塔北地區(qū)多期走滑斷裂地球物理響應(yīng)特征及精細識別

李鳳磊 林承焰 張國印 任麗華 朱永峰 張銀濤 關(guān)寶珠

摘要：通過對野外地質(zhì)露頭考察、無人機掃描、探地雷達探測、巖心觀察、成像測井資料綜合分析，建立塔北地區(qū)走滑斷裂地質(zhì)模式。根據(jù)塔北地區(qū)不同地層特點，分析多期走滑斷裂與不同時期地層組合關(guān)系。針對不同的地層巖相背景下的走滑斷裂特征，分析對應(yīng)的地球物理響應(yīng)特征，為小斷距、小位移的走滑斷裂識別提供依據(jù)。結(jié)果表明：加里東中晚期，在擠壓應(yīng)力作用下區(qū)域走滑斷裂形成，發(fā)育X型共軛斷裂和單剪切斷裂，其中NNE向走滑斷裂為左旋，NNW向走滑斷裂為右旋；由于擠壓應(yīng)力差異分布，沿主干斷裂方向寒武系膏鹽巖滑脫面形成線性壓扭隆起和平移錯斷的特點，結(jié)合膏鹽巖層強地震反射特征，主干斷裂可識別性強；中上奧陶統(tǒng)走滑斷裂走向與古地貌趨勢具有一致性；由于北部表層巖溶暴露期長，研究區(qū)形成大量的殘丘、暗河、古水系，破壞了淺層斷裂特征，而南部斜坡區(qū)暴露時間短，巖溶縫洞體主要沿斷裂發(fā)育，斷控巖溶縫洞體與基巖波阻抗存在較大差異，增強了斷裂的可識別特征；海西期NNW方向、喜山期NNE方向發(fā)育單剪切走滑斷裂，主要沿加里東中期斷裂繼承性發(fā)育，碎屑巖地層不整合面斷距特征明顯，平面上表現(xiàn)為雁列特征，剖面可見負花狀構(gòu)造。

關(guān)鍵詞：探地雷達； 走滑斷裂； 巖溶縫洞； 多屬性分析； 塔北地區(qū)

中圖分類號：P 631?? 文獻標志碼： A

文章編號：1673-5005（2024）03-0001-14?? doi：10.3969/j.issn.1673-5005.2024.03.001

Characteristics of geophysical response and fine identification of multi-stage strike-slip fault? in Tabei area

LI Fenglei1，2，3， LIN Chengyan1，2，3， ZHANG Guoyin1，2，3， REN Lihua1，2，3， ZHU Yongfeng4， ZHANG Yintao4， GUAN Baozhu4

（1.State Key Laboratory of Deep Oil and Gas， China University of Petroleum （East China）， Qingdao 266580， China；

2.Shandong Key Laboratory of Oil Reservoir Geology， Qingdao 266580， China；

3.School of Geosciences in China University of Petroleum （ East China）， Qingdao 266580， China；

4.Research Institute of Petroleum Exploration and Development， Tarim Oilfield Company， PetroChina， Korla 841000， China）

Abstract： Through the comprehensive analysis of field geological outcrop inspection， UAV scanning， ground penetrating radar（GPR）， core observation， and imaging logging data， a geological model of fault-controlled karst cavern in Tabei area was established. According to the characteristics of different strata in Tabei area， the relationship between multi-stage strike-slip faults and strata combination in different periods have been studied. According to the characteristics of strike-slip faults under different stratigraphic lithofacies backgrounds， the corresponding geophysical response characteristics are analyzed， which provides a basis for the identification of strike-slip faults with small fault throw and small distance of displacement. The results show that in the Middle to Late Caledonian， regional strike-slip faults formed under extrusive stress， developing X-shaped conjugate faults and single shear faults， with NE and NNE-oriented strike-slip faults being left-lateral slip and NNW-oriented faults being right-lateral slip. Due to the differential distribution of extrusive stresses， the linear compressional-torsional uplift and translational misfracture of the slip surface of the Cambrian gypsum-salt rocks along the direction of the trunk fracture， combined with the strong seismic reflection characteristics of the plutonic salt formation， the PDZ of slip fault is highly identifiable. The strike of the Middle and Upper Ordovician strike-slip fractures is consistent with palaeotopographic trends. A large number of remnant hills， underground karst conduits and ancient water systems have formed in the study area as a result of the long period of surface karst exposure in the north， destroying the shallow fault features. In contrast， the southern slope area is short exposed， karst reservoirs are mainly developed along the slip fault， and there are large differences in wave impedance between fault-controlled karst reservoirs and carbonate bedrock， enhancing the identifiable characteristics of the fault. Single-shear strike-slip faults develop in the NNW direction in the Hercynian period and the NNE direction in the Himalayan period， mainly along the inherited development of the mid-Caledonian fault， and the unconformity of the clastic stratigraphy forms a distinctive break-spacing feature， which has an echelon in the spatial distribution， with negative flower structure visible in the section.

Keywords： ground penetrating radar（GPR）; slip faults; karst-fracture cave; multi-attribute analysis; Tabei area

塔里木盆地是典型的克拉通盆地，盆內(nèi)中奧陶世末開始發(fā)育的走滑斷裂，具有多期繼承性發(fā)育的特征，部分斷裂自新近系貫穿至寒武系，不同時期地層巖相差異與斷裂交會形成獨特的地質(zhì)特征［1-6］。加里東中晚期碳酸鹽巖地層的差異暴露造成巖溶縫洞發(fā)育有明顯分段性［7-12］，表現(xiàn)為地震響應(yīng)特征的差異。喜山期塔北地區(qū)走滑斷裂局部繼承性發(fā)育，剖面呈負花狀構(gòu)造，平面具有雁列特征，地震響應(yīng)特征明顯［13］。國內(nèi)外學(xué)者對走滑斷裂的發(fā)育的特征和識別標志做了大量的研究工作［14-18］。傳統(tǒng)斷裂識別技術(shù)主要是通過突出同相軸差異性來突出斷裂特征［19-21］，近年深度學(xué)習(xí)識別斷裂技術(shù)的應(yīng)用［22-24］，為斷裂識別提供了新的研究思路。但是，針對塔里木盆地不同層系的斷裂響應(yīng)特征與多種地質(zhì)因素匹配關(guān)系尚未厘清，且當前研究對象大多針對奧陶系斷裂且采用單一的技術(shù)手段識別，未考慮各種地質(zhì)因素對地震響應(yīng)特征的影響，限制了研究區(qū)斷裂識別精度的提高。筆者選擇哈拉哈塘—金躍—躍滿研究區(qū)，其巖溶縫洞和走滑斷裂類型幾乎涵蓋了塔里木盆地所有的類型。通過地質(zhì)露頭、鉆井分析、地質(zhì)分析、正演試驗等手段，提出多層系走滑斷裂地球物理響應(yīng)特征與其地質(zhì)因素的匹配關(guān)系。確立針對不同層系的走滑斷裂響應(yīng)特征及理論依據(jù)，明確采用地球物理手段精細識別多期斷裂的技術(shù)方案，完成塔里木盆地多期走滑斷裂識別算法適應(yīng)性分析，建立不同地質(zhì)背景下的走滑斷裂精細刻畫研究思路。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

塔里木盆地是一個完整的克拉通盆地，與中國另外兩大海相克拉通盆地相同，其內(nèi)部均發(fā)育中小尺度滑移距走滑斷裂，普遍具有“縱向分層，平面分段，垂向多期疊加”的空間結(jié)構(gòu)特征（圖1）。塔里木盆地具有古老的陸殼基底和多次沉降隆升的復(fù)雜構(gòu)造演化史，內(nèi)部走滑斷裂體系形成時間早，演化時間長，在盆地北部具有“南北對接、東西分區(qū)”特征［1］。

塔里木盆地在寒武紀總體為海相沉積環(huán)境，這一時期地層的隆升與沉降造成地形上西高東低，形成了以炭質(zhì)泥巖、硅質(zhì)泥巖、灰?guī)r、白云巖、膏鹽巖等多種巖性為主的地層，導(dǎo)致地層具有一定的塑性，擠壓狀態(tài)下易發(fā)生滑脫和壓扭［6］，成局部擠壓隆起特點。奧陶紀主要發(fā)育碳酸鹽巖和泥巖地層，且由于構(gòu)造運動，沉積間斷期碳酸鹽巖地層發(fā)生大范圍暴露。奧陶紀塔里木板塊位于赤道附近，降水充沛，可發(fā)生大范圍的巖溶，斷裂發(fā)育極大促進了巖溶作用，形成斷縫洞共存的現(xiàn)象［12］。志留—石炭紀時期，塔里木盆地持續(xù)隆升，總體為淺海環(huán)境，主要為海相碎屑巖地層及局部的碳酸鹽巖臺地，未形成大規(guī)模溶蝕，這一時期斷裂與地層形成較明顯的錯斷特征。三疊—古近紀，雖然經(jīng)歷了海西晚期運動、印支運動、燕山運動、喜馬拉雅運動，但是塔北—塔中作為主體未受到大的破壞，期間發(fā)生沖積扇-扇三角洲-湖泊沉積［13］，形成連續(xù)的碎屑巖沉積地層，這一時期斷裂對地層形成較明顯的錯斷。

2 塔北地區(qū)走滑斷裂發(fā)育模式

塔北地區(qū)多期構(gòu)造應(yīng)力變化是走滑斷裂發(fā)育關(guān)鍵因素，中奧陶世末塔里木克拉通與西南緣西昆侖地體發(fā)生拼合，結(jié)合U-Pb定年與地震解析限定盆內(nèi)走滑斷裂在這一時期形成［2］，通過連接生長為主的多種非安德森破裂機制形成不斷連接加長的 “小位移”長斷裂，受控于區(qū)域與局部應(yīng)力場、先存基底構(gòu)造與巖相差異，造成了走滑斷裂的多樣性［3-4］。研究區(qū)在加里東中晚期受到近南北向擠壓應(yīng)力作用，形成典型的X型共軛斷裂，NNE向走滑斷裂為左旋，NNW向走滑斷裂為右旋，前人研究認為該時期走滑斷裂的形成受控于基底結(jié)構(gòu)非均一性與原特提斯洋閉合消減帶來的擠壓作用力，張扭斷裂為加里東中期走滑斷裂后期活化產(chǎn)生的同向走滑斷層剪切分支斷裂或張性破裂斷裂，其形成受控于不同時期盆地周緣洋盆消減閉合［25］；海西晚期研究區(qū)部分NNW向走滑斷裂沿晚加里東中晚期斷裂繼承性發(fā)育，其中南部走滑斷裂帶的雁裂特征明顯強于北部的走滑斷裂帶；燕山期—喜馬拉雅早期，研究區(qū)北部靠近克拉通盆地邊緣，應(yīng)力強，部分NNE向走滑斷裂沿加里東中期斷裂繼承性發(fā)育，由于應(yīng)力變化，形成右旋張扭性斷裂，普遍發(fā)育負花狀構(gòu)造（圖1）。

在塔里木盆地西北部，發(fā)育多個奧陶系地層的地質(zhì)露頭，古生界地層大范圍暴露，從衛(wèi)片和現(xiàn)場均可見典型的走滑斷裂特征（圖2（a））。露頭區(qū)可見奧陶系重要的造礁生物瓶筐石化石（圖2（b）），同時在塔北哈拉哈塘地區(qū)熱普7井取芯也鉆遇了相同的生物化石（圖2（c）），進一步證明露頭區(qū)地質(zhì)年代及地層特征與研究區(qū)一致［26］。將前人對塔里木盆地露頭走滑斷裂的研究成果與塔里木盆地油氣地質(zhì)勘探解釋的奧陶系走滑斷裂成果綜合分析，認為露頭區(qū)走滑斷裂系統(tǒng)與研究區(qū)系統(tǒng)有很強的相似性?？碧浇Y(jié)果表明，研究區(qū)奧陶系走滑斷裂斷距、滑移距都較小，且存在共軛剪切的現(xiàn)象。在露頭位置選擇時，避開皮羌走滑等新生代大位移斷裂，將奧陶系斷裂清晰的硫磺溝斷裂作為研究對象（圖2（a））。

硫磺溝主要發(fā)育有蓬萊壩組、鷹山組、大灣溝組地層。衛(wèi)片上可以看到露頭區(qū)地層被走滑斷裂特征切開，但是斷開距離較?。▓D3（a）），認為屬于弱走滑斷裂。

通過實地探勘測得該區(qū)斷裂及裂縫傾角在70～90°之間，形成不同規(guī)模的裂縫組合發(fā)育的典型裂縫帶的特征。塔北地區(qū)在奧陶系一間房組多鉆遇高角度裂縫（圖3（d）），其中哈803井連續(xù)獲取2 m高陡構(gòu)造縫巖心（圖3（f）），大量成像測井資料也顯示，斷裂附近以高角度裂縫為主（圖3（g））。無人機掃描結(jié)果顯示，硫磺溝發(fā)育NE、NW兩組斷裂，其中NW向斷裂破碎程度和溶蝕程度較高，局部可形成小型峽谷和沖溝（圖3（c），圖3（h））。

NW向部署探地雷達測線（圖3（c）），探測無人機無法掃描到的斷裂。測線一側(cè)山體 （圖3（d））與探地雷達剖面解釋結(jié)果一致性好（圖3（e）），將斷裂解釋結(jié)果投影在無人機掃描圖像上，獲取了露頭區(qū)斷裂的水平分布特征（圖3（c））。無人機掃描范圍最大長度在與勘探工區(qū)YueM5-5井鉆遇的分支斷裂長度相似，從整體來看，該露頭應(yīng)該是走滑斷裂其中一個分支斷裂形成的裂縫帶，基于此露頭建立的模式可以作為走滑斷裂帶一個局部特征?；谝陨戏治觯谱髁嗽撀额^斷裂及裂縫帶的發(fā)育模式（圖3（h））。

3 多期走滑斷裂地球物理響應(yīng)特征

研究區(qū)存在多期斷裂，根據(jù)斷裂與地層組合特征，可以分為巖溶背景斷裂特征和非巖溶背景斷裂特征。巖溶背景斷裂特征，主要是在奧陶系一間房至良里塔格組沉積末期區(qū)域巖溶背景下，從塔北—順北—塔中走滑斷裂處的地層巖溶作用影響強烈，使得斷裂處地球物理響應(yīng)特征差異很大，具有強分段性。非巖溶背景斷裂特征，主要表現(xiàn)為多期走滑斷裂與地層巖相組合不受巖溶作用的影響，斷裂在膏鹽巖層、不整合面等強反射界面形成突變的地球物理特征。

3.1 巖溶背景斷裂特征

在特殊的應(yīng)力作用下，奧陶系走滑斷裂高陡、水平位移小、垂向斷距較小。根據(jù)地震波傳播規(guī)律，地震波這種情況下不會反射回地面，需要通過地層反射界面的不連續(xù)性來識別斷裂，小斷距的特征又導(dǎo)致同相軸錯開位移小，采用常規(guī)的反射信息識別奧陶系走滑斷裂存在困難。奧陶系碳酸鹽巖地層圍巖的巖石物理性質(zhì)穩(wěn)定，地層波阻抗較大，縫洞體與圍巖形成較大的波阻抗差異，形成較強的繞射現(xiàn)象，經(jīng)過偏移收斂之后，縫洞體的地震響應(yīng)特征表現(xiàn)為強振幅的“串珠”狀地震相（圖4），在深層信號較弱的情況下，這種強振幅是識別斷控巖溶縫洞體的重要特征。由于巖溶縫洞體發(fā)育受斷裂帶的影響較大，在排除表層巖溶的影響情況下，采取合適的方法可以借助這種強振幅特征識別研究區(qū)奧陶系中淺層的走滑斷裂。

加里東中晚期巖溶主要發(fā)育3期，一間房組沉積間斷期、良里塔格組沉積間斷期、桑塔木沉積間斷期（圖5）。其中一間房組沉積間斷期巖溶地震響應(yīng)特征最能反映斷裂的展布特征，特別是研究區(qū)南段，暴露時間短，巖溶縫洞體主要沿斷裂發(fā)育［15］，巖溶縫洞解釋結(jié)果可以直接作為斷裂帶解釋依據(jù)。由于北段持續(xù)地表暴露時間較長，巖溶縫洞發(fā)育較好，局部出現(xiàn)喀斯特地貌的特征［16］，導(dǎo)致表層巖溶特征雜亂，很難反映斷裂的展布特征，需要對這些區(qū)域進一步分析，依據(jù)地質(zhì)成因優(yōu)選合適的技術(shù)手段輔助斷裂解釋。

3.1.1 潛山-斷控巖溶區(qū)斷裂解釋依據(jù)

潛山-斷控巖溶區(qū)斷裂是巖溶縫洞體發(fā)育的重要因素，潛山區(qū)主要發(fā)育表層暴露巖溶帶、滲流帶、徑流帶，暴露巖溶期較長，表層斷裂的特征不明顯（圖6（a））。主要表現(xiàn)為：表層巖溶發(fā)育受古地貌影響，古地貌河流溝谷發(fā)育受多條斷裂和地勢的影響，不能作為解釋的直接依據(jù)，只能作為斷裂大致區(qū)域分析；垂直滲流帶是流體的滲流通道，主要受垂向斷縫的連通情況影響，規(guī)律不明顯，地震響應(yīng)特征也不明顯；徑流帶屬于流體聚集后沿連通的管道輸導(dǎo)的結(jié)果，水流大，沿主斷裂發(fā)育方向流動趨勢大，會在局部形成較大的巖溶縫洞體；這些縫洞體在地震響應(yīng)上具有連續(xù)性的特點，可以作為斷裂識別的依據(jù)。

3.1.2 順層-斷控巖溶區(qū)走滑斷裂解釋依據(jù)

順層-斷控巖溶區(qū)具有沿不整合面溶蝕的特征，一間房組頂面附近發(fā)育順層暗河網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，該暗河網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)受古地貌控制，不能反映斷裂特征，但是會給斷裂識別帶來較大的干擾。順層巖溶之下主要發(fā)育斷控巖溶，該巖溶體系在一間房組斷控巖溶期的基礎(chǔ)上進一步發(fā)育，能反映斷裂特征，局部裂縫發(fā)育區(qū)會存在巖溶擴充的特點，平面上表現(xiàn)為中等振幅的特征（圖6 （b）），水平方向多連續(xù)發(fā)育，可以反映裂縫帶的走向，間接輔助斷裂解釋。

3.1.3 層間-斷控-臺緣疊加區(qū)走滑斷裂解釋依據(jù)

層間-斷控-臺緣疊加區(qū)主要是在一間房組暴露期巖溶之后，地層沉降導(dǎo)致良里塔格組發(fā)育大型礁灘相，沉積末期地表再次暴露，古地貌作為巖溶主控因素（圖6 （c））。這一時期局部區(qū)域明河深切至良里塔格底部，會對走滑斷裂的地震響應(yīng)造成影響，該區(qū)斷裂解釋主要是規(guī)避這一響應(yīng)特征的影響。

3.1.4 斷控巖溶區(qū)走滑斷裂解釋依據(jù)

斷控巖溶區(qū)主要是在一間房組巖溶之后，吐木休克組和良里塔格組沉積階段較穩(wěn)定，根據(jù)沉積特點分析該段位于深水區(qū)域，未發(fā)育礁灘相，在良里塔格組巖溶期該區(qū)局部短暫暴露或者不暴露，因此巖溶特點較單一，主要以一間房組形成的斷控巖溶為主，通過一間房組頂面巖溶屬性就可以反映斷裂的展布特征（圖6 （d））。

3.2 非巖溶背景斷裂特征

3.2.1 寒武系膏鹽巖層走滑斷裂表現(xiàn)特征

研究區(qū)在中晚加里東形成大范圍的走滑斷裂系統(tǒng)，U-Pb定年與地震解釋都可以證實［2］。根據(jù)走滑斷裂系統(tǒng)斷至基底的特征［18］，有針對性地開展走滑斷裂基底的分析工作。在對研究區(qū)斷裂解釋過程中發(fā)現(xiàn)，哈拉哈塘西北部在晚加里東—海西期形成了一組北東向弧形逆沖斷裂（圖7（a）①）。由于該斷裂的存在，奧陶系地層在地震同相軸表現(xiàn)為明顯的錯斷特征，但是這一特征延續(xù)至寒武系膏鹽巖層消失。轉(zhuǎn)而表現(xiàn)為明顯的擠壓變形特征，且膏鹽巖層以下整個斷裂在地震資料上無法解釋（圖7（b）①）。

奧陶系巖溶地層走滑斷裂的主位移段在寒武系地層也表現(xiàn)為線性分布的微幅擠壓隆升構(gòu)造（圖7（b））。結(jié)合前人對寒武系地層研究［6］，寒武系膏鹽巖地層在區(qū)域廣泛存在。由此認為在擠壓環(huán)境下，中上奧陶統(tǒng)走滑斷裂表現(xiàn)為沿主位移帶、分支斷裂及斷控巖溶共同存在的斷縫巖溶帶，而在寒武系膏鹽巖層會在主位移帶位置形成擠壓滑脫特征（圖7（c））。

基于以上認識，結(jié)合研究區(qū)走滑斷裂高角度發(fā)育特點，借助走滑斷裂在寒武系形成的地層特征，使用曲率屬性為主的手段（圖7（d），Kpos為正曲率，Kneg為負曲率，K為曲率）來輔助解釋壓扭區(qū)走滑斷裂的主位移段（圖7（e）），從而明確走滑斷裂區(qū)域特征，再進一步結(jié)合其他手段實現(xiàn)走滑斷裂的精細解釋。由于區(qū)域應(yīng)力與局部應(yīng)力有一定的差異，局部區(qū)域擠壓作用不明顯。斷裂發(fā)育則以平移剪切為主，地層多表現(xiàn)為水平位移或者破碎為主，地震資料主要表現(xiàn)為局部不連續(xù)，需要借助相干屬性來輔助解釋這一斷裂特征。

3.2.2 中生界碎屑巖地層走滑斷裂表現(xiàn)特征

相對于巖溶地層斷裂被巖溶作用破壞的情況，中生界碎屑巖地層斷裂較為簡單，平面特征主要表現(xiàn)為雁行斷裂，由于區(qū)域走滑斷裂小斷距的特點，導(dǎo)致局部地層錯斷不明顯，需要采用一定的技術(shù)手段來突出反映斷裂的同相軸錯斷特征，進而更精細地識別非巖溶地層斷裂。中生界非巖溶地層走滑斷裂的地球物理響應(yīng)特征見圖8。

基于以上分析，總結(jié)了塔北地區(qū)不同地層巖相背景下研究區(qū)不同區(qū)域的走滑斷裂與地層的組合特征、地球物理響應(yīng)特征及斷裂識別的思路，根據(jù)這一研究思路開展針對研究區(qū)多期走滑斷裂精細識別技術(shù)分析（表1）。

4 基于成因認識的走滑斷裂識別手段及適用性分析

4.1 地震資料目標處理

4.1.1 三參數(shù)小波提頻

小波在分析信號時具有“變焦“功能，可很好地刻畫信號的局部特征，小波變換結(jié)果與小波基的選擇關(guān)系緊密。三參數(shù)小波是可調(diào)參的小波基，對地震資料分頻處理有更好的適用性［27］。通過三參數(shù)小波提頻之后，地震資料同相軸更加清晰（圖9（a）），特別是對寒武系膏鹽巖層斷裂響應(yīng)特征和非巖溶地層走滑斷裂響應(yīng)特征的增強方面，效果顯著。

4.1.2 保邊平滑濾波

對巖溶走滑斷裂而言，在提頻的基礎(chǔ)上，通過優(yōu)化保邊平滑算法，提高地震資料斷裂響應(yīng)特征，盡量減少縫洞體影響，可以有效輔助地震精細解釋，但是在局部巖溶較強的區(qū)域，濾波后巖溶縫洞體綜合響應(yīng)邊界增強，對強巖溶附近的分支斷裂識別造成不利影響（圖9（a））。對非巖溶縫洞走滑斷裂而言，保邊平滑濾波，可以很好地突出同相軸的錯斷特征，對早海西期、燕山—喜山期斷裂識別具有很好的幫助。

4.2 屬性優(yōu)選

4.2.1 特征值相干

通常情況下斷裂發(fā)育對地層的連續(xù)性造成破壞，在地震資料上表現(xiàn)為同相軸的不連續(xù)，相干體屬性就是反映地層的不連續(xù)性［28］。從不同地層的斷裂特征來看，通過調(diào)整合理時窗，相干算法可以精確識別非巖溶地層斷裂的走向，但是對巖溶地層斷裂來講，只有吐木休克地層與一間房組頂不整合的響應(yīng)為明顯穩(wěn)定的同相軸，巖溶縫洞響應(yīng)計算的相干結(jié)果可以大致反映斷裂的走向，其余大部分地層沒有明顯的反射界面，且?guī)r溶作用強，導(dǎo)致相干特征雜亂，識別效果較差（圖10（c））。因此相干計算主要應(yīng)用于巖溶地層主干斷裂特征及非巖溶地層斷裂的識別。采用第三代相干技術(shù)，具有較好的分辨率。要用好相干屬性，除了用合適的表征公式以外，時窗大小和位置也非常關(guān)鍵，特別是在潛山巖溶發(fā)育區(qū)，盡量避開不整合面巖溶區(qū)，一般時窗選擇起始位置在一間房頂界面100 m以下。

4.2.2 最大正曲率

根據(jù)前面分析的地層斷裂特征，寒武系地層走滑斷裂的表現(xiàn)形式是同相軸向上突出，存在明顯的曲率異常，這一異常特征是擠壓環(huán)境造成的，曲率表現(xiàn)為正曲率。因此通過計算正曲率可以很好地反映出這一地層走滑斷裂的平面圖展布特征（圖10（b））。

4.2.3 振幅張量梯度

巖溶地層走滑斷裂的地震響應(yīng)特征與巖溶縫洞體的響應(yīng)特征是相互影響的，在這種情況下，縫洞體形成的繞射疊加的能量分布特征可以間接反映走滑斷裂的分布。碳酸鹽巖縫洞體儲層波阻抗差異明顯，其地球物理特征較圍巖弱振幅來講，具有強振幅、低頻衰減、能量衰減的特點，通過計算振幅梯度屬性，可以最大限度地反映這種差異性，結(jié)合斷裂帶巖溶縱向不等深發(fā)育的特點，可以通過多深度、多時窗振幅梯度屬性反映斷裂的平面分布特征（圖10 （d））。

綜合分析，巖溶發(fā)育區(qū)斷裂識別必須結(jié)合平面屬性才能準確提高解釋精度，巖溶發(fā)育受斷裂影響，其對斷裂解釋有一定的輔助作用，但是大范圍的巖溶具有不均勻特點，不能依靠單一屬性分析斷裂。需要結(jié)合多種屬性綜合分析實現(xiàn)斷裂精細解釋。

4.3 斷裂特征多層段分析

4.3.1 多時窗分析

針對巖溶區(qū)域走滑斷裂識別，需要采用多個時窗分析，包括等厚度小時窗和跨地層大時窗，主要是考慮巖溶縫洞沿斷裂的發(fā)育深度不同，采用不同的時窗可以最大限度地分析多種級別的斷裂（圖11），同時在巖溶發(fā)育強的區(qū)域，采用深部時窗方法規(guī)避淺層巖溶響應(yīng)的影響。

4.3.2 地層切片技術(shù)

地層切片技術(shù)是地震沉積學(xué)中的重要手段［29］，將其用到斷裂解釋中，主要是對奧陶系走滑斷裂中淺層分支斷裂進行分析，特別是在研究區(qū)分支斷裂較小且受巖溶作用的情況下，局部傾向難以確定，借助地層切片手段（圖12），可以識別出不同深度段的斷層多邊形，從而實現(xiàn)斷裂的精細解釋。根據(jù)實際資料分析結(jié)果可見走滑斷裂在一間房組頂部發(fā)育斜列分支、側(cè)向分支等伴生斷裂（圖12（a）～ （e） ），隨著深度增加，分支斷裂逐漸消失，地層切片上主要表現(xiàn)走滑主干斷裂的平面特征（圖12（f））。

4.3.3 多窗口屬性加權(quán)融合技術(shù)

由于巖溶縫洞發(fā)育縱向上存在不連續(xù)性，同一斷裂在不同的深度形成的巖溶縫洞強度不同，造成巖溶發(fā)育隨深度有所變化，特別是當局部斷裂活動較弱，且斷裂走向與古水流方向不一致情況下，其無法控制大規(guī)模的巖溶縫洞體形成。這種情況下，斷控巖溶縫洞體沿斷裂多點不連續(xù)發(fā)育，且斷裂橫向不同位置的縫洞體縱向發(fā)育深度差異更大。采用小窗口情況下，縫洞體響應(yīng)表現(xiàn)出不連續(xù)特征，選擇大窗口情況下，則會造成強弱振幅差異較大，同樣導(dǎo)致反映斷裂的縫洞體不連續(xù)從而影響了走滑斷裂的識別?；谶@種認識，采用多窗口屬性加權(quán)融合方式，可以最大限度地將同一斷裂帶不同級別的縫洞聯(lián)系起來，從而更精細地識別斷裂。

A=∑nk=1（fkAk）.（1）

式中，A為融合屬性結(jié)果；k為多深度屬性分段數(shù)；fk為不同深度段加權(quán)因子；Ak為不同深度段的屬性值。

多窗口屬性加權(quán)融合技術(shù)最重要的是不同窗口加權(quán)系數(shù)的獲取，通過多時窗分析（圖11）和地層切片分析手段（圖12），逐一對比了研究區(qū)不同巖溶區(qū)反映斷裂的強振幅發(fā)育位置，建立了潛山巖溶區(qū)、順層巖溶區(qū)、臺緣疊加巖溶區(qū)和斷控巖溶區(qū)的深度加權(quán)因子，通過加權(quán)因子擬合曲線可以清晰看到各個巖溶區(qū)段巖溶發(fā)育深度特征（圖13）。采用多深度屬性融合，可識別出多深度巖溶縫洞體綜合響應(yīng)，從而實現(xiàn)借助巖溶縫洞體的響應(yīng)輔助識別走滑斷裂的平面展布特征。通過不同屬性多深度窗口融合對比分析，可以看到在巖溶發(fā)育區(qū)，相干屬性利于識別弱振幅響應(yīng)的斷裂（圖14 （a）），振幅梯度屬性利于識別強振幅響應(yīng)的斷裂（圖14（b）），深度學(xué)習(xí)預(yù)測結(jié)果（圖14 （c））對識別中等連續(xù)振幅的斷裂較為有利。

4.4 深度學(xué)習(xí)

深度學(xué)習(xí)算法在地震資料識別斷裂中的應(yīng)用已有不少人探索，且取得了一定的成果。原始的二維U-net網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)最初由Ronneberger等［22］提出，該網(wǎng)絡(luò)將跳躍連接的思想應(yīng)用到圖像識別中，可以有效提高圖像識別的準確性，通過類似于Wu等［23］提出的三維U-net，重新創(chuàng)建編碼器和解碼器兩部分組成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。結(jié)合區(qū)域斷裂特征，建立高陡、小斷距的三維地震樣本數(shù)據(jù)。編碼器子網(wǎng)絡(luò)用于對輸入的樣本數(shù)據(jù)進行分析并學(xué)習(xí)走滑斷裂的特征，而解碼器子網(wǎng)絡(luò)可以學(xué)習(xí)不同尺度的特征信息，并進行端到端訓(xùn)練，實現(xiàn)走滑斷裂的語義分割，并最終完成走滑斷裂的自動識別。識別結(jié)果見圖15。走滑斷裂識別的精度還是受斷裂地質(zhì)情況的影響，在非巖溶地層走滑斷裂識別中效果較好，可以清晰準確地刻畫出走滑斷裂的三維空間形態(tài)，但是巖溶地層走滑斷裂的識別中，由于多種類型的縫洞儲層的影響，中淺層分支走滑斷裂存在諸多雜亂特征，與研究區(qū)走滑斷裂的特征存在一定的偏差。

總體而言，本文中列出的地震目標處理、多屬性分析、多時窗分析、多時窗加權(quán)融合、深度學(xué)習(xí)等手段都是最實際有效的技術(shù)手段。針對研究區(qū)斷裂特征，單獨剖面解釋斷裂幾乎無法實現(xiàn)，必須借助地震資料平面屬性輔助解釋，但是任何單一的技術(shù)手段都無法滿足研究區(qū)多期走滑斷裂的精細解釋，必須分區(qū)分段借助多技術(shù)手段綜合解釋?；谝陨险J識，總結(jié)了本文中所用到技術(shù)手段針對不同目的層段斷裂識別的適應(yīng)性（表2），為塔里木斷控巖溶縫洞體油氣勘探和成藏分析提供技術(shù)支持。

5 結(jié) 論

（1）塔里木盆地西北部走滑斷裂露頭區(qū)與盆地奧陶系已解釋的斷裂系統(tǒng)具有一致性，可以作為研究地下斷裂系統(tǒng)的依據(jù)。基于此建立了奧陶系走滑斷裂發(fā)育模式。

（2）塔里木盆地走滑斷裂多期發(fā)育，不同期次的斷裂特征與地層性質(zhì)有一定的關(guān)系，綜合考慮膏鹽巖層、碳酸鹽巖溶蝕、碎屑巖明顯錯斷等斷裂特征的地球物理響應(yīng)特點，可以建立起塔北地區(qū)走滑斷裂識別的理論依據(jù)。

（3）突破單一技術(shù)手段無法準確解釋多期走滑斷裂的局限，充分將地質(zhì)因素與地球物理資料結(jié)合，完成塔里木盆地多期走滑斷裂識別算法適應(yīng)分析，建立了不同地質(zhì)背景下斷裂精細識別的理論依據(jù)及技術(shù)流程。為大跨度、小位移、多期發(fā)育的走滑斷裂精細識別提供了研究思路。

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（編輯 修榮榮）

基金項目：國家自然科學(xué)基金項目 （42002144）；中石油重大科技項目 （ ZD2019-183-006）

第一作者：李鳳磊（1984-），男，博士研究生，研究方向為油藏描述、地學(xué)數(shù)據(jù)智能化處理與應(yīng)用等。E-mail：lfl_winter@ 163.com。

引用格式：李鳳磊，林承焰，張國印，等.塔北地區(qū)多期走滑斷裂地球物理響應(yīng)特征及精細識別［J］.中國石油大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2024，48（3）：1-14.

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