物探技術在渤海西部走滑斷裂帶研究中的應用

張志強，王德英，于海波，陳 平

(中海石油(中國)天津分公司，天津塘沽 300452)

物探技術在渤海西部走滑斷裂帶研究中的應用

張志強，王德英，于海波，陳 平

(中海石油(中國)天津分公司，天津塘沽 300452)

通過多種物探技術參數測試和對比研究，對渤海海域西部走滑斷裂帶進行刻畫；應用海底電纜寬方位采集技術、屬性分析和濾波相干技術，提高了斷裂分析精度和微小斷裂識別能力；利用疊后目標處理技術增強了地震同相軸連續性，提高了斷裂和潛山頂面的成像精度。多種物探方法的應用識別刻畫出了渤海西部海域復雜走滑斷裂帶的構造演化特征，并首次完成新近系右旋走滑位移量分析。

渤海西部；走滑斷裂帶；解釋處理；地震屬性

渤海海域新構造運動活躍，形成了復雜的新近系斷裂系統[1]。大范圍三維地震采集為構造分析和區域研究提供了較為方便的資料基礎，但也給局部目標分析尤其是復雜微小斷裂識別帶來困難。因此需要在地震解釋過程中采取針對性物探技術，提高局部目標研究的精度。尤其在針對特殊地質現象的目標研究中，如何優化現有技術、充分利用和挖掘地震資料潛力是一個急需解決的問題。本文從地球物理解釋人員的角度，利用現有軟硬件資源，探索性地將疊后處理與地震屬性分析相結合，在復雜構造帶斷裂成像方面取得了較好的應用效果，同時針對渤海海域較為罕見的新近系走滑斷裂帶[2]，從地球物理的角度給予了充分的論證和分析。

1 地質概況

研究區位于沙壘田凸起西北部(圖1)，東部緊鄰渤中凹陷，北與南堡凹陷相接。鉆井揭示地層自下而上分別為太古界花崗巖，新生界河流相沉積的館陶組、明化鎮組和第四系地層。研究區內在二維地震資料基礎上部署的探井已在明下段和館陶組均獲得油氣發現，并揭示了本區復雜的構造地質條件。隨著勘探步伐的不斷推進，圍區多個油田的開發證實了本區新近系存在較為活躍的新構造運動，落實構造特征是本區尋找油氣勘探突破面臨的主要問題。

圖1 研究區區域位置

2 寬方位采集技術

研究區早期為二維地震覆蓋，測網密度為1 km×1 km，二維地震資料的排列長度相對較小，不利于本區中深層資料成像，地震資料信噪比較低，斷裂成像效果較差，尤其微小斷層較難識別。圍區在高精度三維資料基礎上已發現多個新近系油田，為加快油氣勘探進程，在本區部署了三維地震資料采集工作。

三維地震部署采用海底電纜采集技術，設計觀測系統為8線4炮176接收點。常規海底電纜采集一般采用2線12炮制，橫向覆蓋次數僅有一次，而本次采集采用8線4炮制，橫向覆蓋次數達到4次，可以有效避免“采集腳印”問題，同時加大了接收方位角范圍。從面元屬性分布圖上看，全區資料偏移距分布比較均勻(圖2)，其單元模板縱橫比為0.16，是海上常規拖纜2炮線3接收線觀測系統的3倍，可接收更多的地下波場信息，地震資料信息更豐富。

從成果數據的對比來看，新采集地震資料信噪比明顯提高，同相軸連續性變好，斷面波歸位比較準確，斷裂切割關系明確，地層接觸關系清楚，尤其是潛山頂面附近多次波被較好的壓制(圖3、圖4)。早期基于二維地震認識，研究區內新近系存在北東走向的斷裂破碎帶，在寬方位三維地震資料基礎上，可以識別出新近系北東走向的走滑斷裂帶(圖5)，整體平面特征為典型走滑斷裂主位移帶及伴生雁列斷層組合樣式。

圖2 觀測系統偏移距及方位角示意圖

圖3 三維海底電纜采集地震剖面

圖4 二維地震剖面

3 相干算法和屬性分析技術

受地震資料品質影響，復雜斷裂帶內主斷層與雁列斷層組合方式和搭接關系不明確。本區目的層系均為河流相沉積，砂泥巖性變化在地震資料上的響應會給微小斷裂研究帶來干擾，尤其在構造復雜區影響會更加嚴重。這里創新應用疊后濾波與傳統相干算法相結合的技術手段，提高復雜斷裂帶成像效果，落實了渤海西部海域首條新近系走滑斷裂帶組合樣式和構造特征。

3.1 疊后濾波相干技術

三維地震相干分析是目前構造解釋工作中最為常用的輔助手段，尤其是在斷裂解釋、火山通道分析中起到十分重要的作用。近幾年間，綜合應用多種算法包括小波變換[3]、幾何結構張量[4]和高階統計量[5]等方法，集成為高精度斷裂成像分析技術，在構造復雜區均獲得較好的應用效果。通過應用常規解釋軟件模塊，將疊后濾波處理作為相干算法前期組合技術，提高了斷裂分析效率，在本區取得了較好的應用效果。

相干算法是基于地震數據道之間固定時窗內相似性的分析方法，但一般沉積地層均不是水平產狀，因此地層傾角的變化會影響到相干計算結果的精度。另一方面地震資料是地下多種地質情況的綜合反映，本區斷裂多為晚期斷裂，產狀和規模較為一致，與地層內不同厚度巖性變化的“調諧現象”一樣[6]，不同級別的斷層也會引起不同頻率的調諧作用。

應用傾角濾波和帶通濾波處理對原始地震數據進行濾波處理：首先消除地震道間由于地層產狀變化而引起的低相干影響，再通過帶通濾波技術，選擇15～45 Hz頻率之間的地震信號作為斷裂成像數據體進行相干計算。從相干切片對比來看(圖5、圖6)，濾波后的相干切片對斷裂帶的成像效果更好，斷層位置更為清晰，尤其是中部低相干區的河道響應變弱，走滑斷裂帶中心位置斷層引起的低相干能量相對集中，斷裂更容易識別。從結果對比上看，經過濾波之后的相干切片對復雜構造帶地震資料的斷裂成像能力有了較大的提高。

3.2 平均信噪比屬性

平均信噪比是一種近似于相干計算的一種算法，根據選擇層位或者時窗的約束，逐道進行相關計算，相鄰道互相關提供信號平方的評價，自相關提供了信號平方加噪音平方的評價，計算多道時窗內中心道的平均信噪比。

本文首次將平均信噪比屬性在斷裂識別分析中進行應用，與相干切片對比分析來看，信噪比屬性能夠較好的反映斷層的平面位置：低信噪比屬性(圖7)多分布在斷裂位置，其橫向的連續性較方差切片(圖5)要好，尤其斷裂帶中部，對典型走滑與伴生雁列斷層的平面分布特征的刻畫更為明確，斷裂細節較方差切片更為清晰。

圖5 原始地震數據相干切片

圖6 傾角濾波數據相干切片

圖7 1000 ms上下20 ms時窗平均信噪比屬性

參與計算時窗長度應滿足相關性算法的穩定性，窗口太小容易受到地層傾角的影響，時窗太大會掩蓋頻率趨勢和異常，一般選擇主波長的兩倍。窗口寬度應該包括足夠的地震道，形成有意義的信號估計，太多的地震道會包括地層橫向變化反射特征也不合適。在嘈音較多的地震反射特征相對均勻的區域，窗口的寬度應該盡量大一些。

4 疊后處理道混波技術及幾何屬性

水平位移量是走滑斷層一個重要的地質參數。針對本區新近系小位移量走滑作用，地層巖性對比和重磁方法很難滿足水平位移量分析的精度要求。應用波形類比的層位自動追蹤技術，對新近系基底形態進行精細刻畫，依據走滑斷層兩盤古構造形態的對應關系，完成了新近系走滑位移量的分析。

4.1 基于道混波處理后層位自動追蹤

疊后處理中的道混波技術可以根據相鄰道之間的相似性對各記錄道進行加權迭加[7]，使相似性好的反射波得到加強，相似性不好的波相對削弱，從而提高信噪比、凈化背景，實現對相鄰地震道進行相干加強的處理效果。

渤海海域地震資料潛山頂面地震反射多為“雙峰一谷”或“雙谷一峰”特征，受多次波影響，自動追蹤解釋方法的應用效果并不理想。應用三維道混波技術，以矩形5×5道進行疊后處理，基于多道加權疊加的計算使得強軸連續性更強(圖8)，對于潛山頂面的強反射特征，應用該技術可以有效增強潛山頂面(圖中箭頭所指的藍色同相軸)地震反射能量，弱化新近系底面上部沉積作用形成的超覆反射特征。在道混波處理之后的地震數據體基礎上，以潛山頂面人工解釋稀疏網格層位作為控制層，應用地震反射能量的相似性在全區展開層位自動追蹤。

圖8 道混波處理后地震剖面

從自動追蹤獲得的潛山頂面形態圖(圖9)來看，研究區構造高部位位于工區中部(圖中淺色為高部位)，追蹤層位上顏色的變化展示了潛山頂面長期遭受風化剝蝕，溝谷分布方向為北西向，與基底形態走向吻合度較差。主走滑斷層在自動追蹤層位上清晰可見，斷面走向近乎一條直線，北東方向橫穿潛山高部位，兩盤峰脊和古河道在斷面兩側水平錯斷明顯，說明本區走滑作用新近系時期依然活躍。

圖9 潛山頂面自動追蹤解釋層位

4.2 幾何類屬性

幾何類屬性是通過計算地震解釋層位上每一個采樣點與周圍采樣點的數學關系計算出來的層位屬性，并通過這樣多點計算出的幾何屬性數值形成一個平面，幾何類屬性包括了傾角、方位角、邊緣檢測和曲率等基于不同算法的多種屬性。本文通過計算潛山頂面的傾角數值呈現出現今基底形態特征，通過構造恢復對比，分析出研究區新近系以來構造運動的活動特征。

道混波處理后的自動追蹤解釋層位為幾何類屬性分析提供了較為客觀的層位基礎。從潛山頂面傾角屬性圖(圖10)分析結果來看：主走滑斷裂斷面位置清晰；潛山頂面地層產狀呈現溝谷相間的特點(對應與屬性圖上亮色與暗色的交替變化)，古溝谷均為北西方向近平行的展布特征，并非繼承潛山頂面形態高點向四周分布；走滑斷層兩盤幾何屬性特征具有較好的對應關系，反映了后期構造運動的平移錯動，可以推斷潛山頂面的背斜形態是新生界水平移動作用推擠形成。從兩盤溝谷的平面錯動位移量來看，整體走滑作用為右旋平移特征，通過計算對應溝谷沿走滑斷層的錯動距離，計算出本區新生界走滑作用平移量為700～800 m。

圖10 潛山頂面傾角屬性平面分布

5 研究成果

多種物探方法的參數實驗和對比分析，為本區復雜走滑斷裂帶構造演化特征研究提供了客觀有效的分析依據。

研究區新近系沉積之前北東走向走滑斷裂已開始活動(圖11下)，呈北東走向，走滑作用形成的多條北西走向溝谷呈近平行展布特征。明化鎮組沉積時期走滑作用依然活躍，形成沿深部線性斷裂分布的北東東展布的雁列斷層組(圖11中)，方差切片上伴生斷裂與主斷層走向的銳角指向呈順時針方向，判定新近系走滑作用為右旋特征。平原組沉積時期，主斷裂依然存在(圖11上)，晚期雁列延伸長度更長，活動更為活躍，工區北段雁列斷層與主走滑斷層呈現切割關系，表明研究區新近系晚期受拉張應力的影響，呈現走滑與拉張作用共存的特點。

圖11 走滑斷裂帶等時相干切片

6 結論

(1)多種物探方法的應用，提高了研究區地震資料分辨能力，增強了對微小斷裂的成像精度，在復雜斷裂帶研究中取得了較好的應用效果，并探索形成了適用于精細斷裂成像的地球物理分析技術。

(2)海底電纜寬方位采集可以有效的提高地震資料品質，對多走向斷裂疊合區地震資料成像具有較大的優勢；濾波相干技術可以有效的去除噪音和沉積間斷影響，有針對性的保留因地層錯斷的地震響應信號，在復雜斷裂帶細節刻畫和微小斷裂識別中具有較好的應用效果。

(3)地震屬性的應用為復雜斷裂帶地震解釋工作提供了有力的輔助技術手段，拓展了地震資料的分辨能力。幾何類屬性在走滑位移量定量分析中的應用是一種創新的研究方法，走滑位移量的確定為渤海海域新構造運動特征分析提供了重要的地質參數，將推進整個區域的新構造運動成因研究進程。

[1] 余一欣,周心懷,徐長貴，等.渤海海域新生代斷裂發育特征及形成機制[J].石油與天然氣地質，2011，32(2)：273-279.

[2] 余一欣,周心懷,徐長貴，等.渤海遼東灣坳陷走滑斷裂差異變形特征[J].石油與天然氣地質，2014，35(5)：632-638.

[3] 王西文,蘇明軍,劉軍迎,等．基于小波變換的地震相干的算法及應用[J]．石油物探，2002,41(3):334-338.

[4] Randen T,Monsen E，Signer C，et a1．Three-dimensional texture attributes for seismic data analysis[J]．Expanded Abstracts of the 70 Annual Internet SEG Meeting，2000：668-671.

[5] 尹成，伍志明，鄧懷群．高階統計量方法在地震勘探中的應用[J]．地球物理學進展，2003，18(3)：546-550.

[6] 胡光義,王加瑞,武士堯．利用地震分頻處理技術預測河流相儲層[J]．中國海上油氣，2005,17(4)：237-240.

[7] 郭西娜.超淺層地震勘探數據處理系統中的混波技術[J].物探化探計算技術，1998，20(4)：316-319.

編輯：吳官生

1673-8217(2015)01-0055-05

2014-07-11；改回日期：2014-10-26

張志強，碩士，物探工程師，1980年生，2006年畢業于中國石油大學(北京)地球探測與信息技術專業，目前主要從事地球物理解釋工作。

國家科技重大專項(2011ZX05023-006-002)資助。

TE111.2

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