塔北地区多期走滑断裂地球物理响应特征及精细识别

李凤磊 林承焰 张国印 任丽华 朱永峰 张银涛 关宝珠

摘要：通过对野外地质露头考察、无人机扫描、探地雷达探测、岩心观察、成像测井资料综合分析，建立塔北地区走滑断裂地质模式。根据塔北地区不同地层特点，分析多期走滑断裂与不同时期地层组合关系。针对不同的地层岩相背景下的走滑断裂特征，分析对应的地球物理响应特征，为小断距、小位移的走滑断裂识别提供依据。结果表明：加里东中晚期，在挤压应力作用下区域走滑断裂形成，发育X型共轭断裂和单剪切断裂，其中NNE向走滑断裂为左旋，NNW向走滑断裂为右旋；由于挤压应力差异分布，沿主干断裂方向寒武系膏盐岩滑脱面形成线性压扭隆起和平移错断的特点，结合膏盐岩层强地震反射特征，主干断裂可识别性强；中上奥陶统走滑断裂走向与古地貌趋势具有一致性；由于北部表层岩溶暴露期长，研究区形成大量的残丘、暗河、古水系，破坏了浅层断裂特征，而南部斜坡区暴露时间短，岩溶缝洞体主要沿断裂发育，断控岩溶缝洞体与基岩波阻抗存在较大差异，增强了断裂的可识别特征；海西期NNW方向、喜山期NNE方向发育单剪切走滑断裂，主要沿加里东中期断裂继承性发育，碎屑岩地层不整合面断距特征明显，平面上表现为雁列特征，剖面可见负花状构造。

关键词：探地雷达； 走滑断裂； 岩溶缝洞； 多属性分析； 塔北地区

中图分类号：P 631   文献标志码： A

文章编号：1673-5005（2024）03-0001-14   doi：10.3969/j.issn.1673-5005.2024.03.001

Characteristics of geophysical response and fine identification of multi-stage strike-slip fault  in Tabei area

LI Fenglei1，2，3， LIN Chengyan1，2，3， ZHANG Guoyin1，2，3， REN Lihua1，2，3， ZHU Yongfeng4， ZHANG Yintao4， GUAN Baozhu4

（1.State Key Laboratory of Deep Oil and Gas， China University of Petroleum （East China）， Qingdao 266580， China；

2.Shandong Key Laboratory of Oil Reservoir Geology， Qingdao 266580， China；

3.School of Geosciences in China University of Petroleum （ East China）， Qingdao 266580， China；

4.Research Institute of Petroleum Exploration and Development， Tarim Oilfield Company， PetroChina， Korla 841000， China）

Abstract： Through the comprehensive analysis of field geological outcrop inspection， UAV scanning， ground penetrating radar（GPR）， core observation， and imaging logging data， a geological model of fault-controlled karst cavern in Tabei area was established. According to the characteristics of different strata in Tabei area， the relationship between multi-stage strike-slip faults and strata combination in different periods have been studied. According to the characteristics of strike-slip faults under different stratigraphic lithofacies backgrounds， the corresponding geophysical response characteristics are analyzed， which provides a basis for the identification of strike-slip faults with small fault throw and small distance of displacement. The results show that in the Middle to Late Caledonian， regional strike-slip faults formed under extrusive stress， developing X-shaped conjugate faults and single shear faults， with NE and NNE-oriented strike-slip faults being left-lateral slip and NNW-oriented faults being right-lateral slip. Due to the differential distribution of extrusive stresses， the linear compressional-torsional uplift and translational misfracture of the slip surface of the Cambrian gypsum-salt rocks along the direction of the trunk fracture， combined with the strong seismic reflection characteristics of the plutonic salt formation， the PDZ of slip fault is highly identifiable. The strike of the Middle and Upper Ordovician strike-slip fractures is consistent with palaeotopographic trends. A large number of remnant hills， underground karst conduits and ancient water systems have formed in the study area as a result of the long period of surface karst exposure in the north， destroying the shallow fault features. In contrast， the southern slope area is short exposed， karst reservoirs are mainly developed along the slip fault， and there are large differences in wave impedance between fault-controlled karst reservoirs and carbonate bedrock， enhancing the identifiable characteristics of the fault. Single-shear strike-slip faults develop in the NNW direction in the Hercynian period and the NNE direction in the Himalayan period， mainly along the inherited development of the mid-Caledonian fault， and the unconformity of the clastic stratigraphy forms a distinctive break-spacing feature， which has an echelon in the spatial distribution， with negative flower structure visible in the section.

Keywords： ground penetrating radar（GPR）; slip faults; karst-fracture cave; multi-attribute analysis; Tabei area

塔里木盆地是典型的克拉通盆地，盆内中奥陶世末开始发育的走滑断裂，具有多期继承性发育的特征，部分断裂自新近系贯穿至寒武系，不同时期地层岩相差异与断裂交会形成独特的地质特征［1-6］。加里东中晚期碳酸盐岩地层的差异暴露造成岩溶缝洞发育有明显分段性［7-12］，表现为地震响应特征的差异。喜山期塔北地区走滑断裂局部继承性发育，剖面呈负花状构造，平面具有雁列特征，地震响应特征明显［13］。国内外学者对走滑断裂的发育的特征和识别标志做了大量的研究工作［14-18］。传统断裂识别技术主要是通过突出同相轴差异性来突出断裂特征［19-21］，近年深度学习识别断裂技术的应用［22-24］，为断裂识别提供了新的研究思路。但是，针对塔里木盆地不同层系的断裂响应特征与多种地质因素匹配关系尚未厘清，且当前研究对象大多针对奥陶系断裂且采用单一的技术手段识别，未考虑各种地质因素对地震响应特征的影响，限制了研究区断裂识别精度的提高。笔者选择哈拉哈塘—金跃—跃满研究区，其岩溶缝洞和走滑断裂类型几乎涵盖了塔里木盆地所有的类型。通过地质露头、钻井分析、地质分析、正演试验等手段，提出多层系走滑断裂地球物理响应特征与其地质因素的匹配关系。确立针对不同层系的走滑断裂响应特征及理论依据，明确采用地球物理手段精细识别多期断裂的技术方案，完成塔里木盆地多期走滑断裂识别算法适应性分析，建立不同地质背景下的走滑断裂精细刻画研究思路。

1 区域地质背景

塔里木盆地是一个完整的克拉通盆地，与中国另外两大海相克拉通盆地相同，其内部均发育中小尺度滑移距走滑断裂，普遍具有“纵向分层，平面分段，垂向多期叠加”的空间结构特征（图1）。塔里木盆地具有古老的陆壳基底和多次沉降隆升的复杂构造演化史，内部走滑断裂体系形成时间早，演化时间长，在盆地北部具有“南北对接、东西分区”特征［1］。

塔里木盆地在寒武纪总体为海相沉积环境，这一时期地层的隆升与沉降造成地形上西高东低，形成了以炭质泥岩、硅质泥岩、灰岩、白云岩、膏盐岩等多种岩性为主的地层，导致地层具有一定的塑性，挤压状态下易发生滑脱和压扭［6］，成局部挤压隆起特点。奥陶纪主要发育碳酸盐岩和泥岩地层，且由于构造运动，沉积间断期碳酸盐岩地层发生大范围暴露。奥陶纪塔里木板块位于赤道附近，降水充沛，可发生大范围的岩溶，断裂发育极大促进了岩溶作用，形成断缝洞共存的现象［12］。志留—石炭纪时期，塔里木盆地持续隆升，总体为浅海环境，主要为海相碎屑岩地层及局部的碳酸盐岩台地，未形成大规模溶蚀，这一时期断裂与地层形成较明显的错断特征。三叠—古近纪，虽然经历了海西晚期运动、印支运动、燕山运动、喜马拉雅运动，但是塔北—塔中作为主体未受到大的破坏，期间发生冲积扇-扇三角洲-湖泊沉积［13］，形成连续的碎屑岩沉积地层，这一时期断裂对地层形成较明显的错断。

2 塔北地区走滑断裂发育模式

塔北地区多期构造应力变化是走滑断裂发育关键因素，中奥陶世末塔里木克拉通与西南缘西昆仑地体发生拼合，结合U-Pb定年与地震解析限定盆内走滑断裂在这一时期形成［2］，通过连接生长为主的多种非安德森破裂机制形成不断连接加长的 “小位移”长断裂，受控于区域与局部应力场、先存基底构造与岩相差异，造成了走滑断裂的多样性［3-4］。研究区在加里东中晚期受到近南北向挤压应力作用，形成典型的X型共轭断裂，NNE向走滑断裂为左旋，NNW向走滑断裂为右旋，前人研究认为该时期走滑断裂的形成受控于基底结构非均一性与原特提斯洋闭合消减带来的挤压作用力，张扭断裂为加里东中期走滑断裂后期活化产生的同向走滑断层剪切分支断裂或张性破裂断裂，其形成受控于不同时期盆地周缘洋盆消减闭合［25］；海西晚期研究区部分NNW向走滑断裂沿晚加里东中晚期断裂继承性发育，其中南部走滑断裂带的雁裂特征明显强于北部的走滑断裂带；燕山期—喜马拉雅早期，研究区北部靠近克拉通盆地边缘，应力强，部分NNE向走滑断裂沿加里东中期断裂继承性发育，由于应力变化，形成右旋张扭性断裂，普遍发育负花状构造（图1）。

在塔里木盆地西北部，发育多个奥陶系地层的地质露头，古生界地层大范围暴露，从卫片和现场均可见典型的走滑断裂特征（图2（a））。露头区可见奥陶系重要的造礁生物瓶筐石化石（图2（b）），同时在塔北哈拉哈塘地区热普7井取芯也钻遇了相同的生物化石（图2（c）），进一步证明露头区地质年代及地层特征与研究区一致［26］。将前人对塔里木盆地露头走滑断裂的研究成果与塔里木盆地油气地质勘探解释的奥陶系走滑断裂成果综合分析，认为露头区走滑断裂系统与研究区系统有很强的相似性。勘探结果表明，研究区奥陶系走滑断裂断距、滑移距都较小，且存在共轭剪切的现象。在露头位置选择时，避开皮羌走滑等新生代大位移断裂，将奥陶系断裂清晰的硫磺沟断裂作为研究对象（图2（a））。

硫磺沟主要发育有蓬莱坝组、鹰山组、大湾沟组地层。卫片上可以看到露头区地层被走滑断裂特征切开，但是断开距离较小（图3（a）），认为属于弱走滑断裂。

通过实地探勘测得该区断裂及裂缝倾角在70～90°之间，形成不同规模的裂缝组合发育的典型裂缝带的特征。塔北地区在奥陶系一间房组多钻遇高角度裂缝（图3（d）），其中哈803井连续获取2 m高陡构造缝岩心（图3（f）），大量成像测井资料也显示，断裂附近以高角度裂缝为主（图3（g））。无人机扫描结果显示，硫磺沟发育NE、NW两组断裂，其中NW向断裂破碎程度和溶蚀程度较高，局部可形成小型峡谷和冲沟（图3（c），图3（h））。

NW向部署探地雷达测线（图3（c）），探测无人机无法扫描到的断裂。测线一侧山体 （图3（d））与探地雷达剖面解释结果一致性好（图3（e）），将断裂解释结果投影在无人机扫描图像上，获取了露头区断裂的水平分布特征（图3（c））。无人机扫描范围最大长度在与勘探工区YueM5-5井钻遇的分支断裂长度相似，从整体来看，该露头应该是走滑断裂其中一个分支断裂形成的裂缝带，基于此露头建立的模式可以作为走滑断裂带一个局部特征。基于以上分析，制作了该露头断裂及裂缝带的发育模式（图3（h））。

3 多期走滑断裂地球物理响应特征

研究区存在多期断裂，根据断裂与地层组合特征，可以分为岩溶背景断裂特征和非岩溶背景断裂特征。岩溶背景断裂特征，主要是在奥陶系一间房至良里塔格组沉积末期区域岩溶背景下，从塔北—顺北—塔中走滑断裂处的地层岩溶作用影响强烈，使得断裂处地球物理响应特征差异很大，具有强分段性。非岩溶背景断裂特征，主要表现为多期走滑断裂与地层岩相组合不受岩溶作用的影响，断裂在膏盐岩层、不整合面等强反射界面形成突变的地球物理特征。

3.1 岩溶背景断裂特征

在特殊的应力作用下，奥陶系走滑断裂高陡、水平位移小、垂向断距较小。根据地震波传播规律，地震波这种情况下不会反射回地面，需要通过地层反射界面的不连续性来识别断裂，小断距的特征又导致同相轴错开位移小，采用常规的反射信息识别奥陶系走滑断裂存在困难。奥陶系碳酸盐岩地层围岩的岩石物理性质稳定，地层波阻抗较大，缝洞体与围岩形成较大的波阻抗差异，形成较强的绕射现象，经过偏移收敛之后，缝洞体的地震响应特征表现为强振幅的“串珠”状地震相（图4），在深层信号较弱的情况下，这种强振幅是识别断控岩溶缝洞体的重要特征。由于岩溶缝洞体发育受断裂带的影响较大，在排除表层岩溶的影响情况下，采取合适的方法可以借助这种强振幅特征识别研究区奥陶系中浅层的走滑断裂。

加里东中晚期岩溶主要发育3期，一间房组沉积间断期、良里塔格组沉积间断期、桑塔木沉积间断期（图5）。其中一间房组沉积间断期岩溶地震响应特征最能反映断裂的展布特征，特别是研究区南段，暴露时间短，岩溶缝洞体主要沿断裂发育［15］，岩溶缝洞解释结果可以直接作为断裂带解释依据。由于北段持续地表暴露时间较长，岩溶缝洞发育较好，局部出现喀斯特地貌的特征［16］，导致表层岩溶特征杂乱，很难反映断裂的展布特征，需要对这些区域进一步分析，依据地质成因优选合适的技术手段辅助断裂解释。

3.1.1 潜山-断控岩溶区断裂解释依据

潜山-断控岩溶区断裂是岩溶缝洞体发育的重要因素，潜山区主要发育表层暴露岩溶带、渗流带、径流带，暴露岩溶期较长，表层断裂的特征不明显（图6（a））。主要表现为：表层岩溶发育受古地貌影响，古地貌河流沟谷发育受多条断裂和地势的影响，不能作为解释的直接依据，只能作为断裂大致区域分析；垂直渗流带是流体的渗流通道，主要受垂向断缝的连通情况影响，规律不明显，地震响应特征也不明显；径流带属于流体聚集后沿连通的管道输导的结果，水流大，沿主断裂发育方向流动趋势大，会在局部形成较大的岩溶缝洞体；这些缝洞体在地震响应上具有连续性的特点，可以作为断裂识别的依据。

3.1.2 顺层-断控岩溶区走滑断裂解释依据

顺层-断控岩溶区具有沿不整合面溶蚀的特征，一间房组顶面附近发育顺层暗河网络系统，该暗河网络系统受古地貌控制，不能反映断裂特征，但是会给断裂识别带来较大的干扰。顺层岩溶之下主要发育断控岩溶，该岩溶体系在一间房组断控岩溶期的基础上进一步发育，能反映断裂特征，局部裂缝发育区会存在岩溶扩充的特点，平面上表现为中等振幅的特征（图6 （b）），水平方向多连续发育，可以反映裂缝带的走向，间接辅助断裂解释。

3.1.3 层间-断控-台缘叠加区走滑断裂解释依据

层间-断控-台缘叠加区主要是在一间房组暴露期岩溶之后，地层沉降导致良里塔格组发育大型礁滩相，沉积末期地表再次暴露，古地貌作为岩溶主控因素（图6 （c））。这一时期局部区域明河深切至良里塔格底部，会对走滑断裂的地震响应造成影响，该区断裂解释主要是规避这一响应特征的影响。

3.1.4 断控岩溶区走滑断裂解释依据

断控岩溶区主要是在一间房组岩溶之后，吐木休克组和良里塔格组沉积阶段较稳定，根据沉积特点分析该段位于深水区域，未发育礁滩相，在良里塔格组岩溶期该区局部短暂暴露或者不暴露，因此岩溶特点较单一，主要以一间房组形成的断控岩溶为主，通过一间房组顶面岩溶属性就可以反映断裂的展布特征（图6 （d））。

3.2 非岩溶背景断裂特征

3.2.1 寒武系膏盐岩层走滑断裂表现特征

研究区在中晚加里东形成大范围的走滑断裂系统，U-Pb定年与地震解释都可以证实［2］。根据走滑断裂系统断至基底的特征［18］，有针对性地开展走滑断裂基底的分析工作。在对研究区断裂解释过程中发现，哈拉哈塘西北部在晚加里东—海西期形成了一组北东向弧形逆冲断裂（图7（a）①）。由于该断裂的存在，奥陶系地层在地震同相轴表现为明显的错断特征，但是这一特征延续至寒武系膏盐岩层消失。转而表现为明显的挤压变形特征，且膏盐岩层以下整个断裂在地震资料上无法解释（图7（b）①）。

奥陶系岩溶地层走滑断裂的主位移段在寒武系地层也表现为线性分布的微幅挤压隆升构造（图7（b））。结合前人对寒武系地层研究［6］，寒武系膏盐岩地层在区域广泛存在。由此认为在挤压环境下，中上奥陶统走滑断裂表现为沿主位移带、分支断裂及断控岩溶共同存在的断缝岩溶带，而在寒武系膏盐岩层会在主位移带位置形成挤压滑脱特征（图7（c））。

基于以上认识，结合研究区走滑断裂高角度发育特点，借助走滑断裂在寒武系形成的地层特征，使用曲率属性为主的手段（图7（d），Kpos为正曲率，Kneg为负曲率，K为曲率）来辅助解释压扭区走滑断裂的主位移段（图7（e）），从而明确走滑断裂区域特征，再进一步结合其他手段实现走滑断裂的精细解释。由于区域应力与局部应力有一定的差异，局部区域挤压作用不明显。断裂发育则以平移剪切为主，地层多表现为水平位移或者破碎为主，地震资料主要表现为局部不连续，需要借助相干属性来辅助解释这一断裂特征。

3.2.2 中生界碎屑岩地层走滑断裂表现特征

相对于岩溶地层断裂被岩溶作用破坏的情况，中生界碎屑岩地层断裂较为简单，平面特征主要表现为雁行断裂，由于区域走滑断裂小断距的特点，导致局部地层错断不明显，需要采用一定的技术手段来突出反映断裂的同相轴错断特征，进而更精细地识别非岩溶地层断裂。中生界非岩溶地层走滑断裂的地球物理响应特征见图8。

基于以上分析，总结了塔北地区不同地层岩相背景下研究区不同区域的走滑断裂与地层的组合特征、地球物理响应特征及断裂识别的思路，根据这一研究思路开展针对研究区多期走滑断裂精细识别技术分析（表1）。

4 基于成因认识的走滑断裂识别手段及适用性分析

4.1 地震资料目标处理

4.1.1 三参数小波提频

小波在分析信号时具有“变焦“功能，可很好地刻画信号的局部特征，小波变换结果与小波基的选择关系紧密。三参数小波是可调参的小波基，对地震资料分频处理有更好的适用性［27］。通过三参数小波提频之后，地震资料同相轴更加清晰（图9（a）），特别是对寒武系膏盐岩层断裂响应特征和非岩溶地层走滑断裂响应特征的增强方面，效果显著。

4.1.2 保边平滑滤波

对岩溶走滑断裂而言，在提频的基础上，通过优化保边平滑算法，提高地震资料断裂响应特征，尽量减少缝洞体影响，可以有效辅助地震精细解释，但是在局部岩溶较强的区域，滤波后岩溶缝洞体综合响应边界增强，对强岩溶附近的分支断裂识别造成不利影响（图9（a））。对非岩溶缝洞走滑断裂而言，保边平滑滤波，可以很好地突出同相轴的错断特征，对早海西期、燕山—喜山期断裂识别具有很好的帮助。

4.2 属性优选

4.2.1 特征值相干

通常情况下断裂发育对地层的连续性造成破坏，在地震资料上表现为同相轴的不连续，相干体属性就是反映地层的不连续性［28］。从不同地层的断裂特征来看，通过调整合理时窗，相干算法可以精确识别非岩溶地层断裂的走向，但是对岩溶地层断裂来讲，只有吐木休克地层与一间房组顶不整合的响应为明显稳定的同相轴，岩溶缝洞响应计算的相干结果可以大致反映断裂的走向，其余大部分地层没有明显的反射界面，且岩溶作用强，导致相干特征杂乱，识别效果较差（图10（c））。因此相干计算主要应用于岩溶地层主干断裂特征及非岩溶地层断裂的识别。采用第三代相干技术，具有较好的分辨率。要用好相干属性，除了用合适的表征公式以外，时窗大小和位置也非常关键，特别是在潜山岩溶发育区，尽量避开不整合面岩溶区，一般时窗选择起始位置在一间房顶界面100 m以下。

4.2.2 最大正曲率

根据前面分析的地层断裂特征，寒武系地层走滑断裂的表现形式是同相轴向上突出，存在明显的曲率异常，这一异常特征是挤压环境造成的，曲率表现为正曲率。因此通过计算正曲率可以很好地反映出这一地层走滑断裂的平面图展布特征（图10（b））。

4.2.3 振幅张量梯度

岩溶地层走滑断裂的地震响应特征与岩溶缝洞体的响应特征是相互影响的，在这种情况下，缝洞体形成的绕射叠加的能量分布特征可以间接反映走滑断裂的分布。碳酸盐岩缝洞体储层波阻抗差异明显，其地球物理特征较围岩弱振幅来讲，具有强振幅、低频衰减、能量衰减的特点，通过计算振幅梯度属性，可以最大限度地反映这种差异性，结合断裂带岩溶纵向不等深发育的特点，可以通过多深度、多时窗振幅梯度属性反映断裂的平面分布特征（图10 （d））。

综合分析，岩溶发育区断裂识别必须结合平面属性才能准确提高解释精度，岩溶发育受断裂影响，其对断裂解释有一定的辅助作用，但是大范围的岩溶具有不均匀特点，不能依靠单一属性分析断裂。需要结合多种属性综合分析实现断裂精细解释。

4.3 断裂特征多层段分析

4.3.1 多时窗分析

针对岩溶区域走滑断裂识别，需要采用多个时窗分析，包括等厚度小时窗和跨地层大时窗，主要是考虑岩溶缝洞沿断裂的发育深度不同，采用不同的时窗可以最大限度地分析多种级别的断裂（图11），同时在岩溶发育强的区域，采用深部时窗方法规避浅层岩溶响应的影响。

4.3.2 地层切片技术

地层切片技术是地震沉积学中的重要手段［29］，将其用到断裂解释中，主要是对奥陶系走滑断裂中浅层分支断裂进行分析，特别是在研究区分支断裂较小且受岩溶作用的情况下，局部倾向难以确定，借助地层切片手段（图12），可以识别出不同深度段的断层多边形，从而实现断裂的精细解释。根据实际资料分析结果可见走滑断裂在一间房组顶部发育斜列分支、侧向分支等伴生断裂（图12（a）～ （e） ），随着深度增加，分支断裂逐渐消失，地层切片上主要表现走滑主干断裂的平面特征（图12（f））。

4.3.3 多窗口属性加权融合技术

由于岩溶缝洞发育纵向上存在不连续性，同一断裂在不同的深度形成的岩溶缝洞强度不同，造成岩溶发育随深度有所变化，特别是当局部断裂活动较弱，且断裂走向与古水流方向不一致情况下，其无法控制大规模的岩溶缝洞体形成。这种情况下，断控岩溶缝洞体沿断裂多点不连续发育，且断裂横向不同位置的缝洞体纵向发育深度差异更大。采用小窗口情况下，缝洞体响应表现出不连续特征，选择大窗口情况下，则会造成强弱振幅差异较大，同样导致反映断裂的缝洞体不连续从而影响了走滑断裂的识别。基于这种认识，采用多窗口属性加权融合方式，可以最大限度地将同一断裂带不同级别的缝洞联系起来，从而更精细地识别断裂。

A=∑nk=1（fkAk）.（1）

式中，A为融合属性结果；k为多深度属性分段数；fk为不同深度段加权因子；Ak为不同深度段的属性值。

多窗口属性加权融合技术最重要的是不同窗口加权系数的获取，通过多时窗分析（图11）和地层切片分析手段（图12），逐一对比了研究区不同岩溶区反映断裂的强振幅发育位置，建立了潜山岩溶区、顺层岩溶区、台缘叠加岩溶区和断控岩溶区的深度加权因子，通过加权因子拟合曲线可以清晰看到各个岩溶区段岩溶发育深度特征（图13）。采用多深度属性融合，可识别出多深度岩溶缝洞体综合响应，从而实现借助岩溶缝洞体的响应辅助识别走滑断裂的平面展布特征。通过不同属性多深度窗口融合对比分析，可以看到在岩溶发育区，相干属性利于识别弱振幅响应的断裂（图14 （a）），振幅梯度属性利于识别强振幅响应的断裂（图14（b）），深度学习预测结果（图14 （c））对识别中等连续振幅的断裂较为有利。

4.4 深度学习

深度学习算法在地震资料识别断裂中的应用已有不少人探索，且取得了一定的成果。原始的二维U-net网络结构最初由Ronneberger等［22］提出，该网络将跳跃连接的思想应用到图像识别中，可以有效提高图像识别的准确性，通过类似于Wu等［23］提出的三维U-net，重新创建编码器和解码器两部分组成的网络结构。结合区域断裂特征，建立高陡、小断距的三维地震样本数据。编码器子网络用于对输入的样本数据进行分析并学习走滑断裂的特征，而解码器子网络可以学习不同尺度的特征信息，并进行端到端训练，实现走滑断裂的语义分割，并最终完成走滑断裂的自动识别。识别结果见图15。走滑断裂识别的精度还是受断裂地质情况的影响，在非岩溶地层走滑断裂识别中效果较好，可以清晰准确地刻画出走滑断裂的三维空间形态，但是岩溶地层走滑断裂的识别中，由于多种类型的缝洞储层的影响，中浅层分支走滑断裂存在诸多杂乱特征，与研究区走滑断裂的特征存在一定的偏差。

总体而言，本文中列出的地震目标处理、多属性分析、多时窗分析、多时窗加权融合、深度学习等手段都是最实际有效的技术手段。针对研究区断裂特征，单独剖面解释断裂几乎无法实现，必须借助地震资料平面属性辅助解释，但是任何单一的技术手段都无法满足研究区多期走滑断裂的精细解释，必须分区分段借助多技术手段综合解释。基于以上认识，总结了本文中所用到技术手段针对不同目的层段断裂识别的适应性（表2），为塔里木断控岩溶缝洞体油气勘探和成藏分析提供技术支持。

5 结 论

（1）塔里木盆地西北部走滑断裂露头区与盆地奥陶系已解释的断裂系统具有一致性，可以作为研究地下断裂系统的依据。基于此建立了奥陶系走滑断裂发育模式。

（2）塔里木盆地走滑断裂多期发育，不同期次的断裂特征与地层性质有一定的关系，综合考虑膏盐岩层、碳酸盐岩溶蚀、碎屑岩明显错断等断裂特征的地球物理响应特点，可以建立起塔北地区走滑断裂识别的理论依据。

（3）突破单一技术手段无法准确解释多期走滑断裂的局限，充分将地质因素与地球物理资料结合，完成塔里木盆地多期走滑断裂识别算法适应分析，建立了不同地质背景下断裂精细识别的理论依据及技术流程。为大跨度、小位移、多期发育的走滑断裂精细识别提供了研究思路。

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（编辑 修荣荣）

基金项目：国家自然科学基金项目 （42002144）；中石油重大科技项目 （ ZD2019-183-006）

第一作者：李凤磊（1984-），男，博士研究生，研究方向为油藏描述、地学数据智能化处理与应用等。E-mail：lfl_winter@ 163.com。

引用格式：李凤磊，林承焰，张国印，等.塔北地区多期走滑断裂地球物理响应特征及精细识别［J］.中国石油大学学报（自然科学版），2024，48（3）：1-14.

LI Fenglei， LIN Chengyan， ZHANG Guoyin， et al. Characteristics of geophysical response and fine identification of multi-stage strike-slip fault in Tabei area ［J］. Journal of China University of Petroleum （Edition of Natural Science）， 2024， 48（3）：1-14.