馬玉歌

(勝利油田物探研究院,東營 257000 )

0 引言

螞蟻追蹤技術是一項三維地震斷層識別方法，可實現(xiàn)三維地震資料中斷層的精細解釋，近年來已經(jīng)廣泛地應用到斷層、裂縫的識別上，李振華[1]的螞蟻追蹤技術在辛34斷塊解釋中的應用;史軍[2]的螞蟻追蹤技術在低級序斷層解釋中的應用;巫波等[3]的螞蟻追蹤技術在縫洞型油藏裂縫預測中應用，主要認為該技術對非連續(xù)性細節(jié)信息顯示更豐富，能夠反映出地震數(shù)據(jù)體不易識別的小斷層、裂縫,但在應用過程中也發(fā)現(xiàn)了一些技術本身的局限性及地質(zhì)條件的復雜性;楊瑞召等[4]提出了產(chǎn)狀控制螞蟻體預測微裂縫技術;樂友喜等[5]提出了三參數(shù)小波多尺度螞蟻追蹤技術研究與應用，對螞蟻追蹤技術進行了改進;田楠等[6]提出了相干基礎上的螞蟻追蹤技術。根據(jù)實際工區(qū)的地質(zhì)需求，在區(qū)域構造應力場的研究和斷層傾角、方位角分析基礎上，應用產(chǎn)狀控制螞蟻追蹤技術識別研究區(qū)斷層的解釋方法，提高了小斷層解釋的準確性，解決了油水關系的矛盾。

1 技術基本原理及工作流程

1.1 螞蟻追蹤技術基本原理

螞蟻算法是由意大利學者Colorni等[3]于20世紀90年代初期通過模擬自然界中螞蟻集體覓食行為而提出的一種基于種群的啟發(fā)式仿生進化算法。該技術原理是在地震體設定大量電子“螞蟻”，讓每個“螞蟻”沿著可能的斷面移動，同時發(fā)出“信息素”。遇到斷面將“信息素”做標記，而對不是斷層的不做標記，從而突出斷面特征。

1.2 產(chǎn)狀控制螞蟻體追蹤技術流程

圖1 產(chǎn)狀控制螞蟻體流程圖Fig.1 Flav chort of ocaorerce corthrd ant

圖2 極坐標圖Fig.2 Polar coordinates

產(chǎn)狀控制螞蟻追蹤主要包括六個步驟(圖1)：①數(shù)據(jù)體降噪處理；②邊界探測；③邊界增強；④多參數(shù)設置螞蟻追蹤；⑤產(chǎn)狀控制螞蟻追蹤；⑥將具有同一趨勢面的斷層碎片聚類，生成合理的斷面，形成斷層體。前三步主要是對地震資料進行預處理，第四步是根據(jù)研究區(qū)的情況設置參數(shù)，第五步是軟件提供了一個極坐標本圖的工具(圖2)，應用此工具，可以控制螞蟻搜索的方向與斷層的傾角：在其窗口中選中的部分為螞蟻所不搜索追蹤的部分，如圖2窗口中部分選定為灰色，則灰色傾向和傾角方位的斷層則不會被記錄。通過這個工具可以控制螞蟻搜索的方向，也是與常規(guī)螞蟻追蹤不同之處。本次研究的重點及關鍵：將設置參數(shù)的螞蟻體，根據(jù)傾角、相干及統(tǒng)計結果，在分析區(qū)域構造應力場特征的基礎上，統(tǒng)計出斷層傾向、走向和傾角等產(chǎn)狀參數(shù)，確定過濾原則[4]。

2 應用實例

P57井位于勝利油田盤河油田的P7大斷層以北，油藏屬于緩傾單斜背景的斷塊油藏。研究區(qū)為扭張構造，由于南北向拉張力作用，平面上發(fā)育了近東西向的大斷層，同時在右旋走滑作用下發(fā)育一系列與大斷層成交角的近南北向小斷層[7]。該區(qū)斷層平面上表現(xiàn)為：近南北走向的小斷層與近東西走向的南傾大斷層搭接形成墻角式斷塊，小斷塊閉合面積小(大多小于0.1 km2)、閉合高度小(30 m～50 m) 、地層傾角2°～10°。在油田滾動勘探中，發(fā)現(xiàn)P57井區(qū)油水矛盾比較突出(圖3(a))：低部位的L58-X102井比高部位的L58-X107井含油性好，且累油較多，同年鉆探低部位的L58-X102井累油43 193 t,而高部位的L58-X107井則累油只有4 208 t，并且含水，推測該區(qū)可能存在地震剖面上難以識別的小斷層。在常規(guī)顯示地震剖面上同相軸連續(xù)性好， 僅①號②號斷層在地震剖面上相對易于識別(圖3(b))，低序級斷層在地震上表現(xiàn)為地震同向軸波形相似性較好，斷層傾角(30°～60°)。由于研究區(qū)發(fā)育難以識別的低序級斷層，因此筆者應用產(chǎn)狀控制螞蟻追蹤技術，以適應研究區(qū)斷層的識別及其在平面上的組合關系。

2.1 地震資料預處理

為了獲得一個具有清晰斷裂痕跡的螞蟻屬性體，首先對原始地震數(shù)據(jù)體進行去噪，軟件中主要有中值濾波、構造平滑、帶通濾波等方法，其中構造平滑方法適用于研究區(qū)，主要是去除原始地震數(shù)據(jù)中的隨機噪聲，從而增強地震反射的連續(xù)，同時將斷層的邊界良好的保存下來；然后進行邊界探測，用經(jīng)過邊界探測的數(shù)據(jù)體作為輸入可以顯示斷層帶的細節(jié)。在軟件中主要有產(chǎn)生混沌體，方差體，傾角偏差等邊界探測方法，不同的方法適應不同的地質(zhì)條件，通過測試，方差體邊界探測方法更適用于研究區(qū)[8]；最后進行邊界增強，邊界增強本身是一種體屬性濾波器，其目的是進一步提高連續(xù)性和分離不同的信號，使得后續(xù)的斷層提取更加精確。通過邊界增強的地震剖面信噪比題高，斷層更加清晰(圖4)，為螞蟻體的提取提供借鑒。

2.2 產(chǎn)狀控制螞蟻體追蹤

研究區(qū)為扭張構造，早期主要受南北拉張作用形成近東西向的高序級斷層，后期受右旋走滑作用發(fā)育一系列與大斷層成交角的近南北向小斷層。根據(jù)螞蟻追蹤的特點結合勝利油田P57井區(qū)的特點，影響螞蟻追蹤效果的主要參數(shù)有6個[9](表1)，通過研究區(qū)大量的實驗分析，選取了適合本區(qū)的參數(shù)(表1)。

通過分析區(qū)域構造應力場特征，得到斷層發(fā)育空間展布形態(tài)，統(tǒng)計出研究區(qū)斷層走向、傾向和傾角等產(chǎn)狀參數(shù)信息，圖5(a)為一典型的螞蟻體沿層切片，已顯示出p7井區(qū)斷裂發(fā)育特征。但是追蹤出的螞蟻體比較雜亂，根據(jù)統(tǒng)計的參數(shù)確定過濾原則：研究區(qū)地層產(chǎn)狀為10°～20°， 斷層傾角為30°～60°，在參數(shù)設置螞蟻體基礎上，設置傾角和方位角的門檻值，通過極坐標本圖濾掉高傾角的層位痕跡以及斷層傾角范圍(30°～60°)以外的傾角異常及干擾信息，得到的產(chǎn)狀控制螞蟻屬性體更好地識別了研究區(qū)的斷層。合理的產(chǎn)狀控制能夠抑制層位痕跡，但不會對斷裂產(chǎn)生影響。最終得到研究區(qū)沙河街組斷裂系統(tǒng)合理的產(chǎn)狀控制螞蟻追蹤體屬性圖(圖5(b))。

圖3 構造圖與地震剖面Fig.3 Structural diagram and seismic section(a)沙三下頂面構造圖;(b)東西向地震剖面

圖4 原始地震資料與邊界增強后地震資料對比Fig.4 Comparison of raw and post processed seismic data(a)原始資料；(b)邊界增強資料

參數(shù)含義特點螞蟻追蹤值初始螞蟻邊界定義螞蟻的初始分布范圍較小時有利于較小時有利于5追蹤偏差設置螞蟻可搜索方向的偏離范圍越大越有利于彎曲斷層的識別2搜索步長螞蟻每次搜索的步長步長越大,搜索能力越大,但可能忽略一些細節(jié)3允許的非法步長允許搜索超越定義步長的范圍越大斷裂越連續(xù)2必須合法步長搜索路徑中必須包含的合法步數(shù)越小,斷裂搜索越受到限制約不連續(xù)2搜索中的門檻值追蹤過程中允許非法步數(shù)百分比越大,搜索能力越強10

通過對比圖5(a)與圖5(b)發(fā)現(xiàn)，運用產(chǎn)狀控制追蹤的層屬性螞蟻體平面圖不同序級斷層顯示更清晰，斷裂組合更加明確。

常規(guī)相干斷裂顯示較為粗糙，雖然對明顯的斷裂有反映，但識別小斷層效果不佳。而在產(chǎn)狀控制螞蟻體屬性平面圖上斷裂組合比較清晰，P57東部較小的斷層也較清晰，反映出了地震同向軸扭動的小斷層。可以幫助我們較好地了解特定地質(zhì)時期斷裂的平面展布狀態(tài)、主要發(fā)育規(guī)律，從而對研究區(qū)的構造特征有準確的認識，減少了復雜地質(zhì)條件下普通螞蟻體完成后需要人工干預的時間，提高了識別斷層的效率(圖6(c))。從P57井區(qū)螞蟻追蹤體屬性平面圖可以看出該區(qū)沙三段發(fā)育近東向斷裂較少，但規(guī)模較大，近南北向小斷層較為發(fā)育，近東西向斷層與近南北向斷層相交形成有利斷塊。通過對產(chǎn)狀控制螞蟻體剖面及平面屬性圖對比分析發(fā)現(xiàn)了地震剖面上難以發(fā)現(xiàn)的同向軸微扭動的低序級斷層(圖6(d))：在L58-X107和L58-X102井之間發(fā)現(xiàn)一條斷距為10 m左右的低序級斷層(圖6(b),圖6(c),圖6(d)中②號斷層)，說明P58-X107和P58-X102井屬于不同的構造斷塊，解決了P57井區(qū)開發(fā)中的油水矛盾。該技術有效地指導了研究區(qū)小斷層的平面及地震剖面解釋，新發(fā)現(xiàn)了4條小斷層(圖6(c)、圖6(d)②號③號④號⑤號斷層)，成功指導了該區(qū)滾動及開發(fā)井位的部署。在此基礎上，在東部新發(fā)現(xiàn)小斷塊上鉆探的P7-X80井獲得成功投產(chǎn)沙三下初期日產(chǎn)原油11.3 t，取得了良好的滾動效果。

圖5 產(chǎn)狀控制前后螞蟻追蹤平面圖效果對比Fig.5 Comparison of ant tracking plan effects before and after birth control (a)產(chǎn)狀控制前;(b)產(chǎn)狀控制后

圖6 P57井區(qū)螞蟻追蹤技術應用前后新老構造對比圖Fig.6 Comparison of old and new structure before and after application of ant tracking technique in P57(a)P57井區(qū)沙三下頂面構造圖(老)；(b)產(chǎn)狀控制螞蟻追蹤；(c)P57井區(qū)沙三下頂面構造圖(新)；(d)地震剖面

3 結論

1)適用條件,產(chǎn)狀螞蟻體螞蟻追蹤技術適用于地層產(chǎn)狀復雜的低序級斷層發(fā)育區(qū)。 對地震資料的信噪比要求較高，因此計算螞蟻體之前需要先對地震資料進行邊界增強處理，以提高地震資料的信噪比，進而提高三維螞蟻體的質(zhì)量。

2)參數(shù)設置比較多,螞蟻體追蹤技術參數(shù)設置較多，需要根據(jù)研究區(qū)斷層的產(chǎn)狀要素設置參數(shù)。

3)斷層組合關系清楚,利用產(chǎn)狀控制螞蟻追蹤技術得到的螞蟻屬性體可以很好地應用于斷裂的平面及剖面解釋，可以幫助解釋人員快速了解研究區(qū)的基本斷裂組合特征。

4)新發(fā)現(xiàn)多個滾動目標斷塊,在P57井區(qū)的地震資料解釋過程中，產(chǎn)狀控制螞蟻追蹤技術的應用效果要優(yōu)于普通螞蟻追蹤等其他地震屬性技術，尤其在斷裂組合復雜區(qū)小斷層的識別方面優(yōu)勢明顯。