基于多属性的断层综合解释技术研究_钟学彬

第31卷增刊Vol.31Supplement

新疆地质

XINJIANGGEOLOGY

2013年12月Dec.2013

文章编号:1000-8845(2013)增刊-087-04

中图分类号:P542.3文献标识码:A

基于多属性的断层综合解释技术研究

钟学彬,刘军,王鹏,魏华动,刘尚军

(西北油田分公司勘探开发研究院物研二所,新疆乌鲁木齐830011)

要:研究区受多期次构造活动控制,走滑断层、微小断层发育,断层倾角陡立、断距小,使得常规解释技术不能

满足要求。介绍了多属性断层解释方法,包括沿层面属性:倾角方位角、曲率、边缘检测,体属性:相干体、蚂蚁体的算法原理及敏感参数。比较各属性,优选出相干+曲率+蚂蚁体的最佳属性组合,检测断层平面分布。结合剖面响应进行走滑及微小断层解释及闭合,利用三维立体显示,对断层合理性及展布进行评价;实现对工区断层的合理有效解释。

关键词:断层解释;倾角方位角;曲率;边缘检测;相干蚂蚁体;三维可视化

1工区概况

顺××三维工区位于塔中Ⅰ号断裂带下盘,顺托果勒低隆东南部与古城墟隆起西段结合部位的斜坡带上。受多期构造作用影响,区域走滑逆冲断层较发育,倾角较陡立、断距较小、小断层多。断裂形成期次分4期:加里东早期、加里东中期、加里东晚—海西早期、海西晚期。实钻井显示,工区内储层有利区与加里东中期断裂活动带关系密切,构造破裂作用能有效改善储层物性,为岩溶及其它溶蚀作用提供条件。工区内断层发育多期次走滑断层、小断层多,深部碳酸盐岩非均质性强、反射特征多样。这些因素使单一方法不能有效识别出断层,本文基于多属性的断层识别方法,进行综合解释研究。

g=

ZZ,h=(2)

式中:θ为倾角;∂为方位角;Zi为追踪层位的Z8和Z2两点间距。

Δx为x方向Z6和Z4两点间距;Δy为y方向to值;

倾角方位角能放大断层微小变化,识别同相轴

扭曲而无明显错断的小断层[5],效果比相干技术好。其对断层的检测效果受层位追踪质量控制,层位数据需内插,不能做平滑处理。图1-a是顺×三维T74倾角方位角平面属性图,可见主断裂呈NE向展布,次

测、识别的过程,突出影像的不连续性,用不同算法

目前断层解释方法有:①沿层地震属性识别。探测沿层倾角变化。边缘检测包括对原始影像的某包括沿层相干、倾角方位角、曲率、边缘检测属性等;个采样点与其周围样点做对比,具体算法见图2。E②地震属性体识别。包括相干体、方差体、蚂蚁体、点处(x,y)为样点,对其周围3×3的点集进行计算[2]:曲率体、波形分形技术等;③等时切片、三维可视化x=(C+2F+K)-(A+2D+G)

y=(A+2B+C)-(G+2H+K)技术等。

2.1倾角方位角技术

沿层倾角方位角是倾角、方位角的综合属性,通过对层位数据计算求得。Z1~Z9表示landmark解释的层位网格周围9个to数据值,沿层倾角和方位角定义如下所示[1]:

g

(1)∂=tan-1θ=

1+g+h边缘检测技术对断层识别,是寻找图像中变化

较剧烈的像素位置。图1-b为顺××三维T74顶面边缘检测属性平面图。在断层发育处,明显断开呈凹坑状,两共轭断裂剪切作用下形成的小断层也较清晰。2.3曲率面技术

曲率是在二维上描述曲线上某点弯曲程度和特

edge=x2+y2

(3)

2断层识别技术

级断裂与主断裂接触关系较清楚。2.2边缘检测技术

边缘检测是对地震反射终止形式(断层)进行探

收稿日期:2013-08-07;修订日期:2013-08-18;作者E-mail:[email protected]

第一作者简介:钟学彬(1986-),男,四川简阳人,工程师,2008年毕业于西南石油大学资源勘查工程专业,从事地震资料综合解释及

储层预测研究

88新疆地质2013年

图1顺××

三维

T74倾角方位角平面属性(a)、边缘检测属性平面图(b)、沿层曲率平面图(c)

及沿层相干属性平面图(d)4

Fig.1Shun××3DT7dipandazimuthplaneproperties(a),edgedetectionplane

properties(b),curvatureplaneproperties(c)andAFEplaneproperties(d)

图1-c为顺××三维T74沿层计算的曲率平面图,除了刻画出5条主干断层外,微断层和微幅度构造已经能够清晰地显示出来,为小断裂的精细研究提供了可靠的参考依据。2.4本征相干技术

相干技术是计算相邻地震道之间的相似性,分析地层、岩性在同相轴横向上的变化,识别断层、褶皱及其它构造现象。相邻道之间相似性越好,相干系数越大;反之,则相干系数越小,表明可能存在断层等。

图2边缘检测计算原理

Fig.2Edgedetectiontheory

对于给定方式组合的j道地震数据,本征算法首先要定义协方差矩阵C[4]。

C(p,q)=

n+N/2

征的参数,与曲线y=f(x)的二阶导数相关,其数学表达式为[3]:

|d2y|

||||dx式中:ujm=uj(mΔt-pxj-qyj),为对应的地震数

æu1mu1m...u1mujmö

çuu...uu÷

jmjmøm=n-N/2èjm1m

(5)

K

(4)

据;p和q为视倾角。

由于式(5)中的协方差矩阵是对称的半正定矩阵,当原始数据矩阵的元素不全为零时,可计算其j个非负特征值[4]。本征相干体的相干值为:

第31卷增刊钟学彬等:基于多属性的断层综合解释技术研究89

C=

式中:C——矩阵能量;

λ

Jj=1

λj

(6)

利用Paradigm软件计算相干,结果受3个参数控制:即时间孔径、空间孔径、倾角限制方式[2]。①时间孔径。为相干运算的时间长度,对于厚层地质体半个波长即可,薄层地层体则需一个波长适宜。②空间孔径。为运算时单次参与计算的地震道数量,值越小运算越快。③倾角限制方式。即沿不同倾角方位限定计算方向,它是对地震道方向倾角方位角综合计算求得。

相干技术对断点清晰、规模较大的断层较有效,对断距小于地震分辨率和地震响应只有同相轴扭曲或振幅微小变化的断层,识别效果不佳(图1-d)。相干响应受地震反射能量影响,强能量处常显示模糊,弱-中能量具较好的相干显示。2.5蚂蚁体追踪技术

蚂蚁算法是在地震断据体中散播大量电子“蚂蚁”,“蚂蚁”沿着可能的断裂痕迹向前移动,若遇到断裂将用“信息素”做出明显标记,否则将不做标记或做不太明显的标记,以指导其他“蚂蚁”的追踪[6]。蚂蚁体算法的质量控制参数有:

初始边界它代表蚂蚁的密度,即在数据体内设置的蚂蚁数量。对不同级别的断裂,设置参数不同,边界值在2~8即可。

拐弯能力对于陡立断层,不需要设置大的拐弯参数,但倾斜变化的断裂,则值越大效果越好。

步长反映蚂蚁探测的距离,值越大计算速度越快,但可能忽略小断层。因此,若工区小断层发育,则需设置较小步长值。

图3为顺××三维工区蚂蚁体沿T7层面属性图,

4

λ1——最大特征值。

图3顺××三维T74沿层蚂蚁体属性平面图

Fig.3Shun××3DT74antplaneproperties

图4顺××三维工区某断层三维空间展布图Fig.4Shun××3Dfaultdistributionin3D

spatial

3应用及效果分析

工区内断层解释采用以下技术步骤:①利用相干数据体提取相干属性,找出工区内断点明显的大断层;②对层位数据进行倾角方位角、边缘检测、曲率属性运算,检测出在地震剖面上产生同相轴扭曲的区带,多为小断层的响应;③利用蚂蚁体计算,寻找小断层及裂缝发育区;④平面剖面结合,落实在平面有响应的断层在剖面上是否有相应特征,分析断裂性质,进行解释组合,保证断层闭合;⑤三维立体显示,进一步评价断层的合理性及展布特征。

利用上述技术对顺××三维工区T30~T90断层解释,发现工区内主要发育NE向走滑断裂,共解释出

深色为断层发育区,主干断裂刻画明显,对裂缝能进行初步识别,但刻画出的裂缝分布区较模糊,相关参数需进一步研究。2.6三维可视化技术

三维可视化技术在landmark的geoprobe模块中实现,既能解释断层,也可对断层导入显示。将已解释完的成果,加载到可视化系统中,可直接观察空间上断层的接触关系,判断断层解释的合理性。图4为顺××三维工区某断层三维空间展布图,可见发育NE向雁列式走滑断层。

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主干断裂5条,次级断层约300余条,断裂延伸长度大,断距较小,普遍在50m以内,倾角约65°~85°。断裂在平面上呈共轭状分布(图5),将其分为红、粉、蓝3组:红色为NNE向走滑断裂,加里东中期—海西早期持续活动;粉色为NEE向断裂,加里东中期活动为主;深蓝色为NWW向断裂,加里东早期活动为主(图6)。加里东中期走滑断裂切穿基底,沿断裂带可能发育风化壳岩溶,加里东晚—海西早期再次强列活动,对储层再次改造,利于海西期油气运聚。断裂带附近是下一步有利勘探目标。

研究发现,各断层检测属性具以下特点:①沿层面属性,包括倾角方位角、边缘检测、曲率等,操作简单、计算时间短,对层位数据要求高。三者对断层检测效果相近,以曲率面属性最优,能有效识别小断层;②本征相干技术对断点刻画清晰,对大断层识别效果好,但受地震反射能量影响,小断层识别效果不理想。参数对检测结果影响不大,但计算时间较长;

图6顺××三维断层剖面图

Fig.6Shun××3Dseismicprofiles

③蚂蚁体可反映断层展布,但断层连续性差,检测效果受参数影响大,对裂缝识别需进一步优化。④三维立体显示,对识别断层展布和检测具较好效果。

4结论

(1)多属性断层综合解释能克服单一属性局限性,最大程度识别出各类型断层;

(2)层位数据和计算参数对断层识别效果具控制作用,应选取精确解释层位和优选各参数;

(3)不同工区,需结合剖面特征建立适当的属性组合进行断层解释。

图5顺××三维断层平面分布图

Fig.5Shun××3Dfault

distribution

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TheStudyofFaultInterpretationTechnologyBasedonMultiAttribute

ZhongXuebin,LiuJun,WangPeng,WeiHuadong,LiuShangjun

(ResearchInstituteofPetroleumExploration&Production,SINOPECNorthwestCompany,

Urumqi,Xinjiang,830011,China)

Abstract:Thestudyareawascontrolledbymultiperiodtectonicactivities,strikeslip、minor、highsteep、shortdisplace-mentfaultsaredevelopment.sotheconventionalinterpretationtechniquesdonotmeettherequirements.Thispaperre-searchaboutmultipleattributeforfaultinterpretation:introducesthekindsofmethods,includingalongthelevelattri-bute、dipandazimuth、curvature、edgedetection、3Dattribute、thealgorithmprincipleandthesensitiveparametersofco-herentandantbody.Comparedeachattribute,Ifigureoutthreepoints:1、thecombinationofcoherency+curvature+ant

bodyisthemostusefulfordetectingfaultdistribution;2、combiningplaneattributeandseismicprofilestomakesurefaultclosed;3、using3Dviewer,toevaluatetherationalityandthedistributionoffaults;andfinallyrealizethereason-ableandeffectivefaultexplanation.

Keywords:Faultinterpretation;Dipandazimuth;Curvature;Edgedetection;Coherency;ant;3Dvisualization


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