物探技術(shù)在渤海西部走滑斷裂帶研究中的應(yīng)用

張志強(qiáng)，王德英，于海波，陳 平

(中海石油(中國(guó))天津分公司，天津塘沽 300452)

物探技術(shù)在渤海西部走滑斷裂帶研究中的應(yīng)用

張志強(qiáng)，王德英，于海波，陳 平

(中海石油(中國(guó))天津分公司，天津塘沽 300452)

通過(guò)多種物探技術(shù)參數(shù)測(cè)試和對(duì)比研究，對(duì)渤海海域西部走滑斷裂帶進(jìn)行刻畫(huà)；應(yīng)用海底電纜寬方位采集技術(shù)、屬性分析和濾波相干技術(shù)，提高了斷裂分析精度和微小斷裂識(shí)別能力；利用疊后目標(biāo)處理技術(shù)增強(qiáng)了地震同相軸連續(xù)性，提高了斷裂和潛山頂面的成像精度。多種物探方法的應(yīng)用識(shí)別刻畫(huà)出了渤海西部海域復(fù)雜走滑斷裂帶的構(gòu)造演化特征，并首次完成新近系右旋走滑位移量分析。

渤海西部；走滑斷裂帶；解釋處理；地震屬性

渤海海域新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)活躍，形成了復(fù)雜的新近系斷裂系統(tǒng)[1]。大范圍三維地震采集為構(gòu)造分析和區(qū)域研究提供了較為方便的資料基礎(chǔ)，但也給局部目標(biāo)分析尤其是復(fù)雜微小斷裂識(shí)別帶來(lái)困難。因此需要在地震解釋過(guò)程中采取針對(duì)性物探技術(shù)，提高局部目標(biāo)研究的精度。尤其在針對(duì)特殊地質(zhì)現(xiàn)象的目標(biāo)研究中，如何優(yōu)化現(xiàn)有技術(shù)、充分利用和挖掘地震資料潛力是一個(gè)急需解決的問(wèn)題。本文從地球物理解釋人員的角度，利用現(xiàn)有軟硬件資源，探索性地將疊后處理與地震屬性分析相結(jié)合，在復(fù)雜構(gòu)造帶斷裂成像方面取得了較好的應(yīng)用效果，同時(shí)針對(duì)渤海海域較為罕見(jiàn)的新近系走滑斷裂帶[2]，從地球物理的角度給予了充分的論證和分析。

1 地質(zhì)概況

研究區(qū)位于沙壘田凸起西北部(圖1)，東部緊鄰渤中凹陷，北與南堡凹陷相接。鉆井揭示地層自下而上分別為太古界花崗巖，新生界河流相沉積的館陶組、明化鎮(zhèn)組和第四系地層。研究區(qū)內(nèi)在二維地震資料基礎(chǔ)上部署的探井已在明下段和館陶組均獲得油氣發(fā)現(xiàn)，并揭示了本區(qū)復(fù)雜的構(gòu)造地質(zhì)條件。隨著勘探步伐的不斷推進(jìn)，圍區(qū)多個(gè)油田的開(kāi)發(fā)證實(shí)了本區(qū)新近系存在較為活躍的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，落實(shí)構(gòu)造特征是本區(qū)尋找油氣勘探突破面臨的主要問(wèn)題。

圖1 研究區(qū)區(qū)域位置

2 寬方位采集技術(shù)

研究區(qū)早期為二維地震覆蓋，測(cè)網(wǎng)密度為1 km×1 km，二維地震資料的排列長(zhǎng)度相對(duì)較小，不利于本區(qū)中深層資料成像，地震資料信噪比較低，斷裂成像效果較差，尤其微小斷層較難識(shí)別。圍區(qū)在高精度三維資料基礎(chǔ)上已發(fā)現(xiàn)多個(gè)新近系油田，為加快油氣勘探進(jìn)程，在本區(qū)部署了三維地震資料采集工作。

三維地震部署采用海底電纜采集技術(shù)，設(shè)計(jì)觀測(cè)系統(tǒng)為8線4炮176接收點(diǎn)。常規(guī)海底電纜采集一般采用2線12炮制，橫向覆蓋次數(shù)僅有一次，而本次采集采用8線4炮制，橫向覆蓋次數(shù)達(dá)到4次，可以有效避免“采集腳印”問(wèn)題，同時(shí)加大了接收方位角范圍。從面元屬性分布圖上看，全區(qū)資料偏移距分布比較均勻(圖2)，其單元模板縱橫比為0.16，是海上常規(guī)拖纜2炮線3接收線觀測(cè)系統(tǒng)的3倍，可接收更多的地下波場(chǎng)信息，地震資料信息更豐富。

從成果數(shù)據(jù)的對(duì)比來(lái)看，新采集地震資料信噪比明顯提高，同相軸連續(xù)性變好，斷面波歸位比較準(zhǔn)確，斷裂切割關(guān)系明確，地層接觸關(guān)系清楚，尤其是潛山頂面附近多次波被較好的壓制(圖3、圖4)。早期基于二維地震認(rèn)識(shí)，研究區(qū)內(nèi)新近系存在北東走向的斷裂破碎帶，在寬方位三維地震資料基礎(chǔ)上，可以識(shí)別出新近系北東走向的走滑斷裂帶(圖5)，整體平面特征為典型走滑斷裂主位移帶及伴生雁列斷層組合樣式。

圖2 觀測(cè)系統(tǒng)偏移距及方位角示意圖

圖3 三維海底電纜采集地震剖面

圖4 二維地震剖面

3 相干算法和屬性分析技術(shù)

受地震資料品質(zhì)影響，復(fù)雜斷裂帶內(nèi)主斷層與雁列斷層組合方式和搭接關(guān)系不明確。本區(qū)目的層系均為河流相沉積，砂泥巖性變化在地震資料上的響應(yīng)會(huì)給微小斷裂研究帶來(lái)干擾，尤其在構(gòu)造復(fù)雜區(qū)影響會(huì)更加嚴(yán)重。這里創(chuàng)新應(yīng)用疊后濾波與傳統(tǒng)相干算法相結(jié)合的技術(shù)手段，提高復(fù)雜斷裂帶成像效果，落實(shí)了渤海西部海域首條新近系走滑斷裂帶組合樣式和構(gòu)造特征。

3.1 疊后濾波相干技術(shù)

三維地震相干分析是目前構(gòu)造解釋工作中最為常用的輔助手段，尤其是在斷裂解釋、火山通道分析中起到十分重要的作用。近幾年間，綜合應(yīng)用多種算法包括小波變換[3]、幾何結(jié)構(gòu)張量[4]和高階統(tǒng)計(jì)量[5]等方法，集成為高精度斷裂成像分析技術(shù)，在構(gòu)造復(fù)雜區(qū)均獲得較好的應(yīng)用效果。通過(guò)應(yīng)用常規(guī)解釋軟件模塊，將疊后濾波處理作為相干算法前期組合技術(shù)，提高了斷裂分析效率，在本區(qū)取得了較好的應(yīng)用效果。

相干算法是基于地震數(shù)據(jù)道之間固定時(shí)窗內(nèi)相似性的分析方法，但一般沉積地層均不是水平產(chǎn)狀，因此地層傾角的變化會(huì)影響到相干計(jì)算結(jié)果的精度。另一方面地震資料是地下多種地質(zhì)情況的綜合反映，本區(qū)斷裂多為晚期斷裂，產(chǎn)狀和規(guī)模較為一致，與地層內(nèi)不同厚度巖性變化的“調(diào)諧現(xiàn)象”一樣[6]，不同級(jí)別的斷層也會(huì)引起不同頻率的調(diào)諧作用。

應(yīng)用傾角濾波和帶通濾波處理對(duì)原始地震數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理：首先消除地震道間由于地層產(chǎn)狀變化而引起的低相干影響，再通過(guò)帶通濾波技術(shù)，選擇15～45 Hz頻率之間的地震信號(hào)作為斷裂成像數(shù)據(jù)體進(jìn)行相干計(jì)算。從相干切片對(duì)比來(lái)看(圖5、圖6)，濾波后的相干切片對(duì)斷裂帶的成像效果更好，斷層位置更為清晰，尤其是中部低相干區(qū)的河道響應(yīng)變?nèi)?，走滑斷裂帶中心位置斷層引起的低相干能量相?duì)集中，斷裂更容易識(shí)別。從結(jié)果對(duì)比上看，經(jīng)過(guò)濾波之后的相干切片對(duì)復(fù)雜構(gòu)造帶地震資料的斷裂成像能力有了較大的提高。

3.2 平均信噪比屬性

平均信噪比是一種近似于相干計(jì)算的一種算法，根據(jù)選擇層位或者時(shí)窗的約束，逐道進(jìn)行相關(guān)計(jì)算，相鄰道互相關(guān)提供信號(hào)平方的評(píng)價(jià)，自相關(guān)提供了信號(hào)平方加噪音平方的評(píng)價(jià)，計(jì)算多道時(shí)窗內(nèi)中心道的平均信噪比。

本文首次將平均信噪比屬性在斷裂識(shí)別分析中進(jìn)行應(yīng)用，與相干切片對(duì)比分析來(lái)看，信噪比屬性能夠較好的反映斷層的平面位置：低信噪比屬性(圖7)多分布在斷裂位置，其橫向的連續(xù)性較方差切片(圖5)要好，尤其斷裂帶中部，對(duì)典型走滑與伴生雁列斷層的平面分布特征的刻畫(huà)更為明確，斷裂細(xì)節(jié)較方差切片更為清晰。

圖5 原始地震數(shù)據(jù)相干切片

圖6 傾角濾波數(shù)據(jù)相干切片

圖7 1000 ms上下20 ms時(shí)窗平均信噪比屬性

參與計(jì)算時(shí)窗長(zhǎng)度應(yīng)滿足相關(guān)性算法的穩(wěn)定性，窗口太小容易受到地層傾角的影響，時(shí)窗太大會(huì)掩蓋頻率趨勢(shì)和異常，一般選擇主波長(zhǎng)的兩倍。窗口寬度應(yīng)該包括足夠的地震道，形成有意義的信號(hào)估計(jì)，太多的地震道會(huì)包括地層橫向變化反射特征也不合適。在嘈音較多的地震反射特征相對(duì)均勻的區(qū)域，窗口的寬度應(yīng)該盡量大一些。

4 疊后處理道混波技術(shù)及幾何屬性

水平位移量是走滑斷層一個(gè)重要的地質(zhì)參數(shù)。針對(duì)本區(qū)新近系小位移量走滑作用，地層巖性對(duì)比和重磁方法很難滿足水平位移量分析的精度要求。應(yīng)用波形類比的層位自動(dòng)追蹤技術(shù)，對(duì)新近系基底形態(tài)進(jìn)行精細(xì)刻畫(huà)，依據(jù)走滑斷層兩盤(pán)古構(gòu)造形態(tài)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，完成了新近系走滑位移量的分析。

4.1 基于道混波處理后層位自動(dòng)追蹤

疊后處理中的道混波技術(shù)可以根據(jù)相鄰道之間的相似性對(duì)各記錄道進(jìn)行加權(quán)迭加[7]，使相似性好的反射波得到加強(qiáng)，相似性不好的波相對(duì)削弱，從而提高信噪比、凈化背景，實(shí)現(xiàn)對(duì)相鄰地震道進(jìn)行相干加強(qiáng)的處理效果。

渤海海域地震資料潛山頂面地震反射多為“雙峰一谷”或“雙谷一峰”特征，受多次波影響，自動(dòng)追蹤解釋方法的應(yīng)用效果并不理想。應(yīng)用三維道混波技術(shù)，以矩形5×5道進(jìn)行疊后處理，基于多道加權(quán)疊加的計(jì)算使得強(qiáng)軸連續(xù)性更強(qiáng)(圖8)，對(duì)于潛山頂面的強(qiáng)反射特征，應(yīng)用該技術(shù)可以有效增強(qiáng)潛山頂面(圖中箭頭所指的藍(lán)色同相軸)地震反射能量，弱化新近系底面上部沉積作用形成的超覆反射特征。在道混波處理之后的地震數(shù)據(jù)體基礎(chǔ)上，以潛山頂面人工解釋稀疏網(wǎng)格層位作為控制層，應(yīng)用地震反射能量的相似性在全區(qū)展開(kāi)層位自動(dòng)追蹤。

圖8 道混波處理后地震剖面

從自動(dòng)追蹤獲得的潛山頂面形態(tài)圖(圖9)來(lái)看，研究區(qū)構(gòu)造高部位位于工區(qū)中部(圖中淺色為高部位)，追蹤層位上顏色的變化展示了潛山頂面長(zhǎng)期遭受風(fēng)化剝蝕，溝谷分布方向?yàn)楸蔽飨颍c基底形態(tài)走向吻合度較差。主走滑斷層在自動(dòng)追蹤層位上清晰可見(jiàn)，斷面走向近乎一條直線，北東方向橫穿潛山高部位，兩盤(pán)峰脊和古河道在斷面兩側(cè)水平錯(cuò)斷明顯，說(shuō)明本區(qū)走滑作用新近系時(shí)期依然活躍。

圖9 潛山頂面自動(dòng)追蹤解釋層位

4.2 幾何類屬性

幾何類屬性是通過(guò)計(jì)算地震解釋層位上每一個(gè)采樣點(diǎn)與周圍采樣點(diǎn)的數(shù)學(xué)關(guān)系計(jì)算出來(lái)的層位屬性，并通過(guò)這樣多點(diǎn)計(jì)算出的幾何屬性數(shù)值形成一個(gè)平面，幾何類屬性包括了傾角、方位角、邊緣檢測(cè)和曲率等基于不同算法的多種屬性。本文通過(guò)計(jì)算潛山頂面的傾角數(shù)值呈現(xiàn)出現(xiàn)今基底形態(tài)特征，通過(guò)構(gòu)造恢復(fù)對(duì)比，分析出研究區(qū)新近系以來(lái)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的活動(dòng)特征。

道混波處理后的自動(dòng)追蹤解釋層位為幾何類屬性分析提供了較為客觀的層位基礎(chǔ)。從潛山頂面傾角屬性圖(圖10)分析結(jié)果來(lái)看：主走滑斷裂斷面位置清晰；潛山頂面地層產(chǎn)狀呈現(xiàn)溝谷相間的特點(diǎn)(對(duì)應(yīng)與屬性圖上亮色與暗色的交替變化)，古溝谷均為北西方向近平行的展布特征，并非繼承潛山頂面形態(tài)高點(diǎn)向四周分布；走滑斷層兩盤(pán)幾何屬性特征具有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，反映了后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的平移錯(cuò)動(dòng)，可以推斷潛山頂面的背斜形態(tài)是新生界水平移動(dòng)作用推擠形成。從兩盤(pán)溝谷的平面錯(cuò)動(dòng)位移量來(lái)看，整體走滑作用為右旋平移特征，通過(guò)計(jì)算對(duì)應(yīng)溝谷沿走滑斷層的錯(cuò)動(dòng)距離，計(jì)算出本區(qū)新生界走滑作用平移量為700～800 m。

圖10 潛山頂面傾角屬性平面分布

5 研究成果

多種物探方法的參數(shù)實(shí)驗(yàn)和對(duì)比分析，為本區(qū)復(fù)雜走滑斷裂帶構(gòu)造演化特征研究提供了客觀有效的分析依據(jù)。

研究區(qū)新近系沉積之前北東走向走滑斷裂已開(kāi)始活動(dòng)(圖11下)，呈北東走向，走滑作用形成的多條北西走向溝谷呈近平行展布特征。明化鎮(zhèn)組沉積時(shí)期走滑作用依然活躍，形成沿深部線性斷裂分布的北東東展布的雁列斷層組(圖11中)，方差切片上伴生斷裂與主斷層走向的銳角指向呈順時(shí)針?lè)较颍卸ㄐ陆底呋饔脼橛倚卣?。平原組沉積時(shí)期，主斷裂依然存在(圖11上)，晚期雁列延伸長(zhǎng)度更長(zhǎng)，活動(dòng)更為活躍，工區(qū)北段雁列斷層與主走滑斷層呈現(xiàn)切割關(guān)系，表明研究區(qū)新近系晚期受拉張應(yīng)力的影響，呈現(xiàn)走滑與拉張作用共存的特點(diǎn)。

圖11 走滑斷裂帶等時(shí)相干切片

6 結(jié)論

(1)多種物探方法的應(yīng)用，提高了研究區(qū)地震資料分辨能力，增強(qiáng)了對(duì)微小斷裂的成像精度，在復(fù)雜斷裂帶研究中取得了較好的應(yīng)用效果，并探索形成了適用于精細(xì)斷裂成像的地球物理分析技術(shù)。

(2)海底電纜寬方位采集可以有效的提高地震資料品質(zhì)，對(duì)多走向斷裂疊合區(qū)地震資料成像具有較大的優(yōu)勢(shì)；濾波相干技術(shù)可以有效的去除噪音和沉積間斷影響，有針對(duì)性的保留因地層錯(cuò)斷的地震響應(yīng)信號(hào)，在復(fù)雜斷裂帶細(xì)節(jié)刻畫(huà)和微小斷裂識(shí)別中具有較好的應(yīng)用效果。

(3)地震屬性的應(yīng)用為復(fù)雜斷裂帶地震解釋工作提供了有力的輔助技術(shù)手段，拓展了地震資料的分辨能力。幾何類屬性在走滑位移量定量分析中的應(yīng)用是一種創(chuàng)新的研究方法，走滑位移量的確定為渤海海域新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)特征分析提供了重要的地質(zhì)參數(shù)，將推進(jìn)整個(gè)區(qū)域的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)成因研究進(jìn)程。

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編輯：吳官生

1673-8217(2015)01-0055-05

2014-07-11；改回日期：2014-10-26

張志強(qiáng)，碩士，物探工程師，1980年生，2006年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)(北京)地球探測(cè)與信息技術(shù)專業(yè)，目前主要從事地球物理解釋工作。

國(guó)家科技重大專項(xiàng)(2011ZX05023-006-002)資助。

TE111.2

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