多尺度地下结构研究——来自波兰南部二叠纪盆地地区的发现

《Journal of Structural Geology》：Multiscale subsurface structural study – insights from the Polish part of the Southern Permian Basin

多尺度方法综合地震与井数据揭示波兰南部permian盆地Upper Rotliegend储层断层及变形带特征，验证深度学习在断层预测中的优势。

　　在当今地质勘探领域，随着对地下结构理解的不断深入，多尺度分析方法的应用变得尤为重要。特别是在油气资源开发以及碳封存等新兴领域，准确识别和理解地下构造对于资源评估和工程设计具有决定性意义。本研究聚焦于波兰南部盆地的上罗德利根沉积层，通过结合地震数据和井数据，提出了一种多尺度解释方法，以更好地识别和理解主断层与次级断层（包括变形带）的分布及其对储层性质的影响。

上罗德利根沉积层是波兰南部盆地的重要含油气层，其地质构造复杂，尤其在断层和变形带的分布上。传统的地震数据解释方法通常依赖于手动识别和属性分析，但这些方法在识别小位移断层和变形带方面存在一定的局限性。为了克服这些限制，本研究采用了一种多尺度分析策略，将全频带地震数据与高频率地震数据相结合，并利用谱分解技术提取高频率成分，以增强对细微构造的识别能力。同时，引入了深度卷积神经网络（DNN）进行断层预测，进一步提高了断层识别的准确性和连续性。

研究中使用的地震数据具有一定的分辨率限制，特别是在垂直方向上。全频带地震数据虽然能够提供较为全面的地质信息，但在识别小位移断层时存在困难。而高频率成分虽然有助于揭示更细微的构造特征，但同时也伴随着更高的噪声水平。因此，选择合适的频率范围对于准确识别断层和变形带至关重要。通过谱分解技术，研究团队将地震数据分解为多个频率带，并选取了45-50-60-65 Hz等特定频率成分进行分析，以期在噪声可控的前提下，提高对小断层和变形带的识别精度。

除了地震数据，研究还结合了井数据，包括电阻率图像测井、伽马射线测井和岩心分析。这些井数据不仅能够提供高分辨率的岩性信息，还能帮助识别变形带及其与断层损伤带的关联。通过将井数据与地震数据进行对比分析，研究团队能够更全面地理解地下构造的空间分布和几何特征。例如，在某些井中，变形带的分布与断层损伤带的范围密切相关，这表明井数据在揭示断层影响范围方面具有不可替代的作用。

研究团队采用的多尺度方法主要包括以下几个步骤。首先，对全频带地震数据和高频率成分进行手动解释和属性分析，以识别主断层和次级断层。随后，利用DNN模型进行断层预测，该模型基于专家解释的地震数据集进行训练，能够有效提高断层识别的连续性和概率。此外，研究还结合了抗跟踪（ant tracking）方法，该方法通过分析地震属性（如方差）来增强断层图像的清晰度，同时减少噪声干扰。尽管两种方法都能识别断层，但DNN模型在断层连续性和概率方面表现出更高的优势。

在研究过程中，研究团队发现，断层的长度和位移之间存在正相关关系，这种断层尺度法则（fault scaling law）可以作为预测断层几何属性的重要依据。然而，由于多阶段构造活动的影响，地层形态的变化可能导致断层损伤带的识别存在不确定性。因此，在分析断层几何特征时，必须综合考虑构造历史对地层形态的影响。

研究区域的构造演化历史表明，该地区经历了多个阶段的构造活动，包括盆地扩展和盆地反转。这些构造活动对断层的形成和分布产生了深远影响，同时也改变了断层的几何特征和损伤带的范围。通过分析地层的构造形态和沉积环境，研究团队能够更好地理解断层活动的时空演化过程，并进一步揭示其对储层性质的影响。例如，断层附近的砂岩和泥岩层可能表现出不同的变形特征，这与沉积环境和构造应力场密切相关。

本研究的成果不仅有助于提高对波兰南部盆地上罗德利根沉积层构造特征的理解，也为其他类似地质区域的多尺度构造分析提供了新的思路和方法。通过结合地震数据和井数据，研究团队能够更准确地识别和描述断层及其相关变形带的分布，从而为油气勘探和开发提供更加可靠的地质依据。此外，研究还强调了多尺度方法在复杂地质构造分析中的重要性，表明单一尺度的数据分析可能无法全面揭示地下构造的复杂性。

在实际应用中，多尺度分析方法能够有效克服传统地震数据分辨率不足的问题，提高对小断层和变形带的识别能力。同时，结合井数据可以提供更详细的岩性信息，帮助研究人员更准确地评估断层对储层性质的影响。例如，通过分析井中变形带的分布，可以推断出断层损伤带的范围，从而更好地理解断层对流体流动的控制作用。这种综合分析方法在油气勘探、二氧化碳封存和废弃物处理等领域具有广泛的应用前景。

本研究的创新之处在于，它不仅采用了多种地震数据增强技术，还结合了深度学习方法，提高了断层识别的效率和准确性。此外，研究团队还对不同尺度的数据进行了系统整合，从而实现了对地下构造的全面描述。这种多尺度方法的应用，为今后的地质研究提供了新的工具和思路，特别是在处理复杂构造和高分辨率数据时。

在实际操作中，研究团队还面临一些挑战。例如，地震数据的质量和分辨率直接影响断层识别的准确性，而井数据的获取成本较高，且分布不均。此外，不同尺度的数据之间可能存在一定的不一致性，这需要通过合理的数据融合和校正来解决。尽管如此，通过不断优化分析方法和数据处理流程，研究团队能够有效提高多尺度分析的精度和可靠性。

总的来说，本研究通过多尺度方法，成功揭示了波兰南部盆地上罗德利根沉积层中主断层和次级断层的分布特征，以及它们与变形带之间的关系。研究结果表明，结合地震数据和井数据，能够更全面地理解地下构造的复杂性，从而为资源评估和工程设计提供更加可靠的依据。未来的研究可以进一步探索多尺度方法在其他地质区域的应用，以及如何优化数据融合和分析流程，以提高构造解释的准确性和效率。