李飛躍,楊海長(zhǎng),紀(jì) 沫,曾清波,趙 釗,孫 瑞

(中海油研究總院有限責(zé)任公司,北京100028)

斷裂是巖層受應(yīng)力作用發(fā)生錯(cuò)斷或扭曲并沿破裂面有位移的地質(zhì)現(xiàn)象,是控制油氣生成、運(yùn)移、聚集和分布的重要因素,可以指導(dǎo)區(qū)域應(yīng)力的認(rèn)識(shí)研究和圈閉的形成演化規(guī)律分析,制約著油氣層的連通性及油氣水關(guān)系的變化。斷裂的精細(xì)識(shí)別與刻畫及其平面組合關(guān)系的確定是構(gòu)造解釋的基礎(chǔ),對(duì)油氣勘探目標(biāo)的評(píng)價(jià)和井位設(shè)計(jì)具有重要意義。研究人員對(duì)斷裂識(shí)別技術(shù)進(jìn)行了許多探索[1-5],主要是通過(guò)優(yōu)化不同的技術(shù)組合提出改進(jìn)方法,提高對(duì)斷裂、裂縫的識(shí)別能力。常用的技術(shù)方法主要為相干屬性[6]、地震曲率[7]、優(yōu)勢(shì)頻帶相位[8]、螞蟻體[9]、多屬性融合[10]、最大似然屬性[11]等疊后地震屬性。地震曲率、優(yōu)勢(shì)頻帶相位對(duì)中小規(guī)模褶皺、凸起等構(gòu)造具有較好的識(shí)別能力,地震曲率產(chǎn)生變化的位置僅表明地層發(fā)生變形的位置,很難清晰反映斷裂形態(tài)與邊界位置,在油田開發(fā)階段微斷裂的識(shí)別和儲(chǔ)層分析優(yōu)勢(shì)較為突出[8,12-14];基于螞蟻體的各種技術(shù)組合或者改進(jìn)算法均是針對(duì)微裂隙、裂縫或者小尺度斷裂的精細(xì)識(shí)別,對(duì)于中、大尺度的斷裂識(shí)別能力較差,不能較好地刻畫斷裂的空間延展規(guī)律及連續(xù)性[15-17]。地震多屬性能夠有效地避免單一屬性的局限性,重點(diǎn)突出異常體反射特征,降低地震單一屬性的多解性,在沉積研究、儲(chǔ)層反演、油氣檢測(cè)中的應(yīng)用越來(lái)越多[18-20];最大似然屬性適用于小尺度裂縫的預(yù)測(cè)和描述,但不能準(zhǔn)確識(shí)別中、大尺度斷裂之間的連接關(guān)系。在勘探目標(biāo)精細(xì)評(píng)價(jià)研究中,需要對(duì)不同尺度的斷裂開展精細(xì)解釋,斷點(diǎn)清晰、規(guī)模較大的斷裂及斷距小于地震分辨率或者地震響應(yīng)只有同相軸扭曲或振幅微小變化的微、小斷裂的識(shí)別都至關(guān)重要,單一屬性同時(shí)識(shí)別的能力較差,不能有效地指導(dǎo)斷裂精細(xì)解釋。

本文針對(duì)瓊東南盆地深水區(qū)松南-寶島凹陷復(fù)雜斷裂難以準(zhǔn)確識(shí)別,斷裂組合關(guān)系、延展性難以確定的問(wèn)題,基于頻率越高對(duì)斷裂分辨能力越強(qiáng)的基本認(rèn)識(shí),開展疊后地震數(shù)據(jù)分頻傾角相干融合技術(shù)的應(yīng)用研究。在研究區(qū)地震數(shù)據(jù)頻譜分析的基礎(chǔ)上,采用斷裂構(gòu)造濾波和構(gòu)造平滑降低全頻信息中的噪聲干擾,提高信噪比,優(yōu)選出地震主頻附近與高于地震主頻的分頻傾角相干屬性,進(jìn)行RGB融合,提高大斷裂、小斷裂同時(shí)識(shí)別的能力,改善斷裂延展性刻畫的效果,最終提高斷裂解釋的效率和準(zhǔn)確性。

1 基本原理

1.1 分頻傾角相干融合技術(shù)原理

頻譜分解技術(shù)是一種利用數(shù)學(xué)變換,通過(guò)分析原始地震資料的頻譜特征,將原始地震數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為頻率域的技術(shù),它能消除重復(fù)冗雜信息,提高地質(zhì)目標(biāo)的展示能力[21-24]。地震資料通過(guò)增強(qiáng)斷裂顯示的構(gòu)造濾波和構(gòu)造平滑處理,可以有效濾除快速變化的信號(hào),增強(qiáng)地震同相軸的連續(xù)性,有效地降低噪聲干擾。采用零相位子波與地震道做褶積的方法進(jìn)行頻譜分解(generalized spectral decomposition,GSD),可以解決短時(shí)窗傅里葉變換法(STFT)和連續(xù)子波變換(CWT)垂向時(shí)間分辨率和頻率分辨率不足的問(wèn)題,更加真實(shí)地接近疊后地震反射特征,突出斷面與圍巖的差異性,提高地震數(shù)據(jù)對(duì)斷裂的刻畫能力,為多尺度斷裂的同時(shí)識(shí)別提供基礎(chǔ)。

利用預(yù)處理分頻后的地震調(diào)諧數(shù)據(jù)體,基于本征結(jié)構(gòu)相干技術(shù),在傾角約束下計(jì)算相干屬性,本質(zhì)就是沿分頻調(diào)諧數(shù)據(jù)體計(jì)算點(diǎn)的傾角、方位角進(jìn)行追蹤掃描提取所需的屬性信息,計(jì)算道與道之間的相關(guān)值,從而有效地壓制因地層傾角造成的非相干噪聲,能夠更加符合地質(zhì)體的實(shí)際規(guī)律。分析頻率對(duì)不同尺度斷裂的響應(yīng)規(guī)律和特征,優(yōu)選出分別對(duì)大斷裂、小斷裂響應(yīng)特征明顯的多個(gè)分頻相干體進(jìn)行RGB屬性融合。通過(guò)調(diào)節(jié)各分頻體的融合比參數(shù),實(shí)現(xiàn)具有同時(shí)識(shí)別不同規(guī)模斷裂的多尺度相干體,彌補(bǔ)單一分頻相干體分辨力不足的問(wèn)題,克服全頻信息噪聲突出現(xiàn)象,更加全面地反映斷裂信息,獲得不同尺度斷裂檢測(cè)結(jié)果,對(duì)常規(guī)地震數(shù)據(jù)體上難以識(shí)別的構(gòu)造特征,能夠突出顯示有效信息。

1.2 分頻傾角相干融合技術(shù)思路

研究區(qū)斷裂具有走滑性質(zhì),斷裂發(fā)育復(fù)雜,發(fā)育規(guī)模差異較大,常規(guī)相干技術(shù)、螞蟻體、最大曲率等方法同時(shí)識(shí)別不同尺度的斷裂效果不理想,需要針對(duì)不同尺度的斷裂采用不同的技術(shù)手段,過(guò)程復(fù)雜且效率低。全頻信息噪聲較大,不利于刻畫斷裂平面的連接關(guān)系及延展性。分頻傾角相干技術(shù)思路的核心就是基于不同頻率對(duì)不同尺度的斷裂具有不同的識(shí)別效果,首先進(jìn)行疊后地震數(shù)據(jù)解釋性噪聲預(yù)處理、頻譜分析、分頻處理及傾角相干處理,綜合開展基于構(gòu)造濾波和平滑處理的分頻傾角相干融合技術(shù)的研究,基本流程如圖1所示。關(guān)鍵步驟包括以下4點(diǎn):①采用增強(qiáng)斷面顯示效果的構(gòu)造濾波和構(gòu)造平滑處理整體降低地震資料隨機(jī)噪聲,提高信噪比;②分析地震頻譜信息,落實(shí)預(yù)處理后目的層段有效頻譜范圍,優(yōu)選分頻計(jì)算方法,指導(dǎo)地震資料分頻處理;③結(jié)合傾角相干屬性,分析頻率對(duì)不同級(jí)別斷裂識(shí)別的規(guī)律,落實(shí)分頻傾角相干屬性體的優(yōu)選方法;④將不同分頻體傾角相干屬性體進(jìn)行融合,調(diào)整屬性體融合比例參數(shù),結(jié)合實(shí)際地震剖面進(jìn)行驗(yàn)證。

圖1 分頻傾角相干融合技術(shù)流程

2 實(shí)際應(yīng)用效果及分析

松南-寶島凹陷位于瓊東南盆地中央坳陷帶東段深水區(qū),北接神狐隆起與松濤低凸起,南鄰松南低凸起,東靠長(zhǎng)昌凹陷(圖2)。松南-寶島凹陷呈NE-SW向展布,水深在300～2000m,受南海擴(kuò)張及區(qū)域應(yīng)力旋轉(zhuǎn)的影響,新近系發(fā)育大量張扭性走滑斷裂[25],地震剖面上發(fā)育多米諾式、負(fù)花狀等構(gòu)造樣式,小斷裂較為發(fā)育(圖3),平面上表現(xiàn)為帚狀或雁列狀特征(圖4),整體呈NWW-EW向分布。2018年鉆探了XX-1井,在三亞組發(fā)現(xiàn)近30m氣層,證明了松南-寶島凹陷是生烴凹陷,具有良好的勘探前景。

研究區(qū)位于松南-寶島凹陷南部斜坡帶,新近系的三亞組海底扇及水道砂是主要的勘探層系,晚中新世受張扭應(yīng)力的影響,小、微斷裂發(fā)育。利用常規(guī)相干技術(shù)進(jìn)行斷裂識(shí)別的效果不理想,隨機(jī)噪聲很大,微、小斷裂幾乎被背景噪聲所淹沒,不能準(zhǔn)確反映各級(jí)斷裂主次關(guān)系、搭接關(guān)系及其空間延展特征,不能滿足復(fù)雜斷裂的精細(xì)解釋。

在研究過(guò)程中選取工區(qū)中斷裂較為復(fù)雜的小塊數(shù)據(jù)(圖4中紅框范圍)進(jìn)行全面對(duì)比分析,確定相關(guān)的計(jì)算方法和參數(shù),以指導(dǎo)全研究區(qū)應(yīng)用。

首先對(duì)試驗(yàn)區(qū)疊后地震資料進(jìn)行預(yù)處理,采用增強(qiáng)斷裂顯示的構(gòu)造濾波技術(shù),降低地震資料中因構(gòu)造快速變化產(chǎn)生的噪聲信號(hào),保留斷裂與地層之間的接觸關(guān)系。在此基礎(chǔ)上對(duì)數(shù)據(jù)體進(jìn)一步進(jìn)行構(gòu)造平滑處理,選擇增強(qiáng)邊界顯示的計(jì)算方法,可以進(jìn)一步減小地層中因同相軸局部的突然變化產(chǎn)生的背景噪聲,使斷裂面更加平滑,突出斷面的顯示特征。提取經(jīng)過(guò)預(yù)處理的傾角校正相干切片,對(duì)比原始相干屬性切片可以看出,原始地震資料的相干屬性背景噪聲比較嚴(yán)重,斷裂的分辨率相對(duì)較低(圖5a),而經(jīng)過(guò)預(yù)處理的地震數(shù)據(jù)體相干屬性,能夠明顯減少噪聲的干擾,凸顯出斷裂信息,改善斷裂刻畫效果(圖5b)。

圖2 松南寶島凹陷研究區(qū)位置

圖3 松南低凸起北坡復(fù)雜斷裂的剖面特征(位置見圖2中的AB)

圖4 研究區(qū)4400ms時(shí)間相干切片斷裂平面分布(紅框?yàn)楸炯夹g(shù)試驗(yàn)分析數(shù)據(jù)范圍)

研究區(qū)陵水組三段以下的地震資料品質(zhì)較差,研究主要目的層為三亞組,針對(duì)預(yù)處理的4800ms以上的地震數(shù)據(jù)體進(jìn)行整體頻譜分析,由圖6可以看出,研究區(qū)目的層段地震資料頻帶為10～65Hz,主頻為40Hz?；谕ㄓ米V分解技術(shù)(GSD),采用實(shí)際地震資料分頻對(duì)比優(yōu)選計(jì)算方法,分別采用90°相位相關(guān)系數(shù)法、零相位相關(guān)系數(shù)法、零相位地震道褶積法進(jìn)行地震資料分頻處理,結(jié)果如圖7所示。從圖7可以看出:相關(guān)系數(shù)法的分頻結(jié)果粗化了地震識(shí)別效果,弱化了斷裂面顯示特征;零相位褶積法的結(jié)果能夠與原始地震剖面保持一致,增強(qiáng)了斷面信息,改善了斷面的平滑性和連續(xù)性。

圖5 原始相干切片(a)和基于濾波和構(gòu)造平滑處理后的傾角相干切片(b)

對(duì)濾波處理后的數(shù)據(jù)體,在有效頻帶內(nèi)采用零相位褶積法對(duì)其進(jìn)行分頻處理,計(jì)算循環(huán)次數(shù)設(shè)置為1,全道參與計(jì)算,這樣背景噪聲會(huì)進(jìn)一步降低,信息也更加全面準(zhǔn)確,進(jìn)而得到20,30,40,50,60Hz不同頻率的分頻數(shù)據(jù)體(圖8),與原始地震數(shù)據(jù)剖面(圖7)進(jìn)行對(duì)比可知,隨著頻率的增大,小斷層的斷面特征更加清楚,斷點(diǎn)更加清晰。從原始地震剖面上很難識(shí)別的微、小斷裂系統(tǒng)形態(tài),通過(guò)對(duì)預(yù)處理的數(shù)據(jù)體進(jìn)行分頻處理,在40Hz的分頻地震剖面上這些微、小斷裂特征得到清晰顯示,斷裂的連續(xù)性和斷裂之間的接觸關(guān)系最為明確,明顯降低了隨機(jī)噪聲的干擾,斷裂特征比原始地震剖面有顯著提高。同時(shí),高于地震主頻的調(diào)諧數(shù)據(jù)體能夠進(jìn)一步改善大斷裂斷面,因?yàn)楦哳l噪聲的相對(duì)凸顯,對(duì)小、微斷裂有一定的弱化。

圖6 研究區(qū)目的層地震數(shù)據(jù)頻譜

在傾角約束條件下,采用第三代相干算法(C3)對(duì)分頻數(shù)據(jù)體提取相干屬性(圖9),與常規(guī)相干切片(圖5a)進(jìn)行對(duì)比。分析分頻傾角相干切片可以看出,40Hz的相干切片對(duì)各級(jí)斷裂的刻畫相對(duì)明顯,斷裂分辨率更高,50Hz、60Hz的相干切片對(duì)大斷裂識(shí)別較好,而且頻率越高,背景噪聲越小,與地震剖面處理結(jié)果相一致。因此,在有效的地震頻譜范圍內(nèi),地震主頻附近分頻體刻畫斷裂的綜合性效果最佳。高于地震主頻的分頻體不完全是有效地震信息,包含一定的噪聲,隨著頻率增高,有效信息相對(duì)減少,對(duì)小斷裂的識(shí)別能力會(huì)有一定的弱化,但大斷裂識(shí)別較清晰。這有利于對(duì)地震數(shù)據(jù)應(yīng)用分頻傾角相干融合技術(shù)研究不同尺度、不同規(guī)模的斷裂的發(fā)育情況。

圖7 采用不同分頻方法計(jì)算的30Hz分頻體a 原始地震資料; b 90°相位相關(guān)系數(shù)法; c 零相位相關(guān)系數(shù)法; d 零相位褶積法

圖8 經(jīng)濾波處理的不同單頻地震數(shù)據(jù)剖面a 20Hz; b 30Hz; c 40Hz; d50 Hz; e 60Hz

圖9 不同頻率的分頻傾角相干切片a 20Hz; b 30Hz; c 40Hz; d 50Hz; e 60Hz

因?yàn)椴煌l帶的地震數(shù)據(jù)可以檢測(cè)出不同尺度的斷裂,因而分析不同頻率的分頻傾角相干切片,優(yōu)選出地震資料主頻40Hz的分頻傾角相干體,并與頻率高于地震資料主頻的50Hz、60Hz分頻傾角相干體進(jìn)行融合(圖10a),進(jìn)一步增強(qiáng)斷裂的顯示,提高對(duì)大斷裂的識(shí)別能力,同時(shí)改善對(duì)微、小斷裂的刻畫。原始地震資料的常規(guī)相干切片背景噪聲比較嚴(yán)重,斷裂的成像分辨率相對(duì)較低(圖5a),基于濾波和構(gòu)造平滑處理的傾角相干切片有效壓制了噪聲,但斷層的連續(xù)性、延展性展現(xiàn)不清晰(圖5b)。分頻傾角相干融合體切片壓制了背景噪聲,將不同級(jí)別、不同方向的斷裂屬性融合在一起,有效地提高目的層斷裂識(shí)別精度,斷裂的更多細(xì)節(jié)信息在融合體上呈現(xiàn)出來(lái),能夠更準(zhǔn)確地刻畫不同級(jí)別、不同尺度的斷裂特征。結(jié)合地震剖面調(diào)整屬性融合參數(shù)比例,從分頻傾角相干融合體時(shí)間切片識(shí)別的12條斷裂與地震剖面一一對(duì)應(yīng),斷裂F1、F9同相軸只有輕微的扭動(dòng),斷距為6～12m,在融合體時(shí)間切片上能夠清晰地識(shí)別,證明分頻傾角相干融合對(duì)斷裂的檢測(cè)是正確的(圖10a),能夠有效地指導(dǎo)斷裂的精細(xì)解釋(圖10b)。

在研究區(qū)利用基于濾波和構(gòu)造平滑處理的分頻傾角相干融合技術(shù)刻畫斷裂(圖11),明顯改善了斷裂的識(shí)別效果,斷裂組合關(guān)系、延展特征得到了很好的刻畫,能夠更加有效、正確地指導(dǎo)解釋。在地震剖面斷裂和目的層解釋完成后,應(yīng)用沿層分頻傾角相干融合屬性,可以看出目的層斷裂之間的連續(xù)性、延展性和搭接關(guān)系清晰明確(圖12a),可以高效指導(dǎo)平面斷裂組合(圖12b)?？梢?基于濾波和構(gòu)造平滑處理的分頻相干融合技術(shù)為深水區(qū)復(fù)雜斷裂的精細(xì)構(gòu)造解釋提供了一種有效可靠的多尺度、多分辨率的分析方法。

圖10 基于濾波和構(gòu)造平滑處理的分頻傾角相干融合體4400ms時(shí)間切片(a)與地震剖面斷裂(b)

圖11 全工區(qū)分頻傾角相干融合4400ms時(shí)間切片

利用分頻傾角相干融合技術(shù)精細(xì)刻畫了研究區(qū)復(fù)雜斷裂,明顯降低噪聲,有利于分析出構(gòu)造應(yīng)變的強(qiáng)弱區(qū)域,斷裂的斷距和斷點(diǎn)位置也更加清晰。有效識(shí)別延伸大于100m,斷距大于5m的斷裂,各級(jí)斷裂的連續(xù)性和延展性得到改善,斷裂之間的搭接關(guān)系更加明確,指導(dǎo)完成研究區(qū)精細(xì)解釋120條斷裂,目的層平面斷裂組合90條。斷裂在平面上呈現(xiàn)NW-SE展布,發(fā)育有帚狀、雁列式平面組合樣式,說(shuō)明該區(qū)域受到一定的張扭應(yīng)力作用。結(jié)合地震振幅屬性,精細(xì)落實(shí)了一個(gè)大型構(gòu)造-巖性復(fù)合圈閉,為油氣運(yùn)聚研究和井位設(shè)計(jì)奠定了構(gòu)造資料基礎(chǔ)。

圖12 分頻傾角相干融合沿層切片(a)與目的層斷裂解釋結(jié)果(b)

3 結(jié)論

1) 在有效的地震頻譜范圍內(nèi),采用零相位地震道褶積的方法可以提高地震分頻后對(duì)斷裂的識(shí)別效果,主頻附近的分頻體刻畫斷裂的綜合性效果最佳;高于地震主頻的分頻體有效信息相對(duì)減少,存在弱化微、小斷層的響應(yīng)特征,大斷裂刻畫較為清晰。

2) 基于濾波和構(gòu)造平滑的分頻傾角相干融合技術(shù)能夠顯著降低相干背景噪聲,有效提高斷裂的識(shí)別精度,改善了斷裂的延展性和連續(xù)性,清晰地刻畫了斷層之間的搭接關(guān)系,有利于復(fù)雜圈閉的落實(shí)和油氣成藏的研究,對(duì)于其它斷裂復(fù)雜發(fā)育區(qū)的解釋具有指導(dǎo)意義。