中深綠色虛線圈）。

4）放射狀斷層。平面上為一組由底部泥巖差異拱張形成的向四周延伸的放射狀斷裂，分布于構(gòu)造東南部（4區(qū)，圖7中翠綠色虛線圈）；地震剖面（圖8d）上南掉斷層活動減弱，很多甚至沒能斷穿目的層，系列淺層北掉斷層開始出現(xiàn)。

3 目的層沉積體刻畫

為了進(jìn)一步描述Preowei構(gòu)造的細(xì)小斷裂分布，研究應(yīng)用了時頻RGB 融合技術(shù)［9］來刻畫目的層沉積體邊界及其內(nèi)部細(xì)節(jié)特征。地層沉積組合有其固有頻率，時頻RGB 融合技術(shù)正是利用各種頻率信息對沉積體進(jìn)行有效刻畫。先對目標(biāo)沉積體進(jìn)行頻譜分解［10－12］，產(chǎn)生頻率調(diào)諧體；然后選取適當(dāng)?shù)牡皖l、中頻（一般使用主頻）和高頻的單頻切片，生成紅（R）、綠（G）、藍(lán)（B）三原色單色切片，其中高、中、低頻的切片選擇技巧是倍頻的單色切片；最后利用3 個單色切片，按適當(dāng)權(quán)重進(jìn)行振幅融合，生成RGB 三原色振幅屬性融合切片（簡稱RGB切片）。

根據(jù)頻譜分析的主頻范圍，研究區(qū)高密度三維地震資料主頻為25Hz，頻帶寬度8～70 Hz，計算的單頻體為10，20，30，40，50，60Hz。經(jīng)過針對主要目的層的反復(fù)測試，選取了20，30和60 Hz 3個頻率體；參數(shù)選取時將紅色定義為10 Hz頻率，綠色定義為35 Hz的頻率，藍(lán)色定義為55 Hz頻率；三色頻帶寬度同為0.25。

根據(jù)上述參數(shù)對R759油組進(jìn)行時頻RGB 融合，融合圖上（圖9）沉積體邊界及內(nèi)部特征都非常清晰，結(jié)合已鉆井單井相分析，該沉積體為一過路朵葉，晚期兩條泥質(zhì)含量高的水道將朵葉體分割為A，B，C 3 塊，明顯的邊界特征顯示各塊之間互不連通，無數(shù)條細(xì)小斷裂將其分割得支離破碎。

圖9 Preowei構(gòu)造R759油組時頻RGB融合結(jié)果

4 結(jié)論與認(rèn)識

基于高密度三維地震資料的西非深水Preowei構(gòu)造復(fù)雜斷裂精細(xì)解釋研究取得了很好的應(yīng)用效果，針對研究區(qū)R759油組，在100km2范圍內(nèi)解釋出135條4種樣式的斷層，查明的斷層數(shù)是原常規(guī)三維資料解釋結(jié)果的1.5倍，揭示了研究區(qū)的復(fù)雜斷裂特征，為精確計算地質(zhì)儲量及合理設(shè)計開發(fā)方案提供了可靠依據(jù)。

針對復(fù)雜斷裂的精細(xì)解釋研究工作取得了以下認(rèn)識。

1）對于斷裂極其發(fā)育、逆沖幅度較大的復(fù)雜構(gòu)造，采用常規(guī)技術(shù)描述斷裂系統(tǒng)效果不理想時，使用不受時窗限制的平面（層）曲率屬性參數(shù)會取得較好的效果。

2）曲率屬性受地震層位解釋精度影響較大，人工解釋的不閉合點會引起虛假曲率異常；而曲率平面圖上沿線、道方向出現(xiàn)的規(guī)則異常主要由于解釋網(wǎng)格密度稀疏所引起。利用層位網(wǎng)格數(shù)據(jù)計算曲率比常規(guī)內(nèi)插方法效果更佳。

3）時頻RGB 融合技術(shù)融合了低、中、高3種頻率體特性，不僅能夠精細(xì)地刻畫沉積體邊界，對其內(nèi)部的細(xì)小斷裂也能刻畫得非常清楚。

4）相干、曲率、平均瞬時相位等反映反射波同相軸不連續(xù)特征的地震屬性主要適用于描述大、中尺度斷裂，時頻RGB 融合技術(shù)刻畫小尺度斷裂的效果最好。因此，針對不同尺度的研究對象，應(yīng)選擇使用不同的技術(shù)手段分層次進(jìn)行斷裂刻畫。

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