復(fù)雜斷裂精細(xì)解釋技術(shù)組合及其應(yīng)用

胡 濱

(中海油研究總院有限責(zé)任公司，北京 100028)

0 引言

M區(qū)斷裂系統(tǒng)非常復(fù)雜，主要表現(xiàn)為斷層密集、延伸短、斷距小、傾向多變、走向各異，斷層之間搭接關(guān)系復(fù)雜，精細(xì)解釋難度極大。然而，對斷裂系統(tǒng)的精細(xì)解釋將直接影響圈閉落實(shí)、油氣成藏分析與井位部署，是研究的重點(diǎn)與難點(diǎn)。因此，亟需一套與之相適應(yīng)的復(fù)雜斷裂精細(xì)解釋技術(shù)。

復(fù)雜斷裂精細(xì)解釋技術(shù)是復(fù)雜斷塊油氣藏勘探的重點(diǎn)內(nèi)容之一。近20多年來，人們針對三維地震資料蘊(yùn)含的豐富的地質(zhì)信息，圍繞復(fù)雜斷裂精細(xì)解釋做了大量的理論研究和實(shí)踐工作，提出了許多斷層綜合解釋技術(shù)。大致可概括為相干技術(shù)[1-7]、分頻相干技術(shù)[8-10]、保持?jǐn)鄬有畔⒌臉?gòu)造導(dǎo)向?yàn)V波技術(shù)[11-13]、微弱信息增強(qiáng)技術(shù)[14]和多屬性多信息融合技術(shù)[15-16]。

本文在前人研究基礎(chǔ)上，進(jìn)行了技術(shù)集成和綜合應(yīng)用，完成了M區(qū)復(fù)雜斷裂的精細(xì)解釋。

1 復(fù)雜斷裂精細(xì)解釋技術(shù)組合

本文集成了構(gòu)造導(dǎo)向?yàn)V波、層位斷層交互解釋、分頻相干多尺度斷層成像、微弱信號增強(qiáng)及多屬性、多信息融合等技術(shù)，形成了復(fù)雜斷裂精細(xì)解釋技術(shù)組合，其流程為(圖1)： ①疊后解釋性處理。應(yīng)用保持?jǐn)鄬有畔⒌臉?gòu)造導(dǎo)向?yàn)V波處理，提高資料的信噪比。②斷層初步解釋。通過層位斷層交互解釋，快速了解斷層的整體面貌、主要活動期與繼承關(guān)系，確定重點(diǎn)研究區(qū)和斷裂帶。③斷層精細(xì)刻畫。利用小波變換進(jìn)行頻譜分解獲得分頻相干切片，實(shí)現(xiàn)多尺度斷層成像，理清斷層的級別與斷裂發(fā)育區(qū)概況，提取并優(yōu)選斷層刻畫的敏感屬性；再進(jìn)行多屬性或多頻段信息融合，提高斷裂的刻畫效果與可信度。④成果校驗(yàn)與輸出。利用三維可視化等手段校驗(yàn)、檢查解釋成果，確認(rèn)解釋合理性。

1.1 構(gòu)造導(dǎo)向?yàn)V波技術(shù)

常見的中值濾波、平均值濾波等疊后解釋性處理技術(shù)，在提高地震資料信噪比的同時，也模糊了斷層信息。因此在復(fù)雜斷裂地區(qū)，需采用構(gòu)造導(dǎo)向?yàn)V波技術(shù)。其原理為沿著地震同相軸走向取得非平穩(wěn)變化的振幅值，利用地層傾角和方位角進(jìn)行定向性濾波，在壓制隨機(jī)噪聲、提高地震資料信噪比的同時，盡量保持?jǐn)嗔训炔贿B續(xù)信息。

圖1 復(fù)雜斷裂精細(xì)解釋技術(shù)組合流程

1.2 層位斷層交互解釋技術(shù)

等時切片橫切多套地層(圖2)，存在“穿時”現(xiàn)象，使切片上存在斷層假象(圖2a中綠色箭頭所示的NW—SE向條帶)，而沿層切片可以避免“穿時”現(xiàn)象。因此，快速準(zhǔn)確地獲取層位至關(guān)重要。層位斷層交互解釋技術(shù)可有效提高解釋效率和精度，具體作法為：首先進(jìn)行層位的大網(wǎng)格初步解釋，控制構(gòu)造的整體特征；提取沿層屬性切片并拾取出主要斷層，投影到對應(yīng)的地震剖面上快速解釋斷層，并根據(jù)剖面斷層解釋結(jié)果，進(jìn)一步完善層位解釋。

1.3 多尺度斷層成像技術(shù)

不同主頻的地震資料對不同斷距斷層的識別效果存在顯著差異(圖3)。在高頻地震資料上可以較好地識別小斷層(圖3a、圖3c)，如F1、F2、F3和F5均較清晰，F(xiàn)4亦可見痕跡。低頻地震資料(圖3d、圖3f)受限于分辨率，無法完全識別F4，F(xiàn)2、F3僅見痕跡，尚可識別F1、F5，但清晰度低于高頻地震資料。隨著斷距增大至波長的整倍數(shù)時，斷層兩盤波峰或波谷在斷層位置幾乎重合(圖3b)，難以識別斷層，而在低頻地震資料上則可以清晰識別(圖3e)。

圖2 基于方差的等時相干切片與典型地震剖面

因此，利用分頻技術(shù)獲得不同主頻的地震資料，可以輔助識別和解釋不同尺度的斷層。分頻采用小波變換技術(shù)

式中：Fw(τ,a)為信號時間—尺度分布，其中а為尺度，τ為時移；ψ(t)為母小波,ψ*(t)為ψ(t)的共軛。由上式可知，小波變換是一種時間—尺度域的分析方法，尺度對應(yīng)于頻寬，而非單頻。因此在實(shí)際應(yīng)用中，單頻都具有一定頻寬。

1.4 微弱信號增強(qiáng)技術(shù)

微弱信號增強(qiáng)技術(shù)是將平面分割為子域，經(jīng)梯級帶濾波增強(qiáng)技術(shù)濾波后，再通過相應(yīng)的數(shù)學(xué)變換合成的一種非線性濾波方法[14]。該技術(shù)能增強(qiáng)微弱信息的識別能力，提高斷層的連續(xù)性。

1.5 斷層敏感地震屬性優(yōu)選

斷層敏感地震屬性通常是相關(guān)類屬性(相干、方差和連續(xù)性等)，但有時單一使用相關(guān)類地震屬性會產(chǎn)生假象，需要輔助使用其他類地震屬性，如幾何類(傾角、方位角、曲率等)、振幅類(均方根振幅等)和頻譜類(主頻、甜心等)等屬性。

1.6 多屬性、多信息融合技術(shù)

多屬性、多信息融合技術(shù)在地震解釋中常以色彩融合方式呈現(xiàn)，把反映構(gòu)造與巖性變化的多種屬性信息通過色彩融合的方式展現(xiàn)出來，提高了從多屬性中提取地質(zhì)信息的能力，取得了較好的應(yīng)用效果[17-19]。

色彩融合的原理是將3個輸入值A(chǔ)1、A2和A3歸一化至0～255的數(shù)值區(qū)間，然后分別賦予3種不同的基色，其光強(qiáng)分別為A1、A2和A3，混合后獲得一個新顏色。按照3種基色，分為RGB加法色與CMY減法色(圖4)。RGB加法色的基色為紅(R)、綠(G)和藍(lán)(B)，其光強(qiáng)分別為AR、AG和AB，混合后得到的強(qiáng)調(diào)色為白色(3種基色的光強(qiáng)均為255)，一般用于精細(xì)刻畫沉積體(圖4a)。CMY減法色的基色為青(C)、品紅(M)和黃(Y)，其光強(qiáng)分別為AC、AM和AY，混合后得到的強(qiáng)調(diào)色為黑色(3種基色的光強(qiáng)均為255)，對復(fù)雜斷裂的刻畫效果非常好(圖4b)。

圖3 不同斷距斷層模式與分頻地震剖面

圖4 色彩融合原理與應(yīng)用效果

在實(shí)際應(yīng)用中，可以由3個分頻切片或3種不同地震屬性切片選擇色彩融合的3個輸入值，并且每個切片可以賦予不同的權(quán)重值，即調(diào)節(jié)3種顏色的混色比例，以期獲得最佳的地質(zhì)體刻畫效果。

2 實(shí)例

M區(qū)所在的東非裂谷盆地是世界上最年輕的裂谷盆地，現(xiàn)今仍在活動。受區(qū)域張扭和壓扭等復(fù)雜應(yīng)力場的疊加作用，發(fā)育極為復(fù)雜的斷裂系統(tǒng)。主要表現(xiàn)為： ①斷層多而密集，僅300km2的范圍內(nèi)發(fā)育各級斷層200余條，斷距超過20m的斷層100余條； ②斷層斷距小、平面延伸短； ③斷層傾向多變、走向各異、搭接關(guān)系復(fù)雜(圖2)，剖面解釋與平面斷層組合難度極大。對斷裂系統(tǒng)的精確解釋直接影響圈閉落實(shí)、油氣成藏分析與井位部署。

2.1 斷層初步解釋

依據(jù)復(fù)雜斷裂精細(xì)解釋技術(shù)組合流程(圖1)，首先采用構(gòu)造導(dǎo)向?yàn)V波技術(shù)，有效壓制地震資料的隨機(jī)噪聲，使信噪比得到提高(圖5b)，也明顯提高了相干切片中斷層的清晰度(圖5d)。

圖5 構(gòu)造導(dǎo)向?yàn)V波效果

采用層位斷層交互解釋及多個層位協(xié)同約束解釋，控制剖面斷距與平面特征。由基于方差的沿層相干切片(圖6)可見，研究區(qū)的大斷層主要呈NE—SW向并具有較強(qiáng)繼承性。這些大斷層由多條次級斷層相接而成，而且這些次級斷層的走向多變。其中H1層斷層最少(圖6a)，H3層斷層最發(fā)育(圖6c)，H4層斷層最清晰(圖6d)。

2.2 復(fù)雜斷裂精細(xì)刻畫與解釋

2.2.1 多尺度斷層成像技術(shù)應(yīng)用

三維地震資料的采樣率為2ms，主頻約為35Hz，有效頻帶寬度為8～90Hz。采用連續(xù)小波變換技術(shù)獲得分頻地震體。以H4層為例，由提取的相應(yīng)的單頻沿層相干切片(圖7)可見：①大斷層在低頻沿層相干切片(圖7a)上非常清晰，搭接關(guān)系也很清楚(圖7a中紅色箭頭所示位置)，然而這些信息在等時相干切片(圖2)與高頻沿層相干切片(圖7i中紅色箭頭所示位置)上并不清晰，斷層的搭接關(guān)系也較模糊。②在10Hz沿層相干切片(圖7a)上無法反映小斷層(主要分布于工區(qū)東南部)；在高頻(70～90Hz)沿層相干切片上(圖7g～圖7i)小斷層較清晰(如圖7i藍(lán)色箭頭所示)，在主頻附近沿層相干切片(圖7c、圖7d)上可同時反映大、小斷層，但刻畫效果不如低頻或高頻相干切片。因此，應(yīng)適當(dāng)選取低、中、高頻沿層相干切片輔助斷層分級解釋，可使解釋結(jié)果更準(zhǔn)確、可靠。

2.2.2 微弱信號增強(qiáng)技術(shù)應(yīng)用

采用基于本征值結(jié)構(gòu)的第三代相干算法與微弱信號的梯級帶濾波增強(qiáng)技術(shù)，獲得高品質(zhì)的相干切片(圖8b)。與普通第二代相干切片(圖8a)相比，無論是斷層的接觸和搭接關(guān)系(圖8b紅色箭頭所示)，還是對小斷層(圖8b藍(lán)色箭頭所示)刻畫，效果均明顯提升。

2.2.3 斷層敏感屬性優(yōu)選應(yīng)用

提取多種屬性并開展斷層敏感屬性優(yōu)選，這些屬性包括：幾何類的傾角、方位角和最大正負(fù)曲率、最小正負(fù)曲率等；振幅類的均方根振幅、最大或最小振幅等；相關(guān)類的相干、連續(xù)性等；頻譜類的弧長、甜心等。通過對比，選擇相干(本征值或結(jié)構(gòu)體)、曲率和傾角等敏感屬性。

圖6 基于方差的沿層相干切片

圖7 H4層沿層分頻相干切片

2.2.4 多屬性、多信息融合技術(shù)應(yīng)用

同一類地震屬性一般具有較強(qiáng)的相關(guān)性。如果用于多屬性融合的屬性為同一類，則使多屬性融合的意義變?nèi)?。因此在?shí)際應(yīng)用中，需兼顧考慮各種屬性對斷層的敏感性與同一類屬性間的相關(guān)性這兩個因素。

以H4層為例，選擇傾角、曲率和本征值等3類屬性，數(shù)值歸一化后進(jìn)行CMY減法色融合顯示(圖9上)。選取研究區(qū)東南部NE—SW向地震剖面(圖9下)進(jìn)行檢驗(yàn)，可見切片上每個斷層的痕跡與地震剖面的斷層完全吻合，不存在假象。實(shí)踐表明，CMY融合切片在研究區(qū)可刻畫斷距約10m、平面延伸長度只有100m的小斷層，有效指導(dǎo)了斷層組合解釋。最后利用三維可視化技術(shù)，將解釋成果呈現(xiàn)在三維空間，通過旋轉(zhuǎn)視角進(jìn)行多視角全方位檢查，利于發(fā)現(xiàn)解釋錯誤并及時修正。

圖8 不同相干算法效果對比

圖9 H4層的CMY融合切片(上)與典型地震剖面(下)

2.3 應(yīng)用效果與勘探實(shí)效

應(yīng)用上述技術(shù)組合，清晰地刻畫了研究區(qū)內(nèi)復(fù)雜的斷裂系統(tǒng)，完成了200余條斷層的組合解釋(圖10中紅色線條)。與原二維地震資料落實(shí)的斷層組合(圖10b中藍(lán)色線條)相比，不僅斷層數(shù)量增加，而且斷層的組合與搭接關(guān)系變化較大，修正了12處構(gòu)造關(guān)鍵位置的斷層解釋。高效、準(zhǔn)確地落實(shí)了30個斷塊圈閉，設(shè)計(jì)了20口探井，其中18口獲得成功，鉆井成功率高達(dá)90%。

經(jīng)過項(xiàng)目研究與勘探實(shí)踐，在M區(qū)新發(fā)現(xiàn)4個油田，新增地質(zhì)儲量超過10億桶，獲得了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。區(qū)塊的勘探實(shí)踐有力地證明了文中提出的復(fù)雜斷裂精細(xì)解釋技術(shù)組合的有效性。

圖10 H4層的斷層組合疊合圖

3 結(jié)束語

本文提出了復(fù)雜斷裂精細(xì)解釋技術(shù)組合，該技術(shù)組合涵蓋了構(gòu)造導(dǎo)向?yàn)V波、分頻相干多尺度斷層成像及微弱信息增強(qiáng)與多屬性、多信息融合等先進(jìn)技術(shù)。應(yīng)用該技術(shù)組合，完成了M區(qū)復(fù)雜斷裂的精細(xì)解釋，準(zhǔn)確落實(shí)30個斷塊圈閉，部署井位20口，鉆探成功率高達(dá)90%，新發(fā)現(xiàn)4個油田，證明了文中提出的復(fù)雜斷裂精細(xì)解釋技術(shù)組合的有效性。