基于分傾角掃描的相干屬性在斷層識別中的應(yīng)用

(1.中國石油 大慶油田有限責(zé)任公司 第六采油廠 第四油礦， 大慶 163114；2.中國石油 東方地球物理公司研究院， 涿州 072751；3.中國石油 西南油氣田分公司 西北氣礦， 綿陽 621000)

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基于分傾角掃描的相干屬性在斷層識別中的應(yīng)用

秦 瑞1， 白 軍2， 鄭 超3， 徐 爽2， 鄒 雯2， 馬 聰2， 曹 淼2

(1.中國石油 大慶油田有限責(zé)任公司 第六采油廠 第四油礦， 大慶 163114；2.中國石油 東方地球物理公司研究院， 涿州 072751；3.中國石油 西南油氣田分公司 西北氣礦， 綿陽 621000)

現(xiàn)代體屬性的發(fā)展使斷層識別能力得到很大提高，尤其以相干屬性為主的一系列斷層識別方法得到了廣泛應(yīng)用，并取得較好的效果。然而直接從地震數(shù)據(jù)提取相干屬性對于資料的信噪比要求較高，且由于未考慮地層傾角的影響往往難以準(zhǔn)確全面地識別斷層。為解決這一問題，對研究區(qū)的地震資料進(jìn)行了分角度傾角掃描和構(gòu)造導(dǎo)向?yàn)V波，并在此基礎(chǔ)上提取相干屬性，從而提高了對斷層識別的精度。

分傾角掃描； 構(gòu)造導(dǎo)向?yàn)V波； 相干屬性； 斷層識別

0 引言

隨著屬性技術(shù)的不斷發(fā)展，對于斷層識別精度的要求也越來越高。通常在構(gòu)造相對簡單的區(qū)域，地震資料品質(zhì)一般較好，斷層相對容易識別。對于構(gòu)造復(fù)雜的區(qū)域，斷層的規(guī)模不同、地層傾角變化劇烈，地震資料的信噪比低，斷層的識別難度較大。趙明章等[1]認(rèn)為基于原始地震數(shù)據(jù)體直接進(jìn)行相干體分析的方式簡單快速但受地震資料品質(zhì)的限制，對于斷層的解釋往往不太準(zhǔn)確，尤其是小斷層的響應(yīng)很可能被噪聲覆蓋掉；同時Chopra等[2]認(rèn)為屬性的發(fā)展正朝著多屬性綜合應(yīng)用的方向發(fā)展。為此，本文聯(lián)合多種屬性，有針對性的對斷層進(jìn)行預(yù)測，預(yù)測效果相對于常規(guī)方法有很大改善。具體來說是通過對地震數(shù)據(jù)進(jìn)行分角度傾角掃描，再將不同的傾角體作為導(dǎo)向依據(jù)對地震數(shù)據(jù)進(jìn)行構(gòu)造導(dǎo)向?yàn)V波，繼而再進(jìn)行相干分析對斷層進(jìn)行識別。

1 方法原理

1.1 傾角掃描

傾角、方位角是確定任一平面在空間中展布特征的屬性。傾角(Dip，θ)是偏離水平面的角度，在地質(zhì)上又可分解為在x和y方向的視傾角；方位角(Azi，Φ)指反射軸與水平面的交線偏離正北方向的角度[2](圖1)。

圖1 傾角、方位角示意圖[1]Fig.1 The schematic diagram of dip angle and azimuth angle[1]

傾角和方位角的屬性體現(xiàn)在兩個方面：

1)聯(lián)合傾角、方位角屬性可以指示地層的產(chǎn)狀，解釋確定的局部反射層面，直接用于估算反射層的不連續(xù)性。

2)傾角、方位角信息可以為數(shù)據(jù)濾波提供導(dǎo)向依據(jù)，突出特定方向上反射特征的不連續(xù)性。通過估算地震反射界面的傾角和方位角為構(gòu)造導(dǎo)向?yàn)V波提供導(dǎo)向依據(jù)，濾波后可在一定程度上提高地震資料的信噪比，降低白噪聲和相干噪聲，同時保留斷層、裂縫或其他有價值構(gòu)造的反射信息, 保證了其不連續(xù)性, 提高了對斷層的分辨率[1]。

目前，常用的傾角估算法包括基于復(fù)數(shù)道分析的相位對齊法、離散掃描最大相關(guān)法與梯度構(gòu)造張量法[3]。離散傾角掃描最大相關(guān)法就是選取了分析點(diǎn)周圍多個時窗進(jìn)行掃描，求取相似度最大的窗口作為分析點(diǎn)處的傾角、方位角估算窗口，從而大大提高了分析點(diǎn)的傾角與方位角精度，對于識別小斷層、小構(gòu)造具有重要的意義[4]。

1.2 相干屬性

相干是表征地震道之間相似程度的量。主要分析以目標(biāo)點(diǎn)為中心的時窗內(nèi)相鄰地震道波形的相似性，以判斷地層的連續(xù)性，即利用波形之間的相似性來反映地層的不連續(xù)性特征。根據(jù)地震勘探理論，剖面上連續(xù)性好的同相軸往往對應(yīng)于地下連續(xù)性較好的地質(zhì)體(如水平地層或傾斜地層等)；連續(xù)性差的同相軸對應(yīng)于連續(xù)性較差的地質(zhì)體(如斷層等)[5～8]。計算地震相干體主要目的是突出地震數(shù)據(jù)中不連續(xù)的部分，強(qiáng)調(diào)的是地震道之間的不相關(guān)性。通過地震數(shù)據(jù)體來計算局部地震波形的相似性，可以得到三維地震相關(guān)性的估計值；地震道之間的波形特征發(fā)生變化時，會導(dǎo)致局部的道與道之間相關(guān)性的突變，因此可以利用相干來預(yù)測斷層、地層巖性突變和特殊地質(zhì)體的發(fā)育區(qū)[3]。

地震相干體的算法很多，至今主要經(jīng)歷了三次算法的變革，這里主要采用第三代算法——特征值分析算法。用特征值法進(jìn)行相干估算是一種計算輸入地震道波形相似性的方法，特征值法也叫做主分量分析法，該算法將數(shù)學(xué)中的矩陣特征結(jié)構(gòu)引入到相干分析中,利用特征結(jié)構(gòu)來計算相干，通過計算協(xié)方差矩陣的特征值來得到相干屬性[2]。

Gersztenkorn等[5]把2道互相關(guān)的相干體算法推廣到任意J道，這種方法需要初始估算的傾角、方位角，而特征值結(jié)構(gòu)的相干體算法本身就可以實(shí)現(xiàn)按一定間隔進(jìn)行傾角或方位角掃描。首先從地震數(shù)據(jù)體中以一定的時窗范圍(t±k)提取樣點(diǎn)矢量，在時間t的視傾角p和q決定的平面上，通過對數(shù)據(jù)樣點(diǎn)進(jìn)行插值，生成新數(shù)據(jù)矩陣的行和列，并對其進(jìn)行自相關(guān)和互相關(guān)運(yùn)算，生成協(xié)方差矩陣C。此時，協(xié)方差矩陣的元素Cij可以表示為：

qyi)-u(t,p,q)]*[uj(t+

kΔt-pxi-qyi)-u(t,p,q)]

(1)

其中樣本均值u(t,p,q)為：

(2)

通過以上公式定義式(3)為第三代相干體的C3相干值：

(3)

式中：分母是矩陣的跡，代表了協(xié)方差矩陣的能量；分子λ1是最大特征值，代表了占優(yōu)的能量。根據(jù)協(xié)方差矩陣，計算其本征值及其對應(yīng)的本征向量[9]。

1.3 基于分傾角掃描的相干屬性

在實(shí)際應(yīng)用中往往會遇到這樣的情況，同一工區(qū)內(nèi)分布有多個構(gòu)造區(qū)帶，不同的構(gòu)造區(qū)帶地層傾角往往變化較大，通常會直接由地震數(shù)據(jù)或使用單傾角進(jìn)行掃描后提取相干屬性，但這兩種方法都不能準(zhǔn)確全面的識別斷層信息；由地震資料直接提取相干屬性往往受地震資料的品質(zhì)影響而無法清晰識別斷層；通過單傾角掃描處理之后再提取相干屬性雖然效果相對前者較好，但由于傾角掃描范圍和步長單一會使得一些有用的斷層信息被忽視掉。為此，作者提出了分傾角掃描的相干技術(shù)來解決這一問題?；诜謨A角掃描的相干技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟如下：①針對同一工區(qū)使用不同的傾角范圍和掃描步長進(jìn)行傾角掃描得到多個不同的傾角體；②在此基礎(chǔ)上進(jìn)行適當(dāng)構(gòu)造導(dǎo)向?yàn)V波；③提取相應(yīng)的相干屬性，綜合多個相干屬性來識別不同地層傾角區(qū)域的斷層，最終能夠?qū)Σ煌墑e斷層有一個準(zhǔn)確全面的認(rèn)識。具體來說就是首先對于地層傾角有一個初步估算，然后劃分出傾角掃描時的傾角范圍和步長，小的傾角范圍使用小步長可以突出地層平緩區(qū)小尺度的斷層，大的傾角范圍使用大的步長可以突出高陡區(qū)大尺度的斷層；為了使顯示效果更好可適當(dāng)使用構(gòu)造導(dǎo)向?yàn)V波技術(shù)，最后利用不同傾角掃描的數(shù)據(jù)體分別提取相干屬性，針對不同區(qū)域使用不同的相干屬性來輔助斷層解釋，以達(dá)到全面準(zhǔn)確認(rèn)識斷層的目的。[10-13]

2 應(yīng)用分析

研究的區(qū)域主要分布兩個構(gòu)造區(qū)帶①高陡區(qū)；②平緩區(qū)(圖2)。高陡區(qū)地層傾角較大，約有15°，主要分布有高角度的逆斷層，斷距相對較大；平緩區(qū)地層近似水平，總體不超過1°，主要是由灰?guī)r溶蝕形成的陷落柱(類似于小斷層)以及小斷距的逆斷層。兩個區(qū)帶地層傾角不同，斷層尺度也不同，直接提取相干屬性或是單一傾角掃描再提相干屬性都不能全面識別斷層。因此，根據(jù)研究區(qū)地地層傾角和構(gòu)造的分布特征，首先分別對地震數(shù)據(jù)進(jìn)行小傾角范圍(0°～1°)和大傾角范圍(5°～15°)的傾角掃描得到目的層段兩個不同的傾角體,在此基礎(chǔ)上再進(jìn)行相干分析。通過對比多種方式得到的相干屬性對斷層的識別效果，我們發(fā)現(xiàn)基于分傾角掃描的相干屬性對于斷層的識別更清晰更全面(圖3)。經(jīng)過傾角掃描和構(gòu)造導(dǎo)向?yàn)V波后提取的相干屬性(圖3(b)和3(c))相對與直接從成果數(shù)據(jù)中提取的相干屬性(圖3(a))相比，前者對斷層的分辨能力明顯增強(qiáng)，平面上噪聲干擾明顯降低，剖面上斷點(diǎn)相對清晰。

圖2 區(qū)域構(gòu)造剖面Fig.2 The structural section of research area

圖3 基于原始地震資料和分傾角掃描 的相干屬性對比圖Fig.3 The coherence attribute contrast figure of the original and separated dip scanning seismic data(a)原始地震資料;(b)0°～1°傾角掃描;(c)5°～15°傾角掃描;(d)斷裂特征

同時不同的傾角掃描范圍對不同尺度斷層的識別能力也不同：傾角掃描范圍為0°～1°的相干屬性(圖3(b))明顯對于平緩區(qū)小斷距的斷層(陷落柱)的識別能力較好，但同時對高陡區(qū)的斷層識別能力變差，噪聲干擾明顯增強(qiáng)；相反，傾角掃描范圍為5°～15°的相干屬性(圖3(c))對于高陡區(qū)斷距相對較大的逆斷層識別效果較好，反而是平緩區(qū)的小斷距斷層(陷落柱)基本無法識別。

基于以上認(rèn)識，結(jié)合大小兩種不同的傾角掃描得到的相干屬性來全面的識別全區(qū)斷層，在用原始地震數(shù)據(jù)提取的相干屬性和剖面斷層識別結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)，最終準(zhǔn)確全面的認(rèn)識了全區(qū)斷層，并繪制了目的層斷裂特征圖(圖3(d))。

3 結(jié)論

通過對比以上應(yīng)用效果，發(fā)現(xiàn)將分傾角掃描技術(shù)與三維相干屬性結(jié)合，能夠更全面、更有效地識別斷裂。相比于常規(guī)地震相干解釋技術(shù)，該方法以地層傾角作為導(dǎo)向因素，對于識別特定走向的斷層針對性更強(qiáng)，效果更明顯。同時分傾角掃描的方法又可以根據(jù)地層傾角的不同全面地識別出不同區(qū)域不同尺度的斷層?？偟膩碚f，該方法適用性強(qiáng)、效果明顯，值得在其他工區(qū)推廣。

需要指出的是，本方法在應(yīng)用過程中有以下幾方面需要注意：

1)在傾角估算的過程中，最大傾角和掃描步長的選取對于識別斷層的效果有很大影響，傾角范圍過小，雖然對于小斷層的刻畫更為精細(xì)但地震同向軸的連續(xù)性變差，可能會有一些假象出現(xiàn)；傾角范圍過大，干擾可能減少但對于細(xì)節(jié)刻畫的精細(xì)程度會降低。

2)作者進(jìn)行傾角掃描后，由于本區(qū)構(gòu)造走向較為單一，所以選擇作為導(dǎo)向的傾角體是垂直于構(gòu)造走向的。對于構(gòu)造更為復(fù)雜的區(qū)域，除分傾角掃描外，在濾波時應(yīng)考慮方位信息，從多個方位進(jìn)行濾波再做相干，這樣對于不同走向的斷層識別效果可能更好。

3)分傾角掃描實(shí)質(zhì)上是對原始資料做了某種意義上的濾波用以凸顯其某些不連續(xù)的地震反射特征，濾波難免會損失一些信息或造成一些假象，這些都應(yīng)當(dāng)在后期做好質(zhì)控工作，減少這些因素的影響。

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The application of coherence attribute based on separated dip scanning in fault identification

QIN Rui1， BAI Jun2，ZHENG Chao3，XU Shuang2，ZOU Wen2，MA Cong2，CAO Miao2

(1. The Fourth Oilfield of Sixth Oil Production Plant,Daqing Oilfield,CNPC,Daqing 163114,China； 2.Geophysical Reaserch Institute,BGP,CNPC,Zhuozhou 072751,China; 3. Northwest Gas Field,Southwest Oil and Gasfield Company,CNPC,Mianyang 621000,China)

The development of modern volume attributes has improved the fault identification ability, especially the coherent attributes have been widely used and acquired great effect. However, extracting the coherence attributes from seismic data requires higher S/N ratio, and it is difficult to identify the fault comprehensively without considering the influence of stratigraphic dip. To solve this problem, analysis of separated dip scanning and structure-oriented filtering has been made and then the coherence attributes have been extracted to improve the accuracy of fault identification in this study.

separated dip scanning; structural orient fliter; coherence attribute; fault identification

2015-09-11 改回日期：2015-11-20

秦瑞(1990-)，男，碩士，主要從事地震解釋與儲層預(yù)測方面的工作，E-mail：849887410@qq.com。

1001-1749(2016)05-0656-04

P 631.4

A

10.3969/j.issn.1001-1749.2016.05.13