地震玫瑰圖分析在裂縫預測中的應用

張 薇,閻建國，周洪生

地震玫瑰圖分析在裂縫預測中的應用

張 薇,閻建國，周洪生

裂縫儲層的地球物理識別和預測是世界前沿性研究課題。對于脆性巖層來說，構造作用是控制裂縫形成的主要因素，它控制了裂縫的產狀、規模，同時構造運動的期次控制著裂縫形成的期次。應用地震資料方向加權相干結果進行統計以制作地震玫瑰圖，并沿層面進行有規律的分析幫助得出層面上有關裂縫方向性和發育密度的特征規律，對無井區域進行裂縫預測，并取得良好效果。

裂縫預測；方向加權相干分析；地震玫瑰圖

裂縫性油氣藏的勘探開發實踐證實，裂縫的發育與分布規律對油氣藏精細評價與開發起著至關重要的作用。搞清裂縫的分布規律，不但有利于油氣藏開發方案的部署和調整，而且對油氣藏的增產效果起著十分重要的作用。研究表明，地應力方向常常與有效裂縫展布方向具有十分密切的關系[1-4]。電成像FMI、聲成像CBIL等成像測井資料，可以有效地進行當今最大(最小)水平地應力分析及相關方向的確定。但是其缺點主要有以下2個方面：①受尺度限制，只能顯示井筒范圍內的特征，不能代表地層的全部特征；②裂縫在地層中分布的非均質性使鉆遇的裂縫具有不確定性。所以僅僅依靠井下資料，難以可靠預測規律性差的儲層裂縫的空間分布問題。地震資料具有較高的橫向分辨率，是預測深層裂縫系統空間分布的有效手段。下面，筆者在疊后地震資料方向加權相干分析基礎上進行統計以制作地震玫瑰圖，首先在已知井上與鉆井和測井資料進行對比，然后沿地震解釋的層面進行有規律的平面分析，最后得出有關裂縫方向性和發育密度的特征規律。

1 基于方向加權的相干檢測

自1995年Bahorich和Farmer提出相干體算法以來，已從第一代基于互相關算法、第二代利用地震道相似性的算法發展到第三代基于特征值的算法(C3，Eigenstructure-based，基于本征結構的算法)。

基于本征值結構的相干體算法首先從數據體中提取分析時窗內的一組地震道數據生成樣點向量。視傾角p和q決定的平面上，樣點向量在分析時間t為中心的上下±K的垂直時窗內，組成新數據矩陣的行，不同時間位置形成數據矩陣的列,它們進行自相關和互相關后生成協方差矩陣(Covariance Matrix)。

基于方向性加權相干是在第三代本征值(C3)[5]相干算法的基礎上，將結果銳化后進行進一步的方向性濾波得到的。通過對地震資料的初步處理，確定應力和斷層及構造性裂縫發育帶的方向,通過一定的算法檢測裂縫相干值的梯度變化方向，進行定向濾波。其中切除規定方向以外的相干值,可以有效的清除采集和處理過程中帶來的不規則干擾。基于方向性加權相干可用于檢測由構造變形引起的大小斷層和裂縫發育帶。

2 地震玫瑰圖

圖1 地震玫瑰圖示例

裂縫是油氣儲層特別是裂縫性儲層的重要儲集空間，更是良好的滲流通道，裂縫的方位角決定導流方向，而裂縫的密度反映了裂縫(裂縫發育帶)的發育程度，這是2個非常重要的裂縫參數，玫瑰圖能夠非常直觀形象的表現這2個參數。 在地質學中，裂縫方位角可以理解為從裂縫上某點的指北方向線起，依順時針方向到裂縫走向線之間的水平角，取值為0～360°。筆者采用的玫瑰圖(見圖1)的表盤也采用與其相同的0°～360°的取值范圍，以每5°為一個小單元進行統計，然后將統計出來的不同方位上的裂縫出現頻率進行歸一化處理，再分別刻畫到玫瑰圖表盤上，目標地區的裂縫分布就形成了一個玫瑰圖。其中，表盤有2個參數坐標軸，分別為圓形角度坐標(反映裂縫的方位角)和線性密度坐標(反映裂縫的相對密度，長度等于半徑的花瓣，相對密度為1)。

直觀地講，玫瑰圖上花瓣的走向和該區域裂縫的走向一致，而某個方位的花瓣長度依賴于在該方位裂縫出現的頻率。玫瑰圖分析方法常用來描述特定線狀特征的方位分布，而且結果易于理解。

筆者制作的玫瑰圖是基于方向加權的地震資料相干檢測的基礎上來進行的，圖2(a)為某地區F層的方向加權相干結果，將其進行線性加強(見圖2(b))，根據測網選擇目標區域(見圖2(c))進行裂縫統計，然后轉換成玫瑰圖(見2(d))。從圖2(d)上也可以觀察沿層裂縫方位和分布密度。在進行玫瑰圖制作時可以就選取某口井附近區域分析。

圖2 基于方向加權的地震資料相干檢測制作的玫瑰圖

3 地震玫瑰圖和基于井數據與地應力分析結果的對比

實際工作中，為了提高準確度，可以借助成像測井及生產數據進行對比驗證。首先根據地質資料確定裂縫發育帶的主方向，然后確定相關方向加權的方向測度(因子)，也可以選取沿基本構造應力場方向進行加權，然后在基于方向加權相干檢測的結果上作出方向玫瑰圖，并與測井分析的玫瑰圖進行對比。如果兩者相關性很好的話，就可以提高裂縫解釋可信度，從而證明地震玫瑰圖的結果比較可靠。

從測井解釋(見圖3)得到，對高導縫產狀進行統計表明，高導縫走向優勢方位主要為北北東-南南西向。該井高阻縫走向優勢方位主要也為北北東-南南西向。從地震玫瑰圖分析(見圖4)得到，百泉1井附近風一段的地震裂縫檢測結果統計的裂縫方向也主要是北北東-南南西向，說明結果可靠。

圖3 百泉1井風城組井段測井裂縫解釋圖 圖4 百泉1井附近風一段、風二段地震玫瑰圖

圖5為某地區各井點地應力方向分析圖(其中箭頭為最大地應力方向)，將各井點的地震玫瑰圖重疊在井點位置，可以看出兩者符合地質規律。

4 玫瑰圖平面展布分析

為對裂縫分布規律進行更直觀的認識，可以在目的層沿層切片上選取n條主測線和m條聯絡測線，沿其做出一系列的玫瑰圖，并將地震玫瑰圖分析結果投影在目的層構造圖上，用來描述裂縫線性特征的走向規律和密度分布。以風一段為例(見圖6)，所識別出的裂縫發育帶主要有2組：一組是北東方向，與該地區主構造方向一致(工區西南部有一正南北的轉向，然后再轉向北東向)，另外一組是與主方向成一定夾角的裂縫發育帶。玫瑰圖上展示的裂縫發育密度與裂縫平面特征對應。在一些地區也存在多方向的裂縫發育，這些結果都符合斷層伴生裂縫特征。根據這些結果和相關理論，能夠進一步區分裂縫與干擾。

圖5 某地區各井點地應力方向分析圖及地震玫瑰圖 圖6 風一段地震玫瑰圖平面分析結果(xline679-1579)

通過這種成規模的玫瑰圖平面展布分析，在沒有井的區域也可以初步確定裂縫的方位角及密度信息，從而為儲層預測及其他工作奠定了基礎。

[1]納爾遜 R A.天然裂縫性儲集層地質分析[M].柳廣第,朱筱敏 譯.北京：石油工業出版社，1991:1-246.

[2]Bahorich M,Farmer S.3D Seismic Discontinuity for faults and stratigraphic features: The coherence cube[J].The Leading Edge,1995,14：1053-1058.

[3]賀振華,黃德濟,文曉濤.裂縫油氣藏地球物理預測[M].成都：四川科學技術出版社,2007.

[4]文曉濤,唐湘蓉,賀振華.基于方向信息測度的斷層檢測方法[J].石油物探,2008,48(2)：310-314.

[5]Adam Gersztenkorn,Marfurt J.Eigenstructure-based coherence computations as an aid to 3-D structural and stratigraphic mapping[J].Geophysics，1999(5)：6-10.

[編輯] 洪云飛

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.12.019

P618.13

A

1673-1409(2012)12-N061-03