一种影响低序级断层识别精度的定量分析方法与流程

本发明涉及低序级断层地震识别的勘探开发领域，特别是涉及到一种影响低序级断层识别精度的定量分析方法。

背景技术：

随着油田勘探开发程度的不断提高，断块型油气藏的地位越来越重要，其中的低序级断层日益受到重视，因为它改造了构造细节，控制了油水关系和剩余油分布，严重影响油藏开发技术的应用，因而这种低序级断层成为了油田勘探开发不能回避和绕不过的问题，必须开展针对性的研究。

在低序级断层研究方面，除了利用钻井资料识别断点做井间对比之外，完整的断层和断裂系统研究还是要依靠三维地震资料及相应的解释技术。由于低序级断层的水平断距和垂直落差都很小，一般只有5-10m甚至更小，因而在地震剖面上很难有明显的同相轴错断特征，通常只有微错断甚至是微扭动，在一般的构造解释中很容易被当作局部构造变化而被忽略，因而需要专门的解释技术来提取和强化小断层的地震特征，得到关于断层的清晰和直观的图像，避免因为解释人员经验所导致的结果不合理性。

目前低序级断层识别面临的难题主要有：

(1)低序级断层识别难度较大，因为其水平断距和垂直落差都较小，在地震剖面上很难有明显的同相轴错断特征；

(2)影响低序级断层识别的因素多，不同精度的地震资料、不同深度、不同速度结构、不同噪音、不同地层倾角、不同断层倾角等因素对低序级断层识别有多大影响不清；

(3)低序级断层在剖面上的组合形式多样、平面组合方式多解性强，如何合理的断裂系统组合，也是低序级断层解释中的难题。

在小断层识别的影响因素分析方面，现有的文献资料主要是通过建立全波场正演地质模型，对采集处理过程中影响地质构造识别的主频、速度误差、横向分辨率、自由地表等因素进行了探讨，可以对地震勘探中采集和处理参数提供有益的参考。与本发明相关的现有文献资料和应用技术中，尚没有用于影响低序级断层识别精度的定量分析方法，因而无法为低序级断层的地震识别和解释提供有效的指导。

技术实现要素：

本发明的目的是要针对低序级断层识别的研究难点，提供一种影响低序级断层识别精度的定量分析方法，为低序级断层的识别和解释提供可靠的依据及其指导作用。

为达到上述目的，本发明是按照以下技术方案实施的：

一种影响低序级断层识别精度的定量分析方法，包括以下步骤：

步骤1，在深入分析低序级断层地质特点和地震响应特征的基础上，针对低序级断层识别的影响因素，设计低序级断层地质模型；

步骤2，通过地震正演模拟，研究低序级断层在地震资料中的主要特征；

步骤3，开展对低序级断层识别精度的影响分析，归纳总结不同影响因素下的断层识别模版、断层断距分辨率力与深度交会综合曲线及其量板表。

在步骤1中，低序级断层地质特点如下：(1)如果地层界面及地震反射连续性较好，其表现为断层特征不明显，难以识别；如果界面及反射连续性较差，分叉、合并、断开现象严重，似乎随处可开断层，同样难以识别；(2)断层在剖面上的组合形式多样，且信号分布离散，相互影响，使得断层解释困难。

因此，在进行低序级断层识别精度的影响因素分析过程中，在进行低序级断层识别精度的影响因素分析过程中，分别针对埋藏深度、速度结构、地震子波主频、信噪比、断面倾角、地层产状、地层和断面的夹角影响低序级断层识别精度的因素，设计不同类型的低序级断层地质模型。

具体地，在步骤2中针对步骤1设计的低序级断层地质模型，通过模拟野外观测系统，确定激发点和接收点的位置，模拟震源激发，得到共炮点地震记录，然后对模拟得到的共炮点地震记录进行叠前深度偏移成像，最终得到给定地质模型的地震响应结果，分析断层模型的地震响应特征，为断层的识别和解释提供依据。

具体地，在步骤3中是通过对步骤1中设计的低序级断层地质模型的地震正演模拟，研究了低序级断层在地震资料中的主要特征，经归纳总结，分别得到了不同地震子波主频的断层识别模版、含不同比例噪音的断层识别模版、不同断面倾角的断层识别模版、不同地层倾角的断层识别模板、断面倾角与地层倾角的断层识别模板、不同深度下常规资料与高精度资料的断层分辨力识别模版、常规地震资料与高精度地震资料断层断距分辨率力与深度交会综合曲线对比图，通过最小二乘拟合得到断层分辨率力随深度变化的函数关系，并经计算得到断层断距分辨力与深度关系量板表，为实际地震资料低序级断层的识别和解释提供指导。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明中的影响低序级断层识别精度的定量分析方法充分考虑了低序级断层地质特点，通过地震正演模拟研究了低序级断层在地震资料中的主要特征，对影响低序级断层识别精度的诸多因素如埋藏深度、速度结构、地震子波主频、信噪比、断面倾角、地层产状、以及地层和断面的夹角等开展了分析和研究，归纳总结出了不同地震子波主频的断层识别模版、含不同比例噪音的断层识别模版、不同断面倾角的断层识别模版、不同地层倾角的断层识别模板、断面倾角与地层倾角的断层识别模板、不同深度下常规资料与高精度资料的断层分辨力识别模版、常规地震资料与高精度地震资料断层断距分辨率力与深度交会综合曲线对比图，并通过拟合公式计算得到断层断距分辨力与深度关系量板表，为实际地震资料低序级断层的识别和解释提供了可靠的依据及其指导作用。因此，本发明的方法具有良好的应用效果和推广前景。

附图说明

图1是本发明影响低序级断层识别精度的定量分析方法的流程图。

图2a是浅层(1000-1500m)地质模型；图2b是中浅层(1500-2000m)地质模型；图2c是中深层(2000-2500m)地质模型；图2d是深层(2800-3300m)地质模型。

图3a是浅层(1000-1500m)地质模型的地震正演模拟剖面；图3b中浅层(1500-2000m)地质模型的地震正演模拟剖面；图3c是中深层(2000-2500m)地质模型的地震正演模拟剖面；图3d是深层(2800-3300m)地质模型的地震正演模拟剖面。

图4是不同地震子波主频的断层识别模版。

图5是含不同比例噪音的断层识别模版。

图6是不同深度下常规资料与高精度资料的断层分辨力模版。

图7是常规资料、高精度资料的断层断距分辨率力与深度交会综合曲线图。

图8是不同断层倾角的地质模型。

图9是不同断层倾角的正演模拟剖面。

图10是不同断层倾角的断层识别模版。

图11a是地层深度递增具有不同地层倾角的地质模型的正向断层地质模型；11b是地层深度递增具有不同地层倾角的地质模型的正演模拟剖面。

图12a是地层深度递减具有不同地层倾角的地质模型的反向断层地质模型；12b是地层深度递减具有不同地层倾角的地质模型的正演模拟剖面。

图13a是不同地层倾角正向正断层的识别模板；图13b是不同地层倾角反向正断层的识别模板。

图14是断面倾角与地层倾角的断层识别模块。

图15是断层识别的各种影响因素的权重。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步描述，在此发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

如图1所示，本发明的一种影响低序级断层识别精度的定量分析方法，包括以下步骤：

步骤1，在深入分析低序级断层地质特点和地震响应特征的基础上，针对低序级断层识别的影响因素，设计低序级断层地质模型：

低序级断层地质特点如下：(1)如果地层界面及地震反射连续性较好，其表现为断层特征不明显，难以识别；如果界面及反射连续性较差，分叉、合并、断开现象严重，似乎随处可开断层，同样难以识别；(2)断层在剖面上的组合形式多样，且信号分布离散，相互影响，使得断层解释困难。

因此，在进行低序级断层识别精度的影响因素分析过程中，在进行低序级断层识别精度的影响因素分析过程中，分别针对埋藏深度、速度结构、地震子波主频、信噪比、断面倾角、地层产状、地层和断面的夹角影响低序级断层识别精度的因素，设计了以下几类低序级断层地质模型，具体如下：

(1)设计了分别代表浅层(1000-1500m)、中浅层(1500-2000m)、中深层(2000-2500m)、深层(2800-3300m)的四种不同速度结构的地质模型；

(2)地震子波主频分别设计为20hz、25hz、30hz、35hz、40hz、45hz、50hz；

(3)含有噪声的比例分别为5％、10％、15％、20％、25％、30％、50％；

(4)断面倾角分别为90°、85°、80°、70°、60°、50°、40°、30°、20°；

(5)分别设计了断面倾角为70°的情况下两种不同类型的地层产状模型：地层深度依次减小、地层倾角依次增大时的正向正断层模型；地层深度依次增大、地层倾角依次增大时的反向正断层模型。

步骤2，通过地震正演模拟，研究低序级断层在地震资料中的主要特征：具体地，针对步骤1设计的低序级断层地质模型，通过模拟野外观测系统，确定激发点和接收点的位置，模拟震源激发，得到共炮点地震记录，然后对模拟得到的共炮点地震记录进行叠前深度偏移成像，最终得到给定地质模型的地震响应结果，分析断层模型的地震响应特征，为断层的识别和解释提供依据；

其中，基于单程波算子的地震叠前正演流程如下：

假设接收面水平，以二维为例来说明共炮集记录的形成。频率域的震源波场和检波谐振波场分别记作p(x0,z0；ω)和g(xg,z0；ω)，地面记录和反射系数分别记作sp(x,z＝0；t)和r(x,z)，具体步骤如下：

①质模型网格化，并计算相应节点上的反射系数r(xj,zi)。

②把r(x,z)扩展成频率不变函数r′(x,z；ωn)：

r(x,z)＝r′(x,z；ωn)；n＝1,2,…,n；n＝int(ωmax/δω)

③将p(x0,z0；ω)和g(xg,z0；ω)分别向下延拓得p(x,zi+1；ω)和g(x,zi+1；ω)。

④计算深度zi+1产生的新震源p0(x,zi+1；ω)，即：

p0(x,zi+1；ω)＝p(x,zi+1；ω)×r(x,zi+1；ω)

⑤计算深度zi+1处的反射界面所生成的正演记录p(x,zi+1；ω)：

p(x,zi+1；ω)＝g(x,zi+1；ω)×p0(x,zi+1；ω)

⑥进行横向叠加，求取整个深度zi+1处所有可能的反射在所固定检波点的地震记录pg(xg,zi+1；ω)：

⑦重复步骤④到⑥，得到所有深度处的pg。

⑧进行纵向叠加，得到当前检波点在频率域的地震记录p(xg,ω)：

l＝int(zmax/δz)

对上式进行反傅立叶变换，得到时间域的地震记录p(xg,t)。

⑨改变检波点坐标，重复步骤③-⑧，得到当前炮点的完整共炮集地震记录。

⑩改变当前炮点位置，重复步骤③-⑨，直到得到全部共炮集地震记录

步骤3，开展对低序级断层识别精度的影响分析，归纳总结不同影响因素下的断层识别模版、断层断距分辨率力与深度交会综合曲线及其量板表：

具体地，是通过对步骤1中设计的低序级断层地质模型的地震正演模拟，研究了低序级断层在地震资料中的主要特征，经归纳总结，分别得到了不同地震子波主频的断层识别模版、含不同比例噪音的断层识别模版、不同断面倾角的断层识别模版、不同地层倾角的断层识别模板、断面倾角与地层倾角的断层识别模板、不同深度下常规资料与高精度资料的断层分辨力识别模版、常规地震资料与高精度地震资料断层断距分辨率力与深度交会综合曲线对比图，通过最小二乘拟合得到断层分辨率力随深度变化的函数关系，并经计算得到断层断距分辨力与深度关系量板表，为实际地震资料低序级断层的识别和解释提供指导。

以下为针对不同地质模型进行具体分析：

(1)速度结构的影响分析

分别设计具有相同断层组合特征的地质模型，分别填充四种不同的速度结构，其中图2a代表浅层(1000-1500m)地质模型、图2b代表中浅层(1500-2000m)地质模型、图2c代表中深层(2000-2500m)地质模型、图2d代表深层(2800-3300m)地质模型，通过正演模拟研究埋藏深度(速度结构)对低序级断层识别的影响，并在此基础上，开展后续的影响因素定量分析。

随着埋藏深度逐渐增大，正演模拟剖面的地震反射波主频和分辨率逐渐降低，因而对低序级断层的识别能力也随之下降。图3a为浅层(1000-1500m)地质模型的地震正演模拟剖面，基本可以识别出5m以上的断层，3m断层基本不可识别；图3b为中浅层(1500-2000m)地质模型的地震正演模拟剖面，基本可以识别出7m以上的断层，5m断层识别的可靠性明显下降，3m断层不可识别；图3c为中深层(2000-2500m)地质模型的地震正演模拟剖面，图3d为深层(2800-3300m)地质模型的地震正演模拟剖面，大致可以识别出9m以上的断层，5-7m断层识别的可靠性明显下降，3m断层不可识别。

(2)地震子波主频的影响分析

针对低序级断层地质模型，分别采用20hz、25hz、30hz、35hz、40hz、45hz、50hz的地震子波主频进行了地震正演模拟，分析了地震子波主频对低序级断层识别的影响，归纳总结出了不同地震子波主频的断层识别模版，如图4所示。

(3)噪音的影响分析

针对低序级断层地质模型的地震正演模拟剖面，分别加入5％、10％、15％、20％、25％、30％、50％的噪音，分析了噪音对低序级断层识别的影响，归纳总结出了含不同比例噪音的断层识别模版，如图5所示。

在地震子波主频和噪音对低序级断层识别的影响分析基础上，归纳总结不同深度下常规资料与高精度资料的断层分辨力模版如图6所示，绘制出断层断距分辨率力与深度交会综合曲线图如图7所示，并通过公式拟合得到断层分辨力指数函数，经拟合公式计算得到常规资料断层断距分辨力与深度关系量板表如表1所示，得到高精度资料断层断距分辨力与深度关系量板表如表2所示；

表1常规资料断层断距分辨力与深度关系量板

表2高精度资料断层断距分辨力与深度关系量板

通过上述分析可知：地震资料对断层的分辨力与地层埋深、子波主频、资料噪音等因素关系密切。深度越大、子波主频越低、噪音越大，断层的分辨力越低，也就是说断层的分辨力与地震资料的信噪比和分辨率成正相关，所以提高地震资料的精度可以大大提高低序级断层的识别精度。

(4)断面倾角的影响分析

设计具有不同断面倾角的水平地层地质模型如图8所示，断距从上到下依次为5m、7m、9m、11m、13m，通过正演模拟剖面如图9所示，归纳总结出不同断层倾角的的断层识别模版如图10所示，得到如下认识和结论：

①断面倾角≥40°时，8-13m断层的断面反射较弱，同相轴错开，断层能够可靠识别，6m断层随断面倾角减小，断面反射逐渐增强并与界面反射相连，识别可靠性降低；

②断面倾角<40°时，断面反射与地层两侧界面反射强度相当，并与界面反射相连，依据断面反射特征可以识别断层，但断点清晰度降低。

(5)地层产状的影响分析

设计地层深度递增具有不同地层倾角的地质模型的正向断层地质模型如图11a所示，设计地层深度递减具有不同地层倾角的地质模型的反向断层地质模型如图12a所示，其中断面倾角固定为70°，分别采用地震子波主频为40hz对11a所示的正向断层地质模型和12a所示的反向断层地质模型进行地震正演模拟，得到正向断层地质模型的正演模拟剖面如图11b所示，得到反向断层地质模型的正演模拟剖面如图12b所示，归纳总结出不同地层倾角的断层识别模板如图13所示，得到如下认识和结论：

①当地层深度从左至右递减时，模型中的断层均为正向正断层如图13a所示：当地层倾角为5°-40°时，随着地层倾角增大，断层两侧反射波同相轴逐渐由扭动、错动变为错断，能够可靠识别断层。当地层倾角大于40°时，断层两侧倾斜界面反射波同相轴错断不明显，过渡为错动，从而影响断点的精确定位。

②当地层深度从左至右递增时，模型中的断层均为反向正断层如图13b所示：当地层倾角为5°-40°时，随着地层倾角增大，断层两侧反射波同相轴从扭动逐渐变为微扭动，断层识别难度增大；当地层倾角达到40°-45°时，倾斜界面的反射波成像受断层的影响较大，横向上发生能量突变并产生微扭动，无法可靠识别断层；当地层倾角大于45°时，倾斜界面反射成像效果变差甚至不能成像。

(6)断面倾角与地层倾角的综合影响因素分析

分别针对断面与界面的夹角为15°、20°、25°、30°、35°、40°、45°、50°、55°、60°、65°、70°、75°、80°、85°、90°、95°时的情形，设计了断面倾角和地层倾角同时变化的地质模型，通过正演模拟分析了断面倾角、地层倾角及其夹角的综合影响，总结归纳出断面倾角与地层倾角的断层识别模块如图14所示，得到如下认识和结论：

①地层倾角小于30°：断面倾角介于20-40°之间时，断层两侧反射波同相轴错动，断层识别的能力最强；当断面倾角大于40°时，断层两侧反射波同相轴为扭动、微扭动，断层识别能力降低；

②地层倾角大于40°时，界面反射成像较差甚至不能成像，因而无法可靠识别断层；

③断面倾角小于10°时，断面反射较强，且与界面反射相连，断层识别的可靠性较差。

表3断层识别的主要影响因素表

通过分析总结归纳了断层识别的主要影响因素表(表3)及权重比例(如图15)，从图15中可以看出，影响断层识别的主要因素主要是地震子波的主频，由于埋藏深度、信噪比都跟主频有关，是地震分辨率的主要因素，所以主频的影响权重比较高，其次是埋藏深度、地层产状、信噪比。通常情况下，断面倾角在30-80°之间，当地层倾角小于40°，地层产状对断层识别的影响要高于断面倾角以及地层和断面的夹角。

本发明的技术方案不限于上述具体实施例的限制，凡是根据本发明的技术方案做出的技术变形，均落入本发明的保护范围之内。