GeoEast三維可視化技術(shù)在斷層識別中的應(yīng)用

郝 慧，劉 英，田 華

1中石油大慶油田有限責(zé)任公司第九采油廠地質(zhì)大隊(duì)，黑龍江 大慶2中石油東方地球物理勘探有限責(zé)任公司物探技術(shù)培訓(xùn)中心，河北 涿州

1.引言

斷層解釋是地震資料解釋的基礎(chǔ)與關(guān)鍵，準(zhǔn)確合理的斷層識別關(guān)系到構(gòu)造解釋精度、井位部署方向、水平井鉆井設(shè)計、壓裂方案設(shè)計，同時控制著油田的注采關(guān)系合理性，對油氣開采起著至關(guān)重要的作用。隨著油田勘探開發(fā)程度的不斷深入，對斷層解釋精度需求日益提高，單純通過傳統(tǒng)解釋方法難以達(dá)到較高的精度。

傳統(tǒng)斷層解釋流程是通過點(diǎn)、線、面、體相結(jié)合，對斷層進(jìn)行綜合解釋，即：①利用井的鉆遇斷點(diǎn)信息對斷層進(jìn)行解釋[1]；②地震剖面斷層識別方法適用于任何三維地震資料，但其識別效果受地震資料的分辨率和視覺分辨率等因素的影響較大，對于斷距較小的斷層無法準(zhǔn)確地識別[2]；③利用相干[3]、曲率[4][5]、方差[6][7][8]、螞蟻體等幾何屬性輔助解釋；④利用空間斷層組合形態(tài)驗(yàn)證解釋成果合理性。該流程實(shí)際上是三種解釋方法和一種驗(yàn)證方法。該套流程存在兩個問題：一是斷層解釋速度較慢，斷層組合較為困難；二是小斷層識別存在不確定性，斷距小于5m 的斷層一般表現(xiàn)為平面屬性有微弱顯示，但在剖面上無明顯斷面特征，在沒有井?dāng)?shù)據(jù)支撐的前提下無法確定斷層是否落實(shí)。

近年來對于低序級斷層識別方法，大量的專家學(xué)者側(cè)重于數(shù)學(xué)算法的研究，并取得了長足的發(fā)展，斷層識別效率和精度有了大大的提升。然而，數(shù)學(xué)算法始終是一種缺少地質(zhì)靈魂的單純的數(shù)學(xué)方法。本文介紹了一種數(shù)學(xué)算法和地質(zhì)方法相結(jié)合的斷層識別技術(shù)，以GeoEast 處理解釋軟件的多窗口傾角掃描、構(gòu)造導(dǎo)向?yàn)V波作為配套技術(shù)，利用三維可視化模塊刻畫斷層展布特征，大大提高了斷層識別精度和解釋效率，形成了一套高效斷層解釋技術(shù)。

2.三維可視化技術(shù)原理

三維可視化技術(shù)具有豐富的顯示功能，可生成大量生動形象的圖片。運(yùn)用好三維可視化綜合解釋技術(shù)能夠幫助解釋人員在大腦中簡歷正確的構(gòu)造模型，且可以通過反復(fù)的觀察局部區(qū)塊的連續(xù)顯示來最終確定構(gòu)造細(xì)節(jié)。

在三維可視化軟件中，將數(shù)據(jù)體轉(zhuǎn)化為三維矩陣，矩陣中的每一個點(diǎn)對應(yīng)一個相應(yīng)的特征值，如振幅值?？梢岳萌S地質(zhì)體雕刻功能，將其中一部分特征值雕刻呈現(xiàn)。該方法一般用于砂體雕刻，將代表砂體的特征值點(diǎn)保留，其余特征值點(diǎn)透明化處理，即可刻畫砂體空間展布形態(tài)。

3.實(shí)現(xiàn)過程

3.1.利用構(gòu)造導(dǎo)向?yàn)V波技術(shù)提高地震資料信噪比

構(gòu)造導(dǎo)向的主分量濾波是GeoEast 軟件針對地震數(shù)據(jù)體的一種特殊去噪手段，是在多窗口傾角掃描基礎(chǔ)上，利用主分量分析(PCA,principal component analysis)技術(shù)，在多道地震數(shù)據(jù)中提取有效信號的特征值來重構(gòu)信號，進(jìn)而提高信噪比的方法。該方法在壓制地震數(shù)據(jù)噪聲的同時，增強(qiáng)了同相軸的連續(xù)性，保持了斷層等不連續(xù)信息，避免了濾波作用而引起的地震邊緣信息模糊，使得斷層特征更加突出，在處理后的地震數(shù)據(jù)體中提取相干、曲率等屬性體，能夠獲得更加清晰的斷層結(jié)構(gòu)信息(圖1)。但由于其濾波作用影響，該類數(shù)據(jù)體僅能夠用于識別斷層、窄小河道等地質(zhì)信息，不能用于其它沉積特征的屬性識別研究。

Figure 1.Theprofile contrast before and after filtering圖1.濾波前、后對比剖面

3.2.優(yōu)選敏感數(shù)學(xué)算法提取體屬性

在對數(shù)據(jù)體進(jìn)行構(gòu)造導(dǎo)向?yàn)V波處理后，斷層信息得到有效凸顯，由于各目標(biāo)區(qū)域地質(zhì)特征不同，對不同數(shù)學(xué)算法敏感性也略有差異，目前主要用于識別斷層的屬性包括基于本征結(jié)構(gòu)的C3相干體技術(shù)、具有較高的抗噪性和較好的三維可視化解釋功能的曲率屬性、一種基于概率方差分析地層不連續(xù)性的方差體技術(shù)、以及一種斷層自動識別的螞蟻體技術(shù)等。以上所提到的幾種斷層識別方法都是基于不同數(shù)學(xué)算法實(shí)現(xiàn)的，并且有一個共同點(diǎn)就是所有的算法，計算出的結(jié)果都是以數(shù)據(jù)體的形式存在的，這是本文斷層識別方法能夠?qū)崿F(xiàn)的關(guān)鍵。

3.3.將斷層作為異常地質(zhì)體進(jìn)行空間雕刻

GeoEast 地震解釋系統(tǒng)三維可視化模塊具有異常地質(zhì)體空間雕刻功能，該項(xiàng)功能一般是用于河道、火山、溶洞等異常地質(zhì)體雕刻的一項(xiàng)功能。而在相干體、曲率體等屬性體中，斷層也可以看做是一種異常地質(zhì)體。在分析屬性體中代表斷層的數(shù)據(jù)分布范圍后，即可將斷層在空間展布形態(tài)展示出來。這樣的做法具有2個優(yōu)點(diǎn)：①三維空間斷層展布與剖面聯(lián)合顯示，可以快速識別斷層，且斷層組合更加便捷；② 對于剖面上沒有同相軸錯段，但在平面屬性上有微弱響應(yīng)的疑似斷層可以通過空間形態(tài)來判斷是否為低序級斷層。通常情況下，刻畫斷層三維空間形態(tài)，要開10~20 ms時窗，若疑似斷層呈面狀、具有一定的延伸長度、且穩(wěn)定發(fā)育，結(jié)合目標(biāo)區(qū)域沉積特征，判斷是否會有同等規(guī)模的河道發(fā)育，基本可以確定是否為低序級斷層。

4.實(shí)際地震資料測試

松遼盆地某區(qū)塊構(gòu)造解釋中，構(gòu)造導(dǎo)向?yàn)V波后的數(shù)據(jù)體同相軸錯段更加干脆，斷面更加清晰，通過對多種斷層敏感屬性對比分析認(rèn)為曲率屬性識別斷層效果較好，利用GeoEast 構(gòu)造解釋系統(tǒng)三維可視化模塊，對曲率屬性進(jìn)行分析，認(rèn)為屬性值介于80~120之間為斷層響應(yīng)特征，進(jìn)而使用異常地質(zhì)體空間雕刻功能刻畫斷層，獲得斷層的空間展布形態(tài)(圖2)。

通過斷層空間形態(tài)的展布特征結(jié)合地震剖面可以對斷層進(jìn)行高效解釋、空間組合，且對平面屬性中疑似斷層進(jìn)行確定性評價。圖3中地震剖面上標(biāo)記位置，同相軸無明顯錯段，曲率平面屬性上該位置有近東西向展布的條帶狀微弱響應(yīng)，屬性值亞于正常斷層，但具有一定的斷層特征，且無法確定其是否為低序級斷層。三維可視化地質(zhì)體中，該疑似斷層具有較好的延伸性、面狀特征，橫向延伸約1 km，縱向10ms視窗內(nèi)發(fā)育穩(wěn)定。研究區(qū)沉積特征表明，該區(qū)以三角洲前緣席狀砂和主體席狀砂沉積為主，沒有超過5m 厚河道存在的可能性，因此判斷該響應(yīng)為低序級斷層。

Figure 2.The spatial distribution of the window fault in the upper and lower 5ms of the target layer in the studyarea 圖2.研究區(qū)目的層上下5ms時窗斷層空間展布形態(tài)

Figure 3.The seismicsection and curvature attributeof the suspected fault 圖3.疑似斷層地震剖面及曲率屬性

5.結(jié)論

斷層識別方法的研究自始至終沒有停止過，復(fù)雜的數(shù)學(xué)算法在高性能計算機(jī)的幫助下得到了進(jìn)一步施展拳腳的空間，斷層識別精度逐步提升，形成了一套較為完善的井–震結(jié)合斷層識別技術(shù)體系。本文所提到的利用三維可視化功能中三維空間異常地質(zhì)體雕刻技術(shù)，可成為斷層識別方法中另外一個突破口，不論是在斷層解釋速度、還是低序級斷層識別方面都有顯著效果，使得斷層識別技術(shù)體系更加完善，更加直觀地將地下幾百，甚至幾千米的斷層情況展現(xiàn)在地質(zhì)專家眼前。