物探技术在渤海西部走滑断裂带研究中的应用

张志强，王德英，于海波，陈 平

(中海石油(中国)天津分公司，天津塘沽 300452)

物探技术在渤海西部走滑断裂带研究中的应用

张志强，王德英，于海波，陈 平

(中海石油(中国)天津分公司，天津塘沽 300452)

通过多种物探技术参数测试和对比研究，对渤海海域西部走滑断裂带进行刻画；应用海底电缆宽方位采集技术、属性分析和滤波相干技术，提高了断裂分析精度和微小断裂识别能力；利用叠后目标处理技术增强了地震同相轴连续性，提高了断裂和潜山顶面的成像精度。多种物探方法的应用识别刻画出了渤海西部海域复杂走滑断裂带的构造演化特征，并首次完成新近系右旋走滑位移量分析。

渤海西部；走滑断裂带；解释处理；地震属性

渤海海域新构造运动活跃，形成了复杂的新近系断裂系统[1]。大范围三维地震采集为构造分析和区域研究提供了较为方便的资料基础，但也给局部目标分析尤其是复杂微小断裂识别带来困难。因此需要在地震解释过程中采取针对性物探技术，提高局部目标研究的精度。尤其在针对特殊地质现象的目标研究中，如何优化现有技术、充分利用和挖掘地震资料潜力是一个急需解决的问题。本文从地球物理解释人员的角度，利用现有软硬件资源，探索性地将叠后处理与地震属性分析相结合，在复杂构造带断裂成像方面取得了较好的应用效果，同时针对渤海海域较为罕见的新近系走滑断裂带[2]，从地球物理的角度给予了充分的论证和分析。

1 地质概况

研究区位于沙垒田凸起西北部(图1)，东部紧邻渤中凹陷，北与南堡凹陷相接。钻井揭示地层自下而上分别为太古界花岗岩，新生界河流相沉积的馆陶组、明化镇组和第四系地层。研究区内在二维地震资料基础上部署的探井已在明下段和馆陶组均获得油气发现，并揭示了本区复杂的构造地质条件。随着勘探步伐的不断推进，围区多个油田的开发证实了本区新近系存在较为活跃的新构造运动，落实构造特征是本区寻找油气勘探突破面临的主要问题。

图1 研究区区域位置

2 宽方位采集技术

研究区早期为二维地震覆盖，测网密度为1 km×1 km，二维地震资料的排列长度相对较小，不利于本区中深层资料成像，地震资料信噪比较低，断裂成像效果较差，尤其微小断层较难识别。围区在高精度三维资料基础上已发现多个新近系油田，为加快油气勘探进程，在本区部署了三维地震资料采集工作。

三维地震部署采用海底电缆采集技术，设计观测系统为8线4炮176接收点。常规海底电缆采集一般采用2线12炮制，横向覆盖次数仅有一次，而本次采集采用8线4炮制，横向覆盖次数达到4次，可以有效避免“采集脚印”问题，同时加大了接收方位角范围。从面元属性分布图上看，全区资料偏移距分布比较均匀(图2)，其单元模板纵横比为0.16，是海上常规拖缆2炮线3接收线观测系统的3倍，可接收更多的地下波场信息，地震资料信息更丰富。

从成果数据的对比来看，新采集地震资料信噪比明显提高，同相轴连续性变好，断面波归位比较准确，断裂切割关系明确，地层接触关系清楚，尤其是潜山顶面附近多次波被较好的压制(图3、图4)。早期基于二维地震认识，研究区内新近系存在北东走向的断裂破碎带，在宽方位三维地震资料基础上，可以识别出新近系北东走向的走滑断裂带(图5)，整体平面特征为典型走滑断裂主位移带及伴生雁列断层组合样式。

图2 观测系统偏移距及方位角示意图

图3 三维海底电缆采集地震剖面

图4 二维地震剖面

3 相干算法和属性分析技术

受地震资料品质影响，复杂断裂带内主断层与雁列断层组合方式和搭接关系不明确。本区目的层系均为河流相沉积，砂泥岩性变化在地震资料上的响应会给微小断裂研究带来干扰，尤其在构造复杂区影响会更加严重。这里创新应用叠后滤波与传统相干算法相结合的技术手段，提高复杂断裂带成像效果，落实了渤海西部海域首条新近系走滑断裂带组合样式和构造特征。

3.1 叠后滤波相干技术

三维地震相干分析是目前构造解释工作中最为常用的辅助手段，尤其是在断裂解释、火山通道分析中起到十分重要的作用。近几年间，综合应用多种算法包括小波变换[3]、几何结构张量[4]和高阶统计量[5]等方法，集成为高精度断裂成像分析技术，在构造复杂区均获得较好的应用效果。通过应用常规解释软件模块，将叠后滤波处理作为相干算法前期组合技术，提高了断裂分析效率，在本区取得了较好的应用效果。

相干算法是基于地震数据道之间固定时窗内相似性的分析方法，但一般沉积地层均不是水平产状，因此地层倾角的变化会影响到相干计算结果的精度。另一方面地震资料是地下多种地质情况的综合反映，本区断裂多为晚期断裂，产状和规模较为一致，与地层内不同厚度岩性变化的“调谐现象”一样[6]，不同级别的断层也会引起不同频率的调谐作用。

应用倾角滤波和带通滤波处理对原始地震数据进行滤波处理：首先消除地震道间由于地层产状变化而引起的低相干影响，再通过带通滤波技术，选择15～45 Hz频率之间的地震信号作为断裂成像数据体进行相干计算。从相干切片对比来看(图5、图6)，滤波后的相干切片对断裂带的成像效果更好，断层位置更为清晰，尤其是中部低相干区的河道响应变弱，走滑断裂带中心位置断层引起的低相干能量相对集中，断裂更容易识别。从结果对比上看，经过滤波之后的相干切片对复杂构造带地震资料的断裂成像能力有了较大的提高。

3.2 平均信噪比属性

平均信噪比是一种近似于相干计算的一种算法，根据选择层位或者时窗的约束，逐道进行相关计算，相邻道互相关提供信号平方的评价，自相关提供了信号平方加噪音平方的评价，计算多道时窗内中心道的平均信噪比。

本文首次将平均信噪比属性在断裂识别分析中进行应用，与相干切片对比分析来看，信噪比属性能够较好的反映断层的平面位置：低信噪比属性(图7)多分布在断裂位置，其横向的连续性较方差切片(图5)要好，尤其断裂带中部，对典型走滑与伴生雁列断层的平面分布特征的刻画更为明确，断裂细节较方差切片更为清晰。

图5 原始地震数据相干切片

图6 倾角滤波数据相干切片

图7 1000 ms上下20 ms时窗平均信噪比属性

参与计算时窗长度应满足相关性算法的稳定性，窗口太小容易受到地层倾角的影响，时窗太大会掩盖频率趋势和异常，一般选择主波长的两倍。窗口宽度应该包括足够的地震道，形成有意义的信号估计，太多的地震道会包括地层横向变化反射特征也不合适。在嘈音较多的地震反射特征相对均匀的区域，窗口的宽度应该尽量大一些。

4 叠后处理道混波技术及几何属性

水平位移量是走滑断层一个重要的地质参数。针对本区新近系小位移量走滑作用，地层岩性对比和重磁方法很难满足水平位移量分析的精度要求。应用波形类比的层位自动追踪技术，对新近系基底形态进行精细刻画，依据走滑断层两盘古构造形态的对应关系，完成了新近系走滑位移量的分析。

4.1 基于道混波处理后层位自动追踪

叠后处理中的道混波技术可以根据相邻道之间的相似性对各记录道进行加权迭加[7]，使相似性好的反射波得到加强，相似性不好的波相对削弱，从而提高信噪比、净化背景，实现对相邻地震道进行相干加强的处理效果。

渤海海域地震资料潜山顶面地震反射多为“双峰一谷”或“双谷一峰”特征，受多次波影响，自动追踪解释方法的应用效果并不理想。应用三维道混波技术，以矩形5×5道进行叠后处理，基于多道加权叠加的计算使得强轴连续性更强(图8)，对于潜山顶面的强反射特征，应用该技术可以有效增强潜山顶面(图中箭头所指的蓝色同相轴)地震反射能量，弱化新近系底面上部沉积作用形成的超覆反射特征。在道混波处理之后的地震数据体基础上，以潜山顶面人工解释稀疏网格层位作为控制层，应用地震反射能量的相似性在全区展开层位自动追踪。

图8 道混波处理后地震剖面

从自动追踪获得的潜山顶面形态图(图9)来看，研究区构造高部位位于工区中部(图中浅色为高部位)，追踪层位上颜色的变化展示了潜山顶面长期遭受风化剥蚀，沟谷分布方向为北西向，与基底形态走向吻合度较差。主走滑断层在自动追踪层位上清晰可见，断面走向近乎一条直线，北东方向横穿潜山高部位，两盘峰脊和古河道在断面两侧水平错断明显，说明本区走滑作用新近系时期依然活跃。

图9 潜山顶面自动追踪解释层位

4.2 几何类属性

几何类属性是通过计算地震解释层位上每一个采样点与周围采样点的数学关系计算出来的层位属性，并通过这样多点计算出的几何属性数值形成一个平面，几何类属性包括了倾角、方位角、边缘检测和曲率等基于不同算法的多种属性。本文通过计算潜山顶面的倾角数值呈现出现今基底形态特征，通过构造恢复对比，分析出研究区新近系以来构造运动的活动特征。

道混波处理后的自动追踪解释层位为几何类属性分析提供了较为客观的层位基础。从潜山顶面倾角属性图(图10)分析结果来看：主走滑断裂断面位置清晰；潜山顶面地层产状呈现沟谷相间的特点(对应与属性图上亮色与暗色的交替变化)，古沟谷均为北西方向近平行的展布特征，并非继承潜山顶面形态高点向四周分布；走滑断层两盘几何属性特征具有较好的对应关系，反映了后期构造运动的平移错动，可以推断潜山顶面的背斜形态是新生界水平移动作用推挤形成。从两盘沟谷的平面错动位移量来看，整体走滑作用为右旋平移特征，通过计算对应沟谷沿走滑断层的错动距离，计算出本区新生界走滑作用平移量为700～800 m。

图10 潜山顶面倾角属性平面分布

5 研究成果

多种物探方法的参数实验和对比分析，为本区复杂走滑断裂带构造演化特征研究提供了客观有效的分析依据。

研究区新近系沉积之前北东走向走滑断裂已开始活动(图11下)，呈北东走向，走滑作用形成的多条北西走向沟谷呈近平行展布特征。明化镇组沉积时期走滑作用依然活跃，形成沿深部线性断裂分布的北东东展布的雁列断层组(图11中)，方差切片上伴生断裂与主断层走向的锐角指向呈顺时针方向，判定新近系走滑作用为右旋特征。平原组沉积时期，主断裂依然存在(图11上)，晚期雁列延伸长度更长，活动更为活跃，工区北段雁列断层与主走滑断层呈现切割关系，表明研究区新近系晚期受拉张应力的影响，呈现走滑与拉张作用共存的特点。

图11 走滑断裂带等时相干切片

6 结论

(1)多种物探方法的应用，提高了研究区地震资料分辨能力，增强了对微小断裂的成像精度，在复杂断裂带研究中取得了较好的应用效果，并探索形成了适用于精细断裂成像的地球物理分析技术。

(2)海底电缆宽方位采集可以有效的提高地震资料品质，对多走向断裂叠合区地震资料成像具有较大的优势；滤波相干技术可以有效的去除噪音和沉积间断影响，有针对性的保留因地层错断的地震响应信号，在复杂断裂带细节刻画和微小断裂识别中具有较好的应用效果。

(3)地震属性的应用为复杂断裂带地震解释工作提供了有力的辅助技术手段，拓展了地震资料的分辨能力。几何类属性在走滑位移量定量分析中的应用是一种创新的研究方法，走滑位移量的确定为渤海海域新构造运动特征分析提供了重要的地质参数，将推进整个区域的新构造运动成因研究进程。

[1] 余一欣,周心怀,徐长贵，等.渤海海域新生代断裂发育特征及形成机制[J].石油与天然气地质，2011，32(2)：273-279.

[2] 余一欣,周心怀,徐长贵，等.渤海辽东湾坳陷走滑断裂差异变形特征[J].石油与天然气地质，2014，35(5)：632-638.

[3] 王西文,苏明军,刘军迎,等．基于小波变换的地震相干的算法及应用[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，邓怀群．高阶统计量方法在地震勘探中的应用[J]．地球物理学进展，2003，18(3)：546-550.

[6] 胡光义,王加瑞,武士尧．利用地震分频处理技术预测河流相储层[J]．中国海上油气，2005,17(4)：237-240.

[7] 郭西娜.超浅层地震勘探数据处理系统中的混波技术[J].物探化探计算技术，1998，20(4)：316-319.

编辑：吴官生

1673-8217(2015)01-0055-05

2014-07-11；改回日期：2014-10-26

张志强，硕士，物探工程师，1980年生，2006年毕业于中国石油大学(北京)地球探测与信息技术专业，目前主要从事地球物理解释工作。

国家科技重大专项(2011ZX05023-006-002)资助。

TE111.2

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