小尺度断裂沿层曲率敏感性研究.pdf
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1、第 59 卷 第 4 期2023 年 7 月地质与勘探GEOLOGY AND EXPLORATIONVol.59 No.4July,2023小尺度断裂沿层曲率敏感性研究胡建波1,2,刘之的1,2,段玉顺3,丁富峰4(1.西安石油大学地球科学与工程学院,陕西西安710065;2.西安石油大学陕西省油气成藏地质学重点实验室,陕西西安710065;3.中国石油集团东方地球物理勘探有限责任公司研究院长庆分院,陕西西安710021;4.中国石油长庆油田分公司,陕西西安710065)摘要 沿层曲率作为地震属性的一种,不仅有数学几何意义更有着重要的地质意义。和相干体相比,沿层曲率在油气勘探中常被用于刻画地质
2、构造形态及断裂精细解释,特别是在小尺度断裂发育的地区更为有效。而在实际工作中,有时利用沿层曲率所描述的断裂效果不太明显。为进一步明确对于刻画断裂结果的影响因素及其适用条件,以鄂尔多斯盆地Q区Tj9为研究对象,基于Geoeast软件对该区小尺度断裂系统从选取属性、方位角、频带三个方面展开分析。结果表明:(1)曲率比相干体更适用于刻画较小尺度的断层;(2)平面上从平行断裂的方位观测,断裂识别不清晰;从垂直断裂的方位观测,易于识别;(3)在反射层同相轴较强时,中高频段对断裂识别更清楚;在反射层同相轴较弱时,中频段对断裂识别更清楚。因此可以根据不同属性、不同方位角、不同频带对断裂的敏感程度,用不同的数
3、据体解释小尺度断裂,提高对断层刻画的精度,为复杂油气勘探寻找有利区奠定基础。关键词小尺度断裂沿层曲率地震属性方位角频带中图分类号P631.4+41文献标识码A 文章编号0495-5331(2023)04-0891-10Hu Jianbo,Liu Zhidi,Duan Yushun,Ding Fufeng.Sensitivity of small-scale faults curvature along the layerJ.Geology and Exploration,2023,59(4):0891-0900.0引言继20世纪90年代相干体技术解释体系迅猛发展,增添了多波长和三维可视化技术的
4、曲率属性在地球物理探索中也越来越受到更多学者的关注。Andy(2001)率先采用三维地震层位标定,将平面上的点用一条光滑曲线连接起来形成曲面计算曲率属性。Hakami et al.(2004)将其原理引入到地质沿层曲率中并取得较好解释结果。但Al-Dossary and Marfurt(2006)认为三维地震层位解释可能受到人为主观因素影响,因而提出体曲率属性以减少外界因素对构造形态干扰。为精细地质构造刻画,考虑到噪声对地震数据收集产生较大的影响,人们对不同异性方向上的地震数据体进行滤波处理,但是在处理中也会对本身数据的信息造成折损;改善后引入非线性算子,把原数据与径向基函数(RBF)卷积,使
5、得地震数据的结构信息得到很好的保护(吴晨骁,2021)。现阶段已有多套导向滤波理论对采集到的数据体预处理,如存在断层时导致的地震信号非平缓变化通常采用非平稳多项式滤波(陈常乐,2015)、利用频谱分解技术将断层优势段很好地展现出来(侯俊韬等,2022)。由于Andy(2001)所采用的33二维平面网格拟合的曲线存在噪点大、解释结果不够清晰等问题,李福强等(2013)、杨国权等(2015)证实利用55平面网格拟合二维曲率可提升在断层和构造识别方面的抗噪能力。常用的曲率属性可分为 6种:最大/小曲率、最正/负曲率、高斯曲率、平均曲率、走向曲率和倾向doi:10.12134/j.dzykt.2023
6、.04.015收稿日期 2022-06-02;改回日期 2023-02-01;责任编辑 陈伟军。基金项目 陕西省重点研发计划项目(编号:2022GY-130)和西安石油大学研究生创新与实践能力培养计划(编号:YCS22213068)资助。第一作者 胡建波(1996年-),男,现就读于西安石油大学,硕士研究生,主要从事地震资料解释与地质综合研究。Email:。通讯作者 刘之的(1978年-),男,2006年毕业于西南石油大学,博士,教授,研究方向:储层测井评价方面的教学与研究工作。Email:。胡建波891地质与勘探2023 年曲率(胡滨,2018)。各属性根据不同研究区的储层结构特征,对于断层
7、识别效果不同。最正曲率、最负曲率突出边界、抗噪能力强,对于刻画断层的闭合性能有着良好的效果:最正曲率值越大,断层的开放性越高;最负曲率的绝对值越大,断层的闭合效果越好(杨威等,2011;周永炳等,2019;李维等,2022)。最大/小曲率对于描述断层错位方向有着良好的效果(周永炳等,2019);高斯曲率对于描述断层、裂缝的发育程度有着良好的效果(刘升贵等,2004;王雷,2010);平均曲率对于断层周围的噪声影响有着良好的屏蔽作用;走向曲率和倾角曲率对于描述发育带产状有着良好的效果(王雷等,2010)。为提高属性刻画断层、裂缝等构造特征的精细度,属性融合技术近年来越来越受到地质学者们的青睐(P
8、riyadarshi and Kalachand,2018;王睿等,2021;李丛等,2022;王成泉等,2022)。在利用Geoeast软件解释地震资料构造、识别断层和预测裂缝等实际工作中,由于相干体属性对断层的敏感度高、识别能力较强,通常先做出研究区相干体属性和曲率属性,再将两者应用效果对比分析选取出较好的解释结果;若两者刻画效果都不理想,则对断层重新修订、算法系数调整后再解释。然而曲率属性在地震解释过程中伴有众多影响因素,为减少在实际工作中的相关复杂流程,本研究从影响沿层曲率刻画断裂层位的敏感源分析,明确曲率属性精细解释构造中适用的断裂类型、断裂方位角和断裂带频段,以期进一步提升曲率属性
9、对微小断裂的刻画效果。1研究区概况鄂尔多斯盆地煤炭、石油、天然气资源含量极其丰富,盆地依据形态可分为六个次级构造单元,总面积达3.7105 km2(窦文超,2018)。侏罗系下统延安组自下而上发育延10、延9、延8、延7、延6和延4+5六个油层组,对应的底部附近地震反射层为 Tj10、Tj9、Tj8、Tj7、Tj6、Tj4+5,下接下统富县组,上呈中统直罗组。延10、延9、延8为侏罗系油藏发育段。研究区目的层段位于盆地中部的伊陕斜坡Q区延9(图1),该区西倾单斜倾角小于1,早期认为断裂不发育(李慧琼,2017)。该层的厚度在 30 45 m,Tj9为该层顶部煤层之顶。Q区整体构造形态上西南部坡
10、度大,东北部较缓,中部凹陷,在鼻状隆起构造形成的聚油圈闭中,油气主要以不整合面和裂缝为运移通道(王东东,2012;叶博等,2014;王金月等,2021;赵希等,2021)。作为侏罗系油藏的盖层,主要发育油藏(蒲磊等,2022),且有发育灰黑色泥岩夹煤层、炭质泥岩、灰白色细砂岩,属三角洲平原沉积。受油藏非均质性变化(李建新,2019;罗超等,2019;刘一婷,2021)影响渗透率在不同位置的差值较大(刘晓彦等,2007),孔隙度、孔喉半径均较小(明红霞等,2015;郑登艳等,2021)。鉴于此,笔者对曲率属性刻画微幅构造展开研究,探索沿层曲率属性描述小尺度断裂的最佳适用域,为曲率属性刻画精细构造
11、奠定一定的地质理论基础。2敏感性研究裂缝性构造油气藏在油气勘探中的数量比逐年增加(薛亮等,2019;谭元隆等,2021;徐长贵等,2022;李刚等,2023),为提高油气产量,有必要进一步提升断裂的识别精度。笔者在剖面图中解释断层,经过合适的层位插值与平滑,将整理的三维地震数据体倾角扫描、滤波处理,再利用地震属性刻画小尺度断层。基于最负曲率对小尺度断层的识别、抗噪能力较强,本研究中Q区三维沿Tj9层以最负曲率为标准属性,从敏感属性、敏感方位和敏感频带三个角度,结合地震剖面对比分析沿层曲率属性表征断层的清晰度,继而做出敏感性评价。2.1 敏感属性敏感属性利用Geoeast软件人机解释微小断裂常用
12、的技术有曲率属性和相干体属性。相干体运算对于地层的不连续性特别敏感,因此用于断裂的刻画有极好的效果。相干体技术有两道互相干、多道相似性和本征值三种算法。两道互相干算法较为简单,但是对于三维地震资料质量要求较高,且噪点等因素对其影响较大;多道相似性算法可以精准地对比小幅度构造,但是对于横向解释效果较差;本征值算法改良了多道相似算法,在横向上断裂的还原程度较高,但是对于倾角较大的断裂分辨率较低(伍鹏,2011)。为尽可能好地对比该两种属性方法对微幅断层的敏感度,本研究中相干体属性采用本征值算法,做出沿层最负曲率和相干体技术刻画的小尺度断裂成果图(图2)。沿Tj9层最负曲率属性(图2a)与Tj9层相
13、干属性(图2b)两者所能反映的共同信息是研究区内的小尺度断裂较发育,Q区断裂带连续性、断层轮廓边界刻画效果表现得都很好,但是描述的清晰度相差较大。曲率属性能展现出层位中有许多线性构造和东西走向断裂等构造信息,断裂点干脆,可对其定量预算;在相892胡建波等:小尺度断裂沿层曲率敏感性研究第 4 期干体属性中能看出有断裂发育、走向等精细构造,但是对于断裂极其敏感,导致断裂程度表现得较为粗糙,不够精确,边界轮廓刻画得不清晰;在F1b区域(图2a)曲率属性比相干体属性刻画得小尺度断裂明显,且相干属性描述的小断裂呈断续状分布,存在信息缺失。通过属性图比较可看出曲率属性所刻画的小尺度断裂信息完整、条理清晰、
14、断裂干脆,纹理较相干体属性表征得更浅,表现效果更好。综合实际效果对比可知,曲率属性解释小尺度断裂效果更佳。而在尺度较大的断裂中,应偏向于使用相干体属性刻画。因此在刻画某些断裂特征时可优先采用相干体属性对大的工区进行断裂解释,再将微幅构造较多或者需要精细刻画的地区进行曲率属性刻画,以提升断层解释的精确度。2.2 敏感方位敏感方位基于方位角对三维地震数据的影响,学者们根据时差校正原理对收集的数据体处理有效提升了地震资料的质量(侯爱源等,1998;王云专等,2006;马德志等,2018)。不同方位角对于地震信息的采集在地震剖面图中的反映效果不同,为明确方位角对于小尺度断裂刻画的影响,笔者将F1b区(
15、图2a)的地震资料方位角划分为030、3060、6090、90120、120150、150180六个区域。选取Tj9沿层,依次将对应的地震剖面排列(图3)。图1 鄂尔多斯盆地地质图及研究区位置Fig.1 Geological map of the Ordos Basin and the location of the study area1-构造单元分界线;2-断裂;3-盆地边界线;4-省边界线;5-研究区位置;6-地名1-tectonic unit boundary;2-fault;3-basin boundary;4-provincial boundary;5-location of th
16、e study area;6-place name893地质与勘探2023 年图2Q区Tj9沿层最负曲率(a)与相干属性(b)刻画断层对比Fig.2Comparison of the most negative curvature(a)and coherence property(b)along the layer of Tj9 in the Q-zone图3Q区三维过近东西向断裂不同方位角地震剖面Fig.33D seismic profiles from different azimuth angles to the near-EW-trending faults in the Q-zone
17、a-方位角为030;b-方位角为3060;c-方位角为6090;d-方位角为90120;e-方位角为030;f-方位角为030a-azimuth angle at 030;b-azimuth angle at 3060;c-azimuth angle at 6090;d-azimuth angle at 90120;e-azimuth angle at 030;f-azimuth angle at 030不难看出,Tj9层剖面方位角在030反映的为平行断裂,3060反映的断裂程度大于平行断裂,6090反映的为垂直断裂。随着方位角在090三个研究区域范围内的增加,剖面图中反映的断裂越为清晰;而当
18、方位角在90180三个研究区域范围内主频增加时,刻画断裂效果比对应互余角度显示的略有提高。从剖面图分析来看,方位角在垂直方向上的断层更为清晰。894胡建波等:小尺度断裂沿层曲率敏感性研究第 4 期为进一步明确曲率属性对沿层刻画是否也同样受到较大的影响,控制其他系数、计算方法等因素不变的前提下,分别以上6个剖面图为基础,做出它们的沿层最负曲率属性(图4)。在030、150180平行断裂中,存在断裂信息的不连续、缺失现象,表征效果较差;方位角为 3060和 120150在微型断裂区存在刻画不清晰现象,但有断裂带存在迹象;近垂直方位角曲率刻画清晰,断裂连续性较好,断点干脆,发育程度良好且易于识别。因
19、此,在利用曲率属性刻画小尺度断裂时优选近垂直方向方位角。断裂、地质体等均具有一定的方向性,综合从剖面图和曲率属性图获得的结论可知,断裂在不同方位的敏感度不一样。在平行断裂方位上,Tj9层位在剖面图中看起来像是褶皱构造。在垂直断裂方位上,剖面图及曲率皆易于识别小尺度断裂。故在断裂程度很小时,方位角越接近90,曲率属性对断裂的识别、刻画效果越好。图4Q区不同方位角Tj9沿层最负曲率属性Fig.4Most negative curvature properties along the layer of Tj9 at different azimuth angles in the Q-zonea-方位
20、角为030;b-方位角为3060;c-方位角为6090;d-方位角为90120;e-方位角为030;f-方位角为030a-azimuth angle at 030;b-azimuth angle at 3060;c-azimuth angle at 6090;d-azimuth angle at 90120;e-azimuth angle at 030;f-azimuth angle at 0302.3 敏感频带敏感频带自然界中固有的频波信号被发现于19世纪90年代,一位俄罗斯学者察觉在油田上方接收到的环境频率明显高于其他地方,人们继而对此展开实验探索。在众多学者的研究下最终发现烃类存在的频率
21、主要在3 Hz以下。低频信息可提高对储层的识别能力,而宽频资料增加了波阻抗反演的可信性(肖张波等,2022)。地震勘探采集地震信号的方式种类繁多,现阶段以炮点激发、检波点接收技术采集的地震信号为主,收集的频率范围也得到了较大的提升(淘知非,2018;王兴宇等,2021)。相关学者通过波阻抗反演的方法计算出不同频段在压制噪声能力、提高信噪比等方面的结论(张怀榜,2020;王笋等,2022),但是划分的频段还是较大。在地震资料处理中,鉴于宽频数据中一些较大和较小频段数值参考意义不大,常使用低通滤波、高通滤波和带通滤波来截取有效频段。低通滤波是将高频信号过滤,留下低频信号;高通滤波原理与低频滤波刚好
22、相反,截取出高频信号;带通滤波是将某段信号保留,该段信号外的舍弃或者逐渐衰退。由收集的三维地震资料可知,Tj9层频带范围为470 Hz,总体频带较宽,但是实际有效频宽为550 Hz。为进一步细化频段,笔者依据Tj9层地震反射波的强弱,利用带通滤波将研究区内的反射波有效频率划分为中低频段(530 Hz)、中/主频段(1540 Hz)和中高频段(2550 Hz),每段频率范围为25 Hz。再利用曲率属性刻画小尺度断裂,综合剖面图与曲率属性从而知悉在反射区内曲率属性的敏感频带。895地质与勘探2023 年较弱反射F1a区中低频相对于中频、中高频而言,在竖直方向的分辨率、地震波的连续性、反射波的同向性
23、较好,避免了地层的多解性问题。但是对于小尺度断裂信息的描述不够明显,人为识别难度较大,易于地层皱褶混淆;在中频段中,振幅显著增强,断裂干脆清晰,波形基本相似,信噪比较高;在中高频段断裂效果刻画明显,但波形杂乱,断裂走向不清晰,对于层位的标定难度较大,信噪比低(图5)。较强反射F1b区反射波的噪点多,剖面图波形同向性、连续性较好。中低频只能将小尺度断层的大致轮廓展现出来,而中频、中高频对于小尺度断裂刻画清晰,断层凸起,断裂带明显(图6)。因此,在较弱反射区,优先选取中频段(1540 Hz)刻画小尺度断裂;在较强反射区,优先选取中高频段(2550 Hz)刻画小尺度断裂。该结论为明确曲率属性是否同样
24、会受到剖面中频带的不同而产生刻画差异做好理论铺垫。图5较弱反射区不同频段地震剖面Fig.5Seismic profiles of different frequency bands in weak reflection areasa-中低频段5 30 Hz;b-中主频段1540 Hz;c-中高频段2550 Hza-medium and low frequency band in 530 Hz;b-medium frequency band in 1540 Hz;c-medium and high frequency band in 2550 Hz图6较强反射区不同频段地震剖面Fig.6Seis
25、mic profiles of different frequency bands in strong reflection areaa-中低频段530 Hz;b-中主频段1540 Hz;c-中高频段2550 Hza-medium and low frequency band in 530 Hz;b-medium frequency band in 1540 Hz;c-medium and high frequency band in 2550 Hz896胡建波等:小尺度断裂沿层曲率敏感性研究第 4 期中低频段与中/主频带相比对于小尺度断裂的刻画总体上效果差异不大,较弱反射区中频带显现的断裂带
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