李樹(shù)珍，李相文，張建偉，趙　婧，李　梁，李　濤

(1.西安石油大學(xué)，陜西西安 710065;2.中國(guó)石油東方地球物理公司)

GeoEast軟件體曲率屬性技術(shù)在碳酸鹽巖斷裂研究中的應(yīng)用

李樹(shù)珍1，2，李相文2，張建偉2，趙婧2，李梁2，李濤2

(1.西安石油大學(xué)，陜西西安 710065;2.中國(guó)石油東方地球物理公司)

摘要：塔里木盆地塔中、塔北地區(qū)走滑斷裂非常發(fā)育，對(duì)碳酸鹽巖縫洞型儲(chǔ)層具有明顯的控制作用，但斷距極小，常規(guī)解釋時(shí)無(wú)法對(duì)比追蹤，平面斷裂組合難度極大。體曲率屬性對(duì)地震同相軸的小撓曲、小褶皺、凸起、差異壓實(shí)等變形特征具有很好的指示作用。GeoEast解釋系統(tǒng)可對(duì)地震數(shù)據(jù)及曲率等屬性開(kāi)展空間立體化融合解釋，已經(jīng)在塔里木盆地地震資料一體化解釋中得到廣泛應(yīng)用。針對(duì)塔里木盆地不同地區(qū)的地質(zhì)特征，通過(guò)多參數(shù)優(yōu)化，多種屬性對(duì)比分析，優(yōu)選優(yōu)勢(shì)曲率屬性指導(dǎo)斷裂的精細(xì)刻畫，研究斷裂對(duì)本區(qū)儲(chǔ)層及油氣的控制作用，在勘探開(kāi)發(fā)中取得明顯效果。

關(guān)鍵詞：塔里木盆地；地震曲率屬性；碳酸鹽巖；走滑斷裂

1引言

眾所周知，相干屬性能清晰刻畫斷點(diǎn)比較干脆的斷裂，但對(duì)斷點(diǎn)不干脆的斷裂反映較為模糊，曲率屬性則恰好相反。而塔中、塔北地區(qū)普遍發(fā)育走滑斷裂，走滑斷裂在地震剖面上表現(xiàn)為撓曲的反射特征，斷點(diǎn)不干脆，相干識(shí)別起來(lái)比較困難。正是基于這二點(diǎn)，解釋人員嘗試用GeoEast特色體曲率屬性識(shí)別走滑斷裂，取得了較好效果。

GeoEast是地震數(shù)據(jù)處理與解釋協(xié)同工作的一體化軟件系統(tǒng)，已經(jīng)成為塔里木盆地地震處理與解釋的主流軟件平臺(tái)。GeoEast系統(tǒng)解釋部分具有強(qiáng)大的多屬性交互分析功能，其中體曲率屬性是本系統(tǒng)為精細(xì)刻畫斷裂、裂縫、河道等地質(zhì)特征所開(kāi)發(fā)的特色解釋技術(shù)。本次研究的重點(diǎn)是應(yīng)用GeoEast系統(tǒng)的多功能解釋方式，通過(guò)對(duì)曲率屬性的專題研究，對(duì)研究區(qū)的斷裂進(jìn)行精細(xì)刻畫，進(jìn)一步搞清研究區(qū)內(nèi)的斷裂展布特征、裂縫橫向變化規(guī)律，梳理油源斷裂的展布特征，為高效井位的部署奠定基礎(chǔ)。

2GeoEast體曲率屬性及其應(yīng)用

2.1地震曲率屬性

二維曲率是描述曲線上任一點(diǎn)的彎曲程度，它是一個(gè)圓半徑的倒數(shù)[5-6]，可以反映一個(gè)弧形的彎曲程度。數(shù)學(xué)上，曲率的二維概念很容易推廣到三維，對(duì)于三維情況，在任意方向可得到一個(gè)曲率，因此可得到無(wú)數(shù)個(gè)法線曲率。曲率于1994年被引入到地質(zhì)構(gòu)造研究領(lǐng)域[7]；2001年Roberts首次把曲率屬性應(yīng)用于勘探工作中[5]，并逐漸受到應(yīng)用。應(yīng)用表明，曲率屬性可以不同程度反映斷層、線性特征、局部形狀等信息，對(duì)斷層的解釋工作有明顯效果。

二維曲率的表達(dá)式為：

(1)

在幾何地震學(xué)中，三維地震反射體在空間上的任意反射點(diǎn)r(x,z,y)可以認(rèn)為是時(shí)間標(biāo)量u(t,x,y)，那么梯度grad(u)反映的是反射面沿著不同方向的變化率，即反射面沿著方向矢量所在的法截面截取曲線的一階導(dǎo)數(shù)，其結(jié)果為該反射點(diǎn)的視傾角向量[8]：

(2)

式中，p、q、r分別為沿x、y和t方向上的視傾角分量。將地震數(shù)據(jù)掃描所得的視傾角數(shù)據(jù)p、q帶入式(1)中，得到沿x坐標(biāo)方向和y坐標(biāo)方向的曲率分量為[8]：

(3)

GeoEast系統(tǒng)中，把曲率屬性分為構(gòu)造曲率和振幅曲率兩大類[9]。構(gòu)造曲率是根據(jù)三維地震解釋的層位計(jì)算得到的曲率，反映的是解釋層位上任意一點(diǎn)的彎曲程度。振幅曲率是對(duì)地震數(shù)據(jù)振幅進(jìn)行橫向二階求導(dǎo)得到的，像構(gòu)造曲率一樣，振幅曲率也能提供許多有用地質(zhì)信息。

中醫(yī)強(qiáng)調(diào)整體觀念，認(rèn)為人體是一個(gè)統(tǒng)一的整體，各臟腑之間存在關(guān)聯(lián)，可從整體、聯(lián)系、發(fā)展的辨證觀點(diǎn)看待疾病的發(fā)生和發(fā)展[8-10]，而喉源性咳嗽的中醫(yī)辨證分型具有其特殊性，可與中醫(yī)學(xué)中的急喉痹、慢喉痹進(jìn)行區(qū)分，但臨床上關(guān)于喉源性咳嗽中醫(yī)辨證分型的研究報(bào)道相對(duì)較少，中醫(yī)辨證分型尚無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)[11，12]。本研究通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)近年來(lái)喉源性咳嗽的相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行檢索、總結(jié)后發(fā)現(xiàn)，喉源性咳嗽的中醫(yī)辨證分型主要為風(fēng)邪犯肺型、衛(wèi)表不固型、脾虛痰濁型、陰虛火旺型，分別占比38.17%、31.67%、17.50%、12.67%，這提示我們可根據(jù)喉源性咳嗽的中醫(yī)辨證分型對(duì)其實(shí)施辨證論治。

2.2曲率屬性的計(jì)算與優(yōu)選

眾所周知，計(jì)算曲率需要對(duì)函數(shù)求偏導(dǎo)，因此，求偏導(dǎo)的方法決定了曲率的計(jì)算方法，主要有差分法、常規(guī)傅氏變換法和分波數(shù)的傅氏分析法[10]。根據(jù)Roberts(2001)的算法，由構(gòu)造面擬合的二次趨勢(shì)面的一般表達(dá)式為式(4)。由此可以導(dǎo)出平均曲率Kmean(式5)、高斯曲率Kgauss(式6)、主曲率(式7)等一系列關(guān)于構(gòu)造曲面本身的曲率屬性值[5-8]。目前有較多的曲率屬性算法源代碼是開(kāi)放的，但是很多參數(shù)的設(shè)置對(duì)預(yù)測(cè)效果影響較大。

g(x,y)=ax+by2+cxy+dx+ey+f

(4)

(5)

(6)

(7)

在曲面的每個(gè)點(diǎn)，一般存在兩個(gè)互相垂直的切方向,使得它們對(duì)應(yīng)的法曲率K1和K2是該點(diǎn)所有法曲率中的最大和最小值，稱為主曲率。主曲率K1和K2的算術(shù)平均值稱為曲面的平均曲率；平均曲率描述了曲面在一點(diǎn)處的平均彎曲程度，其極值出現(xiàn)處通常代表曲面最為扭曲的地方。

主曲率K1和K2的乘積稱為曲面于該點(diǎn)的高斯曲率，有時(shí)也叫總曲率。它反映了曲面的一般彎曲程度。高斯曲率在一個(gè)界面上沒(méi)有變化，表示界面是等量彎曲(Roberts，2001)。由于高斯曲率的這種性質(zhì)，它可以作為刻畫斷層的一種方法。

由于曲率屬性類別眾多，不同曲率屬性的應(yīng)用條件和效果均不同，本研究主要針對(duì)斷裂精細(xì)研究，對(duì)斷裂刻畫有利的曲率屬性是研究的重點(diǎn)。GeoEast除了提供多種曲率供解釋人員選擇，還首次提出了多尺度曲率的概念。多尺度曲率主要通過(guò)修改濾波參數(shù)中的分?jǐn)?shù)導(dǎo)數(shù)指數(shù)和Lambda值(道間距的整數(shù)倍)來(lái)實(shí)現(xiàn)，分?jǐn)?shù)導(dǎo)數(shù)指數(shù)通常取值0.25，0.5，0.75，其值越小，所刻畫的斷裂尺度越大；Lambda值越大，反映出的斷裂或裂縫越連續(xù)，反之亦然。大尺度曲率反映橫向沿展距離較大的斷裂，小尺度曲率對(duì)小斷裂、微斷裂的刻畫更為清晰。塔北地區(qū)的碳酸鹽巖儲(chǔ)層發(fā)育規(guī)律與油氣富集程度和斷裂密切相關(guān)，對(duì)斷裂刻畫精度要求非常高，各級(jí)斷裂的精度對(duì)井位部署、井軌跡設(shè)計(jì)、井位鉆進(jìn)都具有重要的指導(dǎo)意義。

3應(yīng)用實(shí)例

在前期的研究中，已經(jīng)明確哈拉哈塘地區(qū)發(fā)育有大量走滑斷裂，而且大部分?jǐn)嗔崖洳疃己苄?；其平面分布表現(xiàn)為“X”型剪切特征。

研究中，選取塔北哈拉哈塘局部A區(qū)進(jìn)行測(cè)試，一是研究區(qū)為全方位高密度采集地震資料，資料對(duì)“X”形剪切斷裂的刻畫比較清楚；二是試驗(yàn)區(qū)面積80 km2，曲率屬性的計(jì)算速度快，利于參數(shù)優(yōu)化，提高效率。針對(duì)本區(qū)的地質(zhì)地震特征以及特定的地質(zhì)任務(wù)，首先對(duì)構(gòu)造曲率屬性進(jìn)行優(yōu)選；參數(shù)測(cè)試中，有針對(duì)性地選取8種塔里木盆地主流應(yīng)用曲率進(jìn)行優(yōu)選。圖1為A區(qū)內(nèi)一間房組不同種曲率沿層切片對(duì)比圖。圖中(a)和(b)所反映的斷裂特征更明顯，特別是K1主曲率屬性對(duì)A區(qū)南部北西方向斷裂的刻畫更精細(xì)，(c)和(d)對(duì)河道體系刻畫更加清楚。

針對(duì)哈拉哈塘地區(qū)B區(qū)塊的斷裂進(jìn)行研究。由于塔北A區(qū)的斷裂特征與B區(qū)非常相似，因此選取K1主曲率屬性指導(dǎo)斷裂解釋。對(duì)北東-南西向的走滑斷裂和北西-南東向的走滑斷裂刻畫更清楚詳盡，能很好地補(bǔ)充相干屬性對(duì)哈拉哈塘地區(qū)走滑斷裂的不足(圖2)。通過(guò)構(gòu)造曲率屬性與相干屬性的綜合應(yīng)用，采取由淺至深，定“根”理“枝”立體式的解釋方式，斷裂解釋的精度明顯提高。

圖1　塔北A區(qū)一間房組不同種曲率沿層切片對(duì)比

在GeoEast曲率屬性指導(dǎo)下，結(jié)合剖面斷裂精細(xì)解釋，使平剖斷裂組合的解釋效率大幅提升。圖3為B區(qū)GeoEast刻畫斷裂與儲(chǔ)層疊后平面圖和對(duì)應(yīng)地震剖面，平面斷裂組合結(jié)果與儲(chǔ)層預(yù)測(cè)平面圖相疊合；儲(chǔ)層發(fā)育規(guī)律非常明顯清楚，主要沿著B(niǎo)區(qū)內(nèi)走滑斷裂發(fā)育，特別是在花狀斷裂發(fā)育區(qū)，與在一間房組沉積后的沉積間斷期間，通過(guò)大氣淡水沿?cái)嗔褦U(kuò)溶溶蝕形成大型縫洞體的地質(zhì)認(rèn)識(shí)不謀而合。另外，圖3中疊前深度域偏移處理剖面顯示，斷裂多為直通寒武系-震旦系基底，為本區(qū)主要的油源斷裂；紅色斷裂為加里東期斷裂，綠色斷裂為海西期斷裂。在精斷裂研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合斷裂與儲(chǔ)層的空間關(guān)系，優(yōu)選了一批針對(duì)縫洞體系高部位鉆探的開(kāi)發(fā)井點(diǎn)。目前鉆探成功率為89%，累計(jì)產(chǎn)油量大于5 000 t的井所占比例為成功井的55%，累計(jì)產(chǎn)油量大于7 000 t所占比例為成功井的45%，相比之前的39%和27%均有大幅提高。借鑒B區(qū)的

圖2　哈拉哈塘B區(qū)GeoEast曲率屬性與常規(guī)相干屬性沿層切片對(duì)比

圖3　哈拉哈塘B區(qū)GeoEast刻畫斷裂與儲(chǔ)層疊后平面圖和對(duì)應(yīng)地震剖面

應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，在哈拉哈塘油田躍滿三維區(qū)，指導(dǎo)部署的5口探井均獲得成功。

4結(jié)論

GeoEast軟件曲率技術(shù)在塔里木地區(qū)碳酸鹽巖的地震解釋應(yīng)用中取得明顯效果，并得出兩點(diǎn)認(rèn)識(shí)：①通過(guò)對(duì)GeoEast曲率屬性計(jì)算與優(yōu)選能夠很好地刻畫斷裂及其伴生小斷裂；②雖然曲率對(duì)走滑斷裂的識(shí)別效果比較好，但也有不足之處，刻畫的斷點(diǎn)位置與實(shí)際斷點(diǎn)位置存在一定偏移量。

致謝:本文的順利完成，得益于東方地球物理公司各位領(lǐng)導(dǎo)的指導(dǎo)，庫(kù)爾勒分院的同事幫助，以及塔里木油田分公司的支持，在此一并表示感謝！

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編輯：趙川喜

文章編號(hào)：1673-8217(2016)02-0053-04

收稿日期：2015-12-20

作者簡(jiǎn)介：李樹(shù)珍，工程師，1980年生；2003年畢業(yè)于石油大學(xué)(華東)勘查技術(shù)與工程專業(yè)，現(xiàn)主要從事碳酸鹽巖解釋研究工作。

基金項(xiàng)目：中國(guó)石油重大科技專項(xiàng)“新區(qū)新領(lǐng)域區(qū)帶評(píng)價(jià)與目標(biāo)優(yōu)選”(2014E-2109JT )資助。

中圖分類號(hào)：P631.445

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A