張志強(qiáng)，王德英，于海波，陳 平

(中海石油(中國)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)天津分公司，天津塘沽 300452)

通過多種物探技術(shù)參數(shù)測試和對比研究，對渤海海域西部走滑斷裂帶進(jìn)行刻畫；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)用識別刻畫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)造運動活躍，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)雜微小斷裂識別帶來困難。因此需要在地震解釋過程中采取針對性物探技術(shù)，提高局部目標(biāo)研究的精度。尤其在針對特殊地質(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急需解決的問題。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，同時針對渤海海域較為罕見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)多個油田的開發(fā)證實了本區(qū)新近系存在較為活躍的新構(gòu)造運動，落實構(gòu)造特征是本區(qū)尋找油氣勘探突破面臨的主要問題。

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，測網(wǎng)密度為1 km×1 km，二維地震資料的排列長度相對較小，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別。圍區(qū)在高精度三維資料基礎(chǔ)上已發(fā)現(xiàn)多個新近系油田，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)計觀測系統(tǒng)為8線4炮176接收點。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”問題，同時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接收線觀測系統(tǒng)的3倍，可接收更多的地下波場信息，地震資料信息更豐富。

從成果數(shù)據(jù)的對比來看，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，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)會給微小斷裂研究帶來干擾，尤其在構(gòu)造復(fù)雜區(qū)影響會更加嚴(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影響到相干計算結(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]，不同級別的斷層也會引起不同頻率的調(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，再通過帶通濾波技術(shù)，選擇15～45 Hz頻率之間的地震信號作為斷裂成像數(shù)據(jù)體進(jìn)行相干計算。從相干切片對比來看(圖5、圖6)，濾波后的相干切片對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對集中，斷裂更容易識別。從結(jié)果對比上看，經(jīng)過濾波之后的相干切片對復(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算的一種算法，根據(jù)選擇層位或者時窗的約束，逐道進(jìn)行相關(guān)計算，相鄰道互相關(guān)提供信號平方的評價，自相關(guān)提供了信號平方加噪音平方的評價，計算多道時窗內(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別分析中進(jìn)行應(yīng)用，與相干切片對比分析來看，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，對典型走滑與伴生雁列斷層的平面分布特征的刻畫更為明確，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時窗平均信噪比屬性

參與計算時窗長度應(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，時窗太大會掩蓋頻率趨勢和異常，一般選擇主波長的兩倍。窗口寬度應(yīng)該包括足夠的地震道，形成有意義的信號估計，太多的地震道會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重要的地質(zhì)參數(shù)。針對本區(qū)新近系小位移量走滑作用，地層巖性對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追蹤技術(shù)，對新近系基底形態(tài)進(jìn)行精細(xì)刻畫，依據(jù)走滑斷層兩盤古構(gòu)造形態(tài)的對應(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削弱，從而提高信噪比、凈化背景，實現(xiàn)對相鄰地震道進(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)疊加的計算使得強(qiáng)軸連續(xù)性更強(qiáng)(圖8)，對于潛山頂面的強(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)展開層位自動追蹤。

圖8 道混波處理后地震剖面

從自動追蹤獲得的潛山頂面形態(tài)圖(圖9)來看，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期遭受風(fēng)化剝蝕，溝谷分布方向為北西向，與基底形態(tài)走向吻合度較差。主走滑斷層在自動追蹤層位上清晰可見，斷面走向近乎一條直線，北東方向橫穿潛山高部位，兩盤峰脊和古河道在斷面兩側(cè)水平錯斷明顯，說明本區(qū)走滑作用新近系時期依然活躍。

圖9 潛山頂面自動追蹤解釋層位

4.2 幾何類屬性

幾何類屬性是通過計算地震解釋層位上每一個采樣點與周圍采樣點的數(shù)學(xué)關(guān)系計算出來的層位屬性，并通過這樣多點計算出的幾何屬性數(shù)值形成一個平面，幾何類屬性包括了傾角、方位角、邊緣檢測和曲率等基于不同算法的多種屬性。本文通過計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，通過構(gòu)造恢復(fù)對比，分析出研究區(qū)新近系以來構(gòu)造運動的活動特征。

道混波處理后的自動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(對應(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)高點向四周分布；走滑斷層兩盤幾何屬性特征具有較好的對應(yīng)關(guān)系，反映了后期構(gòu)造運動的平移錯動，可以推斷潛山頂面的背斜形態(tài)是新生界水平移動作用推擠形成。從兩盤溝谷的平面錯動位移量來看，整體走滑作用為右旋平移特征，通過計算對應(yīng)溝谷沿走滑斷層的錯動距離，計算出本區(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)實驗和對比分析，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始活動(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針方向，判定新近系走滑作用為右旋特征。平原組沉積時期，主斷裂依然存在(圖11上)，晚期雁列延伸長度更長，活動更為活躍，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。

圖11 走滑斷裂帶等時相干切片

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)，對多走向斷裂疊合區(qū)地震資料成像具有較大的優(yōu)勢；濾波相干技術(shù)可以有效的去除噪音和沉積間斷影響，有針對性的保留因地層錯斷的地震響應(yīng)信號，在復(fù)雜斷裂帶細(xì)節(jié)刻畫和微小斷裂識別中具有較好的應(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)造運動特征分析提供了重要的地質(zhì)參數(shù)，將推進(jìn)整個區(qū)域的新構(gòu)造運動成因研究進(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)于中國石油大學(xué)(北京)地球探測與信息技術(shù)專業(yè)，目前主要從事地球物理解釋工作。

國家科技重大專項(2011ZX05023-006-002)資助。

TE111.2

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