復(fù)雜斷裂綜合解釋方法在長(zhǎng)昌凹陷的應(yīng)用

李飛躍,張功成,楊海長(zhǎng),楊東升,紀(jì) 沫

(中海油研究總院,北京100028)

復(fù)雜斷裂綜合解釋方法在長(zhǎng)昌凹陷的應(yīng)用

李飛躍,張功成,楊海長(zhǎng),楊東升,紀(jì) 沫

(中海油研究總院,北京100028)

長(zhǎng)昌凹陷斷裂系統(tǒng)復(fù)雜且密集,剖面上斷層產(chǎn)狀相似,存在解釋困難、組合關(guān)系難以確定等難題,應(yīng)用常規(guī)地震解釋方法容易產(chǎn)生錯(cuò)亂,降低解釋效率,為斷層平面組合帶來(lái)困難,嚴(yán)重影響構(gòu)造圈閉搜索和油氣運(yùn)移研究。針對(duì)研究區(qū)存在的問(wèn)題,基于相干技術(shù),綜合應(yīng)用時(shí)間相干切片平面-剖面聯(lián)合解釋斷層,沿層相干切片指導(dǎo)斷層組合,斷距定量分析驗(yàn)證斷層平面組合,三維可視化技術(shù)驗(yàn)證斷層空間組合4種技術(shù)的優(yōu)勢(shì)開展精細(xì)斷裂解釋。實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明,在斷裂復(fù)雜且密集發(fā)育區(qū),運(yùn)用綜合解釋方法能夠克服常規(guī)解釋方法的不足,極大地提高了復(fù)雜密集斷裂解釋的效率和準(zhǔn)確性。

復(fù)雜斷層;斷裂解釋;相干技術(shù);綜合解釋方法

油氣勘探階段的區(qū)域性構(gòu)造研究對(duì)于盆地演化分析、層位劃分、有利油氣圈閉分析等具有重要意義[1]。斷裂是控制油氣分布和聚集的重要因素,決定著構(gòu)造的規(guī)模和圈閉的形成,是整個(gè)構(gòu)造解釋的關(guān)鍵,其解釋的合理性直接影響構(gòu)造解釋的精度[2-3]。目前,常用的斷裂刻畫技術(shù)方法主要有相干[4]、邊緣檢測(cè)[5]、地震曲率屬性[6]、優(yōu)勢(shì)頻帶相位分析[7]、多屬性融合[8-9]、螞蟻體追蹤[10-11]等。邊緣檢測(cè)技術(shù)對(duì)于識(shí)別地震剖面上引起同向軸微小錯(cuò)斷或者扭曲的小斷層更具指導(dǎo)意義[5];地震曲率屬性、優(yōu)勢(shì)頻帶相位分析適合于油田開發(fā)階段微小斷裂的識(shí)別和儲(chǔ)層物性的分析[12-13];多屬性融合能夠降低單一屬性的多解性,提高了對(duì)小斷層的識(shí)別能力,對(duì)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)更加準(zhǔn)確[14-15];螞蟻體主要用于識(shí)別微小斷層,在研究裂縫空間分布規(guī)律方面具有顯著優(yōu)勢(shì),但對(duì)大斷層的識(shí)別能力不佳而且連續(xù)性差[5,14]。上述技術(shù)主要側(cè)重于識(shí)別微小斷裂,但是在復(fù)雜斷裂發(fā)育區(qū),尤其是走滑斷裂帶內(nèi),無(wú)法準(zhǔn)確判別斷裂平面的連接關(guān)系,不適用于區(qū)域性構(gòu)造解釋。在區(qū)域性構(gòu)造研究中,對(duì)斷距小于地震分辨率或者地震響應(yīng)只有同相軸扭曲或振幅微小變化的斷層并不進(jìn)行解釋,而相干技術(shù)可以有效識(shí)別斷點(diǎn)清晰、規(guī)模較大的斷層,能夠清晰地呈現(xiàn)出斷層發(fā)育帶的分布規(guī)律和延展形態(tài)[5]。三維地震資料常規(guī)斷裂解釋方法主要通過(guò)解釋一系列的剖面并結(jié)合水平切片來(lái)實(shí)現(xiàn),其實(shí)是一種三維地震資料的二維解釋[16],解釋效率較低,準(zhǔn)確度差,且相干切片不能準(zhǔn)確判定斷層之間的連接關(guān)系。

本文針對(duì)長(zhǎng)昌凹陷復(fù)雜且密集斷裂解釋困難、平面組合關(guān)系難以確定的問(wèn)題,開展了三維地震資料區(qū)域構(gòu)造解釋方法的研究。基于相干技術(shù),綜合運(yùn)用時(shí)間相干切片平面-剖面聯(lián)合解釋斷層、沿層相干切片指導(dǎo)平面斷層組合、斷距定量分析驗(yàn)證重點(diǎn)斷層之間的連接關(guān)系和三維可視化技術(shù)驗(yàn)證斷層的空間組合4種技術(shù)手段的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行精細(xì)斷裂解釋,提高了復(fù)雜密集斷裂解釋的效率和準(zhǔn)確性。

1 綜合解釋方法

1.1 時(shí)間相干切片平面-剖面聯(lián)合解釋斷層

相干技術(shù)主要采用對(duì)比相鄰地震道間的振幅、相位、傾角等的相似性,進(jìn)行橫向非均勻性預(yù)測(cè)。地層、巖性發(fā)生突變以及火山、斷層等發(fā)育部位橫向連續(xù)性差,地震信號(hào)相似性差,具有較低的相干值;橫向變化不明顯、連續(xù)性好的地層或地質(zhì)體,地震信號(hào)相似性好,往往對(duì)應(yīng)較高的相干值。相干技術(shù)能夠精細(xì)刻畫地質(zhì)異常體的邊界,已被廣泛應(yīng)用于構(gòu)造識(shí)別、沉積相解釋等油氣勘探活動(dòng)中[17]。常規(guī)的三維地震資料解釋中,時(shí)間相干切片僅僅起到指示、引導(dǎo)的作用,并沒(méi)有直接參與到剖面的解釋,降低了時(shí)間切片的應(yīng)用價(jià)值。

時(shí)間相干切片平面-剖面聯(lián)合解釋斷層的指導(dǎo)思想是將時(shí)間相干切片的平面斷層解釋結(jié)果直接刻畫到剖面中,指導(dǎo)剖面斷層解釋,實(shí)現(xiàn)時(shí)間相干切片和剖面一體化空間解釋。對(duì)三維研究區(qū)提取相干體并做時(shí)間切片,在目的層時(shí)窗內(nèi)進(jìn)行切片掃描,選取斷裂平面顯示清晰的切片進(jìn)行平面斷裂解釋。不同斷層分別用不同顏色和不同名稱進(jìn)行定義,在過(guò)斷層的所有剖面上都會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的投影點(diǎn),可以清晰區(qū)分每條斷層的具體位置,進(jìn)而準(zhǔn)確快速地解釋剖面。這種解釋方法能夠避免人為意識(shí)對(duì)斷層走向的干擾,客觀反映斷層的延展規(guī)律,解決了相鄰剖面多條相似斷層在解釋中難以區(qū)分的難題,極大地提高了斷層解釋的準(zhǔn)確性。

1.2 沿層相干切片指導(dǎo)斷層組合

同一時(shí)期的地層經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的熱沉降、差異壓實(shí)及各種地質(zhì)作用等,會(huì)發(fā)生彎曲,形成厚度差異,時(shí)間相干切片不能反映某一特定時(shí)期的地層分布,也不能完全反映某一層位的斷裂發(fā)育情況,即時(shí)間切片存在“穿時(shí)”現(xiàn)象。利用時(shí)間相干切片平面-剖面聯(lián)合一體化精細(xì)解釋斷層,完成層位解釋的情況下,提取目的層頂界面反射層的沿層相干切片,這樣能夠客觀地反映目的層斷裂平面分布特征,還可以有效規(guī)避晚期微小斷裂和基底構(gòu)造的干擾,有效指導(dǎo)斷層的平面組合。

1.3 斷距定量分析驗(yàn)證斷層平面組合

兩條同向傾斜斷層相交,會(huì)出現(xiàn)斷距的直接傳遞、轉(zhuǎn)換現(xiàn)象[18],導(dǎo)致斷層連接處斷距、斷面發(fā)生急劇變化[19-20],這是判斷是否存在連接斷層的重要標(biāo)志。如圖1a所示,同向傾斜的斷層F1相交于斷層F2上盤,則F2的上盤會(huì)在F1上盤的驅(qū)動(dòng)力下再次下降,兩者耦合導(dǎo)致斷層相交處出現(xiàn)斷距、斷面的突然加大現(xiàn)象;反之,斷層F1相交于斷層F2下盤,則會(huì)出現(xiàn)斷距、斷面減小現(xiàn)象(圖1b)。相互無(wú)連接的同向傾斜斷層的斷距會(huì)有規(guī)律的增大、減小或者先增大后減小(圖2)。本文利用同向傾斜相交斷層斷距發(fā)生急劇變化這一重要標(biāo)志驗(yàn)證重點(diǎn)斷層之間平面連接關(guān)系,確保斷層組合的正確性。

圖1 同向傾斜的相交正斷層斷距在平面和剖面上的變化示意a F1斷層交于F2斷層上盤; b F1斷層交于F2斷層下盤

圖2 同向傾斜的正斷層連接關(guān)系的三維幾何模型[18]

1.4 三維可視化技術(shù)驗(yàn)證斷層空間組合

三維可視化技術(shù)的基本原理是通過(guò)對(duì)地震信號(hào)顯示范圍的調(diào)整和立體顯示,對(duì)三維空間中的異常體和地質(zhì)構(gòu)造作直觀分析[16]。該技術(shù)可以整體把握研究區(qū)的地質(zhì)規(guī)律,運(yùn)用“透視”手段深入地層內(nèi)部全面、立體地刻畫地質(zhì)體和構(gòu)造。通過(guò)對(duì)偏移數(shù)據(jù)體作“椅狀切割”可以全方位的檢驗(yàn)已解釋斷層的發(fā)育情況、斷切層位是否與實(shí)際地質(zhì)情況相符合、各斷層的組合關(guān)系是否合理、空間是否閉合,進(jìn)而驗(yàn)證斷層解釋方案的正確性。

2 實(shí)際應(yīng)用及效果分析

長(zhǎng)昌凹陷位于南海北部瓊東南盆地中央坳陷帶東端的深水區(qū),北與神狐隆起和順德凹陷相鄰,南鄰南部隆起,西與寶島凹陷相鄰(圖3)。長(zhǎng)昌凹陷總體呈近東西向展布,面積約11000km2,整體水深在1000～3000m[21-22],受區(qū)域性張扭應(yīng)力的控制,斷裂發(fā)育復(fù)雜密集,剖面上表現(xiàn)為斷階式、包心菜式和負(fù)花狀等多種斷裂樣式,同向下傾,產(chǎn)狀非常相似(圖4),平面上呈現(xiàn)平行狀或網(wǎng)格狀特征[22,24](圖5)。長(zhǎng)昌凹陷以新生代沉積為主,主要經(jīng)歷了古近紀(jì)裂陷階段和新近紀(jì)裂后階段兩個(gè)構(gòu)造演化期,具有下斷上拗的雙層結(jié)構(gòu)特征[23,25],古近系最大厚度近7000m。凹陷內(nèi)裂陷構(gòu)造層充填始新統(tǒng)(據(jù)推測(cè),未證實(shí))、漸新統(tǒng)崖城組(E3y)和陵水組(E3l);坳陷構(gòu)造層充填中新統(tǒng)三亞組(N1s)、梅山組(N1m)、黃流組(N1h),上新統(tǒng)鶯歌海組和更新統(tǒng)樂(lè)東組[26]。2012年鉆探XX井,沒(méi)有發(fā)現(xiàn)油氣層,但揭示了崖城組烴源巖和陵水組儲(chǔ)層,展示了長(zhǎng)昌凹陷具有良好的勘探前景[22]。

圖3 長(zhǎng)昌凹陷研究區(qū)位置

圖4 長(zhǎng)昌凹陷復(fù)雜密集斷裂的剖面特征(位置為圖3中AB段)

圖5 研究區(qū)4400ms時(shí)間相干切片斷裂平面分布

陵水組是長(zhǎng)昌凹陷主要的勘探層系,其頂界面T60反射層為新近系與古近系間區(qū)域斷坳轉(zhuǎn)換面,在地震剖面上表現(xiàn)為連續(xù)性好、中低頻中強(qiáng)反射、與下伏地層局部具有削截不整合特征。利用地震合成記錄和剖面反射特征確定T60反射界面分布的時(shí)窗范圍大致在3000～5400ms,在該時(shí)窗范圍內(nèi)進(jìn)行時(shí)間相干切片掃描,選取斷裂分布清晰的切片,運(yùn)用時(shí)間相干切片平面-剖面聯(lián)合解釋斷層。8條斷層(F1～F8)在剖面上相距很近,且斷層傾向和傾角相似,分別用不同顏色定義,在時(shí)間相干切片上進(jìn)行斷層解釋,解釋前、后的結(jié)果如圖6a和圖6b所示;平面斷層解釋后在如圖6c的剖面上投影出每條斷層的位置,進(jìn)而準(zhǔn)確快速地解釋剖面斷裂(圖6d)。

圖6 時(shí)間相干切片平面斷層解釋指導(dǎo)剖面斷層解釋結(jié)果a 研究區(qū)斷層解釋前4400ms時(shí)間相干切片; b 研究區(qū)斷層解釋后4400ms時(shí)間相干切片; c 研究區(qū)斷層解釋前Inline10080剖面;d 研究區(qū)斷層解釋后Inline10080剖面

利用時(shí)間相干切片平面-剖面聯(lián)合一體化解釋方法完成長(zhǎng)昌凹陷研究區(qū)平面、剖面斷裂精細(xì)解釋,保證了平面和剖面解釋的空間一致性。與解釋前的時(shí)間相干切片相比(圖7a),解釋后的時(shí)間相干切片上可以清晰地看出斷層展布范圍、分布規(guī)律(圖7b)。該方法提高了復(fù)雜斷裂的解釋效率和準(zhǔn)確性,對(duì)深層品質(zhì)較差的地震資料的大斷裂解釋具有指導(dǎo)意義。

在T60沿層相干切片的指導(dǎo)下,結(jié)合斷層在沿層相干切片上的投影點(diǎn),可以快速完成研究區(qū)斷層的平面組合,與斷層的剖面解釋相互驗(yàn)證。沿層相干切片(圖8a)與平面組合后的斷層(圖8b)能夠很好地吻合,確保了斷層解釋準(zhǔn)確。

圖7 研究區(qū)4400ms時(shí)間相干切片解釋前(a)、后(b)對(duì)比

圖8 研究區(qū)目的層沿層相干切片(a)及其與斷層疊合結(jié)果(b)

在研究區(qū)斷層F4上連續(xù)取采樣點(diǎn)P1～P13(圖9),定量分析各點(diǎn)斷距的變化規(guī)律。由F4斷層各采樣點(diǎn)斷距分析圖(圖10)可以看出,采樣點(diǎn)P3,P7和P9處斷距顯著增大,而這3個(gè)采樣點(diǎn)恰好位于斷層F27,F26,F16與斷層F4連接之后,充分說(shuō)明斷層連接后斷距有位移的傳遞或者轉(zhuǎn)換(圖11)。采樣點(diǎn)P11,P12和P13斷距逐漸規(guī)律性地減小,沒(méi)有出現(xiàn)斷距顯著增大的現(xiàn)象,說(shuō)明斷層F30與斷層F4沒(méi)有連接。利用斷距定量分析的方法對(duì)研究區(qū)重點(diǎn)斷層進(jìn)行逐一驗(yàn)證,確保斷層平面組合的準(zhǔn)確性,為后期圈閉的精細(xì)搜索奠定基礎(chǔ)。

在三維顯示中導(dǎo)入層位解釋結(jié)果,結(jié)合剖面斷層解釋結(jié)果,在三維空間生成立體斷面。根據(jù)空間立體顯示(各個(gè)角度旋轉(zhuǎn)觀察),有利于查清斷層在空間上的分布規(guī)律和特征,驗(yàn)證斷層的空間組合與切割關(guān)系,進(jìn)而對(duì)研究區(qū)的構(gòu)造格局有更直觀的了解。圖12a 和圖12b分別顯示了研究區(qū)三維偏移數(shù)據(jù)體“椅狀切割”特征與三維空間展布特征。圖中,4條主干斷層(F1,F2,F3和F4)空間展布形態(tài)趨勢(shì)完整,且3條斷層(F1,F2和F3)空間搭接關(guān)系合理,未出現(xiàn)剖面斷層解釋錯(cuò)亂的情況。斷面與層面的交線反映了斷層在平面上的展布特征。斷層空間趨勢(shì)和形態(tài)的完整性驗(yàn)證了斷層剖面和平面解釋的合理性,體現(xiàn)了三維構(gòu)造解釋的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

圖9 研究區(qū)F4斷層采樣點(diǎn)分布

圖10 研究區(qū)F4斷層各采樣點(diǎn)斷距分析

利用基于相干技術(shù)的綜合斷裂解釋方法,完成了長(zhǎng)昌凹陷三維研究區(qū)陵水組頂面T60反射層斷裂系統(tǒng)的精細(xì)解釋。有效識(shí)別了延伸大于1km,斷距大于30ms斷裂之間的平面組合關(guān)系,顯著提高了解釋效率,指導(dǎo)了深層主干斷裂的解釋。發(fā)現(xiàn)研究區(qū)主要發(fā)育北西向伸展-走滑復(fù)合斷裂以及北東向伸展大斷裂,總計(jì)解釋出4條主干斷裂(圖12),次級(jí)斷裂約160條,斷裂延伸長(zhǎng)度為2～29km,斷距變化較大,傾角約為55°～80°。斷裂在平面上呈現(xiàn)網(wǎng)格狀、平行狀分布,并且新發(fā)現(xiàn)一個(gè)14km2的斷塊圈閉。凹陷內(nèi)晚漸新世至早中新世形成的北西向伸展-走滑復(fù)合斷裂溝通烴源,發(fā)育大型似花狀斷裂帶,其繼承性控制了多個(gè)斷塊、斷鼻構(gòu)造圈閉的發(fā)育情況,而且該斷裂帶靠近凹陷中心,將是下一步有利勘探區(qū)。

圖11 斷層F26與F4連接前(a)、后(b)剖面上斷距的變化

圖12 研究區(qū)三維偏移數(shù)據(jù)體“椅狀切割”特征(a)與三維空間展布特征(b)

3 結(jié)論

在長(zhǎng)昌凹陷斷裂復(fù)雜密集發(fā)育的區(qū)域,充分利用三維地震數(shù)據(jù)體豐富的信息,采用時(shí)間相干切片平面-剖面聯(lián)合解釋斷層,能夠?qū)崿F(xiàn)平面和剖面一體化空間解釋,極大地提高剖面斷層解釋的準(zhǔn)確性以及平面和剖面斷層解釋的一致性;斷距定量分析能夠避免人為經(jīng)驗(yàn)的干擾,客觀地判定不同斷層間的平面組合關(guān)系?；谙喔杉夹g(shù),綜合應(yīng)用時(shí)間相干切片平面-剖面聯(lián)合解釋斷層,沿層相干切片指導(dǎo)平面斷層組合,斷距定量分析驗(yàn)證斷層之間的連接關(guān)系和三維可視化技術(shù)驗(yàn)證斷層的空間組合4種技術(shù)的優(yōu)勢(shì),能夠準(zhǔn)確高效地進(jìn)行三維工區(qū)斷裂精細(xì)解釋,精確落實(shí)復(fù)雜密集斷裂的延續(xù)性和組合關(guān)系,為后期圈閉精細(xì)搜索和油氣運(yùn)移研究奠定堅(jiān)實(shí)的構(gòu)造基礎(chǔ)。該綜合解釋方法具有普遍適用的特點(diǎn),對(duì)其它區(qū)域性復(fù)雜斷裂的解釋具有指導(dǎo)意義,對(duì)地震資料品質(zhì)差、信噪比低的深層大斷裂的解釋有一定的參考價(jià)值。

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(編輯：陳 杰)

Application of comprehensive interpretation method for complicated fractures in Changchang Sag

LI Feiyue,ZHANG Gongcheng,YANG Haizhang,Yang Dongsheng,JI Mo

(ChinaNationalOffshoreOilCorporationResearchInstitute,Beijing100028,China)

The fracture system of Changchang Sag is complicated and dense and the faults have similar occurrence in profile. There is difficulty in interpretation and the relationship among planar connections is unclear. Conventional seismic interpretation is inclined to create confusion, reduce explanation efficiency and lead to difficulties for the fault planar combination, which seriously affects the study of structural traps and hydrocarbon migration. Using coherence technology to target these existing problems, four techniques are applied comprehensively for fine fracture interpretation in the study area. Specific practices include the following are:applying time coherent slices and profiles to explain the faults jointly, using coherent slices along the layer to guide the fault assemblage on planar, using the quantitative statistics of fault displacement to check the fault connection relationship and using 3D visualization technology to verify the spatial combination of faults. The practical application results show that the comprehensive interpretation method based on coherence technology can overcome the shortcomings of conventional interpretation and greatly improve the efficiency and accuracy of complicated fracture interpretation.

complicated fault, fracture interpretation, coherence technique, comprehensive interpretation method

2016-10-31;改回日期：2017-02-06。

李飛躍(1989—),男,碩士,主要從事油氣田地球物理解釋和綜合研究工作。

國(guó)家科技重大專項(xiàng)項(xiàng)目“海洋深水區(qū)油氣勘探關(guān)鍵技術(shù)”(2016ZX05026-007)資助。

P631

A

1000-1441(2017)04-0543-08

10.3969/j.issn.1000-1441.2017.04.010

This research is financially supported by the National Science and Technology Major Project of China (Grant No.2016ZX05026-007).