基于相干的精细断裂刻画技术在顺北地区的应用

卢志强 王 力 杨瑞召 孟令彬 金圣林

1.中国石化西北油田分公司勘探开发研究院 2.中国矿业大学（北京）地球科学与测绘工程学院

0 引言

塔里木盆地顺北地区奥陶系碳酸盐岩储层与鲁新便[1]等人在塔河地区提出“断溶体圈闭”相似，属于主干断裂控制下经多期岩溶改造形成的缝洞型储层，油气藏埋深普遍大于7 000 m，构造复杂。深大断裂在多期运动和溶蚀作用下，伴生了大量次级断裂，既可能是底部烃源岩通向储层的油气运移通道，也可能产生封闭效应而有利于圈闭的形成，断裂系统是影响碳酸盐岩储层分布的重要因素[2]。

研究顺北地区断裂系统控制碳酸盐岩储层发育机制，总结断裂影响油气成藏规律，对于降低碳酸盐岩勘探风险，制定油气田开发方案具有重要的科学和实践意义[3]。因此，准确清晰地刻画断裂系统成了研究顺北地区碳酸盐岩断裂发育情况、刻画断溶体油藏特征的首要任务。

李树珍[4]等人将GeoEast软件体曲率属性技术应用在塔中、塔北地区，精细刻画断裂及其伴生断裂。刘群[5]等人在塔南地区应用第3代相干技术（C3）和蚂蚁体追踪技术对断裂进行检测，总结了油田斜坡区油气富集的2种模式，即主干断裂上封挡型和分支断裂上倾封挡型，为寻找隐蔽断控缝洞型油藏提供了依据。

而顺北地区奥陶系多发育走滑断层及大倾角的正断层，常规的相干体、蚂蚁体等属性在同相轴错动小及断点不干脆的位置刻画不清楚。为此，笔者尝试以第3代本征相干体（C3）为基础，应用多种滤波、增强手段，并将属性融合的思路贯穿其中，探究并总结在碳酸盐岩复杂构造地区刻画断裂的有效方法。

1 本征相干体计算原理

相干体技术识别岩层横向非均一性、断裂特征和预测裂缝及其发育带较为有效。

第1代互相关算法对地震数据信噪比要求高；第2代相似性相干体抗噪能力强，对大倾角敏感，对大断层分辨率高；第3代本征相干算法是在子空间计算，当信号超过附加的高斯噪音水平时，能将噪音消除掉，在有噪数据中能很好地提高横向分辨率，因此它要比第一代和第二代相干算法效果好，但是受计算参数影响大[6-8]。

第3代本征相干算法在计算相干体时，先选择一个3维分析时窗，该时窗在3维数据体中移动并输出每个样点的相干值。时窗的大小和形状决定了相干计算时地震道和样点的几何分布。假设在1个3维分析时窗中有N道地震数据，J个采样点，用JhN矩阵来表示三维地震数据体。

式中dJN为第N道的第J个采样点。矩阵D的第J行向量dJN=[dJ1dJ2… dJN]，表示3维时窗内地震数据每道的第J个采样点的集合。假设每个3维窗口的数据的平均值为0，则第J个采样点的协方差矩阵为：

如果向量dJ是非零向量，则每个采样点的协方差矩阵dJdT是对称半正定矩阵，有一个非零特征值。整个数据体的协方差矩阵为：

矩阵C的秩由正特征值确定，协方差矩阵C的特征值的数量和相对大小决定了3维时窗内地震数据的自由度。因此，特征值可以定量地描述数据体的变化程度。

基于特征结构的相干计算利用了协方差矩阵C的数值轨迹，由Tr（C）表示。

在第3代本征值相干体技术中，将本征结构相干性定义为3维计算时窗内的主要特征值λ1与总能量的比率EC。

2 应用实例

2.1 区域地质概况

塔里木盆地是历经长期演化的大型叠合复合盆地[9-10]，顺北地区即位于塔里木盆地中部的顺托果勒继承性古隆起上，南北向分别与卡塔克隆起、沙雅隆起相邻，东西向分别与满加尔、阿瓦提拗陷相接（图1）。区域内已发现多套含油气层系，新发现的顺北油田估算资源量达17.0h108t，其中石油12.0h108t，天然气5 000h108m3。研究区的三维地震满覆盖面积302.4 km²。

图1 塔里木盆地顺北地区区域构造位置图

顺北地区碳酸盐岩储层主要发育奥陶系良里塔格组、一间房组和鹰山组。奥陶系岩溶作用发育，受加里东、海西等多期次构造运动作用，区内发育不同尺度和性质的断裂，地质构造十分复杂和独特，碳酸盐岩储层非均质性强。

2.2 技术流程

顺北地区奥陶系碳酸盐岩储层埋深大，构造复杂，深部断裂既可是油气运移通道，也是碳酸盐岩储层改造的重要因素。因此刻画断裂系统十分重要。笔者依次通过滤波技术压制噪音增强断层、第3代相干体刻画断层、相干计算结果再增强、地震属性融合4个步骤来完成对顺北地区的断裂刻画。流程如图2所示。

图2 断裂刻画技术流程图

2.2.1 预处理

顺北地区目标勘探层段深，断裂构造复杂，传统的中值滤波在去噪处理时会大量损伤高陡地层的反射能量，所以引入倾角导向中值滤波对原始地震数据进行滤波处理。处理时沿地震反射界面的倾向和走向，运用中值滤波方法，分离出随机噪音以压制随机干扰，达到增强有效信号的目的。加入倾角约束后的中值滤波很好地保护了断面波，基本不影响高陡地层成像，对断层的识别更为有利（图3-a、3-b）[11]。

然后在倾角导向中值滤波的基础上进行增强断层虑波。同样要考虑地层倾角的变化因素，在滤波的同时保留地层中的不连续信息。经过断层增强处理后，断面更加清晰，断层点更清楚（图3-c）。

图3 地震数据预处理效果对比图

2.2.2 本征相干体计算

本征相干体的计算时窗不是传统的时间值，而是采样数，比如计算时窗为5时，表示在相干计算中使用中心点上下5个采样点的所有样本，即当地震数据采样间隔为2 ms时，实际垂向时窗为20 ms。

从图4中可以发现，选择较大的计算时窗可以压制噪音干扰，大时窗相干体在表现比较连续的构造特征时效果较好，例如大倾角断层、走滑断层等，但是大时窗的相干体会忽略掉微小的断裂及裂缝；而选择较小的计算时窗可以突出小角度的断层以及较小的地层特征，但是受噪音干扰大。采用前文所述的滤波方法可以在一定程度上减少噪音干扰。相干体的有效计算时窗最终应取决于相干体与地震剖面的验证情况。

2.2.3 相干体增强

图4 不同时窗的本征相干体水平切片对比图

通过相干体增强对相干体中的每一个时间切片进行线性加强。正常情况下，计算得到的相干体往往包含一些垂直或水平的条纹状干扰，线性增强在相干数据的基础上，根据数据特征，应用一系列滤波技术，在去噪音的同时强化地震数据的不连续性，以突出显示断层，从而定性预测裂缝的发育程度。笔者应用paradigm软件平台的AFE（Auto Fault Extraction）技术进行相干体线性增强，断层的形态更清晰，效果明显（图5）。

图5 线性增强效果对比图（4 570 ms）

2.2.4 相干体融合

计算相干体时，选择不同的时窗会产生不同的效果。而断层刻画要在保证主要断层形态可靠的前提下，尽量突出断裂细节。笔者对2种断层刻画数据体进行标准化处理，并分配相应的加权系数，通过地震属性融合将2种时窗相干体的有效信息结合在一起。图6-a为优选出来的大时窗第2代相似性相干体，能够表现“断裂骨架”；图6-b为线性增强后的小时窗本征相干体，能够表现“裂缝充填”的断裂带。将这2个相干体进行属性融合得到图6-c，断层细节得到完美呈现，可发现高产井S-1—S-10都位于北东向主干走滑断裂带上。

三维体雕刻可直观理解顺北地区复杂的断裂形态（图7），红色井柱为高产井，蓝色井柱为干井，可见高产井都穿过了断裂带，而干井C-2井在断裂带之外，与顺北地区多年勘探开发的认识完全符合，即该地区油气主要沿着断穿寒武系的走滑断裂带连续充注，断裂控藏特征明显。

图8为相干融合体联井剖面图，对断裂的刻画效果显著，明显可见顺北地区以“Y字形”负花走滑断裂为主，断裂带具有“断溶体”特征（以深大断裂带为核心发生溶蚀扩大），主干断裂控制了条带状的缝洞储集体的发育。

图9在相干融合体剖面上插入了评价A井的钻井油气显示，可见井段7 522～7 686 m的4个含气层和8 158～8 328 m的3个弱含气层与相干异常吻合较好，说明相干属性融合体在碳酸盐岩缝洞型储层预测中的应用效果可靠。

3 结论

图6 目标层段（T74—T76层）平均振幅切片图

图7 相干融合体3维体雕刻显示图

图8 相干融合体联井剖面图

1）地震资料预处理在相干体计算中很重要，合适的滤波、增强方法可以改善断层刻画的效果。

2）将相干技术应用在预测断裂分布时，相干计算时窗的选择非常重要，选择较大的计算时窗可以压制噪音干扰，大时窗相干在表现比较连续的构造特征时效果好，例如大倾角的断层，走滑断层等，但是大时窗的相干体会忽略掉微小的断裂及裂缝；选择较小的计算时窗可以突出小角度的断层以及较小的地层特征。

3）AFE线性增强技术可以在不改变断裂基本形态的条件下，使断层的形态更清晰，揭示裂缝发育带的分布特征，为后续的断层解释工作提供便利。将不同尺度时窗的相干进行属性融合，可以得到大时窗相干为“断裂骨架”，以小时窗相干为“裂缝充填”的断裂带效果，兼具断裂系统的大、小尺度断层信息。

图9 相干融合体A井验证剖面图

4）顺北地区以北东向负花走滑断裂为主，高产井S-1—S-10都位于断裂带上，该地区油气成藏情况与断裂发育有密切联系。