基于倾角导向相干加强属性的蚂蚁追踪技术在断层自动解释中的应用

张薇+朱博华+赵洲

摘 要：蚂蚁追踪技术被广泛应用于断裂的检测研究。传统蚂蚁体技术基于地震方差体，信噪比和分辨率相对较低。本文充分利用地层的倾角信息，形成基于倾角导向相干加强属性的蚂蚁追踪技术，有效识别了研究区走滑断裂带。与传统蚂蚁体技术相比，在剖面上断裂的花状构造样式更加明确、平面上断裂的雁列式形态更加精细，利用该数据体有效提高了断层自动解释的准确度和可靠性。

关键词：断层自动解释；蚂蚁追踪；倾角导向相干加强

中图分类号：P631.4 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）17-0140-03

复杂断裂带的构造解释是地震勘探工作的一个难题，断层的分布和形态直接影响油气藏的识别和描述。通常，进行复杂断裂区块的人工解释工作，多解性强且受主观因素影响大，运用三维解释软件进行断裂的自动追踪与解释，可以克服人工地震解释工作中缺点并提高解释速度。

“人工蚂蚁”断层自动识别技术，由Randen等在2001年的SEG年会上首次提出，并在2002年和2003年由Pedersen等进行了进一步的阐述[1]。此项技术是目前比较成熟的断层自动识别技术之一，其优点在于克服了解释工作中的主观性，有效提高了解释精度，大幅缩减了人工解释时间。需要指出的是，基于该技术的自动提取断层功能以及后续的筛选编辑功能，能更好地建立复杂的储层模型，使解释人员能够以更直观的方式完成断层解释，增加构造解释的客观性。

在实际生产过程中，目标区块受复杂构造应力场的作用，断裂带的地层产状多变，断层形式复杂多样，地震资料往往存在地震照明不均、断面成像模糊、信噪比低等诸多问题，给后续构造解释工作带来困难。因此如何提供一个低噪音、具有清晰断裂痕迹的断层追踪基础数据体尤显重要。传统的蚂蚁体技术基于Petrel软件的地震方差体属性，信噪比和分辨率相对较低，再加上层位非均质性、采集脚印等均能产生低倾角的“假断层”，更大大降低了断裂识别的可靠性[2]。

鉴于断层区别于噪音的延展性以及断层和构造应力的因果关系，本文总结出一套基于倾角导向相干加强属性的蚂蚁追踪技术，并在顺托1井区进行了实例研究，最终提高断层自动解释的准确度和可靠性。

1 原理

1.1 基于倾角导向的相干加强技术

在裂缝检测方面，常规相干算法仅仅是计算相邻地震道之间相似性，并没有考虑到断层的倾角信息。本文利用基于倾角导向的本征值相干加强技术，其通过计算穿越点的不同倾角和方位角得到一系列倾斜的面，这个面通过设置空间孔径和时间孔径参数设置经过周围的道，计算每道的相似性，即通过这些小立方体来计算每个小立方体的相似度，相似度最高的小立方体被认为具有正确的倾角和方位角[3]。倾角采样因子将控制倾角小立方体参与运算的数量。低采样因子对于大部分地区来说是足够的；然而，在傾角陡峭以及具有不同倾斜方向的倾角的地区，应该增加倾角采样因子的数值。倾角导向的相干技术示意图1所示。

塔中地区经过多次构造运动的影响，在塔中北坡形成多条北东向大型走滑断裂带，研究区位于其中一条北东向走滑断裂带之上，断裂在剖面上呈高角度花状断裂特征、在平面上呈北西向展布，针对这一特点，选取基于倾角导向相干加强属性进行本区域的不连续性检测，有效提高了断裂检测的精度[4]。与传统固定倾角相干进行对比分析，断裂的剖面特征方面（图2a、b），基于倾角导向的相干剖面信噪比更高、高角度断裂更加清晰、花状构造特征更为明显；断裂平面展布特征方面（图2c、d），基于倾角导向的相干属性断裂雁列式展布更为清晰、NE向的断裂刻画更加精细、除了北西向雁列式展布的断裂之外，还检测出了NE向的主断裂带，有效识别除了本断裂带的整体特征[5]。

1.2 蚂蚁体方法原理及追踪参数

蚁群优化算法自1991年由Dorigo提出并应用于TSP问题以来，已经发展了近20年。由大量蚂蚁组成的蚁群的集体行为便表现出一种信息正反馈现象：某一路径上走过的蚂蚁越多，留下的信息素浓度越高，则后来者选择该路径的概率就越大。蚂蚁个体之间就是通过这种信息的交流达到搜索食物的目的。

Randen等在2001年的SEG年会上首次提出“人工蚂蚁”断层自动识别技术，是断裂系统分析的有效技术，标志着蚂蚁追踪算法运用到地震勘探领域。其原理是模拟自然界中蚂蚁觅食活动的形式，在地震数据体中播撒大量的蚂蚁，在地震属性体中发现满足预设断裂条件的断裂痕迹的蚂蚁将释放某种信号，召集其他区域的蚂蚁集中在该断裂处对其进行追踪，通过信息量的不断更新最终收敛在最优路径上，直到完成该断裂的识别，最终得到一个具有清晰断裂痕迹的数据体[6]。

在Petrel软件平台中，利用蚂蚁追踪技术计算蚂蚁属性体的步骤主要分为3步，均是在其地震属性模块中进行。第一步：对原始地震数据体进行滤波处理，提高信噪比。第二步：在第一步的基础上计算方差体，突出地震属性中的不连续信号。第三步，基于方差体生成蚂蚁属性体。

在方差体生成蚂蚁属性体的过程中，涉及到6个参数的选取：（1）初始蚂蚁分布半径；（2）觅食路线偏移度；（3）蚂蚁搜索步长；（4）非法步长；（5）合法步长；（6）非法步长百分比。

2 顺托1井三维应用实例

研究区断裂较发育，位于塔里木盆地塔中北坡，断裂构造样式以走滑构造与挤压构造为主。走滑构造样式在剖面上主要表现为花状断层特征，走滑断裂主断面陡立，在剖面上呈直立断层或花状构造，向下断穿寒武系至基底，向上可断至三叠系[7]。图3（a）为研究区横测线的花状构造样式，呈半花状加阶梯状断层，走滑断裂带的主断层为近直立断层，断距不明显；次级断层倾角较平缓，下部收敛于主断层。图3（b）为对称花状构造样式，整体呈对称形态，内部次级断层存在不对称。

2.1 蚂蚁体计算

采用相同的蚂蚁追踪参数，对比方差蚂蚁体和基于倾角导向相干加强属性的蚂蚁体计算结果，如图4、5所示，传统方差蚂蚁体属性受成层性干扰比较严重，部分原本在原始剖面上肉眼清晰可见的断层，其产状在此结果上也发生了较大改变。而倾角导向蚂蚁体属性可以消除成层性的干扰，具有较高的信噪比和分辨率[8]。endprint