复杂断裂精细解释技术组合及其应用

胡 滨

(中海油研究总院有限责任公司，北京 100028)

0 引言

M区断裂系统非常复杂，主要表现为断层密集、延伸短、断距小、倾向多变、走向各异，断层之间搭接关系复杂，精细解释难度极大。然而，对断裂系统的精细解释将直接影响圈闭落实、油气成藏分析与井位部署，是研究的重点与难点。因此，亟需一套与之相适应的复杂断裂精细解释技术。

复杂断裂精细解释技术是复杂断块油气藏勘探的重点内容之一。近20多年来，人们针对三维地震资料蕴含的丰富的地质信息，围绕复杂断裂精细解释做了大量的理论研究和实践工作，提出了许多断层综合解释技术。大致可概括为相干技术[1-7]、分频相干技术[8-10]、保持断层信息的构造导向滤波技术[11-13]、微弱信息增强技术[14]和多属性多信息融合技术[15-16]。

本文在前人研究基础上，进行了技术集成和综合应用，完成了M区复杂断裂的精细解释。

1 复杂断裂精细解释技术组合

本文集成了构造导向滤波、层位断层交互解释、分频相干多尺度断层成像、微弱信号增强及多属性、多信息融合等技术，形成了复杂断裂精细解释技术组合，其流程为(图1)： ①叠后解释性处理。应用保持断层信息的构造导向滤波处理，提高资料的信噪比。②断层初步解释。通过层位断层交互解释，快速了解断层的整体面貌、主要活动期与继承关系，确定重点研究区和断裂带。③断层精细刻画。利用小波变换进行频谱分解获得分频相干切片，实现多尺度断层成像，理清断层的级别与断裂发育区概况，提取并优选断层刻画的敏感属性；再进行多属性或多频段信息融合，提高断裂的刻画效果与可信度。④成果校验与输出。利用三维可视化等手段校验、检查解释成果，确认解释合理性。

1.1 构造导向滤波技术

常见的中值滤波、平均值滤波等叠后解释性处理技术，在提高地震资料信噪比的同时，也模糊了断层信息。因此在复杂断裂地区，需采用构造导向滤波技术。其原理为沿着地震同相轴走向取得非平稳变化的振幅值，利用地层倾角和方位角进行定向性滤波，在压制随机噪声、提高地震资料信噪比的同时，尽量保持断裂等不连续信息。

图1 复杂断裂精细解释技术组合流程

1.2 层位断层交互解释技术

等时切片横切多套地层(图2)，存在“穿时”现象，使切片上存在断层假象(图2a中绿色箭头所示的NW—SE向条带)，而沿层切片可以避免“穿时”现象。因此，快速准确地获取层位至关重要。层位断层交互解释技术可有效提高解释效率和精度，具体作法为：首先进行层位的大网格初步解释，控制构造的整体特征；提取沿层属性切片并拾取出主要断层，投影到对应的地震剖面上快速解释断层，并根据剖面断层解释结果，进一步完善层位解释。

1.3 多尺度断层成像技术

不同主频的地震资料对不同断距断层的识别效果存在显著差异(图3)。在高频地震资料上可以较好地识别小断层(图3a、图3c)，如F1、F2、F3和F5均较清晰，F4亦可见痕迹。低频地震资料(图3d、图3f)受限于分辨率，无法完全识别F4，F2、F3仅见痕迹，尚可识别F1、F5，但清晰度低于高频地震资料。随着断距增大至波长的整倍数时，断层两盘波峰或波谷在断层位置几乎重合(图3b)，难以识别断层，而在低频地震资料上则可以清晰识别(图3e)。

图2 基于方差的等时相干切片与典型地震剖面

因此，利用分频技术获得不同主频的地震资料，可以辅助识别和解释不同尺度的断层。分频采用小波变换技术

式中：Fw(τ,a)为信号时间—尺度分布，其中а为尺度，τ为时移；ψ(t)为母小波,ψ*(t)为ψ(t)的共轭。由上式可知，小波变换是一种时间—尺度域的分析方法，尺度对应于频宽，而非单频。因此在实际应用中，单频都具有一定频宽。

1.4 微弱信号增强技术

微弱信号增强技术是将平面分割为子域，经梯级带滤波增强技术滤波后，再通过相应的数学变换合成的一种非线性滤波方法[14]。该技术能增强微弱信息的识别能力，提高断层的连续性。

1.5 断层敏感地震属性优选

断层敏感地震属性通常是相关类属性(相干、方差和连续性等)，但有时单一使用相关类地震属性会产生假象，需要辅助使用其他类地震属性，如几何类(倾角、方位角、曲率等)、振幅类(均方根振幅等)和频谱类(主频、甜心等)等属性。

1.6 多属性、多信息融合技术

多属性、多信息融合技术在地震解释中常以色彩融合方式呈现，把反映构造与岩性变化的多种属性信息通过色彩融合的方式展现出来，提高了从多属性中提取地质信息的能力，取得了较好的应用效果[17-19]。

色彩融合的原理是将3个输入值A1、A2和A3归一化至0～255的数值区间，然后分别赋予3种不同的基色，其光强分别为A1、A2和A3，混合后获得一个新颜色。按照3种基色，分为RGB加法色与CMY减法色(图4)。RGB加法色的基色为红(R)、绿(G)和蓝(B)，其光强分别为AR、AG和AB，混合后得到的强调色为白色(3种基色的光强均为255)，一般用于精细刻画沉积体(图4a)。CMY减法色的基色为青(C)、品红(M)和黄(Y)，其光强分别为AC、AM和AY，混合后得到的强调色为黑色(3种基色的光强均为255)，对复杂断裂的刻画效果非常好(图4b)。

图3 不同断距断层模式与分频地震剖面

图4 色彩融合原理与应用效果

在实际应用中，可以由3个分频切片或3种不同地震属性切片选择色彩融合的3个输入值，并且每个切片可以赋予不同的权重值，即调节3种颜色的混色比例，以期获得最佳的地质体刻画效果。

2 实例

M区所在的东非裂谷盆地是世界上最年轻的裂谷盆地，现今仍在活动。受区域张扭和压扭等复杂应力场的叠加作用，发育极为复杂的断裂系统。主要表现为： ①断层多而密集，仅300km2的范围内发育各级断层200余条，断距超过20m的断层100余条； ②断层断距小、平面延伸短； ③断层倾向多变、走向各异、搭接关系复杂(图2)，剖面解释与平面断层组合难度极大。对断裂系统的精确解释直接影响圈闭落实、油气成藏分析与井位部署。

2.1 断层初步解释

依据复杂断裂精细解释技术组合流程(图1)，首先采用构造导向滤波技术，有效压制地震资料的随机噪声，使信噪比得到提高(图5b)，也明显提高了相干切片中断层的清晰度(图5d)。

图5 构造导向滤波效果

采用层位断层交互解释及多个层位协同约束解释，控制剖面断距与平面特征。由基于方差的沿层相干切片(图6)可见，研究区的大断层主要呈NE—SW向并具有较强继承性。这些大断层由多条次级断层相接而成，而且这些次级断层的走向多变。其中H1层断层最少(图6a)，H3层断层最发育(图6c)，H4层断层最清晰(图6d)。

2.2 复杂断裂精细刻画与解释

2.2.1 多尺度断层成像技术应用

三维地震资料的采样率为2ms，主频约为35Hz，有效频带宽度为8～90Hz。采用连续小波变换技术获得分频地震体。以H4层为例，由提取的相应的单频沿层相干切片(图7)可见：①大断层在低频沿层相干切片(图7a)上非常清晰，搭接关系也很清楚(图7a中红色箭头所示位置)，然而这些信息在等时相干切片(图2)与高频沿层相干切片(图7i中红色箭头所示位置)上并不清晰，断层的搭接关系也较模糊。②在10Hz沿层相干切片(图7a)上无法反映小断层(主要分布于工区东南部)；在高频(70～90Hz)沿层相干切片上(图7g～图7i)小断层较清晰(如图7i蓝色箭头所示)，在主频附近沿层相干切片(图7c、图7d)上可同时反映大、小断层，但刻画效果不如低频或高频相干切片。因此，应适当选取低、中、高频沿层相干切片辅助断层分级解释，可使解释结果更准确、可靠。

2.2.2 微弱信号增强技术应用

采用基于本征值结构的第三代相干算法与微弱信号的梯级带滤波增强技术，获得高品质的相干切片(图8b)。与普通第二代相干切片(图8a)相比，无论是断层的接触和搭接关系(图8b红色箭头所示)，还是对小断层(图8b蓝色箭头所示)刻画，效果均明显提升。

2.2.3 断层敏感属性优选应用

提取多种属性并开展断层敏感属性优选，这些属性包括：几何类的倾角、方位角和最大正负曲率、最小正负曲率等；振幅类的均方根振幅、最大或最小振幅等；相关类的相干、连续性等；频谱类的弧长、甜心等。通过对比，选择相干(本征值或结构体)、曲率和倾角等敏感属性。

图6 基于方差的沿层相干切片

图7 H4层沿层分频相干切片

2.2.4 多属性、多信息融合技术应用

同一类地震属性一般具有较强的相关性。如果用于多属性融合的属性为同一类，则使多属性融合的意义变弱。因此在实际应用中，需兼顾考虑各种属性对断层的敏感性与同一类属性间的相关性这两个因素。

以H4层为例，选择倾角、曲率和本征值等3类属性，数值归一化后进行CMY减法色融合显示(图9上)。选取研究区东南部NE—SW向地震剖面(图9下)进行检验，可见切片上每个断层的痕迹与地震剖面的断层完全吻合，不存在假象。实践表明，CMY融合切片在研究区可刻画断距约10m、平面延伸长度只有100m的小断层，有效指导了断层组合解释。最后利用三维可视化技术，将解释成果呈现在三维空间，通过旋转视角进行多视角全方位检查，利于发现解释错误并及时修正。

图8 不同相干算法效果对比

图9 H4层的CMY融合切片(上)与典型地震剖面(下)

2.3 应用效果与勘探实效

应用上述技术组合，清晰地刻画了研究区内复杂的断裂系统，完成了200余条断层的组合解释(图10中红色线条)。与原二维地震资料落实的断层组合(图10b中蓝色线条)相比，不仅断层数量增加，而且断层的组合与搭接关系变化较大，修正了12处构造关键位置的断层解释。高效、准确地落实了30个断块圈闭，设计了20口探井，其中18口获得成功，钻井成功率高达90%。

经过项目研究与勘探实践，在M区新发现4个油田，新增地质储量超过10亿桶，获得了巨大的经济效益。区块的勘探实践有力地证明了文中提出的复杂断裂精细解释技术组合的有效性。

图10 H4层的断层组合叠合图

3 结束语

本文提出了复杂断裂精细解释技术组合，该技术组合涵盖了构造导向滤波、分频相干多尺度断层成像及微弱信息增强与多属性、多信息融合等先进技术。应用该技术组合，完成了M区复杂断裂的精细解释，准确落实30个断块圈闭，部署井位20口，钻探成功率高达90%，新发现4个油田，证明了文中提出的复杂断裂精细解释技术组合的有效性。