CN111796323A - 一种判别走滑断裂边界及主断面的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种判别走滑断裂边界及主断面的方法及系统，该方法包括：步骤一，对待判别地区的三维地震数据进行预处理；步骤二，在基于预处理后的三维地震数据形成的地震剖面上追踪走滑断裂带发育区的标志层；步骤三，计算标志层处的梯度结构张量、相干和振幅变化率属性；步骤四，综合计算得到的标志层处的梯度结构张量、相干和振幅变化率属性确定走滑断裂带的边界和走滑断裂主断面。该发明能够评价走滑断裂带内断溶体储集体发育规模，指导优选最有利钻井位置与水平井轨迹，为深层碳酸盐岩领域勘探开发井位部署提供技术支撑。

Description

一种判别走滑断裂边界及主断面的方法及系统

技术领域

本发明涉及复杂探区石油和天然气勘探地震地质解释技术领域，特别涉及一种沙漠区碳酸盐岩基于三维地震数据的走滑断裂边界及主断面判别方法及系统。

背景技术

在塔里木盆地的油气勘探开发实践中，断裂带一直是相关研究的重点领域。前期的研究认为走滑断裂带对石油地质的意义主要有以下作用：①控制盆地构造格局和沉积体系；②有效的油气运移通道；③改善储层的储集物性。随着塔里木盆地顺北油田的发现，沿走滑断裂带部署的深层碳酸盐岩钻井相继获得重大突破，对走滑断裂带的研究有了更多的认识。结合野外露头、大量钻井资料和生产动态数据进行综合研究，发现走滑断裂带在深层碳酸盐岩领域不仅是油气运移的通道，碳酸盐岩地层经多期构造变形和大气淡水、热液溶蚀作用后，沿大型走滑断裂带也形成了不规则的储集体。

国内外学者对含油气盆地中走滑断裂及其相关构造展开研究并取得了一系列研究进展。这些研究进展主要集中于断裂构造特征及其控油作用，主要包括：走滑断层结构样式、分布特征、走滑位移及其与油气运聚的关系，对走滑断裂带与断溶体规模的关系鲜有研究。在生产实践中，根据部署在走滑断裂带不同段的钻井生产情况分析，不同段走滑断裂带及走滑断裂带内部的储层发育程度存在较大差异，横穿走滑断裂主断面的井，储集体发育，油气产量高。但由于高角度走滑断裂的特点，埋藏深，断距小，主断面及断裂带的边界识别困难。因此，研究走滑断裂带边界和主断面的判别方法，对井位部署具有重要指导意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一是需要建立深层碳酸盐岩走滑断裂带边界与主断面的判别方法，评价走滑断裂带内断溶体储集体发育规模，指导优选最有利钻井位置与水平井轨迹，为深层碳酸盐岩领域勘探开发井位部署提供技术支撑。

为了解决上述技术问题，本申请的实施例首先提供了一种判别走滑断裂边界及主断面的方法，该方法包括：步骤一，对待判别地区的三维地震数据进行预处理；步骤二，在基于预处理后的三维地震数据形成的地震剖面上追踪走滑断裂带发育区的标志层；步骤三，计算标志层处的梯度结构张量、相干和振幅变化率属性；步骤四，综合计算得到的标志层处的梯度结构张量、相干和振幅变化率属性确定走滑断裂带的边界和走滑断裂主断面。

根据本发明的一个实施例，在所述步骤一中，对所述三维地震数据进行倾角导向滤波处理。

根据本发明的一个实施例，在所述步骤三中，包括：计算预处理后的三维地震数据体的梯度结构张量及相干属性，从中提取标志层处的梯度结构张量、相干属性和振幅变化率属性。

根据本发明的一个实施例，在追踪到的标志层的上下设定时窗范围内提取相应的属性值。

根据本发明的一个实施例，在所述步骤四中，包括：根据标志层的梯度结构张量和振幅变化率属性确定走滑断裂带的边界；根据标志层的相干属性、振幅变化率属性和相干属性剖面确定走滑断裂主断面。

根据本发明的一个实施例，在确定走滑断裂带的边界的步骤中，对于同一标志层，利用该标志层的梯度结构张量和振幅变化率属性进行对比，取这两种属性的边界最大值，确定为走滑断裂带在该主要标志层上的边界；在纵向上将不同标志层的走滑断裂带边界相连以确定走滑断裂带在空间上的边界。

根据本发明的一个实施例，在确定走滑断裂主断面的步骤中，综合如下四种特征，来判断走滑断裂主断面：在标志层相干属性上，相干值越小则代表断距越大；在相干属性上，断裂延伸越长，代表是主断面的可能性越大；在相干属性剖面上，纵向上相干值越小，纵向延伸越远，代表该断面为主断面的可能性越大；振幅变化率值越大，岩石破裂强度越强，代表断面为主断面的可能性越大。

根据本发明的另一方面，还提供了一种判别走滑断裂边界及主断面的系统，该系统包括：预处理模块，其对待判别地区的三维地震数据进行预处理；标志层追踪模块，其在基于预处理后的三维地震数据形成的地震剖面上追踪走滑断裂带发育区的标志层；属性计算模块，其计算标志层处的梯度结构张量、相干和振幅变化率属性；边界断面确定模块，其综合计算得到的标志层处的梯度结构张量、相干和振幅变化率属性确定走滑断裂带的边界和走滑断裂主断面。

根据本发明的一个实施例，所述预处理模块，其对所述三维地震数据进行倾角导向滤波处理。

根据本发明的一个实施例，所述边界断面确定模块，其进一步执行如下操作：根据标志层的梯度结构张量和振幅变化率属性确定走滑断裂带的边界；根据标志层的相干属性、振幅变化率属性和相干属性剖面确定走滑断裂主断面。

与现有技术相比，上述方案中的一个或多个实施例可以具有如下优点或有益效果：

本发明实施例通过判别确定走滑断裂带边界和主断面，根据三维地震属性梯度结构张量及不同层系相干类属性与振幅变化率属性联合来判别走滑断层的边界和主断面，可以指导储量计算范围和井位优选，为后续规模开发井钻探及储量规模评价提供参考。另一方面，可实现对走滑断裂相关的缝洞型储层新区块的经济效益评价，提高钻井成功率，提升勘探开发经济效益，优先选择储量丰度满足经济效益的级别断溶体进行钻探。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明的技术方案而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构和/或流程来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本申请的技术方案或现有技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分。其中，表达本申请实施例的附图与本申请的实施例一起用于解释本申请的技术方案，但并不构成对本申请技术方案的限制。

图1为本申请实施例的判别走滑断裂边界及主断面的方法的流程示意图。

图2为本申请实施例的原始地震剖面与倾角导向滤波后地震剖面对比图。

图3为本申请实施例的T₇ ⁴标志层梯度结构张量与振幅变化率属性判别走滑断裂带边界示意图。

图4为本申请实施例的各标志层相干属性平面图。

图5为本申请实施例的各标志层之间振幅变化率属性平面图。

图6为本申请实施例的倾角导向滤波后地震剖面与相干属性剖面图。

图7为本申请实施例的判别走滑断裂边界及主断面的系统的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成相应技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。本申请实施例以及实施例中的各个特征，在不相冲突前提下可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

另外，附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

盆地内走滑断裂的形成及规模受控于多期构造活动时期的区域应力场，本发明实施例采用的方法是对多期构造活动背景下形成的走滑断裂边界和主断面的一种判别方法，根据三维地震属性梯度结构张量及不同层系相干类属性与振幅变化率属性联合来判别走滑断层的边界和主断面。

图1为本申请实施例的判别走滑断裂边界及主断面的方法的流程示意图。下面参考图1来说明该方法的各个步骤。

在步骤S110中，对待判别地区的三维地震数据进行预处理。

具体地，在进行预处理的过程中，主要包括对待判别地区的三维地震数据的倾角导向滤波处理。

更具体地，首先对三维地震数据进行倾角和倾向方位角估算，然后利用相关加权中值滤波的方法沿着地震反射轴的方向去除其上覆的与该反射轴的倾角方位角不同的随机噪音。通过对原始的三维地震数据进行倾角导向滤波处理能够增加地震反射轴的连续性，同时保护断裂信息。图2为本申请实施例的原始地震剖面与倾角导向滤波后地震剖面对比图，如图2所示，经过倾角导向滤波处理后的地震剖面的地震反射轴的连续性较好，为后面更好地确定走滑断裂边界及主断面提供了更好的基础。

当然，除了上述的滤波处理以外，还可以进行其他预处理措施，以保证处理后的数据的断裂信息的完整和有效性，具体其他预处理此处不做限定。

在步骤S120中，在基于预处理后的三维地震数据形成的地震剖面上对走滑断裂带发育区主要标志同相轴(可理解是“主要标志层”，简称“标志层”)进行追踪。

需要说明的是，主要标志同相轴指在三维地震资料中振幅能量较强，反射轴较连续，较容易追踪的同相轴，其中，对于振幅能量的强度、反射轴的连续性可以根据实际情况进行选择，此处不做限定。主要标志同相轴一般代表地表下在区域上广泛存在的实际的地层，可以将三维地质资料中的振幅能量达到设定值，反射轴连续性达到设定值的同向轴作为主要同向轴。工作中，主要标志同相轴一般用特定的代码(如T₇ ⁴、T₇ ⁶、T₈ ⁰、T₈ ³和T₉ ⁰)来表示。

在本步骤中，通过该地区或邻区钻遇主要标志同相轴的钻井与三维地震资料进行深度匹配可以确定主要标志同相轴的位置，优选地，对主要标志同向轴进行由深至浅地追踪。此处的“追踪”，指在计算机中在地震剖面上将同一主要标志同相轴连线，最后得到该主要标志同相轴平面图。

接着，在步骤S130中，计算主要标志层处的梯度结构张量、相干和振幅变化率属性。

具体地，首先计算预处理，即滤波后的三维地震数据体的梯度结构张量及相干属性(参见图1中的S1310)。

在计算三维地震数据体的梯度结构张量及相干属性时，梯度结构张量属性的基本原理是将地震数据构建为二维或三维图像数据属性，利用局部的结构张量特征值相对大小及组合参数确定地震图像数据中的不同纹理单元(如波状、层状、杂乱反射等)，进而对三维地震数据反射结构进行解释和反射异常体的自动识别。在三维地震资料中，每一点的梯度向量均为3个元素组成，分别代表x,y,t方向，在其位置点(x,y,t)处，描述地震同相轴的倾角和方位角的三维梯度向量可以表示为：

其中，

是地震数据体的在x，y，z三方向的导数。

相干体是利用相干体技术将三维地震数据经计算转化成相关系数数据体。当地层中存在断层或裂缝发育时，地震剖面上波形特征会发生变化，通过比较局部地震波形的相似性，可以直观辨别成断裂。在相干数据体切片上就能得到断层面附近有规律的低相干值，这些低相干值能真实地反映出断裂的展布规律。

接着，从计算得到的三维地震数据体的梯度结构张量及相干属性中提取主要标志层处的梯度结构张量、相干和振幅变化率属性(参见图1中的S1320)。

优选地，在梯度结构张量和相干属性体上，提取相应属性体在已追踪的主要标志层上下设定时窗(例如上下各50ms)时窗范围内的属性值，得到主要标志层的梯度结构张量和相干属性。同时用相同的时窗提取主要标志层处三维地震数据的振幅值，对该振幅值求取横向变化的导数，得到振幅变化率属性(如图5所示)。

最后，在步骤S140中，综合计算得到的标志层处的梯度结构张量、相干和振幅变化率属性确定走滑断裂带的边界和走滑断裂主断面。

在该步骤中，首先根据标志层的梯度结构张量和振幅变化率属性确定走滑断裂带的边界(参见图1中的S1410)

具体地，对于同一标志层，利用同一标志层的梯度结构张量和振幅变化率属性进行对比，取这两种属性的边界最大值，确定为走滑断裂带在该标志层上的边界。以相同的方法确定其他标志层上走滑断裂带的边界，在纵向上将不同标志层的走滑断裂带边界相连便可确定走滑断裂带在空间上的边界。

接着，根据标志层相干属性、振幅变化率属性和相干属性剖面确定走滑断裂主断面。

具体来说，走滑断裂带主断面的特征为断裂断距较大，横向和纵向上断裂延伸较远，同时断面规模较大，在地震剖面上振幅会发生变化。那么基于上述走滑断裂带主断面的特征，在标志层相干属性上，相干值越小(颜色越黑，将相干属性归一化至值域范围0～1时，主断面相干属性值域一般小于0.85)代表断距越大；相干属性上，断裂延伸越长，代表是主断面的可能性越大；在相干属性剖面上，纵向上相干值越小(颜色越黑)，纵向延伸越远，代表该断面为主断面的可能性越大；同时，振幅变化率反映断裂带中岩石破碎程度强弱，振幅变化率值越大(振幅变化率属性归一化至值域范围0～128，主断面振幅变化率属性值域一般大于22)，岩石破裂强度越强，代表断面为主断面的可能性越大。综合以上四种特征，来判定走滑断裂主断面。

为了更好地说明本发明实施例的内容，下面结合附图以塔里木盆地顺北地区某三维工区(下文以S三维代指)为例，对上述各个步骤作进一步详细的描述。

步骤S1：对该地区的三维地震数据进行倾角导向滤波处理。

图2为原始地震剖面与倾角导向滤波后的地震剖面对比图。从图2可以看出经过倾角导向滤波处理后，地震剖面上走滑断裂的断面更清晰，有利于断裂边界和断面判别。其中，图2中颜色最黑的黑色条纹代表主要标志层，图2中的剖面①～⑥平面位置对应图4中的①～⑥。

步骤S2：对走滑断裂带发育区主要标志层由深至浅进行追踪。

S三维区主要追踪了T₇ ⁴、T₇ ⁶、T₈ ⁰、T₈ ³和T₉ ⁰这5层特征较明显的标志层，纵向上基本控制了整个走滑断裂带。T₇ ⁴、T₇ ⁶、T₈ ⁰、T₈ ³和T₉ ⁰代码分别塔里木盆地顺北地区中奥陶统一间房组顶面、中下奥陶统鹰山组顶面、寒武系顶面、中寒武统吾松格尔组顶面、震旦系顶面。(如图2中标注)

步骤S3：计算滤波后三维地震数据体的梯度结构张量及相干属性。

梯度结构张量属性能够在三维空间上描述构造和振幅特征与围岩有较大差异的特殊地质体，相干属性主要描述相邻地震同相轴之间的相似性，断裂断距越大相干属性值越小。

步骤S4：提取主要标志层处的梯度结构张量、相干和振幅变化率属性。

属性提取时窗一般在标志层上下50ms内。也可测试不同时窗，反映标志层附近属性特征即可。

图4表示各标志层相干属性平面图，以及图5表示各标志层之间振幅变化率属性平面图。图4和图5用来确定走滑断裂主断面，图3确定走滑断裂带边界。

步骤S5：综合标志层的梯度结构张量和振幅变化率属性确定走滑断裂带的边界。

图3为T₇ ⁴标志层梯度结构张量和振幅变化率属性判别走滑断裂带边界示意图，在图3中，T₇ ⁴以下100ms时窗内的梯度结构张量与振幅变化率属性刻画的走滑断裂带边界较一致，说明利用该两种属性描述走滑断裂带的边界可靠。选取这两种属性的最大范围作为走滑断裂带的边界。

步骤S6：根据标志层相干属性、振幅变化率属性和相干属性剖面确定走滑断裂主断面。

走滑断裂带在形态上一般分为平移段、挤压段和拉分段三种类型。

1)走滑断裂平移段，对应图2中剖面④，剖面④中只有主干断裂，没有其他分支断裂，同时在图4中剖面④对应位置T₇ ⁴相干为单线特征(即只有一条明显的黑线)，即只有一个断面，该断面即为主断面；

2)走滑断裂挤压段对应图2中剖面②、剖面⑤、剖面⑥，剖面上断裂发育处相对周边T₇ ⁴标志层凸起，是压扭构造作用下的产物，T₇ ⁴相干为双线特征；拉分段对应图2中剖面①、剖面③，剖面上断裂发育处相对周边T₇ ⁴标志层下凹，是张扭构造作用下的产物，T₇ ⁴相干为双线特征。此时首先根据相干属性剖面(图6右侧图)判断，主断面的断距较大，对应相干属性剖面上属性值越小。其次，主断面上溶蚀程度大，储层发育，在地震剖面上主断面附近会形成强反射的地震响应特征，因此可以利用标志层之间时窗范围内的振幅变化率属性结合相干属性判断主断面的位置。

本发明实施例公开了一种走滑断裂带边界及主断面判别方法，它拓宽了含油气盆地中走滑断裂带的研究领域，由以前主要研究走滑断裂带与油气运移的关系拓展到了走滑断裂带形成的储集体本身。通过综合利用梯度结构张量和振幅变化率属性确定走滑断裂带的边界，通过利用相干和振幅变化率属性判别走滑断裂带的主断面。指导了断裂带和碳酸盐岩断控缝洞储集体的评价部署。可对同一断裂带不同段开展评价，优选有利部位和甜点目标进行勘探与开发。将设计的钻井轨迹控制在断裂、储层最发育及断-储配置最优的范围内，可以提高勘探井储层钻遇率和开发井建产成功率。通过本发明一整套方法技术流程的具体运用，使断裂带的描述更加全面。

在本发明的另一个实施例中，还公开了一种判别走滑断裂边界及主断面的系统70，具体该系统70的组成结构参见图7所示。

如图7所示，该系统70包括：预处理模块72、标志层追踪模块74、属性计算模块76和边界断面确定模块78。预处理模块72，其对待判别地区的三维地震数据进行预处理；标志层追踪模块74，其在基于预处理后的三维地震数据形成的地震剖面上追踪走滑断裂带发育区的标志层；属性计算模块76，其计算标志层处的梯度结构张量、相干和振幅变化率属性；边界断面确定模块78，其综合计算得到的标志层处的梯度结构张量、相干和振幅变化率属性确定走滑断裂带的边界和走滑断裂主断面。这些模块分别执行上述方法提到的步骤S110～S140，因此不做赘述。

应该理解的是，本发明所公开的实施例不限于这里所公开的处理步骤，而应当延伸到相关领域的普通技术人员所理解的这些特征的等同替代。还应当理解的是，在此使用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而并不意味着限制。

说明书中提到的“一个实施例”或“实施例”意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例中。因此，说明书通篇各个地方出现的短语“一个实施例”或“实施例”并不一定均指同一个实施例。

虽然上述示例用于说明本发明在一个或多个应用中的原理，但对于本领域的技术人员来说，在不背离本发明的原理和思想的情况下，明显可以在形式上、用法及实施的细节上作各种修改而不用付出创造性劳动。因此，本发明由所附的权利要求书来限定。

Claims (10)

1.一种判别走滑断裂边界及主断面的方法，其特征在于，该方法包括：

步骤一，对待判别地区的三维地震数据进行预处理；

步骤二，在基于预处理后的三维地震数据形成的地震剖面上追踪走滑断裂带发育区的标志层；

步骤三，计算标志层处的梯度结构张量、相干和振幅变化率属性；

步骤四，综合计算得到的标志层处的梯度结构张量、相干和振幅变化率属性确定走滑断裂带的边界和走滑断裂主断面。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤一中，

对所述三维地震数据进行倾角导向滤波处理。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在所述步骤三中，包括：

计算预处理后的三维地震数据体的梯度结构张量及相干属性，从中提取标志层处的梯度结构张量、相干属性和振幅变化率属性。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

在追踪到的标志层的上下设定时窗范围内提取相应的属性值。

5.根据权利要求1～4任一项所述的方法，其特征在于，在所述步骤四中，包括：

根据标志层的梯度结构张量和振幅变化率属性确定走滑断裂带的边界；

根据标志层的相干属性、振幅变化率属性和相干属性剖面确定走滑断裂主断面。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在确定走滑断裂带的边界的步骤中，

对于同一标志层，利用该标志层的梯度结构张量和振幅变化率属性进行对比，取这两种属性的边界最大值，确定为走滑断裂带在该主要标志层上的边界；

在纵向上将不同标志层的走滑断裂带边界相连以确定走滑断裂带在空间上的边界。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于，在确定走滑断裂主断面的步骤中，综合如下四种特征，来判断走滑断裂主断面：

在标志层相干属性上，相干值越小则代表断距越大；

在相干属性上，断裂延伸越长，代表是主断面的可能性越大；

在相干属性剖面上，纵向上相干值越小，纵向延伸越远，代表该断面为主断面的可能性越大；

振幅变化率值越大，岩石破裂强度越强，代表断面为主断面的可能性越大。

8.一种判别走滑断裂边界及主断面的系统，其特征在于，该系统包括：

预处理模块，其对待判别地区的三维地震数据进行预处理；

标志层追踪模块，其在基于预处理后的三维地震数据形成的地震剖面上追踪走滑断裂带发育区的标志层；

属性计算模块，其计算标志层处的梯度结构张量、相干和振幅变化率属性；

边界断面确定模块，其综合计算得到的标志层处的梯度结构张量、相干和振幅变化率属性确定走滑断裂带的边界和走滑断裂主断面。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，

所述预处理模块，其对所述三维地震数据进行倾角导向滤波处理。

10.根据权利要求8或9所述的系统，其特征在于，所述边界断面确定模块，其进一步执行如下操作：

根据标志层的梯度结构张量和振幅变化率属性确定走滑断裂带的边界；

根据标志层的相干属性、振幅变化率属性和相干属性剖面确定走滑断裂主断面。

Images