盧志強 王 力 楊瑞召 孟令彬 金圣林

1.中國石化西北油田分公司勘探開發(fā)研究院 2.中國礦業(yè)大學(xué)（北京）地球科學(xué)與測繪工程學(xué)院

0 引言

塔里木盆地順北地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖儲層與魯新便[1]等人在塔河地區(qū)提出“斷溶體圈閉”相似，屬于主干斷裂控制下經(jīng)多期巖溶改造形成的縫洞型儲層，油氣藏埋深普遍大于7 000 m，構(gòu)造復(fù)雜。深大斷裂在多期運動和溶蝕作用下，伴生了大量次級斷裂，既可能是底部烴源巖通向儲層的油氣運移通道，也可能產(chǎn)生封閉效應(yīng)而有利于圈閉的形成，斷裂系統(tǒng)是影響碳酸鹽巖儲層分布的重要因素[2]。

研究順北地區(qū)斷裂系統(tǒng)控制碳酸鹽巖儲層發(fā)育機制，總結(jié)斷裂影響油氣成藏規(guī)律，對于降低碳酸鹽巖勘探風(fēng)險，制定油氣田開發(fā)方案具有重要的科學(xué)和實踐意義[3]。因此，準(zhǔn)確清晰地刻畫斷裂系統(tǒng)成了研究順北地區(qū)碳酸鹽巖斷裂發(fā)育情況、刻畫斷溶體油藏特征的首要任務(wù)。

李樹珍[4]等人將GeoEast軟件體曲率屬性技術(shù)應(yīng)用在塔中、塔北地區(qū)，精細刻畫斷裂及其伴生斷裂。劉群[5]等人在塔南地區(qū)應(yīng)用第3代相干技術(shù)（C3）和螞蟻體追蹤技術(shù)對斷裂進行檢測，總結(jié)了油田斜坡區(qū)油氣富集的2種模式，即主干斷裂上封擋型和分支斷裂上傾封擋型，為尋找隱蔽斷控縫洞型油藏提供了依據(jù)。

而順北地區(qū)奧陶系多發(fā)育走滑斷層及大傾角的正斷層，常規(guī)的相干體、螞蟻體等屬性在同相軸錯動小及斷點不干脆的位置刻畫不清楚。為此，筆者嘗試以第3代本征相干體（C3）為基礎(chǔ)，應(yīng)用多種濾波、增強手段，并將屬性融合的思路貫穿其中，探究并總結(jié)在碳酸鹽巖復(fù)雜構(gòu)造地區(qū)刻畫斷裂的有效方法。

1 本征相干體計算原理

相干體技術(shù)識別巖層橫向非均一性、斷裂特征和預(yù)測裂縫及其發(fā)育帶較為有效。

第1代互相關(guān)算法對地震數(shù)據(jù)信噪比要求高；第2代相似性相干體抗噪能力強，對大傾角敏感，對大斷層分辨率高；第3代本征相干算法是在子空間計算，當(dāng)信號超過附加的高斯噪音水平時，能將噪音消除掉，在有噪數(shù)據(jù)中能很好地提高橫向分辨率，因此它要比第一代和第二代相干算法效果好，但是受計算參數(shù)影響大[6-8]。

第3代本征相干算法在計算相干體時，先選擇一個3維分析時窗，該時窗在3維數(shù)據(jù)體中移動并輸出每個樣點的相干值。時窗的大小和形狀決定了相干計算時地震道和樣點的幾何分布。假設(shè)在1個3維分析時窗中有N道地震數(shù)據(jù)，J個采樣點，用JhN矩陣來表示三維地震數(shù)據(jù)體。

式中dJN為第N道的第J個采樣點。矩陣D的第J行向量dJN=[dJ1dJ2… dJN]，表示3維時窗內(nèi)地震數(shù)據(jù)每道的第J個采樣點的集合。假設(shè)每個3維窗口的數(shù)據(jù)的平均值為0，則第J個采樣點的協(xié)方差矩陣為：

如果向量dJ是非零向量，則每個采樣點的協(xié)方差矩陣dJdT是對稱半正定矩陣，有一個非零特征值。整個數(shù)據(jù)體的協(xié)方差矩陣為：

矩陣C的秩由正特征值確定，協(xié)方差矩陣C的特征值的數(shù)量和相對大小決定了3維時窗內(nèi)地震數(shù)據(jù)的自由度。因此，特征值可以定量地描述數(shù)據(jù)體的變化程度。

基于特征結(jié)構(gòu)的相干計算利用了協(xié)方差矩陣C的數(shù)值軌跡，由Tr（C）表示。

在第3代本征值相干體技術(shù)中，將本征結(jié)構(gòu)相干性定義為3維計算時窗內(nèi)的主要特征值λ1與總能量的比率EC。

2 應(yīng)用實例

2.1 區(qū)域地質(zhì)概況

塔里木盆地是歷經(jīng)長期演化的大型疊合復(fù)合盆地[9-10]，順北地區(qū)即位于塔里木盆地中部的順托果勒繼承性古隆起上，南北向分別與卡塔克隆起、沙雅隆起相鄰，東西向分別與滿加爾、阿瓦提拗陷相接（圖1）。區(qū)域內(nèi)已發(fā)現(xiàn)多套含油氣層系，新發(fā)現(xiàn)的順北油田估算資源量達17.0h108t，其中石油12.0h108t，天然氣5 000h108m3。研究區(qū)的三維地震滿覆蓋面積302.4 km2。

圖1 塔里木盆地順北地區(qū)區(qū)域構(gòu)造位置圖

順北地區(qū)碳酸鹽巖儲層主要發(fā)育奧陶系良里塔格組、一間房組和鷹山組。奧陶系巖溶作用發(fā)育，受加里東、海西等多期次構(gòu)造運動作用，區(qū)內(nèi)發(fā)育不同尺度和性質(zhì)的斷裂，地質(zhì)構(gòu)造十分復(fù)雜和獨特，碳酸鹽巖儲層非均質(zhì)性強。

2.2 技術(shù)流程

順北地區(qū)奧陶系碳酸鹽巖儲層埋深大，構(gòu)造復(fù)雜，深部斷裂既可是油氣運移通道，也是碳酸鹽巖儲層改造的重要因素。因此刻畫斷裂系統(tǒng)十分重要。筆者依次通過濾波技術(shù)壓制噪音增強斷層、第3代相干體刻畫斷層、相干計算結(jié)果再增強、地震屬性融合4個步驟來完成對順北地區(qū)的斷裂刻畫。流程如圖2所示。

圖2 斷裂刻畫技術(shù)流程圖

2.2.1 預(yù)處理

順北地區(qū)目標(biāo)勘探層段深，斷裂構(gòu)造復(fù)雜，傳統(tǒng)的中值濾波在去噪處理時會大量損傷高陡地層的反射能量，所以引入傾角導(dǎo)向中值濾波對原始地震數(shù)據(jù)進行濾波處理。處理時沿地震反射界面的傾向和走向，運用中值濾波方法，分離出隨機噪音以壓制隨機干擾，達到增強有效信號的目的。加入傾角約束后的中值濾波很好地保護了斷面波，基本不影響高陡地層成像，對斷層的識別更為有利（圖3-a、3-b）[11]。

然后在傾角導(dǎo)向中值濾波的基礎(chǔ)上進行增強斷層慮波。同樣要考慮地層傾角的變化因素，在濾波的同時保留地層中的不連續(xù)信息。經(jīng)過斷層增強處理后，斷面更加清晰，斷層點更清楚（圖3-c）。

圖3 地震數(shù)據(jù)預(yù)處理效果對比圖

2.2.2 本征相干體計算

本征相干體的計算時窗不是傳統(tǒng)的時間值，而是采樣數(shù)，比如計算時窗為5時，表示在相干計算中使用中心點上下5個采樣點的所有樣本，即當(dāng)?shù)卣饠?shù)據(jù)采樣間隔為2 ms時，實際垂向時窗為20 ms。

從圖4中可以發(fā)現(xiàn)，選擇較大的計算時窗可以壓制噪音干擾，大時窗相干體在表現(xiàn)比較連續(xù)的構(gòu)造特征時效果較好，例如大傾角斷層、走滑斷層等，但是大時窗的相干體會忽略掉微小的斷裂及裂縫；而選擇較小的計算時窗可以突出小角度的斷層以及較小的地層特征，但是受噪音干擾大。采用前文所述的濾波方法可以在一定程度上減少噪音干擾。相干體的有效計算時窗最終應(yīng)取決于相干體與地震剖面的驗證情況。

2.2.3 相干體增強

圖4 不同時窗的本征相干體水平切片對比圖

通過相干體增強對相干體中的每一個時間切片進行線性加強。正常情況下，計算得到的相干體往往包含一些垂直或水平的條紋狀干擾，線性增強在相干數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)數(shù)據(jù)特征，應(yīng)用一系列濾波技術(shù)，在去噪音的同時強化地震數(shù)據(jù)的不連續(xù)性，以突出顯示斷層，從而定性預(yù)測裂縫的發(fā)育程度。筆者應(yīng)用paradigm軟件平臺的AFE（Auto Fault Extraction）技術(shù)進行相干體線性增強，斷層的形態(tài)更清晰，效果明顯（圖5）。

圖5 線性增強效果對比圖（4 570 ms）

2.2.4 相干體融合

計算相干體時，選擇不同的時窗會產(chǎn)生不同的效果。而斷層刻畫要在保證主要斷層形態(tài)可靠的前提下，盡量突出斷裂細節(jié)。筆者對2種斷層刻畫數(shù)據(jù)體進行標(biāo)準(zhǔn)化處理，并分配相應(yīng)的加權(quán)系數(shù)，通過地震屬性融合將2種時窗相干體的有效信息結(jié)合在一起。圖6-a為優(yōu)選出來的大時窗第2代相似性相干體，能夠表現(xiàn)“斷裂骨架”；圖6-b為線性增強后的小時窗本征相干體，能夠表現(xiàn)“裂縫充填”的斷裂帶。將這2個相干體進行屬性融合得到圖6-c，斷層細節(jié)得到完美呈現(xiàn)，可發(fā)現(xiàn)高產(chǎn)井S-1—S-10都位于北東向主干走滑斷裂帶上。

三維體雕刻可直觀理解順北地區(qū)復(fù)雜的斷裂形態(tài)（圖7），紅色井柱為高產(chǎn)井，藍色井柱為干井，可見高產(chǎn)井都穿過了斷裂帶，而干井C-2井在斷裂帶之外，與順北地區(qū)多年勘探開發(fā)的認識完全符合，即該地區(qū)油氣主要沿著斷穿寒武系的走滑斷裂帶連續(xù)充注，斷裂控藏特征明顯。

圖8為相干融合體聯(lián)井剖面圖，對斷裂的刻畫效果顯著，明顯可見順北地區(qū)以“Y字形”負花走滑斷裂為主，斷裂帶具有“斷溶體”特征（以深大斷裂帶為核心發(fā)生溶蝕擴大），主干斷裂控制了條帶狀的縫洞儲集體的發(fā)育。

圖9在相干融合體剖面上插入了評價A井的鉆井油氣顯示，可見井段7 522～7 686 m的4個含氣層和8 158～8 328 m的3個弱含氣層與相干異常吻合較好，說明相干屬性融合體在碳酸鹽巖縫洞型儲層預(yù)測中的應(yīng)用效果可靠。

3 結(jié)論

圖6 目標(biāo)層段（T74—T76層）平均振幅切片圖

圖7 相干融合體3維體雕刻顯示圖

圖8 相干融合體聯(lián)井剖面圖

1）地震資料預(yù)處理在相干體計算中很重要，合適的濾波、增強方法可以改善斷層刻畫的效果。

2）將相干技術(shù)應(yīng)用在預(yù)測斷裂分布時，相干計算時窗的選擇非常重要，選擇較大的計算時窗可以壓制噪音干擾，大時窗相干在表現(xiàn)比較連續(xù)的構(gòu)造特征時效果好，例如大傾角的斷層，走滑斷層等，但是大時窗的相干體會忽略掉微小的斷裂及裂縫；選擇較小的計算時窗可以突出小角度的斷層以及較小的地層特征。

3）AFE線性增強技術(shù)可以在不改變斷裂基本形態(tài)的條件下，使斷層的形態(tài)更清晰，揭示裂縫發(fā)育帶的分布特征，為后續(xù)的斷層解釋工作提供便利。將不同尺度時窗的相干進行屬性融合，可以得到大時窗相干為“斷裂骨架”，以小時窗相干為“裂縫充填”的斷裂帶效果，兼具斷裂系統(tǒng)的大、小尺度斷層信息。

圖9 相干融合體A井驗證剖面圖

4）順北地區(qū)以北東向負花走滑斷裂為主，高產(chǎn)井S-1—S-10都位于斷裂帶上，該地區(qū)油氣成藏情況與斷裂發(fā)育有密切聯(lián)系。