产状控制蚂蚁追踪技术在p57井区断层解释中的应用

马玉歌

(胜利油田物探研究院,东营 257000 )

0 引言

蚂蚁追踪技术是一项三维地震断层识别方法，可实现三维地震资料中断层的精细解释，近年来已经广泛地应用到断层、裂缝的识别上，李振华[1]的蚂蚁追踪技术在辛34断块解释中的应用;史军[2]的蚂蚁追踪技术在低级序断层解释中的应用;巫波等[3]的蚂蚁追踪技术在缝洞型油藏裂缝预测中应用，主要认为该技术对非连续性细节信息显示更丰富，能够反映出地震数据体不易识别的小断层、裂缝,但在应用过程中也发现了一些技术本身的局限性及地质条件的复杂性;杨瑞召等[4]提出了产状控制蚂蚁体预测微裂缝技术;乐友喜等[5]提出了三参数小波多尺度蚂蚁追踪技术研究与应用，对蚂蚁追踪技术进行了改进;田楠等[6]提出了相干基础上的蚂蚁追踪技术。根据实际工区的地质需求，在区域构造应力场的研究和断层倾角、方位角分析基础上，应用产状控制蚂蚁追踪技术识别研究区断层的解释方法，提高了小断层解释的准确性，解决了油水关系的矛盾。

1 技术基本原理及工作流程

1.1 蚂蚁追踪技术基本原理

蚂蚁算法是由意大利学者Colorni等[3]于20世纪90年代初期通过模拟自然界中蚂蚁集体觅食行为而提出的一种基于种群的启发式仿生进化算法。该技术原理是在地震体设定大量电子“蚂蚁”，让每个“蚂蚁”沿着可能的断面移动，同时发出“信息素”。遇到断面将“信息素”做标记，而对不是断层的不做标记，从而突出断面特征。

1.2 产状控制蚂蚁体追踪技术流程

图1 产状控制蚂蚁体流程图Fig.1 Flav chort of ocaorerce corthrd ant

图2 极坐标图Fig.2 Polar coordinates

产状控制蚂蚁追踪主要包括六个步骤(图1)：①数据体降噪处理；②边界探测；③边界增强；④多参数设置蚂蚁追踪；⑤产状控制蚂蚁追踪；⑥将具有同一趋势面的断层碎片聚类，生成合理的断面，形成断层体。前三步主要是对地震资料进行预处理，第四步是根据研究区的情况设置参数，第五步是软件提供了一个极坐标本图的工具(图2)，应用此工具，可以控制蚂蚁搜索的方向与断层的倾角：在其窗口中选中的部分为蚂蚁所不搜索追踪的部分，如图2窗口中部分选定为灰色，则灰色倾向和倾角方位的断层则不会被记录。通过这个工具可以控制蚂蚁搜索的方向，也是与常规蚂蚁追踪不同之处。本次研究的重点及关键：将设置参数的蚂蚁体，根据倾角、相干及统计结果，在分析区域构造应力场特征的基础上，统计出断层倾向、走向和倾角等产状参数，确定过滤原则[4]。

2 应用实例

P57井位于胜利油田盘河油田的P7大断层以北，油藏属于缓倾单斜背景的断块油藏。研究区为扭张构造，由于南北向拉张力作用，平面上发育了近东西向的大断层，同时在右旋走滑作用下发育一系列与大断层成交角的近南北向小断层[7]。该区断层平面上表现为：近南北走向的小断层与近东西走向的南倾大断层搭接形成墙角式断块，小断块闭合面积小(大多小于0.1 km2)、闭合高度小(30 m～50 m) 、地层倾角2°～10°。在油田滚动勘探中，发现P57井区油水矛盾比较突出(图3(a))：低部位的L58-X102井比高部位的L58-X107井含油性好，且累油较多，同年钻探低部位的L58-X102井累油43 193 t,而高部位的L58-X107井则累油只有4 208 t，并且含水，推测该区可能存在地震剖面上难以识别的小断层。在常规显示地震剖面上同相轴连续性好， 仅①号②号断层在地震剖面上相对易于识别(图3(b))，低序级断层在地震上表现为地震同向轴波形相似性较好，断层倾角(30°～60°)。由于研究区发育难以识别的低序级断层，因此笔者应用产状控制蚂蚁追踪技术，以适应研究区断层的识别及其在平面上的组合关系。

2.1 地震资料预处理

为了获得一个具有清晰断裂痕迹的蚂蚁属性体，首先对原始地震数据体进行去噪，软件中主要有中值滤波、构造平滑、带通滤波等方法，其中构造平滑方法适用于研究区，主要是去除原始地震数据中的随机噪声，从而增强地震反射的连续，同时将断层的边界良好的保存下来；然后进行边界探测，用经过边界探测的数据体作为输入可以显示断层带的细节。在软件中主要有产生混沌体，方差体，倾角偏差等边界探测方法，不同的方法适应不同的地质条件，通过测试，方差体边界探测方法更适用于研究区[8]；最后进行边界增强，边界增强本身是一种体属性滤波器，其目的是进一步提高连续性和分离不同的信号，使得后续的断层提取更加精确。通过边界增强的地震剖面信噪比题高，断层更加清晰(图4)，为蚂蚁体的提取提供借鉴。

2.2 产状控制蚂蚁体追踪

研究区为扭张构造，早期主要受南北拉张作用形成近东西向的高序级断层，后期受右旋走滑作用发育一系列与大断层成交角的近南北向小断层。根据蚂蚁追踪的特点结合胜利油田P57井区的特点，影响蚂蚁追踪效果的主要参数有6个[9](表1)，通过研究区大量的实验分析，选取了适合本区的参数(表1)。

通过分析区域构造应力场特征，得到断层发育空间展布形态，统计出研究区断层走向、倾向和倾角等产状参数信息，图5(a)为一典型的蚂蚁体沿层切片，已显示出p7井区断裂发育特征。但是追踪出的蚂蚁体比较杂乱，根据统计的参数确定过滤原则：研究区地层产状为10°～20°， 断层倾角为30°～60°，在参数设置蚂蚁体基础上，设置倾角和方位角的门槛值，通过极坐标本图滤掉高倾角的层位痕迹以及断层倾角范围(30°～60°)以外的倾角异常及干扰信息，得到的产状控制蚂蚁属性体更好地识别了研究区的断层。合理的产状控制能够抑制层位痕迹，但不会对断裂产生影响。最终得到研究区沙河街组断裂系统合理的产状控制蚂蚁追踪体属性图(图5(b))。

图3 构造图与地震剖面Fig.3 Structural diagram and seismic section(a)沙三下顶面构造图;(b)东西向地震剖面

图4 原始地震资料与边界增强后地震资料对比Fig.4 Comparison of raw and post processed seismic data(a)原始资料；(b)边界增强资料

参数含义特点蚂蚁追踪值初始蚂蚁边界定义蚂蚁的初始分布范围较小时有利于较小时有利于5追踪偏差设置蚂蚁可搜索方向的偏离范围越大越有利于弯曲断层的识别2搜索步长蚂蚁每次搜索的步长步长越大,搜索能力越大,但可能忽略一些细节3允许的非法步长允许搜索超越定义步长的范围越大断裂越连续2必须合法步长搜索路径中必须包含的合法步数越小,断裂搜索越受到限制约不连续2搜索中的门槛值追踪过程中允许非法步数百分比越大,搜索能力越强10

通过对比图5(a)与图5(b)发现，运用产状控制追踪的层属性蚂蚁体平面图不同序级断层显示更清晰，断裂组合更加明确。

常规相干断裂显示较为粗糙，虽然对明显的断裂有反映，但识别小断层效果不佳。而在产状控制蚂蚁体属性平面图上断裂组合比较清晰，P57东部较小的断层也较清晰，反映出了地震同向轴扭动的小断层。可以帮助我们较好地了解特定地质时期断裂的平面展布状态、主要发育规律，从而对研究区的构造特征有准确的认识，减少了复杂地质条件下普通蚂蚁体完成后需要人工干预的时间，提高了识别断层的效率(图6(c))。从P57井区蚂蚁追踪体属性平面图可以看出该区沙三段发育近东向断裂较少，但规模较大，近南北向小断层较为发育，近东西向断层与近南北向断层相交形成有利断块。通过对产状控制蚂蚁体剖面及平面属性图对比分析发现了地震剖面上难以发现的同向轴微扭动的低序级断层(图6(d))：在L58-X107和L58-X102井之间发现一条断距为10 m左右的低序级断层(图6(b),图6(c),图6(d)中②号断层)，说明P58-X107和P58-X102井属于不同的构造断块，解决了P57井区开发中的油水矛盾。该技术有效地指导了研究区小断层的平面及地震剖面解释，新发现了4条小断层(图6(c)、图6(d)②号③号④号⑤号断层)，成功指导了该区滚动及开发井位的部署。在此基础上，在东部新发现小断块上钻探的P7-X80井获得成功投产沙三下初期日产原油11.3 t，取得了良好的滚动效果。

图5 产状控制前后蚂蚁追踪平面图效果对比Fig.5 Comparison of ant tracking plan effects before and after birth control (a)产状控制前;(b)产状控制后

图6 P57井区蚂蚁追踪技术应用前后新老构造对比图Fig.6 Comparison of old and new structure before and after application of ant tracking technique in P57(a)P57井区沙三下顶面构造图(老)；(b)产状控制蚂蚁追踪；(c)P57井区沙三下顶面构造图(新)；(d)地震剖面

3 结论

1)适用条件,产状蚂蚁体蚂蚁追踪技术适用于地层产状复杂的低序级断层发育区。 对地震资料的信噪比要求较高，因此计算蚂蚁体之前需要先对地震资料进行边界增强处理，以提高地震资料的信噪比，进而提高三维蚂蚁体的质量。

2)参数设置比较多,蚂蚁体追踪技术参数设置较多，需要根据研究区断层的产状要素设置参数。

3)断层组合关系清楚,利用产状控制蚂蚁追踪技术得到的蚂蚁属性体可以很好地应用于断裂的平面及剖面解释，可以帮助解释人员快速了解研究区的基本断裂组合特征。

4)新发现多个滚动目标断块,在P57井区的地震资料解释过程中，产状控制蚂蚁追踪技术的应用效果要优于普通蚂蚁追踪等其他地震属性技术，尤其在断裂组合复杂区小断层的识别方面优势明显。