资源描述：
《文南油田低级序复杂断块精细刻画研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。
中图分类号：P631单位代码：10425学号：G1201067文南油田低级序复杂断块精细刻画研究FineCharacterizationofFarewellComplexFaultBlockintheWennanOilfield工程领域：地质工程研究方向：油气田勘探开发地球物理技术作者姓名：马龙校内导师：乐友喜教授现场导师：吕伯强高级工程师二〇一六年五月 FineCharacterizationofFarewellComplexFaultBlockintheWennanOilfieldAThesisSubmittedfortheDegreeofGeologicalEngineeringMasterCandidate：MaLongSupervisor：Prof.YueYouxiLüBoqiangSchoolofGeosciencesChinaUniversityofPetroleum(EastChina) 摘要文南油田构造位置位于东濮凹陷中央隆起带文留构造南部，目前构造主体油藏已进入高成熟勘探阶段，现在勘探开发的潜力主要分布在构造结合部、断裂复杂带及深[39]层。这类油藏区块的构造复杂，低级序小断层特别发育，断层识别难度大，现有的构造研究尺度在低级序复杂断块精细解释中难以发挥具体指导作用。针对文南地区的地质特点和难点，系统研究认识文南油田低级序断裂系统，开展“文南油田低级序负责断块精细刻画”研究工作，对指导文南油田复杂断块群油藏开发具有重要的现实意义和实用推广价值。本文对文南油田区域与局部构造进行了分析研究，对文南油田低级序断层的成因类型进行了分析及总结，创建了一套适用于文南油田的低级序复杂断块精细解释技术。本次研究利用正演技术方法获得了文南油田高精度地震资料的低级序断层响应特征，进而指导低级序断层解释。其次利用构造平滑技术对地震数据资料进行处理，以减少噪声及储层响应特征的影响。利用方差体技术，对平滑处理后的地震资料数据体提取方差属性体，同时利用地质统计学方法对文南油田断裂展布特征进行研究分析，得到断裂系统展布规律，以此为基础指导方差体提取参数的优化，达到优化方差体提取方法的目的。传统蚂蚁追踪技术涵盖了蚂蚁断层追踪技术的整个流程，但是效果往往不太理想，本次研究利用多级蚂蚁追踪技术对方差体进行蚂蚁追踪处理，以此来提高低级序断层识别精度，研究结果表明多级蚂蚁追踪技术在文南油田断层精细刻画中能够有效提高断层识别精度。最后将RGB混频显示引入到地震分频属性分析中，将不同属性频段互不重叠的属性体进行RGB融合显示，突出能量近似特征区，达到弱化差异、突出共性的效果，提高低级序断层识别精度。关键词：低级序断层，方差体，蚂蚁追踪技术，RGB混频显示i FineCharacterizationofFarewellComplexFaultBlockintheWennanOilfieldMaLong（GeologicEngineering）DirectedbyProf.YueYouxi&LüBoqiangAbstractsWennanoilfieldislocatedoncentralupliftzoneofDongpudepression,whichliesinthelaterperiodofexplorationnow.Themajoroilreservoirhasbeendevelopedsuccessively,anditspotentialityofexplorationanddevelopmentliesmailyintheconstructionaljoints,complexfaultzonesanddeepzones.Theseblockshascomplexstructuresandabundantlow-levelfaults,henceitisdifficultforustomakeaccuratestructureinterpretation.AimingatgeologicalcharacteristicsandchallengesofWennanarea,itisvitallyimportantforreservoirdevelopmentofcomplexfaultblockstostudysystematicallylow-levelfaultssystemsinWennanoilfield,applytheskillsofaccuratestructureinterpretation.Inthispaperregionalstructureisanalisedandstudied,genetictypesoflow-levelfaultsofWennanoilfieldaresummarized,andaccurateinterpretationskillsareestablishedtoapplyincomplexblocks.Theresponsecharacteristicoflow-levelfaultsareobtainedinWennanoilfieldthroughforwardmodelingwithhighaccurateseismicdata,thenitcanbeusedtointerpretlow-levelfaults,seismicdatumarehandledthroughstructuralsmoothinginordertoreducenoiseandinfluenceofreservoirresponsecharacteristic.Seismicdatumarehandledsmoothlytoobtainvariances,meanwhilefaultsdistributionalcharacteristicsofWennanoilfieldareanalisedthroughgeologicalstatisticstorecognizedistributionrulesoffaultsystems.Basedonabovemethodsvarianceparametersareobtainedandoptimized,andalgorithmareobtainedtooptimizevariance.Traditionalanttracingcontainedoverallworkflowoffaultinterpretation,howevergoodeffectivenessalwayscannotbemade.Inordertoraiserecognizingaccuracyforlow-levelfaults,variancesareanttracedthroughmultipleanttracinginthispaper.ResultsshowsthatmultipleanttracingcanraiserecognizingaccuracyincomplexfaultblocksofWennanoilfield.LastlymixingfrenquencyoccurrenceofRGBisintroducedintoanalysisii ofseismicfrequencydivider,propertiesofdifferentbandswithoutoverlappingaredisplayedtogether,similarenergycharacteristicareasareemphasizedinordertosofteningdifferencesanddisplayingcommunity,thenrecognizingaccuracyoflow-levelfaultsisraised.Keywords:Low-levelFaults,Variance,AntTracingSkills,MixingFrenquencyOccurrenceofRGBiii 目录第一章绪论.................................................................................................................................11.1选题背景和意义.............................................................................................................11.2国内外研究现状.............................................................................................................21.2.1地震方差属性提取技术.....................................................................................21.2.2蚂蚁追踪技术......................................................................................................31.3研究内容..........................................................................................................................4第二章文南油田低级序复杂断块构造分析研究..................................................................52.1文南地区构造演化特征.................................................................................................52.2文南油田区域与局部构造分析....................................................................................82.2.1文南油田二级断裂要素分析.............................................................................82.2.2低级序断层定义................................................................................................112.2.3断裂系平面展布规律特征................................................................................112.3低级序断层成因及展布规律总结..............................................................................15第三章低级序断层识别属性体提取技术.............................................................................173.1相干属性体...................................................................................................................173.2方差属性体...................................................................................................................213.3C3相干属性体与方差属性体应用效果对比.............................................................22第四章蚂蚁追踪技术理论基础..............................................................................................264.1蚁群算法简介...............................................................................................................264.1.1蚂蚁群体行为....................................................................................................264.1.2人工蚂蚁及其与真实蚂蚁蚁群行为异同......................................................274.1.3蚁群算法抽象数学模型的建立.......................................................................284.2蚁群算法的基本原理...................................................................................................294.2.1蚁群算法的成因机制.......................................................................................294.2.2蚁群算法的性质................................................................................................304.2.3蚁群算法的数学模型说明...............................................................................304.3蚁群算法性能分析.......................................................................................................344.3.1算法的时间与空间复杂度...............................................................................34iv 4.3.2蚁群算法的收敛性研究...................................................................................34第五章文南油田低级序复杂断块精细刻画技术应用研究................................................365.1地质模型正演指导低级序断层解释..........................................................................365.2结构导向平滑滤波去噪技术......................................................................................375.2.1高斯平滑滤波....................................................................................................375.2.2结构导向滤波....................................................................................................375.2.3构造平滑效果对比............................................................................................425.3方差体优化算法提取技术..........................................................................................445.3.1方差属性体时窗对比实验研究.......................................................................455.3.2计算道组合方式对比实验研究.......................................................................475.3.3构造平滑滤波对方差属性体的影响..............................................................515.4多级蚂蚁追踪技术.......................................................................................................545.4.1传统蚂蚁追踪技术应用研究...........................................................................545.4.2多级蚂蚁追踪技术应用研究...........................................................................605.5RGB混频显示技术应用研究......................................................................................655.6应用效果分析...............................................................................................................68结论...........................................................................................................................................73参考文献.......................................................................................................................................74攻读硕士学位期间取得的学术成果.........................................................................................77致谢...........................................................................................................................................78v 中国石油大学(华东)工程硕士学位论文第一章绪论1.1选题背景和意义文南油田构造位置位于东濮凹陷中央隆起带文留构造南部，油气资源源条件较为优越，辖区面积约360km2。在研究目标区存在多条二三级控制断层：文西2号、3号断层，文东2号、3号、4号断层，梁庄断层，徐楼断层，在多条断层的控制作用下，区块构造具有复杂性，断层交错相切相接（图1-1）。文南油田图1-1工区位置图在经历40余年的勘探开发之后，研究目标区常规的研究技术手段已趋于成熟，未来的研究潜力有规模趋小、丰度趋低、油层趋深的明显趋势。利用新采集高精度三维地震资料，对文南油田低级序断块构造进行精细解释，挖掘新老区油藏潜力，但是以前以区带研究为尺度的构造研究在断块精细解释中难以发挥具体指导作用。针对文南1 第一章绪论地区的地质特点和难点，系统研究认识文南油田低级序断裂系统，开展“文南油田低级序复杂断块精细解释研究”研究工作，对指导本文研究区块开发具有重要的现实意义和实用价值。[1]低级序断层一般定义为4、5级及以下的小断层，是常规断裂系统解释方法难以闭合解释的，由高级序断层派生的较隐蔽的小断层，派生出的低级序断层与高级序断层在成因上密切联系。一般低级序断层具有分割油藏的作用，因此能够使其分割的油[2]藏区块油水关系复杂化，从而对剩余油起到控制作用。所以本论文以文南油田构造整体为出发点，动静相结合，系统深入的研究解剖该地区低级序的断裂系统空间展布特征，形成演化过程，综合利用方差属性体断层识别提取技术、断层蚂蚁追踪技术及边缘检测技术，总结出一套能够实现文南油田低级序复杂断块精细刻画的断层精细识别与解释技术，为文南油田开发后期低级序复杂断块剩余油分布规律研究提供可靠的依据。1.2国内外研究现状1.2.1地震方差属性提取技术高精度三维地震资料是三维地震解释的重要参考资料，多年来围绕断层精细解释进行了大量研究，提出了众多解释方法，但是断层的解释仍然存在较强的主观性和经验性，解释效率仍处于较低水平，特别是低级序断层的刻画存在较大困难。在1955年地震相干体技术就由Simpson提出，该技术其论文中仅涉及相邻道间的相关性。在1966年，Amoco公司的CoherenceTechnologyCompany（CTC）正式深入的研究了这项技术，并由Amoco公司的Bahorich和Farmer在第65届SEG年会上正[3]式提出相干体的定义及其的应用方法。这项技术在断层精细刻画，特别是低序级断层自动解释方面具有良好的应用效果，随后得到迅速推广应用。目前，相干体属性提[4]取算法目前已经发展至第三代，即所谓的C1即基于互相关的算法、C2基于多道相似[5][6]性的算法以及C3基于特征结构的相干算法。随着相干体技术的广泛应用，改技术成为了常规构造刻画技术中的一种。相干属性提取技术能够很好的突出振幅信号不连续性反射特征，因此可以精确直观快速的识别断层响应，有效的提高了构造的解释效率和解释精度。随着相干属性体提取技术的广泛的应用出现了许多强化不连续性的属性技术，如[7]混沌属性和方差属性等。2000年TrygveRande提出了混沌属性(Chaosattribute)，2 中国石油大学(华东)工程硕士学位论文该属性属于纹理属性中的一种，混沌属性的意义在于能够直观的反映振幅体数据的规律性。而断层往往以断裂带的形式存在，由此造成断裂带散射信号以及绕射信号交杂造成信号模糊不清，混沌属性可以较好的解决这个问题。另外一个很重要的地震属性是方差属性(Varianceattribute)。该属性体是利用相干地震道的方差相似值来衡量地震振幅体信号道异常，方差的计算方法是计算提取出的额方差体的切片的局部方差值，[8]以此来表示断层的存在。这些属性提取技术的应用效果都不同程度受到所选择参数的影响，但是方差属性体提取技术参数选择比较简洁实用，计算速度较快，可以根据不同参数效果在GeoFrame或者Petrel软件平台进行提取对比，以获取适用于该区域的最佳效果。1.2.2蚂蚁追踪技术蚂蚁追踪技术是基于蚁群算法提出的一项断层自动识别技术，自从1955年左右起,仿生学越来越受到科学家的重视。科学界基于仿生学中的生物进化机制，提出了一系列的智能优化算法（如遗传算法、进化策略、神经网络等）。蚁群算法作为一种新的仿生学模拟进化算法在1991年由意大利科学家DorigoM等提出，并且于第二年在其[9]博士学位论文上对蚁群算法的核心思想进行了详细描述。20世纪90年代至今，蚁群算法一直在研究进步，很多优秀的算法涌现。1996年[10]DorigoM研究出了Ant—QSystem计算方法，Gambardella等人提出的蚁群系统[11][12](AntColonySystem)算法，StutzleT等人在2000年提出了Max-Min蚁群算法，[13]以及新的混合型蚁群算法(HAS)，BoteeH．M．等人则在1998年发表的论文中提出[14]了一种新的以继承算法中核心的蚂蚁体算法，吴斌等人通过研究蚁群算法提出了一[15]种分段求解算法。随着蚁群算法的推广，越来越多的研究人员应用该技术来解决实际问题。TSP问题是一种检测蚁群算法解决实际问题能力的典型研究实例，一种以图[17]像为对象的算法模型被GutjahrW．J．等人研究出来,BilchevG．等人在解决工[18]程设计中连续空间问题。目前该技术已经得到深入研究推广应用，如计算机科学中[19][20]的多限制动态组播问题、矢量量化编码问题，多媒体多播网络路由优化算法问题[21][21][22][23][25]；国家电网部署研究应用；运输领域的车辆调度问题。蚁群算法在地质勘探科学领域同样得到了广泛的应用，陈双全等实现了基于蚁群[28]算法的地震数据波阻抗反演；Yuansan等利用用蚁群算法实现了地质储层的整体体[26][27]自动反演技术；王书明等利用蚁群算法对大地电磁场分布进行研究；黄捍东利用3 第一章绪论[29]蚁群算法做了关于层速度反演的研究论证。TrygveRanden等曾于2001年的SEG年会上提出了“人工蚂蚁(artificialants)”的概念，并将其应用于断层的自动识别，取得了较好的效果，但是，具体算法及运算过程则因为技术商业化并未公开。1.3研究内容本文从低级序断层的识别技术入手，研究适用于文南油田低级序复杂断块的精细解释技术，以地震资料为基础，最大限量应用计算机技术原理，定性、定量相结合，在三维空间开展文南油田低级序断层检测技术应用研究，优选有利区块，指导油田新区勘探，改善油田老区开发效果，降低开发成本，深化和发展文南油田复杂断块群油藏开发的理论和方法技术。1．首先介绍构造平滑去噪技术、方差属性体提取技术、蚂蚁追踪技术等地震资料提取技术的定义及优缺点，然后分析其对断层检测技术的影响。2．通过对文南油田乃至东濮凹陷进行区域及局部构造分析研究，对文南油田断裂的应力控制场进行研究，刻画二级断裂带的展布规律；对文南构造低级序断层成因机制、组合样式及断层展布规律进行研究。3．利用地质统计学原理对文南油田断裂的展布规律进行分析研究，以此为基础对方差属性提取算法进行改进，提取一套适用于文南油田构造研究的方差属性体，并结合前期地质基础研究认识进行实用性论证；4.创建了适用于文南油田构造精细解释的多级蚂蚁追踪技术，精细刻画了研究目标区低级序断层展布。4 中国石油大学(华东)工程硕士学位论文第二章文南油田低级序复杂断块构造分析研究本次研究的主要目的是解决文南油田存在的低级序复杂断块精细刻画存在的问题，文南油田地处于东濮凹陷文留构造南部，研究区构造复杂。因此对文南油田低级序复杂断块的研究需要从大断层断裂带展布规律入手，对构造的展布规律及形态进行分析、研究、描述，指导低级序复杂断块研究工作。2.1文南地区构造演化特征文南油田主要含油层系构造演化主要发生在第三纪包括两个阶段。第一个阶段：时间起始于早第三纪沙四段，终止在东营组沉积时期。第二个阶段：晚第三纪。东濮凹陷的构造演化具有较好的继承性，如图2-1、2-2所示的的构造演化剖面。从沉积旋回的角度进行分析，也分为两个沉积旋回：第一个沉积旋回：沉积时期自孔店组开始至沙河街组沙二段止，地层沉积厚度在3000m-4000m，岩性变化表现出了粗（红）-细（灰）-粗（红）的特征。对应的沉积环境变化为：冲击扇（洪击扇）-深湖-半深湖-滨浅湖。第二个沉积旋回：沉积时间自沙河街组沙二段沙二上亚段开始至东营组终止。沉积厚度为2000m-3000m，岩性从含膏泥岩-岩盐-含砾砂泥岩为主。沙河街组沙二上段到东营组的沉积岩其岩性与下伏地层旋回行一致，沉积地层的厚度较约2500m，以红色砂泥岩剖面居多。其进一步划分为六个构造运动阶段。1.初期断陷阶段该阶段发生于孔店组和沙四段，岩性以红色碎屑岩为主，地层沉积厚度最大约为1350m（其中孔店组地层厚约1000m，沙四段厚约350m）。在沙河街组沙四段的泥岩地层中含介形虫类化石和轮藻化石，揭示了该时期以河流相或者浅湖相为主的沉积气候环境。2.强烈断陷阶段该断陷时期主要沉积岩层为沙三段以及沙四段上部，作为东濮凹陷演化发育的最重要的事情，岩层沉积厚度达到3000m-4000m，兰聊断裂、黄河断裂、长垣断裂等主要控盆断层在这个时期活动剧烈。5 第二章文南油田低级序复杂断块构造分析研究地层沉积方面，文南地区沙三下及沙三中地层中盐膏层发育，厚度约有1000米，相濮卫地区逐渐变薄，说明此阶段文南地区处于洼陷的沉积中心地区。下ES2沉积末期下ES2沉积ES3下沉积末期下ES32沉积末期ES2沉积ES33沉积末期图2-1文南地区构造发育史剖面图6 中国石油大学(华东)工程硕士学位论文图2-2文南地区构造发育史剖面图3.萎缩阶段东濮凹陷在沙三段末期时，控盆断层——兰聊断层活动强度逐渐减弱，沉积环境由深水环境变为浅水沉积环境，主要为浅湖及河流相沉积。沙二下亚段地层沉积时，湖盆进一步萎缩，主要发育红色砂泥岩互层，储层变化增大，非均质性增强，成为主要含油层系之一。7 第二章文南油田低级序复杂断块构造分析研究沙二上亚段沉积时期，垒堑相间的构造格局已基本成型，由于受同沉积断层的控制，断层厚度变化大，相差将近一倍，沉积厚度约300-400米，沉积旋回为下粗上细的正旋回沉积体系，揭示了沉积由浅水向深水域的变化。4.稳定下沉阶段沙一段是东濮凹陷的稳定下沉阶段，沉积地层厚度约300m-400m，整个规模要原小于沙三段的下沉厚度，岩性为暗色泥质岩，在沙一段下部岩盐发育，最大厚度近200米。5.收缩阶段凹陷在东营组时期受到华北运动的影响，地层迅速抬升，水体消退块。此阶段东濮凹陷断裂活动强烈，文东断裂、黄河断层以及长垣断层等大断裂在这个阶段断距均达500米以上，此时文南地区构造基本成型，仅在顶部陷落时产生很大伴生断层。6.坳陷阶段在东营组沉积之后，东濮凹陷进入坳陷阶段，此时文南油田构造基本稳定，未发生太大变化，发育一套河流相沉积地层。2.2文南油田区域与局部构造分析2.2.1文南油田二级断裂要素分析作为一个断裂盆地，断裂活动对凹陷的沉积及构造发育起到了主要控制作用，也因此对油气的运聚及富集规律起到了主导作用。因此，研究断裂活动要素对油气田的油气开发起着至关重要的作用。1、断裂的分级断层一般按其断切深度分为基底断层及盖层断层，基底断层一般断切至结晶基底，盖层断层主要发育在油田沉积盖层之中。而对盆地沉积及构造演化起到主要控制作用的基底断层成为主干基底断层。目前一般在地质研究中将断层按规模、活动时期、对盆地的控制作用分为大小不同的等级。一级断层主要指兰聊断层、长垣断层等对盆地起到控制作用的断层，这类断层断距较大、延伸较远、切割深度较深，主要为主干基底断层。Ⅰ级断裂是形成洼陷盆地及及演化过程的大断裂，这类断裂断距大、延伸长、切割深，即所谓的“控盆断层”。显然，Ⅰ级断层也是主干基底断层。兰聊断层是东濮凹8 中国石油大学(华东)工程硕士学位论文陷的主控边界断层，属于Ⅰ级断层。二级断裂断距一般在200—3000m，对盆地某些地段、某些时期的沉积作用有明显的控制，也就是控制盆地内部构造格局的断层，延伸长度达20—80km，该断裂可以由一条单一断层组成，也可以由一系列断裂组合而成。三级断层是盆地内部的盖层断层。三级断层多属于二级以上断层的伴生调节断层，伴随三级断层还发育有大量4.5级调节断层，这类断层具有断距小（小于100m）、延伸较短（小于10km）的特点。2、二级断裂特征由于受构造应力控制，研究目标区的断裂展布特征与凹陷盆地断裂系统一致。凹陷内的断裂以北东-北北东向呈雁列展布，如长垣断裂、文西—黄河断裂、文东断裂等主要断裂带均已右型雁列展布形式存在。文留地区主要存在三大断裂系：文西-黄河断裂系、文东-梁庄断裂系、徐楼断裂系统。断裂系统控制下的主要二级断层有14条，如表2-1所示。断层在平面上以右旋雁列式排列，这也与凹陷盆地的区域断裂展布特征相符。主要二级断层要素特征描述如下：表2-1文南地区主要二级断裂要素汇总表断最大最大长度最大活序级断层产状主要活切割裂断层名称断距（层位）活动时期动速率号别动时期层位系（m）（km）走向倾向倾角（m/Ma）1卫西断层ⅡES3-ES2ES3文西断层2Ⅱ220015（T61）NNENWW40-70ES3-Ed235（ES33）ES3O-Ng（Ⅰ）文西断层3Ⅱ38010（T61）NNENWW45-70ES3-ES2100（ES31）ES3O-ES2西（Ⅲ）4倾黄河断层Ⅱ400080（Tg）NE-NEENW-NWW25-40ES3-Ed260（ES2）ES2-EdO-Nm系文西断层5列Ⅱ60010（T61）NNENWW45-70ES2上-Ed140（ES32）ES2上-ES1ES3-Ng（Ⅱ）徐楼断层6Ⅱ50015NNENWW25-50ES3-ES1120（ES32）ES3、ES2ES3-ES1（Ⅰ）徐楼断层7Ⅱ40018（T3）NNENWW30-45ES32-Ed196（ES2）ES2ES34-Ed（Ⅱ）8卫东断层ⅡES2上-EdES2上,ES1文东断层9Ⅱ10008（T61）NESE30-55ES3--ES290（ES32）ES3ES4-Ed东（Ⅰ）倾文东断层10Ⅱ50018（T61）NNESEE45-55ES2上-Ed73（ES2上）ES2上,ES1ES3-Ed系（Ⅱ）列文东断层11Ⅱ20010（T4）NNESEE35-46ES2上-Ed45（ES2上）ES2上,ES1ES3-Ed（Ⅲ）12梁庄断层Ⅱ25040（T61）NNESEE30-35ES2上-Ed33（ES2上）ES2上,ES1ES3-Ed（1）文西断裂系文西断裂系由三条西倾正断层组成，分别为文西1-3号断层，三条断层成雁列式9 第二章文南油田低级序复杂断块构造分析研究分布于文南地垒带西侧，向北收敛依次与文东断层相交。①文西1号断层：文西1号断层是一条同沉积断层，它的下盘为文38块地垒带，上盘则是西部洼陷柳屯洼陷，对该地区沙三中至东营组时期的地层沉积起着控制作用。文西一号断层控制着柳屯洼陷北部及文西断裂带北端的沉积，断层延展长度约为13km，断距大小在500-1500m之间，断层倾角为30～60°。②文西2号断层：文西2号断层北至文164块，南至海通集洼陷，延伸长度约为24km，断距大小在500m-1500m之间，上升盘为文西断裂带文123-文153块，下降盘为海通集洼陷的文西斜坡带，文西2号断层是一条在沙二上到东营组时期活动的同沉积断层，对该时间的地层沉积起到控制作用。③文西3号断层：文西3号断层是一条西倾断层，在本区延展长度约17km，北至文217块附近，南与文43-6断层收尾相接，断距在500m-1000m之间，与文东断层相交形成文南地垒块，对文南油田沙三中-沙三上时期的地层沉积厚度具有控制作用。（2）徐楼断层徐楼断层作为文南油田个大的断裂系之一，与文西断裂系一样成雁列式排列，从文北地区的文78块延伸至文南油田文179块，延展长度约20km。由于受到文9盐的影响使得断层在北部的剖面形态表现上陡下缓的同沉积特征，在下部几乎仅水平。在南部切割深度较深，形成文东反向屋脊带。徐楼断层形成于沙河街组沙三上亚段地层沉积时期，因此该断层对下伏的沙三中时期的地层沉积厚度没有控制作用，但是对其上的沙三上-沙一段地层的成绩厚度具有明显的控沉积作用。（3）黄河断裂（文43-6断层）文南油田文43-6断层形成于沙河街组沙四段，其对断层上盘沙河街组沙三段至东营组时期地层的沉积厚度具有控制作用。在平面上呈北—北东走向，其断层倾角约在25—50°之间，最大断距不超过600米。剖面上该断层向上成发散形态，向下则呈收敛趋势。（4）文东断裂该断裂系分布于文南地垒带东侧，是由四条呈雁列式排列的东倾的正断层组成，10 中国石油大学(华东)工程硕士学位论文称为文东1-4号断层，其平面走向为NNE。文东1号断层：该断层在沙三3-东营组活动，未延伸至文南油田。文东2号断层：是一条东倾的同沉积断层，该断层向北交于文西一号断层，向南交于文东1号断层，对沙二上-沙一段时期地层沉积厚度具有控制作用。文东3号断层：该断层也是一条同沉积断层，从文北地区向南延伸到文184-188块，延展长约14km，断距500～1100m。控制着沙三3-东营组的地层沉积。文东4号断层：从文留地区北部文161井区开始发育，向南延伸至文南地区的河岸、刘庄地区，断层延展约15km，断层断距约为60-220m。它控制着沙河街组沙二上亚段-东营组时期的地层沉积厚度。2.2.2低级序断层定义[1]低级序断层一般定义为4、5级及以下的小断层，是常规断裂系统解释方法难以闭合解释的，由高级序断层派生的较隐蔽的小断层，高序级断层指用常规地球物理方法能够识别的断层，而派生出的低级序断层与高级序断层在成因上密切联系。一般低级序断层具有分割油藏的作用，因此能够使其分割的油藏区块油水关系复杂化，从而[30]对剩余油起到控制作用。2.2.3断裂系平面展布规律特征文南油田现有的断裂由于受到张力影响，均属于正断层性质。其断层展布特征在平面上以及剖面上均具有一致性，从以下几点可以看出该规律。1、断裂的组合样式具有多样性，因此剖面形态复杂多变。文南油田所在的东濮凹陷属于断陷盆地，其基底为古生代的结晶基底，主要断裂活动发生于中生代及新生代时期。因此研究目标区早期断层主要构造组合形态受区域地应力场控制，断层组合形态以“断阶”形式存在，后期断层组合形态以垒堑相间或者复合形式存在。下面简述几种文留地区发育的二级断层类型的剖面组合断层剖面组合形式特征。（1）“马尾状”断层组合类型“马尾状”断层组合样式主要发育在凹陷带的边缘区域。这类断层主要是由于东部的前梨园洼陷以及西部的海通集洼陷在沉降过程中产出的一系列同沉积断层，如文西断裂系的文西2号断层、文西3号断层（图2-3）。这类断层在下降盘一般发育的一系列同向断层系列，形成“马尾状”组合形态。“马尾状”断裂与其夹持的断阶带11 第二章文南油田低级序复杂断块构造分析研究中的地层产状一致，与西倾断层组合成顺向断阶。文西2号断层与梁庄断层相互交切，形成文123块、文153块、文257块等多个含油气区块，这些区块由于受到断层以及沙三中盐岩作用控制，油气运移及保存条件良好，油气富集程度高且都有各自独立的油水系统。图4-3文西地堑带剖面图这类油藏在文南油田多个断裂带具有发现，具有相似的成藏规律及含油气性质，具有较大的进一步评价潜力和价值。（2）“阶梯状”断层组合类型在文南油田河岸以及文东等区域，断层相互交切或者首尾相接，形成一系列“阶梯状”构造组合形态。这类构造断层与地层的产状相反，呈现反向屋脊带构造（图2-4）。如图4-4所示，文东地区在文东断裂系及徐楼断裂系的共同控制作用于下，在徐楼断层下降盘，形成阶梯状断层组合样式。在北部区域，徐楼3号及4号断层首尾相接，在其控制下形成反向断阶带，形成富油区块。在中部，在黄河断层与文东4号断层共同控制作用下，发育一系列与黄河断层同向，对文东断层起到补偿作用的一系列西倾断层，夹持了多个节节西掉的断块，这些断块在平面上接近于南北走向斜列展布。12 中国石油大学(华东)工程硕士学位论文图2-4文南地区反向断块油藏剖面图黄河断层是一条同积断层，在沙三中末期—东营组沉积期时期剧烈活动，该断层控制了文79断块区以南地区的地层沉积厚度、构造演化特征以及油、气的运聚。该区域圈闭主要为节节掉落的断阶，这些断块在平面上相互叠置，呈现复杂断块群构造特征。该区域距离生油洼陷前梨园洼陷距离近，油源条件优越。油藏在剖面上表现为多层系多油水系统，油气富集于断块高部位。（3）“Y”、反“Y”字型断层组合类型13 第二章文南油田低级序复杂断块构造分析研究图2-5文南地区二级断层“Y”、反“Y”字型剖面结构文南油田主要应力系统为张性应力，断裂为张性断裂系统。作为张性断裂系统中普遍存在的“Y”以及反“Y”型断层组合样式在文南地区发育广泛。在文南中部以及文东地区，文东断层与徐楼断层相互交接，由于断层发育时间不同，断裂强度不同造成剖面组合形式呈“Y”、反“Y”型。在文西地区，文西断层与梁庄断层相互交切，呈现出“X”型构造组合形式。2、二级断层的斜列展布是主要的平面组合形态。由于受构造应力控制，研究目标区的断裂展布特征与凹陷盆地断裂系统一致。凹陷内的断裂以北东-北北东向呈雁列展布，如长垣断裂、文西—黄河断裂、文东断裂等主要断裂带均已右型雁列展布形式存在。文留地区主要存在三大断裂系：文西-黄河断裂系、文东-梁庄断裂系、徐楼断裂系统。断裂系统控制下的主要二级断层有14条，如表4-1所示。断层在平面上以右旋雁列式排列，这也与凹陷盆地的区域断裂展布特征相符，即断层走向为北北东—北东向。这对之后的方差体属性提前算法的优化具有重要作用。①文西-黄河断裂系文西-黄河断裂系在沙河街组沙三中时期开始发育，其中文西1号断层在文南油田不发育，仅有文西2号及文西3号断层对文南油田的构造格局具有重要意义。其中文西2号断层发育时期要晚于其他断层，起始于沙河街组沙尔上亚段。文西3号及43-6断层发育时间早，深切至结晶基地。在文南南部文138块附近，文西3号断层与文43-6断层首尾相接，形成文138断块区复杂断块群。由于这两条断层形成时间一致，且断层形态相近，因此可以理解为同一个大断裂的两断断层，因此文西-黄河断裂系对文南至刘庄地区的地层沉积厚度以及构造演化特征具有重要意义。②文东-梁庄断裂系14 中国石油大学(华东)工程硕士学位论文文东断裂由一系列东倾断层组成，该断层与文西系列断层组合形成文南构造带主要地垒构造带。文东断裂系共有4条断层呈雁列式排列组合而成，分别为文东1-4号断层。其中文东1号、文东2号断层在沙河街组沙三中亚段开始活动，与文西地区的文西一号断层同期形成，分列左右。文东3号与文东4号断层与西2号断层、文138断层发育时间相当，是后者的配套断层。文东4号断层、梁庄断层同期发育，都是的东倾断层。文82断层是徐楼断层的伴生断层，构成文72-88块的边界。3、东、西倾配套断层发育是文南地垒形成的必要条件文南地垒带文西断裂系以及文东断裂系相交组成，包括文95块、文184-188、文266等块（图2-6）。图2-6文留中部地垒带南北变化位置图2.3低级序断层成因及展布规律总结文南油田主要受张性断裂控制，断层发育，大断层的交切转换带较多。活动强烈，15 第二章文南油田低级序复杂断块构造分析研究受次因素影响，低级序断层伴随高继续断层的活动发育。从成因机制上看，低级序断层都是受高级序断层影响发育，与构造形成的应力场关系密切，因此低级序断层与高级序断层的成因机制在本质上是一致的。不同的是，低级序断层的形成与演化受到其伴随的高序级断层控制。高序级断层活动的规模较大，活动性也更强，对沉积的控制作用显著；而低级序断层活动强度和规模较小，活动性也就相对较弱，对地层沉积的控制作用弱。由于低级序断层多为高级序断层的伴生、调整或者补偿断层，成因上与高级序断层以及区域构造应力背景关系密切，因为低级序断层和高级序断层、低级序复杂断块的构造特点与高级序断块的构造特点具有成因上的继承性。（1）低级序断层的性质、走向及其密集带的方向与高级序断层一致。（2）低级序断层多密集在高级序断层交汇处和尖灭端。（3）低级序断层密集带宽度与高级序断层落差正相关。（4）低级序断层密集带长度与高级序断层走向之夹角负相关。（5）低级序断层落差与其距高级序断层的距离负相关。16 中国石油大学(华东)工程硕士学位论文第三章低级序断层识别属性体提取技术3.1相干属性体高精度三维地震数据的广泛使用，让地下三维构造能够更加客观真实的展示在地质研究技术人员的面前。以此三维构造框架为基础，技术人员通过反演及属性提取等技术手段对构造及储层的成因机制进行研究。三维地震解释的主要研究方法就是利用切片及剖面相结合的方式，对地震数据进行断层及层位描述，通过三维闭合的方式实现三维构造的精细解释。相干体技术是通过计算采样点相邻的地震道数据的互相关性实现的。由于地下沉积岩石物性及流体性质不同，反射波的波形振幅幅度、频率和相位等属性也就不同，因此三维空间内各点波阻抗因为这些属性的不同而不同。由此可见，相干体属性能够很好的描述构造及属性的展布情况。1.C1相干算法第一代相干体技术C1(Bahorich和Farmer，1995，1996)就是对主测线和联络测线方向的振幅信号属性信息进行互相关系数计算，其算法较为简单，考虑因素不足因此对研究资料的依赖性较强。确定好参与计算的时窗参数之后，垂向分析时窗在时间t的上下K个样点之间，规定主测线方向上地震道u1的时移延迟为τx，则归一化互相关系数ρx为：(3-1)同理，联络线方向上地震道u2的时移延迟为τy的归一化互相关系数ρy为：（3-2）通过公式3-1、3-2可知，时移延迟ρx表示主测线地震道数据方向的估算一阶视[37]倾角，ρy则表示联络线地震道数据方向上估算的一阶视倾角。把上面主测线道方向(τx延迟)和联络线道方向(τy延迟)的归一化相关系数组合起来得到相关系数cxy为：17 第三章低级序断层识别属性体提取技术(3-3)通过对第一代C1相干算法分析可以得出一个结论，在该算法仅仅从主测线以及联络线方向取一道地震数据参与算法计算，该算法计算效率较高，但如果研究对象为一条倾角近90度的高角度断层，而断层上下两盘的地震道振幅相近，即使落差较大也无法准确识别出来；另外第一代C1算法具有明显的局限性，该算法不能很好的解决来自上下相邻地层反射信号的影响，因此该算法提取出的方差体垂向分辨率较差。通过降低提取时窗能够在一定程度上提高垂向分辨率，但是由于地层解释的精度及时深标定精度等问题造成断层及储层变化假象。第一代相干算法缺陷比较明显，为解决以上问题，Marfurt等在1998年提出了第二代相干体分析方法。2.C2相干算法第二代相干体算法也就是C2相干算法，是多道相似性算法为基础，对多方向多道地震数据进行互相关计算，用椭圆或矩形范围内的多道相关计算代替x和y方向的互相关计算，这种算法的垂直分析时窗可以限制到几个采样点大小，通过拟合平面来表示选定的范围。计算参数包括地震反射波的振幅u以及他的正交分量H，对地震数据体相干属性、倾角属性等进行计算，获得油田区块层系构造及含油气储层的相干属性体。首先以计算点为中心设定一个椭圆形的分析窗口或者矩形的分析窗口，假设分析时窗内有J道地震数据，而假设分析点的坐标是(x,y)，则可以定义多道相似系数σ(τ,p,q)为：(3-4)公式3-4中三维空间点坐标(τ,p,q)的定义了一个τ时刻的局部平面波，p和q分别是x和y方向的视倾角，上变量H为对应的正交变换分量，通过对地震数据u开展相干算法计算其相关性。方程(2-5)是三维空间点坐标u(t,x,y)的(τ,p,q)变换U(τ,p,q)，它与三维空间中倾角滤波和道内差所用的最小均方差变换很接近。(3-5)18 中国石油大学(华东)工程硕士学位论文对于发射较弱的地震轴，沿着其零相位开展同相轴追踪，对其进行相干时窗的提取，然后计算选定范围内的相干性。这种计算方式用(3-5)式的提取计算方法无法实现。但是如果采用类似于相似法速度分析的相似性算法则相干计算的平均相似性c(t,p,q)定义为：(3-6)但是在实际运算中，三维空间点(t,x,y)处的相干值C(t,x,y)为倾角(p,q)范围内间隔扫描得到的最大值：（3-7）在不考虑解释精度的基础上改善相干属性体的重要影响因素包括计算道组合以及参与计算时窗设置大小。设置合适的计算道组合可以显著提高研究区相干属性体的平面分辨力以及信噪比，同理合适的时窗大小对相干属性体的垂向分辨力影响较大。在提高相干属性体品质的同时能明显地克服人为因素造成的假象。实际上，第二代相干算法的核心如下公式所示：(3-8)T若以列向量[u1,u2,…,uN]来表示时窗内N个样点元素组成的一个分析道，则时窗中J道排列起来可写成矩阵：(3-9)如果以零相位对称的地震振幅数据为研究对象，则该数据的相干算法协方差矩阵可以表示为：19 第三章低级序断层识别属性体提取技术(3-10)因此可以将相似算法C2的分子看作矩阵M所有元素的求和再除以J，方程的分母表示矩阵对角线元素（也就是特征值）的和值。因此可以定义一个单位长度J维列为：(3-11)则：(3-12)加入一个矩阵M的J个特征值为λ1,λ2,…，λJ，则其特征向量可以表示为V1,V2,…VJ。设向量d在由特征向量V1,V2,…，VJ构成的J维空间中在向量V1,V2,…，VJ上的投影分别为β1,β2,…，βJ，则向量d可表示为：(3-13)带入（3-13）得：通过以上公式可知，第二代相关算法仍需进一步改善达到有效信号保护且降低干扰噪音影响，为了提高相干体的分辨率，GersztenkornAdam等通过研究改进提出了第三代相干体算法。3.C3相干算法第三代相干体算法：以分析点为中心，沿着代表视倾角的二维面(p,q)的J道数据参与互相关技术，其计算公式可表示为：20 中国石油大学(华东)工程硕士学位论文式3-15中，J表示分析窗口内的地震道数据道数，λj分析窗口内参与计算的道数据协方差矩阵的特征值，且有λ1≥λ2≥…≥λJ。虽然在理论上第三代相干算法较第二代相干算法领先，对噪音的压制效果明显，所提取的相干属性体信噪比较高。但是第二代相干算法在地层倾角较大的研究区应用效果要由于第三代相干算法。3.2方差属性体方差属性体提取技术是目前在GeoFrame软件中广泛应用的一种三维属性提取技术，其效果与相干属性体类似。同时也具备一些特有的特点，比如其计算方法简洁，计算速度快。同时由于其算法对能量差异较相干算法敏感性高，对于一些断层上、下盘由于岩性或流体性质相似造成的反射波形相近的情况，方差算法能够准备的识别出相干算法不能识别的同相轴假象。从而精确的刻画出断层或者储层变化边界的展布，在这方面可以弥补相干属性体的不足之处。实践证明，方差属性在识别断层及砂体非均质性上具有特别好的实效。在实际采集地震资料中，断层及岩性地震道反射是杂乱反射，同相轴出现错断。通过对同相轴的不连续性进行检测分析，来确定断层及岩性界面。方差体的计算方法：目前存在3+3、3*3、5+5、5*5等多种计算方法，根据采样点周围参与计算的地震道数及选取时窗来确定计算方法。本文以3×3计算方法为例说明方差体属性提取原理（图3-1）：方差体以采样点为中心，对周围八个相邻点进行相似性方差计算；纵向上以取样点上下选取时窗大小来决定计算范围（文南油田高精度三维地震资料采样间隔为2ms，因此时窗一般选取上下各30ms）。图3-1方差值计算数据点选取范围示意图2在确定上述计算参数之后，针对采样点进行方差属性计算方差值t，计算公式如下：21 第三章低级序断层识别属性体提取技术式中：wjt——表示权重因子的函数；xij——参与计算样点的反射波振幅；xj——j时所有参与计算样点的反射波振幅值；L——设定的时窗；I——参与计算的地震道道数。3.3C3相干属性体与方差属性体应用效果对比目前主流的相干算法是C3相干算法及方差算法，选取文南油田某数据体分别提取相干属性体及方差属性体，进行断层检测效果对比实验。对文南油田地震数据体统一选用矩阵9道，时窗30ms进行相干属性体及方差属性体的提取，选取时间深度2100ms处切片进行效果对比。22 中国石油大学(华东)工程硕士学位论文图3-2文南油田地震数据体时间深度2100ms普通地层切片23 第三章低级序断层识别属性体提取技术图3-3文南油田地震相干属性体时间深度2100ms切片24 中国石油大学(华东)工程硕士学位论文低级序断层低级序断层图3-4文南油田地震方差属性体时间深度2100ms切片通过图3-3与图3-4对比可知，在同一时间深度切片上，相干属性体切片中模糊不清的断层在方差属性体切片中能够清晰的展现其展布形态。这是因为低级序断层存在的地方断层上下盘无地震反射轴明显错段，反射波波形相似，但是方差算法对于能量的差异敏感性较相干算法要高，以此在方差属性切片上能够准确提取出该异常现象。因此对于断层上、下两盘波形相似的低级序断层不能有效的识别，但是方差属性体能够很好的完成这项任务，且方差算法由于计算量小，所以计算速度快，对低级序断层的识别精度更高。因此本论文在后序研究中均采用方差属性体作为研究对象。25 第四章蚂蚁追踪技术理论基础第四章蚂蚁追踪技术理论基础4.1蚁群算法简介蚁群算法是由意大利学者M.Dorigo，V.Maniezzo，A.Colorni等于1991年在法国召开的第一届欧洲人工生命会议(EuropeanConferenceonArtificialLife，ECAL)上首次提出的[40]。该算法作为人类仿生学算法，模拟蚁群在探索巢穴到食物源之间的最优路径过程，通过广泛的普及应用，该算法在多个领域解决了离散系统优化中的研究问题，在求解调度问题、车辆路径问题、分配问题、指派问题过程中获得了较好的应用效果。4.1.1蚂蚁群体行为蚂蚁群体是一种社会性昆虫，其族群不但有组织而且有分工，最神奇的是其具有通讯系统，可以进行信息传递，蚂蚁的分泌物也被成为信息素(Pheromone)，外出执行觅食任务的蚂蚁一旦在觅食过程中发现食物源，就会在巢穴与食物源之间的路径上释放信息素，随着信息素的扩散，周围的蚂蚁通过感知信息素来决定它们的路径向着食物源出发。随着蚂蚁数量的增加，信息素的浓度不断增大，从而吸引越来越多的蚂蚁通过该路径寻找食物源，就使得多数蚂蚁都会选择这条最短的路径往返食物源与巢穴，这是一个正反馈的过程。同理如果这里的食物搬运结束，蚁群分散前往其他地点，信息素就会逐渐降低直至消散。而这整个过程中，蚁群用来进行信息传递和交流的方式都是通过信息激素来完成的，信息素遗留在其来往路径上进行通信和协调。蚂蚁蚁群的觅食路径是一条近似直线的最优路径。如图4-1(a)所示。令人惊奇的是，蚁群在执行复杂的群体协作任务过程中，能够根据周围环境的变化而采取变化，如图4-1（b）在初始状态下单只蚂蚁个体按照同等概率选择路径并在路上释放信息素，蚂蚁群处于均布分布状态，当觅食路径上出现障碍物时，路径发生变化，蚁群随着信息素浓度变化改变自己选择路径。在同等时间内，较短路径上蚂蚁最先往返巢穴与食物源之间，信息素浓度增大，导致选择改路径的蚂蚁越来越多，如图4-1(c)所示。所以我们可以说蚂蚁群体的觅食过程是一种正反馈现象，信息素浓度变大，最优路径上蚂蚁数量的增加，直接影响后来蚂蚁的选择，最终所有蚂蚁都在最优路径上往返行进。26 中国石油大学(华东)工程硕士学位论文图4-1蚁群寻找食物示意图4.1.2人工蚂蚁及其与真实蚂蚁蚁群行为异同人们通过对蚂蚁“寻找食物”的群体行为进行深入研究和抽象模拟发明了蚁群算法，因此人工蚂蚁算法的逻辑行为与真实蚂蚁的觅食行为具有相同的机理。虽然人工蚂蚁逻辑行为是由根据真实蚁群的觅食行为的仿生抽象而来的，其核心理论基本上都[9]来自于真实的蚁群，但是该算法在抽象模拟过程中研究者根据实际研究需要对逻辑算法进行了适应性的设计，因此二者存在相同点的情况下又各自具有各自特有的特点，其异同点如下：1、人工蚂蚁也具有与真实蚂蚁相同的交流以及群体协作行为。人工蚂蚁与真实蚂蚁一样，在行为过程中释放一种特殊物质来实现群体的交流协作。这种物质称为信息素，不同的是，真实蚂蚁在路上释放的是自然界化学物质——信息素，利用信息素浓度对周围蚂蚁个体的路径选择产生影响；但是相对于人工蚂蚁，则只能利用计算机技术的存储技术模拟信息素，通过模拟信息素大小来影响其他人工蚂蚁个体的路径选择。因此可以说，人工蚂蚁与真实蚂蚁都是通过信息素来实现交流与合作。基于以上认识，就要求人工蚁群算法中的信息素必须具有和真实蚁群释放的信息素一样具有挥发性，信息素具有了恢复性之后就能够让蚂蚁不受过时信息的干扰影响而停滞不前或者陷入死循环，从而增强其搜索范围和搜索能力。2、人工蚁群算法与真实蚂蚁蚁群进行路径选择的策略相同。从原理上来说，人工蚂蚁在面对下一个移动节点的选择策略与真实蚂蚁面对不同27 第四章蚂蚁追踪技术理论基础路径时的抉择依据二者是相同的，都是根据浓度的分布情况来决定的，路径的信息素浓度越大该路径被选择的概率越大，以此类推，蚁群中的多数蚂蚁就会慢慢向最优路径聚集，从而使蚁群算法具有收敛的特性。同时由于蚁群算法的随机选择策略造成了随机因素的存在，避免了算法陷入局部最优的情况。3、都要完成寻找最短路径的任务。从本质上来讲，真实蚂蚁与人工蚂蚁都是为了求解最优解，并且二者都不具备跳跃性。蚁群算法作为一种人工仿生机理模拟算法，在抽象模型的构建过程中，为满足计算机技术应用以及实际研究问题应用需要，必须改进部分真实蚁群的不足之处，因此人工蚂蚁具备更多的优越点：1、人工蚂蚁在一个虚拟抽象空间行动，而真实蚂蚁则只能在现实世界中遵循自然规律连续爬行。2、人工蚂蚁具有记忆储存能力，而真实蚂蚁不具有这一特征。3、计算机虚拟空间中的人工蚂蚁按照数学模型的算法，其计算速度快，应用范围广。4、人工蚂蚁根据实际研究目标不同，算法模型设计也不相同。在不同的算法控制下，信息素具有不同的独立性，这点与真实蚂蚁不同。由于蚁群算法属于一种计算机数学技术，因此其计算由过程控制，因此对蚁群路径选择起控制作用的信息素的释放和恢发不是连续的，是按照设计一步步进行的，这点与自然界中蚂蚁在自然界中的连续生活不同。5、人工蚂蚁为了提高蚁群算法的计算效率而加入了一些真实蚂蚁所不具备的计算算法特性，来控制节点的选择，改变信息素的挥发机制，真实蚂蚁无法做到这些。4.1.3蚁群算法抽象数学模型的建立从理论上来说，蚁群算法是对真实蚂蚁觅食行为的一种仿生机理模拟。因此蚁群算法的原理来解决实际问题时，首先要对真实蚁群进行抽象，从而建立一个人工蚁群算法的数学模型。(l)真实蚂蚁个体的抽象在对真实蚂蚁的抽象建模过程中，不需要对真实蚂蚁的特征都进行提取模拟。只需要根据实际算法需要将需要借鉴的蚂蚁体属性特征模拟出来就可以，将无关的特征28 中国石油大学(华东)工程硕士学位论文摒弃以提高运算效率及多解性。(2)问题空间的求解人工蚂蚁是在二维抽象空间里进行求解，这点与真实蚂蚁在三维现实空间的求解不同。计算机基础无法处理连续性空间问题，而只能对离散数据进行处理，因此需要将连续的平面数据离散化，形成一个个离散点数据，再组成二维抽象平面。因为真实蚂蚁在连续平面上移动时其在任意具体时刻其经过的都是离散的点，因此抽象平面与其觅食行为的本身并没有任何冲突。(3)寻找路径的抽象真实蚂蚁是根据其所在路径上的信息素浓度来决定其下步选择前进的路径，而人工蚂蚁是从抽象二维空间平面上一个节点运行到下一个节点，因此将真实蚂蚁在各条路径上释放的信息素抽象为人工蚂蚁前进节点上的数字信息素。(4)信息素挥发的抽象自然界中的真实蚂蚁在觅食过程中不间断地释放信息素，同时信息素在这个过程中也不断挥发。因此人工蚂蚁也需要在经过一个时间单位完成一个节点的移动后，就进行一次信息素的挥发。(5)启发因子的引入实际应用时对算法运行时间是一个重要适用性指标。因此引入一个启发因子，给算法提供初始引导，从而增加算法的时效性。4.2蚁群算法的基本原理4.2.1蚁群算法的成因机制蚁群算法是对真实蚁群的觅食过程的计算机模拟及改进，该算法的理论前提条件如下：(1)人工蚂蚁个体之间的交流协作是通过信息素来实现的。(2)在个体水平上，蚂蚁个体的行为受其周围的节点信息素浓度控制并以此来判断做出独立的选择；从蚁群整体来看，蚁群具有较强的自组织性，从而完成复杂有序的群体性行为。由上可知，基本蚁群算法的最优化机制存在“协作阶段”以及“适应阶段”这两个基本阶段。“适应阶段”中，蚂蚁单体根据信息素浓度的变化调整路径选择，信息素浓度就越高的路径就会被越多的“蚂蚁”选择；由于信息素的释放和恢发具有时效29 第四章蚂蚁追踪技术理论基础性，因此其浓度会越来越小；“协作过程”则能够完成最佳路径选取过程，这个过程则是通过群体信息的互通实现的。4.2.2蚁群算法的性质从蚁群算法的基本原理为出发点进行研究，其与断层检测技术的原理较为适应，因此蚁群算法能够较好的再断层检测解释过程中使用，蚁群算法的系统学特征如下：系统是指将具有独立功能的个体，通过个体间的关联机制及协作机制组合成一个具备甚至超过个人功能总和的整体。自然中，蚂蚁群是一个由多个体多蚁种组成的分工明确，具备完整的交流机制的整体。蚁群算法由真实蚁群衍生而来，因此也具有系统学特征。主要特征如下：第一、采用分布式计算方法实现蚁群算法。分布式计算是相对于集中式计算来说的，多平台分布式同时计算能够大大提高计算效率。蚁群之所以具备这个特点是因为每个蚁群个体都能够独立完成任务并能够共享资源及交流。这些特点与分布式计算方法具有一致性，采用分布式计算方法能够使蚁群算法在实现过程中具有更好的稳健性以及适用性。第二、蚁群系统还是一个自组织系统。蚁群系统能够随着变化而自动演化，能够自我改进和完善，从何使自身系统越来越稳健，这种来自蚁群的自有能力称为蚁群算法的自组织性。第三、蚁群算法还有正反馈和负反馈机制。蚁群算法有蚁群觅食行为演化抽象而来，因此具备上述蚂蚁群体行为中的正负反馈特性。4.2.3蚁群算法的数学模型说明TSP问题是说明蚁群算法的常用经典案例，因此本文以平面上n个城市的TSP问题为例说明蚁群算法的基本模型。一）旅行商问题旅行商问题是解决最优解问题研究过程中的经典NP案例，蚁群算法的改进完善脱离不了旅行商问题在其中的重要贡献，是蚁群算法测试中的经典测试对象问题。近年来，解析TSP问题的能力，已成为测试各种优化之后的蚁群算法的优劣标准之一。TSP能够作为经典案例的原因如下：（1）作为NP问题的典型案例，该难题是研究人员心中的理想测试对象。解决该30 中国石油大学(华东)工程硕士学位论文问题的效能一直是评判算法好坏的标准。（2）改进完善之后蚁群算法的能够适用于TSP问题的解决路线；（3）TSP问题的实现流程较为明了，在求解过程中能够直观的表达出算法的实现过程。TSP问题也因此成为说明蚁群算法的经典案例。TSP问题的定义如下：TSP问题：设C={c1,c2,c3,…,cn}是一个集合，而c1,c2,c3,…,cn则表示为集合中的元素即节点，L={lij|ci,cj⊂C}是集合C中的子集，其元素为节点之间的路径，dij(i,j=1,2,…,n)是表示路径lij距离的集合，即G=（C，L）定义为有向图，TSP的目的是从有向图G中寻找出一条对C={c1,c2,c3,…,cn}中n个城市访问且只访问一次的最短封闭曲线。TSP根据元素节点之间的距离是否相同分为两类，即对称TSP问题及非对称TSP问题。二）蚁群算法中人工蚂蚁个体的行为特点。①将旅行商视为蚂蚁个体，将路径距离以及路径上上的信息素作为其在旅行过程中对节点城市的选择依据。②在人工蚂蚁在完成一次循环旅行过程中，每一个节点城市要求旅行商能且只能到其一次。③旅行商在路径选择过程中，循环遍历节点城市时在在每一条路径上留下新的信息素。三）算法模型为实现算法模型的目的，引入以下变量来模型人工蚂蚁行为特征：设m是人工蚂蚁的数量，用bij(t)表示ｔ时刻前往城市ｉ的人工蚂蚁数量，dij(i,j=1,2,…,n)表示城市i和城市j之间路径的距离。上式中τij表示的是在某一时刻t，节点之间的路径dij上的信息素的浓度。假设起始时刻各路径信息素浓度相等，即τij（0）=C(C为常数)。31 第四章蚂蚁追踪技术理论基础蚁群算法中信息素浓度控制了人工蚂蚁在路径选择过程中的决定，但是在选择过程中存在一个概率问题。某一路径dij的信息素浓度越大，被人工蚂蚁选择的概率越大，k这个概率我们用ρij(t)来表示，则公式如下式。在上式中，ηij(t)表示带选择路径上的信息素浓度，allowedk的意义为人工蚂蚁选择范围的节点。在蚁群算法中，人工蚂蚁由于具有存储能力，蚂蚁的扩散机制用参数1−ρ表示。在一段时间n之后，人工蚂蚁完成一次遍历寻路，各路径上信息素浓度也随着变化，其表达式如下：上式中，第k个人工蚂蚁通过路径dij上的信息素浓度变化量为Δτkij。路径上的累积信息素浓度可以表示为Δτij。上式中，在零时刻时，τij(0)=C(常数)，τij(0)=0(i,j=0,1,…,ｎ-1)。α表示蚂蚁在运动过程中释放的信息素。β则表示蚂蚁路径选择中启发式因子所起的影响。ηij表示由城市ｉ转移到城市j的期望程度。根据具体算法的不同，τij(t)，Δτij(t)，kρij(t)的公式也是随着变化的。它们的差异在于表达式（4-6）的不同。在antquantitysystem模型中：在antdensitysystem模型中：32 中国石油大学(华东)工程硕士学位论文二者区别在于：前者利用的是整体信息，而后者利用的是局部信息。前者的应用效果要更好。四）基本蚁群算法实现步骤图4-2蚁群算法流程图蚁群算法的程序流程如图4-2所示。基本蚁群算法解决TSP问题的具体步骤如下：①设置起始参数。设时刻t为零，遍历循环次数起始值为零次。令最大循环次数为NCmax，以此路径上的信息素的量τij(t)=C，C为常数，起始时刻信息素浓度大小Δτij(0)=0。②循环此数NC←NC+1。③蚂蚁的禁止访问表索引号k=1。④蚂蚁数目k←k+1。33 第四章蚂蚁追踪技术理论基础⑤蚁个数根据状态转移概率（4-3）计算的概率选择元素城市j并前进，j∈{C−tabuk}。⑥选择好之后将蚂蚁移动到新的城市，并把该城市移动到该蚂蚁个体的禁止访问表中。⑥kNCmax这个条件时，则遍历结束并植入算法在计算机中的运算结果，否则丢弃禁止访问表并跳转到步骤2。4.3蚁群算法性能分析4.3.1算法的时间与空间复杂度研究蚁群算法的时间复杂度和空间复杂度的主要目的是计算利用蚁群算法解决实际问题是需要占用的计算机资源量，包括最大和最小占用资源量。穷举法就是将解决问题的每个方法或答案逐个列出的求解方法。在解决TSP问题时，假设存在的可选择路径有n条。如果以每次路径选择为基本运算操作，利用穷举法进行求解要进行(n−1)!/2-1次基本运算操作才。如果使用的计算机每秒可执行100万次浮点运算，当路径数n为10时，需要0.19秒运算时间；如果路径数n为20，计算时间将达到1929年；如果路径数为30，计算时间达到惊人的1.4×1017年。因此利用穷举法来解决一个复杂的TSP问题不符合实际，更不用说解决那些比TSP问题更复杂的问题了。所以需要对所研究的问题的复杂度进行分析研究，制定合理的算法来提高运算效率。假设蚁群算法中共有m只人工蚂蚁，需要寻找的节点有n个，人工蚁群算法在Nc次遍历运算之后，则整个蚁群算法的时间复杂度可以表示为：同理根据蚁群算法的计算过程，通过对算法流程进行分析，可以把算法的空间复复杂程度表示为以下公式：4.3.2蚁群算法的收敛性研究针对蚁群算法的收敛性研究在今年来才被研究人员重视和研究。34 中国石油大学(华东)工程硕士学位论文GutjahrWJ利用有向图论证明了改进蚁群算法—GBAS的收敛性；StuezleT和DorigoM提出一类改进蚁群算法—ACOgb,τmin算法解决具有组合优化性质的极小化问题，并对其收敛性进行了理论分析Gutjahr.W.J改进了算法提出了两种新的算法，即GBAS/tdev和GBAS/tdlb，丁建立等通过大量研究证明了优化满意值序列具有收敛性。35 第五章文南油田低级序复杂断块精细刻画技术应用研究第五章文南油田低级序复杂断块精细刻画技术应用研究5.1地质模型正演指导低级序断层解释文南地区构造复杂，低级序断层特别发育，对断块油藏的具有切割作用。本地区断距大于30m以上断距的断层地震响应较为明显，地震解释可靠性较高，断距小于30m的断层依靠地震解释随意性较大，可靠程度低。从理论上研究低级序断层的地震反射波波形响应特征，对复杂断块的精细刻画具有重要意义。构造正演是近年来发展起来的地震应用新技术，在构造解释、储层预测中都得到了广泛的应用。它是通过设计一定的地质模式，依据实际地震数据的采样率以及地震波在地层中的传播速度，来得到反映不同地质现象的合成地震资料。A、建立正演模型剖面为了研究不同断距下地震的响应特征，分别设计断距分别为30m、20m、15m、10m的地层模型（图5-1）。本地区目的层段地震频率在25－35赫兹之间，选取主频为30Hz，根据不同层段地层速度，作出不同断距情况下的地震响应剖面。图5-110-15米、20-30米断距正演地震模型图通过（图5-2）剖面可以看出，20－30m断距模型，断层断距明显，同相轴明显断开；10－15m断距模型，主频30HZ，同相轴有一定扭动，同相轴没有明显错开；断距小于10m的断层同相轴只有轻微的变形，实际工作中解释要借助其它手段。图5-210-15米、20-30米断距正演地震剖面图36 中国石油大学(华东)工程硕士学位论文5.2结构导向平滑滤波去噪技术构造平滑主要目的是减少噪声及储层特征响应，由于受到地面车辆以及地下流体等各种因素的影响，地震采集资料的信号噪音杂乱，信号波形杂乱，但是依然有规律可循。通过应用合适的滤波方法针对性的可以消除部分噪音，以达到研究需要的效果。5.2.1高斯平滑滤波高斯平滑滤波技术是构造平滑去噪技术中的一种。其主要工作原理是通过设定高斯平滑窗值，让后将其与原始地震道集数据卷积得到一个平滑数据。决定高斯平滑效果好坏的主要因素是高斯窗函数，也成为高斯平滑算法的核函数。核函数里的表达公式为：上述公式中：x—计算像素点到中心像素点的水平距离；y—计算像素点到中心像素点的垂直距离；σ—函数的标准差。高斯平滑滤波技术运算速度较高，但是对复杂噪声的去噪效果一般，但是该方法给平滑滤波提高了一个较好的技术指导，在实际研究工作中，需要结合其他技术以得到更好的滤波效果，比如将其作为结构导向滤波中的一个步骤，对结构张量进行滤波来实现区域的保边滤波。5.2.2结构导向滤波结构导向滤波是一种能够在抑制噪声的同时保湿同向轴连续性的全方位滤波技术，其核心方法就是根据提取的结构信息设计扩散矩阵以及连续性因子，然后进行迭代滤波。由此我们可知，结构导线滤波技术涉及以下几个计算参量：1.梯度结构张量由于地震振幅值在不同地层间存在突变，因此我们用梯度来表示像素信息变化最大的方向。其方向由于与层间变化有关，所以向量方向一般垂直于地层反射同相轴。37 第五章文南油田低级序复杂断块精细刻画技术应用研究图5-3地震资料中像素间梯度的方向示意图由此可知，梯度是一个半正定矩阵，如果用ρ来表示计算点的像素值，则像素的梯度矩阵为。通过对梯度进行计算可以得到梯度结构张量：S表示计算点的梯度张量，由于非零特征值只有一个，但是局部结构信息包括多个方向。利用高斯窗与梯度张量进行卷积计算，得到能够反映多维结构信息的结构张量，公式如下：38 中国石油大学(华东)工程硕士学位论文2．扩散张量上述结构张量已经能够很好的描述地震图像像素值的变化率及变化方向，但是为了保持图像的边缘信息，只利用梯度结构张量达不到平滑去噪的要求，因此需要利用梯度张量来实现保边去噪的目的。扩散张量D是一个对称的正定矩阵，其特征向量与梯度结构张量相同。因此我们对梯度结构张量进行特征分解：上式中：为矩阵的特征值，且；，，为特征值对应的特征向量。因为是最大的特征值对应的方向，即平行于图像梯度变化方向。而，则是垂直于v的方向。因此扩散方向就选择，所对应的方向。因此扩散张量矩阵D表达式如下：下图5-4是处理前后对比图：39 第五章文南油田低级序复杂断块精细刻画技术应用研究图5-4a原始噪音图像图5-4b扩散张量平滑图3.连续性因子在地震剖面图像中，噪声往往和信号交织在一起，其中的断层破碎带的响应特征，储层变化的响应特征都是重要的地质信息信号。如果平滑不当，就会使地震资料本身的信息变得模糊，损失过多信号，从而使资料降质，所以构造平滑过程总是要付出一定的细节模糊代价。如何既能平滑掉噪声响应，而又尽量断层响应特征细节是图像构造研究的主要问题。为了保证图像细节能够在平滑中保留下来，我们需要在平滑去噪过程中给出一个连续性因子作为调整扩散值的变量。根据上述公式，连续性因子表达公式如下：公式中：——初始梯度结构矩阵的迹；——连续性因子，其值域在0-1之间；——当前梯度结构矩阵张量。4.结构导向滤波方程的建立在上文中重点描述了结构导向降噪方法及其中重要参数，下面主要来介绍结构导40 中国石油大学(华东)工程硕士学位论文向方程的建立过程。结构导向滤波建立的流程图如下：输入三维图像计算初始的梯度及梯度结构张量进入迭代并计算梯度及梯度结构张量对梯度结构张量进行奇异值分解获得特征向量构造扩散张量的计算计算连续性因子和散度否建立结构导向滤波方程进行去噪判断是否达到迭代次数是完成降噪图5-5结构导向滤波流程根据流程图所示，结构导向滤波方程可以用下式来表达：公式中参数：——滤波n次之后的三维地震图像；41 第五章文南油田低级序复杂断块精细刻画技术应用研究——迭代步长；其他参数意义如前文所述。5.2.3构造平滑效果对比在上文5.2.1及5.2.2章节中介绍了高斯平滑算法及结构导向算法的原理及方法，本论文选取文南油田高精度三维地震资料时间深度2160ms切片进行平滑滤波对比实验（如图5-6、5-7、5-8）。噪音明显图5-6原始振幅体切片显示42 中国石油大学(华东)工程硕士学位论文降噪一般图5-7文南油田地震体2160ms高斯滤波效果43 第五章文南油田低级序复杂断块精细刻画技术应用研究降噪明显图5-8文南油田地震体2160ms结构导向滤波效果通过原始振幅体切片对比高斯滤波切片以及结构导向滤波切片我们可以看出，原始振幅体储层响应特征及噪音显示特征明显（图5-6），结构导向滤波效果要大大好于高斯滤波效果，通过结构导向滤波能够大幅度降低噪声对方差体及蚂蚁追踪的影响。5.3方差体优化算法提取技术方差体技术在地震构造解释中的应用，在提取合适的方差体属性之后，通过水平及岩层切片可以直观清楚的了解断层在平面上的展布规律及组合样式，根据其结果对二维剖面闭合解释成果进行验证，除此之外还能检查储层变化等引起振幅同相轴发生变化的地质异常体。方差体技术和常规的解释方法组合，可以大大提高地质研究过程中解释速度、精度及研究周期。方差体的制作应用了Petrel地震解释综合软件中的VanianceCube软件进行方差体提取通常为9点之间进行计算，一般选择四点、六点、和八点进行计算。在本地区默认方差体识别断层效果并不好。分析其原因，一个是构造复杂，目的层埋藏深，产状变化快，本地区主要断裂为NNE走向，在区域主要断裂梁庄、文西、文东作用下，可44 中国石油大学(华东)工程硕士学位论文划分为文西斜坡带、文西断地垒带同一构造单元内部，断层走向地层产状相近，利用默认算法计算方差体对效果影响较大。文南工区地震资料是高分辨率资料，采样间隔2ms，主要断裂走向为NNE走向，接近主测线方向，因此本次研究根据方差体提取算法开展针对实验，以期优化方差体提取算法，获取更好应用效果：5.3.1方差属性体时窗对比实验研究方差体属性提取时，时窗参数的选取决定了提取时断层识别的分辨率，一般提取时窗的大小设置根据地震资料的采样率及分辨率来决定，当地震振幅的视周期为t时，通常将时窗大小设为0.5t-1.5t。时窗过大或过小都会影响方差体对断层识别中的效果，当时窗选取过小，计算出的方差属性反应的是噪声值的响应；但是当时窗选取过大时，小断层就会被忽略，到时断层分辨率太小。实验选取文南油田高精度三维地震数据体，方差计算点模式为9道矩阵，时窗参数分布选取15ms，30ms，45ms，60ms进行方差属性体提取，选取时间深度为2160ms方差属性体切片进行对比分析（如图5-9）。图5-9a计算时窗15ms效果图45 第五章文南油田低级序复杂断块精细刻画技术应用研究图5-9b30ms时窗效果图图5-9c45ms时窗效果图46 中国石油大学(华东)工程硕士学位论文图5-9d60ms时窗效果图在图5-9中，图5-9a的方差计算时窗为15ms。由于时窗参数偏小，小于1/2个波形周期，方差属性体时间切片中断层信号明显，能量值较大，但是噪音过多且与断层信号交织，难以辨认从而造成断层假象。如图5-9b时窗为30ms时，可以看出噪音得到部分抑制，但是依然较明显。当时窗调整为45ms时，噪声明显得到有效抑制，断层展布依然清晰，如图5-9c所示，对断层检测效果较好。图5-9d中方差属性体时窗计算参数为60ms，可以看出其对噪声的抑制特别强，但是由于时窗过大导致低级序断层显示效果受到抑制。根据本次实验结论可知，方差属性体时窗参数的大小对低级序断层的检测特别重要，时窗的合适与否直接影响断层识别的精度。文南油田高精度三维地震资料方差属性体时窗在45ms时计算效果较好。5.3.2计算道组合方式对比实验研究在方差体属性提取过程中，参与计算的道数特别重要。当参与方差计算的地震道数越多，识别的方差体分辨率越低，无法识别小断层，但是对大断层识别效果较好。相反参与计算道数少，分辨率就会较高，小断层识别效果较好，单是断层联系性就会变差。所以在计算地震方差体时要根据研究地质目的的不同来选择参与计算的相干道47 第五章文南油田低级序复杂断块精细刻画技术应用研究数。方差体体技术并非对所有的数据体都相当有效，只有充分结合工区地质情况下方能得出最为合理的解释结论。通过地质统计分析，文南油田约91%的断层走向为NNE方向，接近联络线方向，基于这个认识，改进方差体提取算法（增强联络线方向连续性，增加主测线方向断层敏感性）使之适用于文南油田构造特征（图5-10）。图5-10a道组合方式为3×348 中国石油大学(华东)工程硕士学位论文图5-10b道组合方式为5×3图5-10c道组合方式为7×349 第五章文南油田低级序复杂断块精细刻画技术应用研究图5-10d道组合方式为3×3图5-10e道组合方式为3×550 中国石油大学(华东)工程硕士学位论文图5-10f道组合方式为3×7通过实验研究结果可以看出（图5-10），随着方向参与计算道数的增加，断层检测敏感程度较低，连续性增强，以此针对文南油田构造特征，采用3*7算法进行方差属性体提取，通过对比可以看出比默认3*3算法得到明显增强，信号强度增加，断层提取连续性增强。5.3.3构造平滑滤波对方差属性体的影响在前文5.2中介绍了高斯平滑滤波及结构导向滤波的原理及方法，本节针对构造平滑滤波对方差属性体提取的影响进行对比分析，选取了文南油田高精度三维地震资料主测线4239作为分析对比剖面，如图5-11。51 第五章文南油田低级序复杂断块精细刻画技术应用研究图5-11a文南油田高精度三维地震资料inline4239波形剖面图5-11b文南油田高精度三维地震资料inline4239变密度剖面52 中国石油大学(华东)工程硕士学位论文图5-11c文南油田高精度三维地震资料inline4239未滤波方差属性剖面图5-11d文南油田高精度三维地震资料inline4239高斯滤波方差属性剖面图5-11e文南油田高精度三维地震资料inline4239结构导向滤波方差属性剖面53 第五章文南油田低级序复杂断块精细刻画技术应用研究通过图5-11实验效果对比可知，原始剖面提取方差体效果噪声影响太大，低级序断层展布模糊，分辨率较差，如图5-11c；如图5-11d，高斯滤波对噪声抑制效果明显，但是储层变化、砂体尖灭等响应特征也一同丢失，不符合我们队方差体属性提取的要求；而结构导向滤波，在抑制噪声的同时能够保证地震资料中有用信息的保留，避免了有用信号的丢失，保证了资料的品质，如图5-11e。5.4多级蚂蚁追踪技术5.4.1传统蚂蚁追踪技术应用研究蚂蚁体在地震解释中的工作流程主要分为四步：（1）地震数据处理；（2）边界探测；（3）边界增强；（4）断层提取。本次研究重点优化了适用于文南油田的蚂蚁体提取算法，此处重点介绍断层提取技术。图5-12蚂蚁追踪技术流程图蚂蚁体在初始时会使用代理（蚂蚁）来去设定相应的搜索范围与搜索方向，代理会沿着所设定的方向去估算断层，代理（蚂蚁）其在估算断层的时候其最大偏差为搜索方向的15%，追踪蚂蚁中有两种方法：消极蚂蚁（PassiveAnt）：是一种保守的估计断层的方法，只会沿着信号较强的方向进行估计，对于区域断层估计比较有效。积极蚂蚁（AggressiveAnt)：允许蚂蚁以更加灵活的方式去探测断层，对于探测主要大断层和小断层比较有效。54 中国石油大学(华东)工程硕士学位论文对于蚂蚁体有以下几个参数需要设定。A.Initialantboundary(numberofvoxels)B.AnttrackdeviationC.Antstepsize(numberofvoxels)D.IllegalstepsallowedE.LegalstepsrequiredF.StopcriteriaInitialantboundary(numberofvoxels)初始边界初始边界是确定蚂蚁分布的参数，决定了每只蚂蚁的搜索半径。此参数决定着蚂蚁体提取的计算时间，由于其值决定了地震数据体中的蚂蚁的分布数量（图5-12）。如果只是为了在蚂蚁体中探测区域大断层，可以将此参数设定的相对大一些（5-7个像素），如果想在蚂蚁体中提取更加小的断层或裂缝，则建议将其值设定的较小一些（3-4个像素）。一般来讲，将此参数设定为小于3个像素，并不能给提取的蚂蚁体增加更加详细的信息。初始半径其值以像素来定义，如果蚂蚁在搜索半径内搜索不到局部最大或者在搜索半径内做出沿着某一方向搜索，则蚂蚁会被消灭。最小值：1最大值：30默认值：消极为7，积极为555 第五章文南油田低级序复杂断块精细刻画技术应用研究图5-13蚂蚁体搜索模式示意图Anttrackdeviation蚂蚁追踪偏差蚂蚁追踪偏差控制着蚂蚁在追踪过程中偏离局部最大的程度，蚂蚁在追踪过程中会假设为一平面，其偏差最大为偏离其初始方向15度。这种方法允许蚂蚁可以接受下一步在其预测位置的两侧任意一侧一个像素的局部最大位置。如果局部最大在蚂蚁的步长范围之外，那么其蚂蚁追踪参数则会起作用。如果局部最大偏离蚂蚁搜索的平面较大，则蚂蚁不能够追踪到他们。因此，其参数会允许蚂蚁偏离局部最大，从而可以使得蚂蚁沿着构造的方向追踪更长的距离。值为1时允许蚂蚁在其有效步长范围内偏离一个像素来去搜索局部最大。如果局部最大没有找到，则认为蚂蚁的搜索为无效的步长。如果搜索到局部最大，离局部最大最近的位置则认为为有效的步长。蚂蚁追踪偏差其参数控制着在蚂蚁在其有效步长范围内能够找到局部最大值搜索偏离可能的像素数。如果能找到其最大值，则其最近的有效步长则会应用。最小值0，最大值3，默认值2.56 中国石油大学(华东)工程硕士学位论文图5-14蚂蚁搜索示意图Antstepsize(numberofvoxels)蚂蚁步长（以像素数为标准）最小值：2；最大值：10；默认值：3这个参数决定了蚂蚁在一步搜索时能够在多远范围内搜索局部最大。Illegalstepsallowed允许的无效步长。允许的无效步长定义了蚂蚁在找不到边界值（断层）时其能够继续追踪的距离（以步长数来丈量）。可以接受的边界值（断层）意味着可以找到局部最大。例如，蚂蚁目前在一有效的位置上，但是在其前方一个步长内并没有找到局部最大，这在搜索过程中记为一个无效步长。应用之前定义的初始搜索方向，蚂蚁会继续往下搜索下一个步长，如果还没有找到局部最大，则记为第二个无效步长。如果这时允许的无效步长数设置为1，那么蚂蚁会停止沿着当前方向的搜索。如果找到了有效的局部最大，则蚂蚁会记录这时的路径，此路径包括有效的位置（局部最大）和无效的位置。无效的步长只有当有效的步长记录完毕之后才会计算出来。允许的无效步长决定了蚂蚁如果没有知道局部最大时可以继续搜索的最大距离（以步长数计）。最小值：0；最大值：3；默认值：消极的蚂蚁为1，积极的蚂蚁为2；Legalstepsrequired需要的有效步长数需要的有效步长数控制了如何将搜索到的连续断层与无方向的噪声所区分开。此参数一般与允许的无效步长数一起使用。57 第五章文南油田低级序复杂断块精细刻画技术应用研究此参数可以表达为包含为有效断层边界值的步长的个数。例如，在蚂蚁前方搜索到一个有效的断层边界，此时记为1个有效步长，如果蚂蚁继续往前，并遇到了另外一个有效的断层边界，此时记为第2个有效步长。如果此时将此参数定义为2，则蚂蚁追踪会认为这是有效的并将其记录下来。如果此时将此参数设置为3，而蚂蚁在其前方并没有找到有效的断层边界，此时蚂蚁总共找到了两个有效步长，因此此次搜索追踪认为其不是一条断层，因此在输出的结果中也不会记录。有效的步长数这个参数定义了蚂蚁可以继续搜索追踪的含有有效断层边界的步长的个数。Stopcriteria停止标准停止标准是指在蚂蚁的整个搜索生命（搜索空间）中无效步长所占的百分比。当蚂蚁在搜索追踪过程中记录有效步长和无效步长的个数逐渐增多，并且无效步长的个数距离达到蚂蚁搜索范围的一定比例时，我们就不能够确定所搜索追踪出来的结果是不是一条有效的断层，因此我们设定此停止标准比例来停止此次搜索追踪。蚂蚁的搜索停止标准可以使蚂蚁在其无效步长在总路径中的个数超出预定的百分比时搜索停止。蚂蚁在搜索时会沿着断层创建一个小平面，如果在此平面范围内断层有效的像素数所占的比例超过了停止标准，则蚂蚁沿着那个方向的搜索则会停止。最小值：0；最大值：50；默认值：消极的蚂蚁为5，积极的蚂蚁为10。应用此工具，我们可以限制允许蚂蚁沿着那个方位角和倾角去搜索断层。这个工具可以控制生成不同方向上的断裂系统，从而使不同的断裂系统更加快捷的去解释。在其窗口中选中的部分为蚂蚁所不搜索追踪的部分，你可以控制蚂蚁搜索的方向与断层的倾角。如果将窗口中部分选定为灰色，则灰色倾向和倾角方位的断层则不会被记录，不管断层在数据体中是否实际存在。但是本次研究发现即使利用优化后算法提取方差体进行蚂蚁追踪依然难以有效解决低级序断层识别难度大的问题（图5-15）。58 中国石油大学(华东)工程硕士学位论文图5-15a优化算法提取方差属性体59 第五章文南油田低级序复杂断块精细刻画技术应用研究图5-15b蚂蚁追踪效果图5.4.2多级蚂蚁追踪技术应用研究传统蚂蚁追踪技术涵盖了蚂蚁生产的整个流程，但效果往往不太理想，本次研究创建了多级蚂蚁追踪技术，以此来提高低级序断层识别精度。此项技术指导思想是在传统蚂蚁追踪技术的基础上多次运算蚂蚁体（图5-16、图5-17）：（1）利用构造平滑处理技术对原始振幅体进行构造处理消除噪音及储层响应特征；（2）对构造平滑处理后的地震资料进行方差属性体提取；（3）利用积极蚂蚁算法对方差属性体处理提取蚂蚁属性体，提取小断层显示特征，小断层信号较差，断裂系统联系性较差，无法直观理解断裂展布规律；（4）对积极蚂蚁体进行二级蚂蚁追踪算法处理，获取二级蚂蚁属性体，通过处理之后蚂蚁体信号增强，但是断裂系统联系性依然较差；（5）对二级蚂蚁体进行三级蚂蚁属性体处理，通过处理后可以获得一个信号较强，断裂联系性较强的蚂蚁属性体，能够基本满足低级序断层精细解释需要。60 中国石油大学(华东)工程硕士学位论文图5-16多级蚂蚁追踪技术流程图61 第五章文南油田低级序复杂断块精细刻画技术应用研究普通振幅体方差属性体方差优化提取蚂蚁体多级蚂蚁追踪构造综合解释图5-17多级蚂蚁追踪技术示意图下面以文79-136块研究结果为例介绍，研究效果如下图所示（图5-18、图5-19、图5-20）：62 中国石油大学(华东)工程硕士学位论文图5-18蚂蚁一级追踪结果图（信号差、联系性差）63 第五章文南油田低级序复杂断块精细刻画技术应用研究图5-19蚂蚁二级追踪效果图（信号增强、联系性较差）64 中国石油大学(华东)工程硕士学位论文W79-49W134图5-20蚂蚁三次追踪(信号强、连续性及规律性好、构造储层特征明显)通过研究结果我们可以看出：多级蚂蚁运算对低级序断层识别效果明显：获得更强的信号，更好的连续性，很多重要的特征显现出来。5.5RGB混频显示技术应用研究RGB色彩模式是目前主流的颜色组合标准之一，其中R代表红色，G代表绿色，B代表蓝色。该色彩模式是通过对红色(Red)、绿色(Green)、蓝色(Blue)这3种最基本的颜色通道自身的变化以及相互之间的组合叠加得到丰富多彩的颜色。RGB色彩模式是目前大多数显示器材的颜色显示标准，它能够显示大约16×104种颜色，这几乎囊括了人类所有能够辨别的颜色。同时在RGB模式下，每种原色还有256级亮度可以调节。当所有三原色亮度值一样的时候，将产生灰色阴影。当三原色亮度值都是255时，产生的颜色为纯白色。当所有亮度为0时，叠加而成的颜色为黑色。随着目前显示器技术的发展，led技术及3D显示技术使得色彩的显示更加丰富。65 第五章文南油田低级序复杂断块精细刻画技术应用研究RGB混频显示的原理是将图像中的高、中、低三个频段的能量属性体以彩色RGB数据体的形式混合显示出来。将RGB混合模式引入到地震分频属性分析中，将3种不同滤波后的独立频段属性体通过RGB色彩模式表现出来，利用数字图像处理技术合成一个RGB混频数据体。本次研究运用RGB融合边缘检测技术对提取后蚂蚁体切片进行处理，提高断层识别精度，剔除储层等响应特征（图5-21、图5-22）。图5-21多级蚂蚁追踪效果66 中国石油大学(华东)工程硕士学位论文图5-22RGB混频显示效果图通过以上研究，文79-136小块构造改变，更改前后效果对比图如下图5-23所示，中部横档断层延伸长度短，为一条低级序断层并不能分割断块。图5-23a文79-136块原构造井位图67 第五章文南油田低级序复杂断块精细刻画技术应用研究图5-23b文79-136块新构造井位图5.6应用效果分析本文研究过程中借鉴前人研究方法，认真总结、消化、吸收前人研究成果，充分利用新技术、新方法、新理论，总结创新出了一套针对文南油田低级序断层精细刻画的检测技术，在文33块、文79块开展应用研究，研究区覆盖石油地质储量2977.3×104t，含油面积24.9Km2，取得了较好的应用效果。1.低级序断层精细刻画指导老区高效措施部署工作应用“文南油田低级序断层检测技术”在文33块开展低级序断层精细刻画研究，指导老区剩余油精细挖潜措施部署工作。经过本次研究，指导修改了文33断层伴生低级序断层展布形态、对文33西部及北部复杂带构造进行了精细刻画，指导实施完成措施工作量8井次，累计增油5459.2t、天然气95.5×104m3。典型实例：利用低级序断层检测技术，落实文33断层伴生低级序断层展布形态，通过断层精68 中国石油大学(华东)工程硕士学位论文细刻画，发现文33-151换井沙二下3砂组4-6号小层位于低级序断层遮挡剩余油富集区（图5-25）：图5-24文33块断层检测成果图图5-25文33块含水分级图69 第五章文南油田低级序复杂断块精细刻画技术应用研究以此为据提出补孔措施，初期日增油11.2t，累计增油4159t（图5-26）。图5-26W33-151采油曲线图2.低级序断层检测技术应用修改构造格局指导井位部署2014年以来来应用低级序断层检测技术进行新老区产能建设评价研究，累计部署井位20口，其中侧钻井15口，调整井3口。典型已部署井例：新文33-侧115井该井位于文33块沙三上主块，2014年通过低级序断层精细刻画，理顺了该井区低级序断层展布规律，部署实施该井（图5-27），该井2014年5月10日完钻，钻遇油层21.8米/10层，初期日产油5.9t，含水23%，目前日产油7.0t，含水60%，年产油1357.5t。70 中国石油大学(华东)工程硕士学位论文图5-27NW33-C115井位部署典型未部署井例：文33-侧413井。2015年通过低级序断层检测技术修改了文33北块复杂构造带断层格局，由原来的东西分带变为南北分块的格局，由此在新刻画出断层遮挡剩余油富集区部署了侧钻井文33-侧413井，设计目的层位沙二下2-5、沙三上7-8，设计垂深3240米（图5-28），预计钻遇油层25米/7层，预计恢复可采储量1.15万吨。71 第五章文南油田低级序复杂断块精细刻画技术应用研究图5-28a文33北部复杂带构造图图5-28b文33北部复杂带断层检测图由断层检测技术可发现在区块内部出现一条明显的横向断层，通过精细刻画，理顺了该块构造，新构造如下：图5-29W33-C413井位部署图72 中国石油大学(华东)工程硕士学位论文结论1.低级序断层的识别，原始数据的质量是根本，低级序断层检测技术的实施受数据质量影响权重较大。2.通过本论文研究证明，在相同计算参数条件下，文南油田高精度三维地震资料方差体属性在断层检测中的效果要好于相干属性的效果。3.构造平滑滤波技术在文南油田高精度三维地震去噪过程中取得较好的应用效果，能够大幅度提升文南油田高精度三维地震资料方差属性提取效果，进而保证了蚂蚁追踪技术的断层检测精度。4.多级蚂蚁追踪技术形成的蚂蚁体切片对断层、特殊岩性体等的分辨比常规蚂蚁体切片更清晰。5.本论文在研究过程中融合了构造平滑去噪技术、方差/相干属性提取技术、多级蚂蚁追踪技术、RGB混频显示技术，形成了一套适用于文南油田低级序断层检测的技术序列，该技术序列在文南油田低级序复杂断块研究过程中取得了较好的应用效果，大大提高了文南油田低级序复杂断块精细刻画研究的工作效率及刻画精度。6.目前该技术仍需不断完善以适应日益复杂的油田地下地质特征。73 参考文献参考文献[1]曾祥平，杨海中，王宏等.低序级断层识别技术在复杂断块油藏注采调整中的运用[J].石油勘探与开发,2006,33(5):21-27.[2]罗佳强，隋风贵.复杂断裂带三、四级断层遮挡成藏研究与勘探实践——以东营凹陷中央背斜带为例[J].油气地质与采收率,2002,9(5):14-16.[3]张金森，王春红.相干技术在全三维地震解释中的应用[J].中国海上油气，2000，14(4)：871-872.[4]BahoriehMS,FarmerSL.3-Dseismicdiscontinuityforfaultsandstratigraphicfeatures.TheLeadingEdge,1995,14(10):1053-1058.[5]MarfurtKJ,KirlinRL,FarmerSH,etal.3-Dseimicattributesusingasemblance-basedCoherencyalgorithm.Geophysics,1998,63(4):1150-1165.[6]GersztenkornA,MarfurtKJ.Eigenstructurebasedcoherencecomputationsasanaidto3-DStrueturalandstratigraphicmapping.Geophysics,1999,64(5):1468-1479.[7]RandenT,MonsenE,SignerC,eta1Three-dimensionaltextureattributesforseismicdataanalysis.ExpandedAbstractsof70thAnn.Internat.SEGMtg,2000,668-671.[8]王伟,地震几何属性识别断层技术研究及应用[D].中国石油大学.2009,5.[9]段海滨.蚁群算法原理及应用.北京:科学出版社,2005[10]DORIGOM，GAMBARDELLALM．AstudyofsomepropertiesofAnt-Q：proceedingsofthe44thInternationalConferenceonParallelProblemSolvingfromNature[C]．Berlin：Springer-Vedag，1996:656~665.[11]GAMBARDELLALM，DORIGOM．SolvingsymmetricandasymmetreTSPsbyantcolonies：proc．oftheIEEEInternationalConferenceonEvolutionaryComputation[C].Nagoya:[s.n.],1996:622~627.[12]GAMBARDELLALM，DORIGOM．Anantcolonysystemhybridizedwithanewlocalsearchforthesequentialorderingproblem[J],INFORMSJournalonComputing，2000，12(3)：237~255.[13]STUTZLET，HOOSHHMax—minantsystem[J]FutureGeneralionComputerSystem，2000，16(8)：889~914.[14]BOTEEHM，BONABEAUE．Evolvingantcolonyoptimization[J]ComplexSystems，74 中国石油大学(华东)工程硕士学位论文1998，1(2)：149~159.[15]昊斌,史忠植．一种基于蚁群算法TSP问题分段求解算法[J]．计算机学报，2001，24(12)：1328~1333.[16]GUTJAHRW.J.Agraph—basedantsystemanditsconvergence[J]FutureGenerationComputerSystems，2000，16(8)：873~888.[17]BILCHEVG，PARMEEIC．Adaptivesearchstrategiesforheavilyconstraineddesignspaces：proceedingsofthe22ndInternationalConferenceonComputerAidedDesign[C]．Yelta：[s．n．]，1995：230~35．[18]PinnegarCR.GeneralizingtheTT-transform[J].DigitalSignalProcessing,2009,19:144-152[19]宋学军,刘巍.多点并行蚁群搜索在多限制动态组播中的应用研究[J].电路与系统学报,2004,9(1):73~77.[20]李霞,罗雪晖,张基宏.基于人工蚁群优化的矢量量化码书设计算法[J].电子学报，2004,32(7)：1082~1085.[21]王颖，谢剑英．一种基于蚁群算法的多媒体网络多播路由算法[J].上海交通大学学报，2002，36(4)：526~528.[22]GomezJF,KhodrHM,PMDeOliveira．eta1．Antcolonysystemalgorithmfortheplanningofprimarydistributioncircuits[J]．IEEETransactionsonPowerSystems，2004，19(2)：996~1004.[23]VlachogiannisJG，HatziargyriouMD，KYLee.AntColonysystem—BasedAlgorithmforConstrainedLoadFlowProblem[J].IEEETransactionsonPowerSystems．2005，20(3)：1241~1249.[24]WaiKuanF，HolgerRM，AngusRSAntcolonyoptimizationforpowerplantmaintenanceschedulingoptimization[C].TheGeneticandEvolutionaryComputationConference，WashingtonDC，USA,2005.[25]LMGambardella,Taillard,GAgazzi.MACS—VRw：amultipleantcolony.ystemforvehicleroutingproblemswithtimewindows[J].InNewideasinoptimization：MeGraw—HillLtd．UK．1999：63~76.[26]YuanSanyi.WangShangxu,TianNan.Swarmintelligenceoptimizationanditsapplicationingeophysicaldatainversion[J].Appliedgeophysics,2009,6(2):166~174.75 参考文献[27]王书明,刘玉兰,王家映.地球物理资料非线性反演方法讲座(九)[J].工程地球物理学报,2009,6(2):131~136.[28]陈双全,王尚旭,季敏.地震波阻抗反演的蚁群算法实现[J].石油物探,2005,44(6):551~554.[29]黄捍东,张如伟,于茜.基于蚁群算法的层速度反演方法[J].石油地球物理勘探,2008,43(4):422~424.[30]徐中清,周海明.复杂断块油田精细勘探开发技术[M].北京:石油工业出版社,2002:36-47.[31]刘占军等.相干数据分析技术的应用及效果[J].油气地质与采收率,2002,9(6):18~19.[32]LynnPeyton等著,周玉山译.用新的3D地震技术解释切割河谷:频谱分解和相干技术的勘探实例[M].石油物探译丛,1999,1:41~46[33]程建远等.煤矿三维地震资料振幅切片解释及应用前景[J].煤田地质与勘探,1999,27(2):61~63.[34]李志华.地质约束相干方法研究与应用[D].中国石油勘探开发科学研究院,2002.[35]AlistairR,Brown著,袁秉衡译.用于3-D地震的一种相干方法[J].国外油气勘探.1998,10(3):335~336.[36]SUH.T,YANGSY,eta1.Dynamicgreymodelofverificationcycleandlifecycleofmeasuringinstrumentanditsapplication[J].JournalofCentralSouthUniversityofTechnology,2005,12(2):86-89[37]邱慧.3C相干体算法的改进及在断层解释中的应用[D].西安科技大学.2011.[38]秦玲.蚁群算法的改进与应用[D].扬州大学硕士学位论文,2004.[39]马龙，刘委，唐果等，文南油田低级序复杂断块精细刻画技术[J].内蒙古石油化工,2013(19):119-121[40]李香臣，采区构造三维地震精细解释蚁群算法及其应用[D].中国矿业大学博士研究论文，2010.76 中国石油大学(华东)工程硕士学位论文攻读硕士学位期间取得的学术成果1、获奖情况：2012年4月“文南油田河岸地区油藏评价研究”项目获得中原油田局级科技进步二等奖.2013年4月“文南油田低级序复杂断块精细解释及油气富集规律研究”项目获得中原油田局级科技进步三等奖.2014年4月“文南油田沙一段稠油油藏评价及开发配套技术研究”项目获得中原油田局级科技进步三等奖.2、发表论文情况马龙，刘委，唐果等，文南油田低级序复杂断块精细刻画技术[J].内蒙古石油化工,2013(19):119-12177 致谢致谢本论文是在我的导师乐友喜老师及现场导师吕伯强老师的精心指导下完成的，在论文的选题及研究过程中一直都得到乐老师的耐心指导和帮助，同时还得到了很多老师、同事的帮助，藉此论文完成之际，衷心的感谢我身边的每一个人。感谢所有这三年来对我工作、学习和生活上给予我的帮助，各位老师、同学、同事严谨的治学态度和踏实的学风会对我以后的工作和学习深有帮助。特别要感谢的是我的家人，正是他们默默地支持与鼓励使得我得以顺利的完成学业，他们的爱与关怀将铭记终生。最后向在百忙之中评阅我的论文的各位老师表示衷心感谢。78
