一种基于非连续性处理的碳酸盐岩走滑断层破碎带识别方法

摘要

本发明公开了一种基于非连续性处理的碳酸盐岩走滑断层破碎带识别方法。针对油气盆地深部常规地震资料难以识别与评价碳酸盐岩断层破碎带的缺陷，本发明根据走滑断层破碎带具有不连续的结构特性，提出基于非连续性处理的地震剖面及属性进行判识与评价碳酸盐岩走滑断层破碎带的方法。在走滑断层破碎带地震响应分析基础上，本发明通过不连续性地震处理，提取反映断层破碎带的不连续性参数，重构地震数据体，并提出通过基于不连续性处理的地震剖面判识断层破碎带边界的方法，以及基于非连续性处理地震平面属性识别断层破碎带的方法。在此基础上，提出了断层破碎带的分带、分段、分块划分与评价的方法。本发明实现了盆地深层碳酸盐岩走滑断层破碎带的地震判识与评价，为断层破碎带的结构研究与地质评价提供了方法支持。

说明书

技术领域

本发明属于油气勘探开发的评价技术领域。更具体地，涉及碳酸盐岩断层破 碎带的地震判识与评价方法。

背景技术

早期研究通常将断裂简化为一维或二维地质模型，深入研究发现大型断裂带 往往发育较宽的变形带，在狭窄的应变与位移集中的断层核外围，往往发育宽阔 的受断裂作用影响的破碎带，构成复杂的3D断层破碎带(包括断层核与破碎带) (McGrath andDavison,1995；Kim et al.，2004；Peacock et al.,2017)。断层破碎带 不仅控制断裂带岩石力学特征及其渗流性能，具有复杂内部构造变形、流体-岩 石作用、渗流作用(McGrathand Davison,1995；Shipton et al.,2003；Jeanne et al., 2012)，与地球构造演变、地震机制、油气与矿产分布等关系密切，并在地震预 测、油气勘探开发、矿产开采、水文与路桥工程、废料处理等工程应用中备受关 注(Caine et al.,1996；Faulkner et al.,2010；Bense et al.,2013；Pei et al.,2015)，是 地球科学与工程应用研究的热点与难点。不同于1D或2D简化处理的断面控制 的油气运聚，油气盆地深-超深层致密碳酸盐岩储层中断层破碎带不仅造成复杂 的油气运聚成藏，而且对储层的建设性作用更为显著，同时造成油气分布与产出 的复杂性(Caine et al.，1996；邬光辉等，2012；付晓飞等，2013；Olierook etal., 2014；Lyu et al.,2017；Wu et al.,2020)，成为超深层油气勘探开发的重要研究内容。

断层破碎带的研究主要集中在露头的地质建模，对地下的断层破碎带识别方 法技术研究很少。研究表明，断层破碎带裂缝的发育程度会随距断层核的距离的 增加而减少(Mitchell and Faulkner,2009；Savage and Brodsky,2011；Faulkner et al., 2011；Torabi and Berg,2011；Choi,et al.,2016)，因此通过露头获得的裂缝密度沿 破碎带的边界的突变可以用来划分断层破碎带的分布，并可以应用到井下(Choi et al.,2016；Wuet al.,2019)。但是，油气盆地中往往难以获得足够的裂缝密度数 据量，从而造成破碎带判识的不准确性(Wu et al.,2019)。尽管地下深处的单条 裂缝尚难以用地震资料识别，但随着高精度三维地震技术的发展，可能沿层面、 剖面或立体空间开展微小断裂及其破碎带的预测，并取得新进展(Liu et al.,2011； Hale,2013；Wu et al.,2016；Iacopini etal.,2016；Botter et al.,2016；Torabi et al., 2017)。万效国等(2016)通过地震方法与技术的对比分析，利用相干加强(AFE) 与裂缝地震相分析技术，结合地震均方根振幅、地震曲率、缝洞体雕刻等多技术 手段，进行塔里木盆地哈拉哈塘地区奥陶系碳酸盐岩走滑断层破碎带的预测与刻 画。Ma et al.(2019)提出利用地震剖面进行测量断层破碎带外部边界的方法，并 得出破碎带宽度与断裂两盘高差具有较好相关性的认识。地震方法技术研究表明， 致密碳酸盐岩大型断层破碎带可能开展地震预测，地震属性受地震资料品质、处 理方法及断层破碎带的地质结构等因素影响大(Iacopini et al.,2016；Botter et al.,2016)，并有很多地震信息是来自地层与储层响应(万效国等，2016)。而且不同 方法技术之间有差异，其结果的精度尚待提高，尤其是盆地深层近于垂直的走滑 断层更难识别，其次级断层与断层破碎带的识别仍处于攻关阶段。同时，碳酸盐 岩断层破碎带结构更复杂、时空演变差异大、非均质性强烈，缺少地质模型指导， 以及钻井资料的限定与验证(万效国等，2016；Wu et al.,2019)，深层断层破碎 带的地震识别面临更多挑战。

因此，提出在地质模型约束并有钻探验证的基础上，基于地震资料的不连续 性处理，优选反映断层破碎带的边界与强度的地震属性进行断层破碎带的识别， 更加有效的实现断层破碎带的地震判识与评价。

发明内容

针对大型碳酸盐岩断层破碎带结构多样，盆地内部裂缝、断层岩难以用地震 技术识别，不能满足断层破碎带判识与评价需要的缺陷，提出一种基于非连续性 处理的碳酸盐岩走滑断层破碎带识别方法(图1)。

常规地震资料处理过程中，通常进行突出地层连续性的处理(图2a)。通过 这样的地震处理，可以突出单一的的断层面与大型的连续断层面，从而突显连续 的断点与断面，实现断层的有效判识。但是，大型断层破碎带宽度可达数公里， 狭窄断层核是断层位移集中部位，为断层滑动面分布区(Kim et al.,2004；Peacock et al.,2017)。宽阔的破碎带是断层核周围受控于沿断层滑动的形成、扩展、相互 作用和积聚而形成的变形岩体(Cowieand Scholz,1992；McGrath and Davison, 1995；Kim et al.,2004；Peacock et al.,2017)。根据垂直破碎带走向结构的变化， 可以将碳酸盐岩断层破碎带进一步划分为内带(强变形带)与外带(弱变形带)， 或是划分为转换带与破碎带。破碎带内带邻近断层核，与断层核突变接触或渐变 接触，发育多组方向的裂缝，形成裂缝密集分布区域；局部构造变形强烈，形成 角砾岩、碎裂岩发育区，地层原始层面不连续，或已碎裂不清。破碎带外带以裂 缝发育为特征，碳酸盐岩通常以单一的1-2组裂缝为主，裂缝发育程度较内带明 显降低，地层连续性好，缺少角砾岩与碎裂岩(Agosta et al.,2012；张丽娟等， 2016；邬光辉等，2020)。由此可见，很多大型断裂带不是面状断层、而是具有 复杂的内部结构的宽阔3D体，其中断面周缘往往不是连续的地层。因此，在断 控致密油气藏开发与精细勘探过程中，很多大型断裂带不能以1D或2D的简化 地质模式指导地震资料的处理，需要参考断层破碎带的地质模型。

因此，基于断层破碎带地质结构的不连续特征，本发明提出基于非连续性处 理的方法进行断层破碎带的地震资料处理。通过对地震数据在全倾角、方位角的 方向分析及分解再重组过程中，加入局部线性函数作为重构权重变化条件，控制 输出数据，增强不连续响应的响应幅度。通过非连续性处理，可以更好的突出断 层破碎带各向异性的地球物理特点，可以表征断层破碎带的杂乱结构(图2b)。

在走滑断层精细解释与井-震响应分析基础上，本发明通过突出不连续性处 理地震剖面的响应，并通过钻井资料约束，确定断层破碎带边界的地震参数门限， 进而人机联作判识剖面上的断层破碎带边界。同时，通过钻井资料的约束与检验， 优选有效反映走滑断层破碎带的地震方法技术，判识断层破碎带的平面分布，从 而为断层破碎带的分带、分段与分区，及断层破碎的强度评价提供技术支撑。

本发明的目的在于提供一种基于非连续性处理的碳酸盐岩走滑断层破碎带 识别方法。

本发明的另一目的是提供所述一种基于非连续性处理的碳酸盐岩走滑断层 破碎带识别方法的应用。

本发明上述目的通过以下技术方案实现：

(1)断层破碎带地震响应分析。通过钻探井标定及钻井资料研究，分析断 层破碎带的结构与裂缝分布。结合地质方法判识的断层破碎带分布，进行断层破 碎带的井-震响应分析，确定断层破碎带的基本地质特征及其地震响应的基本特 点。结合实例分析(图2a、3)表明地震响应特征如下：

地震剖面上(图2a、3)，断层核通常表现为杂乱反射，波形错乱、分叉或 无反射，无连续波组，有异常强振幅或局部弱振幅，以及高频与低频异常。由于 断层核狭窄，在地震剖面上往往难以判识其边界与分布。

断层破碎带内带邻近断层核，在地震剖面上(图3)，断层破碎带内带通常 呈弱振幅杂乱地震相，波组不稳定、波形变化大，同相轴突变，发生扭曲、分叉。 破碎带内带与断层核通常连为一体的杂乱弱振幅区域，区分困难。

断层破碎带外带在地震剖面上(图3)，通常呈现同相轴连续，振幅减弱， 频率降低。由于破碎带外带与围岩差异较小，其地层变化小，地震剖面识别的外 带边界往往较钻井证实的窄。破碎带外带与内带、围岩呈渐变关系时，常规剖面 通常较难识别外带的分布，通常需要裂缝与储层预测方法判识。

基于地震响应特征的详细分析，是断层破碎带的判识与评价的基础。

(2)非连续性处理。针对断层破碎带的不连续结构，通过对地震数据进行 多尺度分解，对不同尺度数据进行全倾角、方位角的方向分析及分解再重构过程 中，加入局部线性函数作为重构权重变化条件，控制输出数据，增强不连续地质 体的响应幅度。具体的方法是：①针对实际工区的断层破碎带地质模型，优选不 连续性处理方法参数与流程；②利用多尺度多方向分析方法将地震信号分解为不 同尺度、不同方向的包含不同地质信息的子带信息，结合一定的算法(方向可控 滤波器)分别提取子带信息上与地质体有关的地质信息，从而达到精确识别地质 体的目的；③处理过程中，可以根据子带的方向信息优化参加重构的子带(方程 组(1))，通过利用最大信息与最小信息方向上的信息比值进行权重优化，以 突出不同尺度的非连续性内容，从而达到识别不连续的断层破碎带的目的(图 2b)。

q(θ)代表地震资料q在方向θ上的信息，q

进行地震资料的突出不连续性处理实例结果表明(图2)，处理后的地震剖 面能够直观的显示断层破碎带的分布及其内部结构(图2b)。如图2b所示，断 层破碎带具有复杂的结构，其中微小断层难以解释，但断层破碎带的空间分布比 较清楚，容易识别其分布范围。实例分析表明，处理后断层破碎带的外部轮廓更 清晰，内部的杂乱反射、小断层与不连续波组显示更明显，可以用来进行破碎带 的边界判识。相对常规剖面，突出不连续性处理的剖面具有较宽的破碎带宽度， 更接近实际地下地质情况。

(3)基于非连续性处理的地震剖面判识断层破碎带的方法。通过以上地震 响应特征分析(图3)，结合钻井资料对破碎带边界的约束，利用不连续性处理 地震剖面进行断层核、破碎带内带与外带的判识，并测量断层破碎带的宽度(图 2-4)。其判识方法如下：

①由于断层破碎带通常造成地震波组的不连续，为更好的突出断层破碎带的 分布，进行地震资料的突出不连续性处理。②对比常规剖面与不连续性处理剖面， 突出显示断层破碎带的分布及其内部结构(图2b)；③以地震剖面为基础，通 过钻井的标定，确定断层核、内带与外带的地震判识标准；④断层破碎带在地震 剖面上的判识与划分；⑤检验与校正，获取沿断裂走向的破碎带分布。

其中断层核可以通过相干、曲率等方法技术确定分布，但其中有一定误差， 需要结合钻探资料限定。如果断层核、或是内带与外带难以区分，则仅判识断层 破碎带的外边界。资料较差时，拾取断层破碎带外部边界的包络面划分断层破碎 带的范围即可。需要注意的是，地震剖面判识的破碎带分带边界往往与地质方法 判识的边界有一定区别，需要根据实际地质条件进行校对。

实际判识中，需要相关钻井的约束，确定好破碎带外边界的门槛值，获得更 接近实际的破碎带边界。

在以上工作基础上，以地震剖面为基础，通过钻井的标定，选取一定的地震 属性门槛值，拾取断层破碎带外部边界的包络面，沿走向获得断层破碎带的宽度。 结合钻井与地震资料的限定，进行断层破碎带的宽度与高差相关性分析，剔除异 常值获得断层破碎带宽度与高差的回归方程(图4)，可以预测并获取研究区断 层破碎带宽度沿断层走向的分布。尽管断层破碎带的界线在地震剖面上往往很难 准确判识，但在钻井资料与地震属性的约束下，通过大量的统计数据，可能用来 判断断层破碎带的变化规律，并有助于断层破碎带宽度的预测。

通过钻井结果检验，调整校正断层破碎带判识标准，综合确定沿断层破碎带 走向的分带与宽度分布。

(4)基于非连续性处理地震平面属性识别断层破碎带的方法。由于断层破 碎带结构复杂，深层地震资料分辨率低，常规地震资料提取的地震属性往往难以 有效反映断层破碎带的平面分布特征。如图5a所示，在研究工区左上角可能存 在断层破碎带，但常规地震剖面提取的均方根振幅属性不能清晰地显示其分布。 但在非连续性处理基础上，提取均方根振幅属性(图5b)清晰地显示了两条断 层破碎带的分布，并表明的断层破碎带的强度与分段性。因此，基于非连续性处 理的地震平面属性可能识别断层破碎带。在井-震约束下调整参数，在非连续性 处理地震资料基础上，对比分析不同地震属性对断层破碎带的响应特征，优选的 地震属性进行断层破碎带的识别：

①进行钻井标定，确定目的层断层破碎带的基本地质模式；

②在非连续性地震资料基础上进行地震属性响应分析，分析不同断层破碎带 结构的有效地震响应属性；

③优选断层破碎带响应较好的地震平面属性，进行沿断层破碎带的属性提取；

④在钻井与地震剖面约束下，结合井-震响应分析，基于断层破碎带边界突 变的地质条件所导致的地震突变属性，调整断层破碎带边界的地震属性参数门槛 值，重新进行地震属性的提取与显示；

⑤进行断层破碎带的判识，如图5b实例显示有的断裂带具有明显的突变边 界，追踪与划分断层破碎带的边界(图5c)；

⑥进行钻井检验，结合地震剖面拾取与其他方法技术，综合划分断层破碎带 的边界。

(5)断层破碎带区带划分与评价。由于断层破碎带结构的差异与破碎程度 的差异，垂直断层破碎带走向具有分带性，沿断层破碎带走向具有分段性与分区 性。在断层破碎带判识的基础上，利用地震方法技术组合进行断层破碎带的分带、 分段与分区。

确定研究断层破碎带的断层核、内带与外带。①结合相关钻井资料，利用地 震剖面精细解释，确定主干断裂的断层核位置(图3)；②优选地震属性资料综 合分析划分断层核的分布。由于边界不清，以地震属性显示的狭窄的强断裂线性 带作为断层核；如果很模糊，与内带合并划分(图5c)。

断层破碎带的区段划分。①由于长期深埋，绝大多数停止活动的断层核处于 封闭状态，在此基础上，以主干断层核为界，将断层破碎带分为两半；②结合断 裂走向上的分段性，进行断层破碎带走向上的分段，如图5c将左边断层破碎带 划分为三段；③以破碎带的发育程度为基础，结合连通性分析进行破碎带单元的 分区，如图5中Ⅲ段可以划分为东西两带，西带又可以进一步划分为三块。

在区块划分的基础上，进行断层破碎带区块评价：①根据实际地质与地震资 料，制定强、中、弱变形三种破碎带的评价标准；②优选一种地震属性，并参考 其他方法技术，评价强、中、弱破碎带区块(图5)；③测量区块面积，描述地 质特征与地震响应特征。

(6)方法与结果的验证与校对，方法技术的实际推广应用。

本发明克服了盆地深部断层破碎带难以识别，不能满足断层破碎带判识与评 价需要的缺陷，实现了断层破碎带的判识，及其区块划分与评价，为断层破碎带 的结构与地质评价提供了基础。

本发明需要经过地震非线性处理后可以较好反映破碎带分布的地震资料，适 用于大型复杂结构的碳酸盐岩断层破碎带，也可应用于大型碎屑岩断层破碎带。 本发明可以根据实际地质条件与技术的适用性，以本发明的思路与流程为基础， 优化不同地质条件下断层破碎带判识与评价的方法技术及流程。

附图说明

图1断层破碎带判识与评价的流程

图2(a)突出连续性处理地震剖面(b)断层破碎带(图b中断层破碎带 纵向上的外部边界包络面清晰，内部结构更加明显)

图3原始地震剖面上断层破碎带分带图示

图4走滑断层破碎带宽度-高差相关关系图

图5(a)某地区碳酸盐岩走滑断层破碎带常规地震资料提取的均方根振幅 属性平面图；(b)非连续性处理后提取的均方根振幅属性平面图；(c)断层破 碎带的区块划分图

具体实施方式

基于大型碳酸盐岩断层破碎带的结构的不连续性，及其空间展布的分带、分 段与分块性，本发明克服了常规地震资料不能满足断层破碎带判识与评价需要的 缺陷，实现了断层破碎带的判识，及其分带、分段与分块评价。以下结合研究实 例，具体进一步说明本发明(流程见图1)。除非特别说明，本发明采用的方法 和设备为本技术领域常规方法和设备。

(1)建立地震解释工区，以及钻井、地震资料数据库，为断层破碎带的判 识与评价提供基础数据。

(2)走滑断层的精细解释。具体实施流程如下：

①层位标定与解释；

②走滑断层构造建模；

③结合地震相干、地层曲率、地震属性等方法技术，进行走滑断层平面分布 分析；

④优化适用工作区的走滑断层地震解释方法技术组合；

⑤走滑断层的精细解释，构造与断裂平面成图。

(3)钻井标定与井-震响应分析。具体实施流程如下：

①通过钻探井标定及钻井资料研究，分析断层破碎带的结构与裂缝分布；

②结合地质方法判识的断层破碎带分布，分析断层破碎带的井-震响应；

③分析断层破碎带的基本地质特征及其地震响应的基本特点。

断层破碎带的地震响应特征与判识如下(图2、3)：

①断层核通常表现为杂乱反射，波形错乱、分叉或无反射，无连续波组，有 异常强振幅或局部弱振幅，以及高频与低频异常。由于断层核狭窄，在地震剖面 上往往难以判识其边界与分布。

②断层破碎带内带通常呈弱振幅杂乱地震相，波组不稳定、波形变化大，同 相轴突变，发生扭曲、分叉。破碎带内带与断层核通常连为一体的杂乱弱振幅区 域，区分困难。

③断层破碎带外带通常呈现同相轴连续，振幅减弱，频率降低。由于破碎带 外带与围岩差异较小，其地层变化小，地震剖面识别的外带边界往往较钻井证实 的窄。破碎带外带与内带、围岩呈渐变关系时，常规剖面通常较难识别外带的分 布，通常需要裂缝与储层预测方法判识。

在此基础上结合其他方法，明晰不同区段断层破碎带的地震响应特征。

(4)非连续性处理(图2)。具体实施流程如下：

①确定研究工区的断层破碎带的基本地质模式；

②优选不连续性处理方法参数与流程；

③利用多尺度多方向分析方法将地震信号分解为不同尺度、不同方向的包含 不同地质信息的子带信息；

④结合一定的算法(方向可控滤波器)分别提取子带信息上与地质体有关的 地质信息，对地震数据在全倾角、方位角的方向分析及分解再重组；

⑤可以选择参加重构的子带数据，以突出不同尺度的非连续性内容；

⑥加入局部线性函数作为重构权重变化条件，控制输出数据，增强不连续响 应的响应幅度；

⑦结合钻井资料与其他地震方法技术获得的资料，对比分析初步处理结果， 优化处理流程，完成非连续性处理；

⑧地震数据体的分析与应用。

实例分析表明(图2)，非连续性处理后断层破碎带的外部轮廓更清晰，内 部的杂乱反射、小断层与不连续波组显示更明显，可以用来进行破碎带的边界判 识。

(5)通过地震剖面判识断层破碎带(图2-4)。具体实施流程如下：

①针对实际工区的地震-地质响应特征，分析不连续性处理地震剖面的响应 特征；

②对比常规剖面与不连续性处理剖面，突出显示断层破碎带的分布及其内部 结构(图2)；

③以地震剖面为基础，通过钻井的标定，确定断层核、内带与外带的地震判 识标准；

④断层破碎带在地震剖面上的判识与划分；

⑤检验与校正，获取沿断裂走向的破碎带分布。

在以上工作基础上，以地震剖面为基础，通过钻井的标定，选取一定的地震 属性门槛值，拾取断层破碎带外部边界的包络面，沿走向获得断层破碎带的宽度。 结合钻井与地震资料的限定，进行断层破碎带的宽度与高差相关性分析，剔除异 常值获得断层破碎带宽度与高差的回归方程(图4)，可以预测并获取研究区断 层破碎带宽度沿断层走向的分布。尽管断层破碎带的界线在地震剖面上往往很难 准确判识，但在钻井资料与地震属性的约束下，通过大量的统计数据，可能用来 判断断层破碎带的变化规律，并有助于断层破碎带宽度的预测。

通过钻井结果检验，调整校正断层破碎带判识标准，综合确定沿断层破碎带 走向的分带与宽度分布。

(6)通过地震平面属性识别断层破碎带。在井-震约束下调整参数，优选地 震属性进行断层破碎带的识别：

①进行钻井标定，详细确定研究目的层断层破碎带的基本地质特征；

②精细断裂及次级微小断裂的精细解释，为断层破碎带分布提供基础；

③井-震地震响应分析，建立不同断层破碎带结构的地震响应特征；

④在钻井与地震剖面约束下，结合井-震响应分析，基于断层破碎带边界突 变的地质条件所导致的地震突变属性，优选有效的断层破碎带平面识别方法技术；

⑤提取地震属性(图5b)；

⑥在井-震约束下，确定显示断层破碎带外部边界的地震属性参数门槛值， 并进行破碎带边界的初步判识，如图5b实例显示有的断裂带具有明显的突变边 界；

⑦调校边界门限参数，进行断层破碎带的综合判识，划分断层破碎带边界(图5c)；

⑧进行钻井检验，结合其他方法技术，用于断层破碎带的边界判识。

(7)断层破碎带的区带划分。在断层破碎带的边界判识的基础上，利用地 震属性进行断层破碎带的分带与分段、分区。

断层破碎带的断层核、内带与外带的划分：

①结合相关钻井资料与地震平面属性，通过地震剖面精细解释，确定主干断 裂的断层核位置(图3)；

②多种地震属性资料综合分析划分断层核的分布，由于边界不清，以相干、 曲率与振幅属性显示的狭窄的强断裂线性带作为断层核；如果很模糊，与内带合 并划分；

③划分断层破碎带的外部边界(图5c)；

④以突出不连续性处理地震剖面结合地震属性平剖面图，进行断层破碎带的 内带/外带边界划分。

断层破碎带的区段划分：

①以主干断层核为界，将断层破碎带分为两半；

②结合断裂走向上的分段性，进行断层破碎带走向上的分段；

③以破碎带的发育程度为基础，结合连通性分析进行破碎带单元的分区。如 图5c以断裂构造样式的变化与破碎带的区段边界划分为三段，第Ⅲ段以属性差 异划分东西两带，西带又可以划分为3个区块。

(8)断层破碎带区带评价。在区块划分的基础上，制定断层破碎带破碎程 度的评价标准，进行断层破碎带区块评价：

①根据实际地质与地震资料，制定强、中、弱变形三种破碎带的评价标准；

②评价强、中、弱破碎带区块(图5)；

③测量区块面积，描述地质特征与地震响应特征。

(9)方法与结果的验证与校对，成熟方法技术的实际推广应用。

本发明可以根据实际地质条件与技术的适用性，优化不同地质条件的断层破 碎带判识与评价的方法技术及流程，向其他地区、类型推广应用。