馬玉歌

(勝利油田物探研究院,東營(yíng) 257000 )

0 引言

螞蟻?zhàn)粉櫦夹g(shù)是一項(xiàng)三維地震斷層識(shí)別方法，可實(shí)現(xiàn)三維地震資料中斷層的精細(xì)解釋，近年來已經(jīng)廣泛地應(yīng)用到斷層、裂縫的識(shí)別上，李振華[1]的螞蟻?zhàn)粉櫦夹g(shù)在辛34斷塊解釋中的應(yīng)用;史軍[2]的螞蟻?zhàn)粉櫦夹g(shù)在低級(jí)序斷層解釋中的應(yīng)用;巫波等[3]的螞蟻?zhàn)粉櫦夹g(shù)在縫洞型油藏裂縫預(yù)測(cè)中應(yīng)用，主要認(rèn)為該技術(shù)對(duì)非連續(xù)性細(xì)節(jié)信息顯示更豐富，能夠反映出地震數(shù)據(jù)體不易識(shí)別的小斷層、裂縫,但在應(yīng)用過程中也發(fā)現(xiàn)了一些技術(shù)本身的局限性及地質(zhì)條件的復(fù)雜性;楊瑞召等[4]提出了產(chǎn)狀控制螞蟻體預(yù)測(cè)微裂縫技術(shù);樂友喜等[5]提出了三參數(shù)小波多尺度螞蟻?zhàn)粉櫦夹g(shù)研究與應(yīng)用，對(duì)螞蟻?zhàn)粉櫦夹g(shù)進(jìn)行了改進(jìn);田楠等[6]提出了相干基礎(chǔ)上的螞蟻?zhàn)粉櫦夹g(shù)。根據(jù)實(shí)際工區(qū)的地質(zhì)需求，在區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的研究和斷層傾角、方位角分析基礎(chǔ)上，應(yīng)用產(chǎn)狀控制螞蟻?zhàn)粉櫦夹g(shù)識(shí)別研究區(qū)斷層的解釋方法，提高了小斷層解釋的準(zhǔn)確性，解決了油水關(guān)系的矛盾。

1 技術(shù)基本原理及工作流程

1.1 螞蟻?zhàn)粉櫦夹g(shù)基本原理

螞蟻算法是由意大利學(xué)者Colorni等[3]于20世紀(jì)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(jìn)化算法。該技術(shù)原理是在地震體設(shè)定大量電子“螞蟻”，讓每個(gè)“螞蟻”沿著可能的斷面移動(dòng)，同時(shí)發(fā)出“信息素”。遇到斷面將“信息素”做標(biāo)記，而對(duì)不是斷層的不做標(biāo)記，從而突出斷面特征。

1.2 產(chǎn)狀控制螞蟻體追蹤技術(shù)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(biāo)圖Fig.2 Polar coordinates

產(chǎn)狀控制螞蟻?zhàn)粉欀饕鶄€(gè)步驟(圖1)：①數(shù)據(jù)體降噪處理；②邊界探測(cè)；③邊界增強(qiáng)；④多參數(shù)設(shè)置螞蟻?zhàn)粉櫍虎莓a(chǎn)狀控制螞蟻?zhàn)粉?；⑥將具有同一趨?shì)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(duì)地震資料進(jìn)行預(yù)處理，第四步是根據(jù)研究區(qū)的情況設(shè)置參數(shù)，第五步是軟件提供了一個(gè)極坐標(biāo)本圖的工具(圖2)，應(yīng)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(huì)被記錄。通過這個(gè)工具可以控制螞蟻搜索的方向，也是與常規(guī)螞蟻?zhàn)粉櫜煌帯１敬窝芯康闹攸c(diǎn)及關(guān)鍵：將設(shè)置參數(shù)的螞蟻體，根據(jù)傾角、相干及統(tǒng)計(jì)結(jié)果，在分析區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)特征的基礎(chǔ)上，統(tǒng)計(jì)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(yīng)用實(shí)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(gòu)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(shí)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(dòng)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(cè)該區(qū)可能存在地震剖面上難以識(shí)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(hào)②號(hào)斷層在地震剖面上相對(duì)易于識(shí)別(圖3(b))，低序級(jí)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(shí)別的低序級(jí)斷層，因此筆者應(yīng)用產(chǎn)狀控制螞蟻?zhàn)粉櫦夹g(shù)，以適應(yīng)研究區(qū)斷層的識(shí)別及其在平面上的組合關(guān)系。

2.1 地震資料預(yù)處理

為了獲得一個(gè)具有清晰斷裂痕跡的螞蟻屬性體，首先對(duì)原始地震數(shù)據(jù)體進(jìn)行去噪，軟件中主要有中值濾波、構(gòu)造平滑、帶通濾波等方法，其中構(gòu)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(jī)噪聲，從而增強(qiáng)地震反射的連續(xù)，同時(shí)將斷層的邊界良好的保存下來；然后進(jìn)行邊界探測(cè)，用經(jīng)過邊界探測(cè)的數(shù)據(jù)體作為輸入可以顯示斷層帶的細(xì)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(cè)方法，不同的方法適應(yīng)不同的地質(zhì)條件，通過測(cè)試，方差體邊界探測(cè)方法更適用于研究區(qū)[8]；最后進(jìn)行邊界增強(qiáng)，邊界增強(qiáng)本身是一種體屬性濾波器，其目的是進(jìn)一步提高連續(xù)性和分離不同的信號(hào)，使得后續(xù)的斷層提取更加精確。通過邊界增強(qiáng)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(gòu)造，早期主要受南北拉張作用形成近東西向的高序級(jí)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?zhàn)粉櫟奶攸c(diǎn)結(jié)合勝利油田P57井區(qū)的特點(diǎn)，影響螞蟻?zhàn)粉櫺Ч闹饕獏?shù)有6個(gè)[9](表1)，通過研究區(qū)大量的實(shí)驗(yàn)分析，選取了適合本區(qū)的參數(shù)(表1)。

通過分析區(qū)域構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)特征，得到斷層發(fā)育空間展布形態(tài)，統(tǒng)計(jì)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(jì)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(shè)置螞蟻體基礎(chǔ)上，設(shè)置傾角和方位角的門檻值，通過極坐標(biāo)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(shí)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(huì)對(duì)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?zhàn)粉欝w屬性圖(圖5(b))。

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

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

參數(shù)含義特點(diǎn)螞蟻?zhàn)粉欀党跏嘉浵佭吔缍x螞蟻的初始分布范圍較小時(shí)有利于較小時(shí)有利于5追蹤偏差設(shè)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(shí)別2搜索步長(zhǎng)螞蟻每次搜索的步長(zhǎng)步長(zhǎng)越大,搜索能力越大,但可能忽略一些細(xì)節(jié)3允許的非法步長(zhǎng)允許搜索超越定義步長(zhǎng)的范圍越大斷裂越連續(xù)2必須合法步長(zhǎng)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(qiáng)10

通過對(duì)比圖5(a)與圖5(b)發(fā)現(xiàn)，運(yùn)用產(chǎn)狀控制追蹤的層屬性螞蟻體平面圖不同序級(jí)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(duì)明顯的斷裂有反映，但識(shí)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(dòng)的小斷層?？梢詭椭覀冚^好地了解特定地質(zhì)時(shí)期斷裂的平面展布狀態(tài)、主要發(fā)育規(guī)律，從而對(duì)研究區(qū)的構(gòu)造特征有準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)，減少了復(fù)雜地質(zhì)條件下普通螞蟻體完成后需要人工干預(yù)的時(shí)間，提高了識(shí)別斷層的效率(圖6(c))。從P57井區(qū)螞蟻?zhàn)粉欝w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(duì)產(chǎn)狀控制螞蟻體剖面及平面屬性圖對(duì)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(dòng)的低序級(jí)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(jí)斷層(圖6(b),圖6(c),圖6(d)中②號(hào)斷層)，說明P58-X107和P58-X102井屬于不同的構(gòu)造斷塊，解決了P57井區(qū)開發(fā)中的油水矛盾。該技術(shù)有效地指導(dǎo)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(hào)③號(hào)④號(hào)⑤號(hào)斷層)，成功指導(dǎo)了該區(qū)滾動(dòng)及開發(fā)井位的部署。在此基礎(chǔ)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(dòng)效果。

圖5 產(chǎn)狀控制前后螞蟻?zhàn)粉櫰矫鎴D效果對(duì)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?zhàn)粉櫦夹g(shù)應(yīng)用前后新老構(gòu)造對(duì)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(gòu)造圖(老)；(b)產(chǎn)狀控制螞蟻?zhàn)粉櫍?c)P57井區(qū)沙三下頂面構(gòu)造圖(新)；(d)地震剖面

3 結(jié)論

1)適用條件,產(chǎn)狀螞蟻體螞蟻?zhàn)粉櫦夹g(shù)適用于地層產(chǎn)狀復(fù)雜的低序級(jí)斷層發(fā)育區(qū)。 對(duì)地震資料的信噪比要求較高，因此計(jì)算螞蟻體之前需要先對(duì)地震資料進(jìn)行邊界增強(qiáng)處理，以提高地震資料的信噪比，進(jìn)而提高三維螞蟻體的質(zhì)量。

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

3)斷層組合關(guān)系清楚,利用產(chǎn)狀控制螞蟻?zhàn)粉櫦夹g(shù)得到的螞蟻屬性體可以很好地應(yīng)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(gè)滾動(dòng)目標(biāo)斷塊,在P57井區(qū)的地震資料解釋過程中，產(chǎn)狀控制螞蟻?zhàn)粉櫦夹g(shù)的應(yīng)用效果要優(yōu)于普通螞蟻?zhàn)粉櫟绕渌卣饘傩约夹g(shù)，尤其在斷裂組合復(fù)雜區(qū)小斷層的識(shí)別方面優(yōu)勢(shì)明顯。