螞蟻?zhàn)粉櫦夹g(shù)在Plutonio油田X區(qū)塊中的應(yīng)用

盧美月, 湯子余, 張永健

(長江大學(xué)石油工程學(xué)院，武漢 430100)

地質(zhì)特征的精細(xì)描述是油氣田勘探和開發(fā)的重點(diǎn)，直接影響著目的層的構(gòu)造形態(tài)及斷裂發(fā)育特征，而斷層解釋的準(zhǔn)確性一直是地質(zhì)研究者面臨的難題。為了克服這種矛盾，提高斷層的解釋精度，縮短斷層解釋周期，螞蟻?zhàn)粉櫦夹g(shù)[1]應(yīng)運(yùn)而生。徐淼[2]用曲率的方法提取的螞蟻體與試油資料匹配較好；張永華等[3]用混沌體技術(shù)提取螞蟻體對(duì)小型砂礫巖體進(jìn)行了描述；隆雨辰等[4]采用螞蟻體與曲率融合屬性進(jìn)行斷層、裂縫的綜合刻畫，可同時(shí)清晰識(shí)別規(guī)模大而連續(xù)的斷層、規(guī)模小且?guī)罘植嫉牧芽p。劉婷等[5]利用基于反褶積廣義S變換的方法對(duì)分頻螞蟻體技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，提高了裂縫檢測的清晰度和精確性。但是較多方法都沒有針對(duì)邊界進(jìn)行邊界加強(qiáng)，導(dǎo)致相近的斷層識(shí)別性不好。

應(yīng)用Petrel軟件對(duì)比了混沌體、方差體和曲率體屬性，來優(yōu)選適合本研究區(qū)的屬性螞蟻體，并進(jìn)行了邊界加強(qiáng)來識(shí)別特殊地層的不連續(xù)性，最后研究了初始邊界對(duì)螞蟻體的影響，對(duì)研究區(qū)的斷層識(shí)別提高了準(zhǔn)確性和速度，為后期的建模提供了有地質(zhì)資料。

1 區(qū)塊概況

Plutonio油田X區(qū)塊位于安哥拉中北部地區(qū)，距盧安達(dá)市西北海域約175 km。油田的O73和O72漸新統(tǒng)儲(chǔ)層分布在一個(gè)大型背斜構(gòu)造上。這個(gè)背斜是鹽體向東(Uranio)和向西(科博爾托)擠出造成的。背斜核部的斷層的走向?yàn)槟媳毕?，一般受控于較老的白堊紀(jì)斷層的再活化作用。到背斜的西部、東部和北部的鹽擠出盆地附近，斷層的密度增大。

Plutonio油田分為兩套開發(fā)層系：O72和O73，目前分為4個(gè)含油小層。其中O73儲(chǔ)層為5～10 m的單層厚層砂巖。O72儲(chǔ)層總厚度為80 m，其中大約50 m厚的砂巖，儲(chǔ)層橫向變化較大。目的層O73細(xì)分為SS1、SS2下、SS2上、SS3小層；O72段為SS4、SS5小層，其中SS2下、SS2上、SS3、SS5是工區(qū)內(nèi)的主要含油氣層段。

2 螞蟻?zhàn)粉櫦夹g(shù)的基本原理

常規(guī)地震資料解釋對(duì)工作人員的經(jīng)驗(yàn)要求較高，花費(fèi)時(shí)間長，并且還可能存在遺漏斷層解釋的風(fēng)險(xiǎn)。隨著油田開發(fā)技術(shù)的發(fā)展，斯倫貝謝公司在Petrel軟件[6-8]中研制了“螞蟻?zhàn)粉櫵惴ā?。這種復(fù)雜的屬性算法，克服了人工解釋的主觀性，有效地提高了復(fù)雜斷層的解釋精度，為油氣田的開發(fā)提供了準(zhǔn)確的地質(zhì)資料。

螞蟻算法[9]是一種來尋找最優(yōu)路徑的概率學(xué)算法，最早由Marco Dorigo于1992年在他的博士論文中提出，其靈感來源于螞蟻尋找食物的選路行為。螞蟻在尋找食物的途中，會(huì)釋放一種荷爾蒙信息素，其他的螞蟻通過前面的螞蟻釋放的荷爾蒙信息素來選擇尋找食物的路線，最終找到最優(yōu)尋食路線[10-11]。螞蟻算法的基本原理就是創(chuàng)造出無數(shù)的“電子螞蟻”，用“電子螞蟻”選擇的行走路徑作為一個(gè)問題的可行解，“電子螞蟻”在“前電子螞蟻”釋放的“信息素”的基礎(chǔ)上，不斷尋求新的可行解，最后構(gòu)成一個(gè)巨大的解空間，從而找到問題的最優(yōu)解。制作螞蟻體的參數(shù)[12]具體如表1所示。

3 螞蟻體追蹤流程及對(duì)比試驗(yàn)

3.1 操作流程

螞蟻體的操作流程[12]主要分為4個(gè)部分，即地震數(shù)據(jù)的處理、邊界探索、邊界加強(qiáng)和斷層提取[13]。

(1)地震數(shù)據(jù)處理：主要有中值濾波(median filtering)、高斯空間濾波(gaussian spatial filtering)、構(gòu)造平滑(structural smooth)等。對(duì)地震數(shù)據(jù)做的是構(gòu)造平滑處理，有效地降低了噪聲影響，增強(qiáng)了地震同相軸的連續(xù)性。

(2)邊界探索：主要有混沌體[14](chaos)、方差體[15](variance)和3D最大曲率(maximum curvature)3種?；煦珞w是測量缺少傾角和方位角組織結(jié)構(gòu)的一種估算方法，可以用來進(jìn)行斷層和裂縫的成像以及地震雜亂特征的分類；方差體是在地震數(shù)據(jù)中估算局部方差，對(duì)一些地層沉積特征都有良好的反映；3D最大曲率是指結(jié)構(gòu)單元的最大或者最小偏轉(zhuǎn)，可以用來消除地震數(shù)據(jù)的分層，并且突出地震數(shù)據(jù)的不連續(xù)性。筆者對(duì)以上3種方法均進(jìn)行了探索。

(3)邊界加強(qiáng)：采用3D邊界加強(qiáng)(edge enhancement)突出特殊地層的不連續(xù)性。

(4)斷層提?。赫{(diào)整參數(shù)，生成螞蟻體，并提取斷片。

3.2 方法對(duì)比試驗(yàn)

方法流程首先是對(duì)地震數(shù)據(jù)進(jìn)行構(gòu)造平滑預(yù)處理，如圖1所示，然后在此基礎(chǔ)上分別提取方差體屬性、混沌體屬性和最大曲率屬性。最后利用方差體屬性和最大曲率屬性直接生成螞蟻體，而混沌體屬性先做了3D邊界加強(qiáng)處理，后生成螞蟻體，結(jié)果如圖2～圖4所示。通過對(duì)比發(fā)現(xiàn)，混沌體屬性提取的螞蟻體最佳，可以清楚地看清工區(qū)范圍內(nèi)的斷層走向，可以為之后的斷層解釋提供理論依據(jù)，而通過方差體和最大曲率屬性制作的螞蟻體識(shí)別小斷裂的能力很強(qiáng)，但是它的分辨率很低，導(dǎo)致斷裂十分嘈雜，不利于該區(qū)塊的斷層識(shí)別。

表1 螞蟻體各參數(shù)定義[12]Table 1 Definitions of Ant Parameters[12]

圖1 構(gòu)造平滑前后地震對(duì)比Fig.1 Seismic contrast map before and after structural smoothing

圖2 混沌體屬性提取的螞蟻體等時(shí)切片(t=3 600 ms)Fig.2 Isochronic slices of ants extracted from chaotic body attributes(t=3 600 ms)

圖3 最大曲率屬性提取的螞蟻體等時(shí)切片(t=3 600 ms)Fig.3 Isochronic slices of ants extracted from maximum curvature attributes(t=3 600 ms)

圖4 方差體屬性提取的螞蟻體等時(shí)切片(t=3 600 ms)Fig.4 Ant isochronal slices extracted from variance volume attributes(t=3 600 ms)

地質(zhì)工作人員研究表明，北部鼻狀凸起的東西兩側(cè)都發(fā)育一系列斷距較大正斷層，東部地區(qū)被3條南北向的東掉正斷層切割。中部背斜核部和翼部發(fā)育正斷層，斷層走向?yàn)楸北睎|向和近南北向，除東部的一個(gè)斷層斷距較大外，其他小斷層斷距一般較小(10～20 m)。由圖5可知，從混沌體屬性提取的螞蟻體解釋斷層來看，與人工解釋的斷層基本相符，其結(jié)果具有可信度。

IL為主測線；XL為聯(lián)絡(luò)線圖5 地震體與融合體識(shí)別斷層對(duì)比Fig.5 Comparison of fault recognition between seismic body and fusion body

3.3 參數(shù)對(duì)比試驗(yàn)

螞蟻?zhàn)粉櫦夹g(shù)的關(guān)鍵是螞蟻體參數(shù)的合理選擇，主要包括初始邊界、螞蟻?zhàn)粉櫰?、螞蟻步長、允許的無效步長、需要的有效步長數(shù)和停止標(biāo)準(zhǔn)。通過前人的研究可以發(fā)現(xiàn)除初始邊界外，其余幾項(xiàng)的常用值在各地域的適用值均相差不大。經(jīng)過合理設(shè)計(jì)，初步把螞蟻?zhàn)粉櫰?、螞蟻步長、允許的無效步長、需要的有效步長數(shù)和停止標(biāo)準(zhǔn)分別定義為2、4、2、2、10。研究初始邊界對(duì)螞蟻體的影響，共設(shè)計(jì)了值為2、4、6、8的4組試驗(yàn)，結(jié)果如圖6所示?？梢钥闯?，初始邊界的參數(shù)定義得越小，斷層越清晰，越有利于小斷層的識(shí)別，當(dāng)初始邊界過大時(shí)，則不能很好地呈現(xiàn)出斷裂的發(fā)育情況。綜合區(qū)塊的地質(zhì)特征和螞蟻體的常用值，最后定義初始邊界的取值為3。

IL為主測線；XL為聯(lián)絡(luò)線圖6 初始邊界參數(shù)Fig.6 Initial boundary parameters

為了更好地分析研究區(qū)的斷層，把螞蟻體和地震體進(jìn)行了融合，并和常規(guī)方法進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果如圖7所示，從融合圖可以看出，螞蟻體解釋的西部斷層的斷裂特征異常清晰，可靠程度大。較常規(guī)方法比，邊界加強(qiáng)的螞蟻體對(duì)斷裂的識(shí)別能力更強(qiáng)且更有連續(xù)性。為了驗(yàn)證斷層的可靠性，提取了螞蟻體的等時(shí)切片(t=3 700 ms)，結(jié)果如圖8所示，由螞蟻體人工解釋的斷層，在螞蟻體的等時(shí)切片上得到了較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可見，利用提取混沌體和3D邊界增強(qiáng)得到的螞蟻體，對(duì)本研究區(qū)斷層的識(shí)別提供了可靠的技術(shù)支持。

IL為主測線；XL為聯(lián)絡(luò)線圖7 地震體與螞蟻體的融合Fig.7 Fusion of seismic body and ant body

圖8 斷層解釋與螞蟻體等時(shí)切片(t=3 700 ms)對(duì)比Fig.8 Comparison between fault interpretation and between fusion body and ant isochronal section (t=3 700 ms)

4 結(jié)束語

(1)螞蟻?zhàn)粉櫦夹g(shù)在斷裂和裂縫識(shí)別具有較大優(yōu)勢，利用螞蟻?zhàn)粉櫦夹g(shù)得到的螞蟻體對(duì)斷層的沿層和剖面解釋的適用性好，較大克服了人工解釋的主觀性，有效地提高了復(fù)雜斷層的解釋精度，為油氣田的開發(fā)提供了準(zhǔn)確的地質(zhì)資料。

(2)在螞蟻體追蹤技術(shù)的諸多方法中，提取不同的屬性具有不同的應(yīng)用效果，通過對(duì)比分析現(xiàn)在較多應(yīng)用的方差體，混沌體和最大曲率屬性提取的螞蟻體，找到了適用于Plutonio油田X區(qū)塊的斷裂識(shí)別方法，與人工解釋斷層基本符合，證實(shí)了斷層預(yù)測結(jié)果的可靠性。

(3)當(dāng)初始邊界的參數(shù)定義的越小，斷層越清晰，越有利于小斷層的識(shí)別，當(dāng)初始邊界過大時(shí)，則不能很好地呈現(xiàn)出斷裂的發(fā)育情況。而其他的參數(shù)在廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上，在常用值范圍內(nèi)影響不是很大。

(4)地震體與螞蟻體的融合技術(shù)能夠彌補(bǔ)單個(gè)屬性體的缺陷，更有利于對(duì)斷層的識(shí)別。但是，融合技術(shù)在融合之前要考慮單屬性的特點(diǎn)，選取響應(yīng)強(qiáng)烈的屬性進(jìn)行融合。