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第41 卷 第2期 煤田地质与勘探 Vol. 41 No.2
2013 年4月
COAL GEOLOGY & EXPLORATION
Apr. 2013
收稿日期: 2012-01-02
作者简介:
杨瑞召(1964—)，男，河南洛阳人，副教授，硕士生导师，从事石油天然气地质与地球物理综合研究.
文章编号: 1001-1986(2013)02-0072-04
产状控制蚂蚁体预测微裂缝技术及其应用
杨瑞召 1，李 洋1，庞海玲 2，仇念广 1，接铭丽 1，马彦龙 1，
霍 超1，刘文峰 1，王 飞1
(1. 中国矿业大学地球科学与测绘工程学院，北京 100083；
2. 中国石化石油勘探开发研究院，北京 100083)
摘要: 基于 Petrel 和OpendTect 两个软件平台，总结出一套在倾角和方位角控制下的蚂蚁体追踪技
术，并在油田和煤田进行了微裂缝预测的实例研究。研究认为，蚂蚁体技术在油田勘探上能有效
地识别普通方法显示不出的微裂缝，实现断裂系统精细分析和裂缝性储层的有效预测；而在煤田
勘探中对小断裂有较好识别，并可对煤层导水性进行预测。
关 键 词：微裂缝；断裂系统；产状控制；蚂蚁追踪；蚂蚁体；储层预测；导水性；倾角控制
中图分类号：P631.4; TE122 文献标识码：A DOI: 10.3969/j.issn.1001-1986.2013.02.017
Prediction technology of micro fractures by occurrence-controlled ant body and
its application
YANG Ruizhao1, LI Yang1, PANG Hailing2, QIU Nianguang1, JIE Mingli1, MA Yanlong1,
HUO Chao1, LIU Wenfeng1, WANG Fei1
(1. College of Geoscience and Surveying Engineering, China University of Mining and Technology, Beijing 100083, China;
2. Exploration and Production Research Institute Sinopec, Beijing, 100083, China)
Abstract: Based on Petrel and OpendTect, the paper summarized a set of ant body tracking technology controlled
by dip and azimuth and a case study of micro fracture prediction has been conducted in oil and coal field. It is con-
sidered that ant body technology can effectively identify the micro fractures that common methods can’t. Therefore,
the fracture system can be meticulously analyzed and fracture reservoir could be effectively forecasted. In coal
field, this technology can recognize the minor fractures and predict the hydraulic conductivity of coal seams.
Key words: micro fracture; fracture system; occurrence control; ant tracking; ant body; reservoir prediction; water
transmissibility; dip control
微裂缝预测是断裂系统研究的重要方面。微裂缝
在油气田中不仅控制油气运移，而且在开发阶段对油
气采收率有重要影响[1-3]；在煤田中，小裂缝是诱发
煤矿安全事故的重要原因[4]。微裂缝的预测是地球物
理界的难点和热点问题之一。国内外许多学者对其进
行了研究，并经历了从研究各向异性理论到综合地震
属性实际应用的过渡，在深度和广度上也逐步提
高[5-9]。
蚂蚁体技术，又称断裂系统自动追踪技术，是近
些年兴起的一种叠后微裂缝预测技术，对小断层识别
非常有效。它是根据蚂蚁算法的正反馈机制，建立利
用群体智能进行优化搜索的模型，完成断裂的追踪和
识别[10-12]。但是常规的地震数据由于受到采集及处理
过程中产生的噪音以及本身地层岩性变化导致的同
相轴侧向非均一性等影响，做出的蚂蚁体层位痕迹明
显，显示的断裂线往往显得杂乱。为此，通过对区域
构造应力场的研究和倾角控制下相干体整体特征的
分析，进一步过滤低倾角和地层横向假裂缝的干扰以
及诸如采集脚印等噪音干扰，最终获得一个低噪音、
具有清晰断裂痕迹的数据体。
1 方法原理
蚂蚁追踪是模拟自然界中蚂蚁的觅食行为而产
生，主要通过称为人工蚂蚁的智能群体之间的信息传
递来达到寻优的目的。在这一过程中，蚂蚁总是偏向
于选择信息素浓的路径，通过信息量的不断更新最终
收敛于最优路径上[12]。在地震勘探领域，在地震数
据体或不连续体(相干体、方差体)中播撒大量的电子
蚂蚁，同时设置断裂条件，使某单个蚂蚁沿满足条件
处追踪，同时释放信息素，吸引其他蚂蚁并依次往下
第2期 杨瑞召等: 产状控制蚂蚁体预测微裂缝技术及其应用 ・ 73 ・
追踪，直到条件不满足时停止追踪。
该预测技术利用 Petrel 软件的 Ant Tracking 等模
块来实现。具体工作流程如下。
a. 对原始地震数据进行构造平滑处理。构造平
滑旨在利用中值滤波算法，对地震数据随机噪音干扰
予以减弱或消除。软件中通过设置 Line 和Trace 方向
的步长以及 Time 方向的采样间隔来确定平滑程度。
此外，需根据实际资料品质情况，选择是否沿倾角导
向控制和断层增强控制。通常步长取 1~3，倾角导向
控制和断层增强控制均勾选。
b. 利用构造平滑后的数据生成方差体或倾角控
制下的相干体。值得注意的是，用倾角控制下相干体
作为蚂蚁追踪的输入项，有时比方差体更好，特别是
在地层倾角比较大、构造比较复杂的油田领域。通过
OpendTect 特有的倾角控制处理，使得提取相干属性
沿着地震同相轴来进行(图1)。
图1 倾角控制前后等时相干切片对比(1 000 ms)
Fig.1 Comparison of isochron slice before and after steering
c. 设置蚂蚁体初始边界范围。该值即指数据体
散播蚂蚁的数量，影响着蚂蚁分布密度和运算时间。
值偏大会有网格化现象出现；偏小则蚂蚁往往沿同相
轴追，通常为突出小断裂。该值设为 4~5，也即单个
蚂蚁的领土空间半径为 4~5 个体素长度。
d. 设置蚂蚁追踪轨迹偏离度。该值的设置使得
追踪的断层轨迹是一个合理的趋势面，而不是折面。
其意义在于单只蚂蚁在 15°内搜索断层边界加强值并
作为合法步被记录下来，否则将停止追踪。
e. 设置追踪步长。该参数进一步设定单个蚂蚁
每隔多少体素搜索一次。值过大则搜索得更远，但会
降低分辨率，通常可设为 3。
f. 设置非法步数与合法步数。非法步数指蚂蚁
在捕捉到断层信息前允许走的没有捕捉到断层信息
的无效步数。当设置非法步数为 1时，一个非法步就
会被忽略掉，此时搜索到的断层轨迹是连续的；连续
两个以上的非法步出现，就将断层轨迹断开，该蚂蚁
停止搜索，被淘汰出局。与其对应的即为合法步数。
假设合法步数为 2时，则连续两个以上的合法步才能
连起来，一个或两个合法步则被忽略，而断开轨迹。
因此，非法步数越大搜索到的连接点延续得越远；合
法步数越小，则停顿的动作就越少，连结起来的就越
多[13]。
g. 设置停止门槛值。是指单个蚂蚁全部搜寻空
间经历的非法步数的百分比。微裂缝时宜用较小值，
通常选用 5%，一般不超过 15%。
h. 产状控制。生成初始蚂蚁体后，根据相干体
显示结果，统计出大断层走向、倾向和倾角等产状参
数信息，分析区域构造应力场特征，得到裂缝发育空
间展布形态，确定过滤原则。一般情况下，在上覆地
层重力和压力影响下，裂缝和小断层主要在垂向上发
育。同时，如前所述，层位痕迹一般为低倾角响应，
因此各方向均需滤去较小的倾角。具体操作上，Petrel
的Stereonet 模块提供所需的产状控制饼状图(图2)，
图中半径大小表示倾角，径线方向表示方位角，设置
合理步长，在特定区域通过点选控制，过滤不合适的
产状组合。
图2 产状控制图(阴影表示过滤的产状组合)
Fig.2 Diagram of occurrence control
2 油田应用实例
通过倾角、方位角控制的蚂蚁追踪技术对油田 A
工区的微裂缝进行了识别。A工区位于我国东北部，
为一张性断陷盆地。区内有一条南北向大断层，断裂
系统发育，小断层众多。由于资料品质的影响和研究
程度的限制，一直以来对其断裂系统的识别预测不够
全面。对此笔者应用产状控制下的蚂蚁体技术对其进
行了研究。
利用常规地震数据作为输入项做出的蚂蚁体只
在较大断层处有异常反应，不能反映区内断裂系统发
育状况，并且存在较大沿层噪音，效果较差；而利用
・ 74 ・ 煤田地质与勘探 第41 卷
构造平滑处理后的数据做出的蚂蚁体只突出了大断
裂，数据信息有较大缺失。分析可知，由于蚂蚁体突
出的是数据体的异常特征，如以不连续体作为其输入
项，理应有更好的效果。为此，采用倾角控制下的相
干体进行实验(图3)。
图3a 为一典型的蚂蚁体时间切片，已显示出该
区块断裂发育特征。但是，由于本区地震资料信噪比
低，导致运算结果将某些轴向不均一性也反映了出
来，造成假象，使得沿层性(在本区表现为东西向低
倾角异常)也就更加明显。为此，需要在初步的蚂蚁
体基础上，滤去这些干扰信息。通过设置倾角和方位
角的门槛值，滤去不符合断裂的方位信息，得到了最
终的蚂蚁数据体(图3b)。
图3 产状控制前后蚂蚁体等时切片效果比较(1 000 ms)
Fig.3 Ant body slice imaging comparison with the input
data of similarity based on steering (1 000 ms)
可以看出，采用倾角控制下的相干体作为蚂蚁体
的输入项能有效地突出数据的不连续性特征，而在初
始蚂蚁体做出之后，通过产状控制，可以滤去低倾角
异常等干扰信息，将实际断裂清晰地反映出来。
结合相干体预测的较大断层(图1)，通过蚂蚁体
(图3b)指导小断层、微裂缝的识别，可以对本区进行
断裂系统的综合预测。结果显示，本区近南北方向存
在一条大断层(及其伴生断层)，控制本区构造形态，而
小断裂遍布全区发育，走向有南北向和北东向两组。
此外，在新疆油田 B工区，利用蚂蚁体技术进
行了裂缝性储层的研究。钻井显示，在中部隆起带两
翼有大量油气聚集。通过蚂蚁体分析可知(图4)，在
中央隆起带油层处蚂蚁体显示强烈，证实本区油气聚
集区伴随有密集的微裂缝发育。
图4 利用蚂蚁体进行裂缝性储层预测
Fig.4 Using ant body to predict fractural reservoirs
a—剖面微裂缝发育状况；b—油层平面微裂缝发育状况
3 煤田应用实例
对山西省某煤田 C工区的断裂系统进行了研究。
根据本工区三维地震的实际情况，制作了多种数据
体：谱蓝化提频处理；构造平滑后进行方差体运算，
生成不连续体；之后产生初始蚂蚁体。进而根据本工
区已有的断层产状数据，滤去层状噪音干扰，突出小
断裂响应。
从构造应力场分析和已有的断层要素(表1)可知，
本区主要发育南北向张性断裂，因而图 5a 蚂蚁体等
时切片所示的东西向异常现象并非真实的断裂反映。
这是其与主测线平行为地震数据品质欠佳造成的假
象，再加上层位非均质性、采集脚印、地震数据噪音
等均反映低倾角的“假断层”。为此，产状控制时，依
据已有的断层要素数据，在近南北向(0°~30°、150°~
210°)滤去小于 30°倾角，而在其他方向滤去小于 50°
的倾角，得到最终蚂蚁体(图5b)。
表1 工区内断层要素
Table 1 Elements of faults in working area
序号 性质 走向/(°) 倾向/(°) 倾角/(°) 断层落差/m 延伸长度/m
1 正断层 50 320 55 0~7 90
2 逆断层 155~165 65~75 30 0~20 125
3 正断层 10~20 280~290 70 0~7 150
4 正断层 35~45 125~165 60 0~4 75
5 正断层 50 65 55 0~4 75
6 逆断层 130~165 220~255 30 0~3 120
7 正断层 180~190 90~100 70 0~4 165
8 正断层 170~210
160~180 260~300
250~270 50~65 0~4
0~7 90
140
9 正断层 20~30
20~25 110~120
110~115 75
75 0~4
0~4 110
135
第2期 杨瑞召等: 产状控制蚂蚁体预测微裂缝技术及其应用 ・ 75 ・
图5 产状控制前(a)后(b)沿煤层蚂蚁体切片对比
Fig.5 Differences of ant body coal horizon slices between
pre-occurrence control and post-occurrence control
可以看出，最终蚂蚁体煤层切片上，之前没有预
测出的小断层清晰可见。由于该区块小断层发育区域
与煤层导水性存在密切联系，因而，通过蚂蚁体技术
可以为小断裂的导水性预测提供依据。
最后需要指出的是，倾角控制下蚂蚁体预测微裂
缝技术，对于地震数据有一定的要求。其一，应用蚂
蚁体必须为三维工区，这是由蚂蚁追踪是在三维空间
进行而决定的；其二，在倾角过大的地区应用效果较
差，虽然改进算法中加入了倾角控制，但高倾角的层
状干扰在地震显示上与实际断裂混杂，无法有效地过
滤，特别是在某些断陷盆地油田，而煤田勘探区块一
般倾角较缓，是应用蚂蚁追踪技术较为有利的条件；
其三，对地震主频有一定要求，主频控制地震分辨率，
若分辨率低到一定程度，通过蚂蚁体刻画的小断层或
微裂缝可能与实际不符；其四，流程上应先在通过一
般方法确定主要断层的基础上再进行蚂蚁体制作，这
是为了在对研究区的断裂系统有较清晰认识的基础
上，有针对性地进行产状控制。
4 结 论
a. 输入项数据对于蚂蚁体制作结果有很大影
响，因此，在应用蚂蚁之前，有必要对原始地震数据
进行谱蓝化提频、构造平滑去噪等处理。
b. 蚂蚁体参数需要在积极和消极两类蚂蚁体之
间反复调试，确定合适的蚂蚁体密度和规模。
c. 蚂蚁体完成后需要进行倾角和方位角控制，
去除由于层状影响、采集脚印等造成的不利干扰。
d. 在断裂系统综合分析时，需结合相干体预测
的较大断层、气烟囱显示的油气、流体的通道及曲率
等各种属性进一步论证。
e. 蚂蚁追踪技术需在三维地震数据中进行。此
外，区域倾角不宜过大、地震主频不宜过小为制作优
良蚂蚁体的限制条件。流程上应在掌握区域断裂系统
特征的基础上对倾角、方位角进行有针对性的控制。
f. 蚂蚁追踪在油田识别小断层、裂缝性储层预
测和煤田导水通道等领域有着很好的应用前景。
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