走滑断层是两盘断块以相对走滑位移为主要运动特征的断层(漆家福等，2006).走滑断层根据规模不同，可以分为板块级走滑断层、盆地级走滑断层、区带级走滑断层、圈闭级走滑断层等.不同规模的走滑断层控制了沉积盆地的演化、二级构造带的展布、走滑断层相关圈闭的形成和油气的疏导(夏义平等，2007).南图尔盖盆地是中亚地区重要的走滑驱动裂谷盆地，也是重要的含油气盆地之一.Karatau走滑断层穿过南图尔盖盆地西部，控制了油气的疏导和圈闭形成.由于Karatau走滑断层的复杂性，在走滑断层的不同位置，断层的剖面和平面形态、断裂两翼的地层产状各有差异，同时相对密集的羽状断裂和褶皱带进一步增大了断层解释和相关圈闭的识别难度.

自2006年起，中国石油开始在南图尔盖盆地进行勘探开发作业，随着地震资料的不断采集和覆盖，对karatau走滑断层的解释和认识也不断深入，沿Katatau走滑断裂带先后发现了多个背斜、断块油气田.走滑断层的精细解释和断层伴生圈闭的有效性评价对于油气的成功勘探起到了具有重要作用.本文利用二维、三维地震资料，通过剖面联合解释对Karatau走滑断层的标志性特征和断层的空间结构进行了研究，并根据走滑断裂的地震地质特征，提出了构造导向滤波、相干体断层属性提取、多种体属性融合等走滑断裂带精细解释的适用方法.

卡拉套断层(Karatau，KF)是中亚地区的大型走滑断裂(Yin et al，2012)，为北西-南东走向，北西端起始于哈萨克斯坦境内乌拉尔山东缘，向东南方向延伸过度为塔拉斯-费尔干纳断裂(TFF)，并在东南方向切割西南天山.塔拉斯-费尔干纳-卡拉套断裂系对中亚地区区域构造和盆地形成具有控制作用.南图尔盖盆地就位于卡拉套断层的最北端，呈帚状展布，为走滑驱动型裂谷盆地.南图尔盖盆地在古生代基底之上依次沉积了三叠-侏罗系裂陷期沉积、白垩系、第三系凹陷期沉积.卡拉套走滑断裂北部的末端主断层平行切割盆地西部的阿雷斯库姆(Aryskum)地堑.本文研究区就位于阿雷斯库姆地堑卡拉套走滑断裂带.(图 1)

图 1

Fig. 1

图 1 卡拉套走滑断层位置图 Fig. 1 The location map of Karatau strike-slip fault

在垂直于Karatau走滑断层走向的地震剖面上，走滑断层的断面产状上缓下陡，下部近乎垂直，直插凹陷深部；在上部地层，走滑断层的主干断层和若干派生断层共同构成“花状”构造(Harding et al，1985)，派生断层断面较缓，向下收敛斜交于主干断层(图 2，地震剖面位置见图 6f).下部切穿沉积基底和上部发育花状构造是走滑断层的典型特征.

图 2

Fig. 2

图 2 卡拉套走滑断层双层花状构造剖面图 Fig. 2 Seismic section showing overlapped flower structure

通过地震剖面的断裂特征和不整合分析，Karatau断层至少具有两期明显的走滑运动，在地震剖面上以晚侏罗J3ak顶的不整合面为界分为上下双层花状构造(图 2)，下层花状构造大部分呈背斜型正花状构造的特征，主要以逆断层为主，表现了早期挤压走滑的应力背景；上层主要表现为负花状构造，以正断层为主，表现了晚期拉张走滑的应力背景.下层花状构造经历了后期构造反转、上部地层剥蚀，以及第二期走滑的叠加影响，残留的花状构造不明显.

沿主走滑断层发育一系列平行展布的羽状断裂(彭文绪等，2012).在平行于主走滑断层的地震剖面上，倾向相同、平行排列、断距较小的断层呈组分布(图 3).羽状断裂延伸距离短，大部分斜交于主干断层，部分平行于主干断层.

图 3

Fig. 3

图 3 走向地震剖面上的雁列正断层 Fig. 3 Seismic sections showing the echelon faults

卡拉套走滑断层规模大，延伸距离远，断面陡直，断面倾向不固定.在垂直于走滑断层走向的不同位置的地震剖面上，时而东倾，时而西倾，在同一条剖面上，走滑断层的下段和上端倾向也会改变(图 2)，不同于常规的正断层和逆断层，表现出明显的“丝带效应”.同时，由于在走滑断层不同弯曲位置倾向走滑应力分量的差异，有的表现为挤压，呈现凸起逆断层形态，有的表现为拉张，呈现为正断层形态；同时，沿北北西向走滑断层的东西两翼，交替分布着垒堑相间的构造.这些都是走滑断层“海豚效应”的表现.

卡拉套走滑断裂两侧的地层厚度具有明显的差异，在早期走滑层切割的中下侏罗统的地层，走滑断层右侧的厚度明显大于左侧的厚度，更多的表现为走滑拉张同沉积的特征；在晚期走滑断层切割的白垩统地层，由于走滑断层走向平行于地层走向，断层两翼的厚度变化不很明显.

比较明显的产状特征是走滑断面和两侧地层的夹角明显不互补，显著的大于或小于180°，在晚期走滑的负花状构造大于180°，早期走滑的正花状构造小于180°(图 2、图 4).

图 4

Fig. 4

图 4 走滑断层两侧地层产状不协调示意图 Fig. 4 Inconsistant occurrence at two sides of a strike-slip fault

通过走滑断层剖面构造样式和特征的分析，我们已经对走滑断层主干断层及其分支断裂有了比较明确的地质认识.走滑断层的解释一般分以下几步：一是要落实走滑主干断层的位置，特别是在上部花状构造带的位置；二是落实花状分支断层的平面展布及其与主干断层的关系，它们决定了断层褶皱带的范围；三是落实分支断层的性质和断块相关构造.

受走滑断裂“海豚效应”的影响，花状分支断层可以位于主干断层左边、中间和右边.判断主干断层的位置，需要综合考虑深层垂直断层的延伸方向、断层两侧的地层产状和分支断层的形态.对于分支断层的解释要在分析花状构造产生的应力背景的基础上，分别按正断层、逆断层进行合理的解释和组合，要特别关注地垒式断块和扭动背斜的解释.

走滑断层发育带由于具有断层多、断面和地层倾向变化快等特点，表现在地震剖面上，地层连续性和可追踪性都比较差，给基于地震剖面的人工交互解释带来多解性.复杂断裂的地球物理辅助解释主要包括滤波处理提高地震资料信噪比、基于高信噪比资料的断层属性(相干体、倾角体、曲率体等)提取、图形增强处理和断层探测技术(李光明等，2012；杨培杰等，2013)、断层属性体和地震数据体融合技术等.基于走滑断裂带的断层标志分析和解释实践表明，构造导向滤波技术和相干体处理技术相结合可以明显提高断面的清晰度和断层间的地层连续性，为剖面解释和断层平面组合提供便利.

走滑断层时而表现为正断层、时而表现为逆断层，其垂直断距一般较小，同时走滑断层还伴生大量的羽状断裂，以小尺度断层为主.为此，在进行解释前对地震数据体进行目标处理，提高信噪比突出小断层就显得非常必要.象中值滤波、平均滤波等方法在提高信噪比的同时，也对断点进行了平滑，影响了断层的解释.

构造导向滤波(Hocher et al，2002;Fehmers et al，2003;Lacialle et al，2007;刘洋等，2014;尹川等，2014)是针对叠后地震数据体的一种特殊去噪方法.该方法的关键是在处理过程中增加了地震反射倾角、方位角控制及地震反射横向连续性的判断功能(图 5)，从而达到保持非连续性特征的同时增加地震资料的信噪比(李建雄等，2011).该方法只对平行于地震同相轴的信息进行平滑，对于垂直于地震同相轴的信息不做任何平滑.在地震同相轴的反射终止处，将不做平滑操作，因此这种滤波方法在平滑连续同相轴的同时，充分保持了断层和岩性边界的特征.

图 5

Fig. 5

图 5 构造导向滤波流程图 Fig. 5 Flow chart of structure-oriented filtering

在应用构造导向滤波技术时，需要做好三点：一是导向分析，即通过扫描并计算数据体的倾角和方位角信息，导向分析是构造导向滤波处理的关键.对于走滑断裂带，断裂发育、地层倾向变化快，适合采用较大的倾角体参数进行计算；二是边缘检测处理，是对地震反射同相轴的反射终止(断层等)进行探测和识别的过程；三是边缘保存导向平滑滤波(赵明章等，2011).

图 6

Fig. 6

图 6 构造导向滤波处理前(a)、处理后(b)的走滑断裂带地震剖面 Fig. 6 Seismic sections across strike-slip fault(a)before processed with structure-oriented filter，(b)after processed with structure-oriented filter

经过构造导向滤波处理后，地震剖面的信噪比得到明显提高，走滑断裂带花状构造发育带表现为挠曲的小断层在滤波后的地震剖面上表现为干脆的断点，地震剖面更加干净、断面特征更加清晰(图 6).经过构造导向滤波处理后的地震数据体，可以直接用于小断层的解释，同时也是进行相干体处理，提取断层属性体的基础.

利用三维地震数据体进行断层识别的体属性主要包括倾角数据体、相干体(周赏等，2012；刘爱群等，2013)、曲率体(王雷等，2010；王世星等，2012；汪勇等，2014)等.相干体属性是地震数据体的一阶导数，是一种非连续性属性计算方法.算法包括特征值相干、相似性相干、边缘检测等(杨涛涛等，2010；段春节等，2013；曾凡盛等，2013).曲率是曲线的一种二维特征，它描述曲线上某一点的弯曲程度.对于曲线上的一个特定的点，曲率定义为沿曲线方向的变化率.有平滑效应的曲率属性(Andy，2001 ; Chaopra et al，2007; Chaopra et al，2011)对地震剖面上的挠曲小断层有较好的表征.由于算法的差异，相干体和曲率体对剖面上表现为不同形态的断层的识别能力有差异.断面表现为挠曲和微幅度扭曲的断层在曲率属性图上易于分辨；断层表现为明显的同相轴错断时，断层两侧地层没有挠曲形变，在相干体上可以清楚识别.考虑到走滑断层的错断特征和构造导向滤波后的三维数据体，断点断面更为清楚，本次研究以相干体处理技术为主进行走滑断裂带的解释.

从图 7中可以看出，在构造导向滤波处理前的时间切片(a)走滑断层表现为有一定宽度反射凌乱的长条形区域，没有明显断层的痕迹，结合剖面解释，可以基本确定一条主干走滑断层的走向，但是主干断层的具体位置不清楚；在常规三维数据相干体处理后的时间切面上(b)，走滑断层带的整体轮廓，包括主干走滑断层、部分分支断裂都可以表现出来.但由于噪声较重，分支断裂的刻画、组合及其与主干断层的切割关系不是很明确；在构造导向滤波后的时间切片(c)上，反射凌乱的中间条带，噪声得到衰减，图像更为清晰，可以看到明显的菱形地块的特征，在菱形地块的结合部，有断层的痕迹；在构造导向滤波处理后的相干体时间切片(d)上，噪声得到明显压制，主干断层和次生雁形断层的轨迹都非常清楚，断层之间断块的连续性也得到明显改善.主干断层还呈现出多段式的特征；为了更好的体现断裂体系及其断层之间的地层连续性，将构造导向滤波后的相干体属性和地震数据体进行组合得到融合体属性(e)，在融合体属性上，菱形断块体、断层轨迹、断层间地层走向都很清楚，非常有利于复杂断层的解释和组合；图片(f)为综合解释后的走滑断裂分布图.

图 7

Fig. 7

图 7 走滑断裂带断裂系统相干属性辅助解释 (a)构造导向滤波前时间切片；(b)构造导向滤波前相干体时间切片；(c)构造导向滤波后时间切片； (d)构造导向滤波后相干体时间切片；(e)构造导向滤波后断层属性融合体；(f)综合解释后的晚期走滑断裂平面结构图 Fig. 7 The integrated attributes slices for strike-slip faults interpretation

4.1  Karatau走滑断层具有花状构造、海豚效应、丝带效应等走滑断层的典型特征.与一般走滑断层不同，Karatau走滑断层具有双层花状构造的特征，上层为负花状构造、下层为正花状构造.进一步综合解释结果表明，Katatau走滑断层为多段、多期的走滑断裂带.每一段主干断层及其分支羽状断裂构成菱形断块、多段主干断层及其羽状断裂级连在一起构成走向基本一致的走滑断裂体系.

4.2  综合分析走滑断层的剖面地质特征和走滑断层的典型标志是精确解释的前提条件；构造导向滤波可以有效的平滑断层间地层连续性，特别是改善走滑断裂带的规则性，突出主干断层和羽状断层的清晰度；以构造导向滤波后的地震数据体为基础，开展相干体断层属性表征和属性融合，可以有效的辅助刻画走滑断裂体系的结构特征.

致 谢 感谢评审专家和编辑老师提出的宝贵建议和意见.