疊前全方位裂縫預測方法應用研究

蔣春玲,劉文卿,謝春輝,王恩利,陳啟艷,王洪求

(中國石油勘探開發研究院西北分院，甘肅蘭州 730020)

疊前全方位裂縫預測方法應用研究

蔣春玲,劉文卿,謝春輝,王恩利,陳啟艷,王洪求

(中國石油勘探開發研究院西北分院，甘肅蘭州 730020)

常規疊前裂縫預測方法由于數據結構及預測方法的局限性，預測結果不精確，且呈多解性。疊前全方位裂縫預測方法是在全方位地震采集數據的基礎上，構建全方位共反射角道集，利用AVAZ疊前反演方法預測裂縫發育強度及方向；全方位共反射角道集包含了地層全部真實的方位信息，有利于方位各向異性的預測；AVAZ疊前反演能夠得到裂縫方向及發育強度的唯一解。該方法通過在塔里木盆地某井區的應用，取得了良好的預測效果，預測結果符合地質規律，與已鉆井測試資料結果吻合度高。

全方位裂縫預測；全方位角道集；AVAZ反演；裂縫方向

儲層裂縫空間分布規律的合理預測與有利區評價，對精細描述裂縫性儲層、預測剩余油分布、提高采收率都有十分重要的意義[1]。但裂縫分布復雜、規律性差,精確預測儲層巖體中裂縫的發育程度、產狀及分布特征難度較大，因此，裂縫預測技術是近年來研究的熱點。

前人在裂縫預測方面作了大量的研究，提出了許多預測技術，并且在實際應用中取得了很好的效果。目前傳統的裂縫檢測方法有兩種：一種是運用相干、傾角、曲率等疊后屬性進行預測，但疊后數據分辨率低，對微小裂縫無法識別，精度較低；另一種是利用疊前地震分方位數據進行疊前裂縫預測，該方法是對共偏移距CMP道集進行分扇區疊加，對分扇區疊加數據體進行屬性計算，根據不同方位角數據屬性之間的差異，通過橢圓擬合進行裂縫強度及方向的預測[2]，該方法受扇區數目及角度分法的不同，以及橢圓擬合求解方法的影響，使預測結果多解性強，裂縫預測的結果與實際存在較大差異。

疊前全方位裂縫檢測方法，是在全方位采集地震數據基礎上，基于爆炸反射面折射模型的倒置射線追蹤方法對地震波場進行分解與成像，構建全方位共反射角道集，運用全方位共反射角道集進行疊前AVAZ反演，對裂縫密度及方向進行預測。

1 全方位疊前裂縫預測方法

1.1 原始數據優勢

常規疊前裂縫預測方法采用的數據多為窄方位采集，方位信息不足，直接影響裂縫預測的精度；疊前全方位裂縫預測要求全方位或寬方位(目的層埋深較淺時可用)采集，全方位或者寬方位采集數據方位分辨率較高，方位角信息齊全，有利于方位各向異性的預測。

1.2 偏移成像方法優勢

常規疊前裂縫預測所用CMP道集的偏移方法是共偏移距疊前偏移，是在X-Y-Z坐標系，從地表向地下進行偏移成像，直接把地表的方位角信息映射成地下反射點的方位角信息[3]。這種傳統的方位成像沒有利用整個波場信息，所表示的是地表激發、接收偏移距和方位角成像信息，而非成像點真正的角度域信息。1998年，徐升等人在研究二維Marmousi時注意到如下現象：使用正確速度模型，共偏移距道集由于射線多路徑問題存在焦散假像[4]，且同相軸并不平，這不僅使復雜地質構造的速度建模變得困難，更讓AVA分析存在不確定性。同時偏移距道集是反射點所有信息的綜合，掩蓋了不同方位的速度變化特征，并沒有準確包含傾角信息和方位角信息，無法將角度信息從道集中提取和分離出來，也無法精確描述與方位有關的各向異性。

因此，當地下地層比較平坦，速度場簡單時，可利用常規疊前裂縫預測方法近似預測裂縫強度及方向，但在構造復雜、橫向速度變化劇烈時，地震波的路線是發生變化的，會產生一些意想不到的運動學與動力學假像，導致地震數據所包含的信息與地下真實情況誤差較大。要確定地下反射點的位置，須考慮角度信息，但CMP道集不包含地下反射點的方位信息，因此使裂縫預測陷入困境。

疊前全方位裂縫預測方法所用道集的偏移方法是共反射角偏移成像，是在共反射角度域對成像道集進行重建，從成像點向地面進行射線追蹤成像，將地面的地震信息影射到地下局部角度域，使每個成像點都包含地層方位角信息，然后在地下局部角度域以連續方式，對所有的地震數據進行偏移成像，得到全方位共反射角道集[3]。該方法能克服共偏移距道集中存在的假象，提高地震成像的精確度[5]。利用全方位反射角道集不同方位的剩余時差可獲得準確有效的HTI各向異性參數和裂縫信息。因為采集及成像的優勢，該道集包含了地層全部真實的方位信息，且提供真振幅反射系數，從而得到真實的振幅異常，能反映地下速度和巖性變化的信息，更有利于地震振幅屬性分析及斷裂的研究，克服了復雜構造及射線多路徑產生的共偏移距道集不保幅性等一系列缺陷給裂縫研究帶來的困難，更有利于利用方位信息預測裂縫[6-8]。

1.3 預測方法優勢

常規疊前分方位裂縫預測方法首先根據工區裂縫方向將CMP道集分為不同扇區，一般扇區方向平行或者垂直裂縫方向，然后對分扇區CMP道集進行疊加；或者對原始數據首先按裂縫方向分扇區，然后偏移出不同方位角扇區的地震剖面。再利用疊加或者偏移的不同扇區數據上振幅的差異，運用P波反射系數簡化公式(1)進行橢圓擬合[9-10]，從而預測裂縫強度與裂縫方向。這種方法的缺點是：①CMP道集本身并不包含方位角信息；②分扇區疊加或者偏移數據信息是扇區內信息的綜合效應，而不是地下某一點處真實的信息；③扇區的分法是基于地表炮點、接收點的方位角，不是地下真實反射面的方位角，且扇區角度的選取以及數目的不同，直接會導致預測結果的不同，所以該方法預測結果多解性較強。

R(θ,φ)=I+[G+Ganisocos2(φ-β)]sin2θ

(1)

式中，φ是方位角，θ是反射角, β是裂縫走向,I是截距，G是各向同性AVO梯度，Ganiso是各向異性AVO梯度。

全方位裂縫預測方法，是運用P波反射系數簡化公式(1)，用G1=G和G2=Ganiso+G進行置換，得到公式(2)。

R(θ,φ)=I+[G1sin2(φ-β)+G2cos2(φ-β)]sin2θ

(2)

使用公式(2)對每個采樣點執行AVAZ反演[10]，得到每一道的I、G1、G2和β參數，β為裂縫走向，G2-G1=Ganiso，為各向異性AVO梯度，可以表示裂縫發育密度。Ganiso值越大，表示裂縫越發育[11]。該方法的優點是：①應用了全部的方位信息，可以檢測到地下全部裂縫，分辨率高；②通過AVAZ反演，可以得到裂縫發育方向和密度的唯一解，能為裂縫特征的描述提供可靠的依據。

2 應用研究

應用工區為塔里木盆地某井區。該區奧陶系碳酸鹽巖發育大規模裂縫-孔洞型儲層，裂縫是非常重要的儲集空間，也是油氣運移的通道，因此，對該區進行裂縫預測至關重要。

為了提高橫向、縱向、及方位分辨率，采用高密度、全方位野外采集。通過全方位共反射角偏移成像，得到全方位共反射角道集。

地震波穿過HTI介質時，平行于斷裂方向傳播的地震波速度快，垂直斷裂方向傳播的地震波速度慢，因此，全方位共反射角道集上，在平行于斷裂方向的方位上道集同相軸上翹，垂直于斷裂方向的方位上道集同相軸下拉，所以可以直接從全方位共反射角道集上反映出地層的各向異性。圖1中，將道集按不同反射角沿360度方位展開成二維道集剖面，可以直觀看到不同方位角數據所顯示的各項異性問題，可以判斷各向異性的強度以及最強方向，進而識別裂縫發育強度及裂縫方向。圖中，隨著入射角增大，深度在6 250 m、方位角在310°附近的同相軸下拉現象明顯，說明在該深度、310°方位上的各向異性反映最強，裂縫強度最大。而此方向正好垂直裂縫方向，因此可判斷在該空間點處，裂縫方向為40°左右。

通過對全方位共反射角道集進行疊前AVAZ反演，對該區的裂縫發育強度及裂縫方向進行了預測。與常規疊前裂縫預測結果相比，該方法預測效果主要體現在以下兩個方面：一是裂縫密度與方向符合地質規律；二是與實鉆井吻合度高，預測精度較高。

圖2顯示，該區奧陶系頂界南北部裂縫及斷層比較發育，中部不發育，北部風化巖溶發育。在南部，裂縫主要分布在斷層附近，方向主要為北東及北西向；北部裂縫除了分布在斷層附近外，溶洞附近也有發育，方向除了北東與北西向，在巖溶較發育的位置存在部分近似水平方向的裂縫。目前該工區有多口井有成像測井資料，其中未鉆遇溶洞的井，裂縫預測結果與成像測井資料吻合；而鉆遇溶洞的井，預測與實鉆之間吻合度卻較低。分析認為，當井鉆遇溶洞，AVAZ反演時將溶洞內部視為各向同性，預測結果為裂縫不發育，導致預測出現誤差；當井未鉆遇溶洞，即介質為各向異性時，預測結果與實鉆結果吻合。因此，圖2北部溶洞附近的裂縫，應該是介質各向異性的響應，而不是溶洞的響應。所以，該區南部裂縫主要以由局部構造作用形成的或與局部構造作用相伴生的構造裂縫為主，北部裂縫主要為構造裂縫，伴生著與地表或近地表各種風化作用有關的風化裂縫。

圖1 全方位反射角道集

圖2 奧陶系頂界裂縫發育密度與斷層疊合平面圖(左)及裂縫方向與溶洞預測平面圖(右)

圖3是利用該區高密度、全方位采集數據，用目前常用的CMP道集分扇區疊前裂縫預測方法預測出的該區奧陶系頂界裂縫密度平面圖。由于該區斷層走向主要為北東向及北西向，因此，在用該方法預測裂縫之前，首先主觀認為該區裂縫方向應該為北東及北西向，將CMP道集按北東向及北西向分為幾個扇區，然后運用橢圓擬合進行預測。圖3中左右兩圖的區別在于：左圖從0°～180°平均分為五個扇區，右圖從-22°～158°平均分為六個扇區。二者因為角度選取以及扇區數量的不同，導致預測結果存在很大差異，并且與斷層匹配關系不明顯。

圖3 常規疊前裂縫預測方法預測奧陶系頂界裂縫發育強度與斷層疊合平面圖

圖3與圖2左圖相對比，井A、井B存在明顯預測差異。奧陶系頂界，井A、井B成像測井圖顯示裂縫發育。實鉆井結論與全方位裂縫預測結果吻合，與目前常用的疊前裂縫預測方法存在較大差異。

圖4b中全方位裂縫預測結果上，黑色線條代表裂縫方向,c與d中，值越大，表示該方向裂縫越發育。全方位裂縫預測的結果與實鉆測井解釋結果吻合，井C奧陶系頂界裂縫主要方向為北東及北西向，但目前常規疊前裂縫預測結果，因為扇區數與角度分法的不同，兩種預測結果差異較大，都只預測出真實裂縫方向的一部分，并且由于分扇區以及橢圓擬合的原因，預測出的部分裂縫方向與真實的方向也存在一些誤差。

圖4 井C奧陶系頂界實鉆、全方位與常規疊前裂縫方向預測對比

綜上所述，用常規分扇區疊前裂縫預測方法預測過程中，人為參與度較高，預測結果多解性較強，可信度較低。疊前全方位裂縫預測結果唯一，符合地質規律，并且與已鉆井吻合較好，預測結果較為可信。

3 結論

(1)全方位裂縫預測要求全方位或者寬方位數據采集， 必須采用全方位共反射角疊前偏移得到全方位共反射角道集。

(2)利用全方位共反射角道集，運用AVAZ反演預測裂縫發育強度及方向，較目前常用的分扇區疊前裂縫預測的結果精度更高，更符合地質規律；

(3)全方位裂縫預測方法，在各向同性較強、各向異性較弱的地質異常體內，會影響裂縫預測結果的準確度，因此，預測結果需結合地質認識進行解釋及應用。這也是目前通過預測HTI各向異性，從而預測裂縫的所有疊前裂縫預測方法的共同局限性。

[1] 張明，姚逢昌，韓大匡，等.多分量地震裂縫預測技術進展[J].天然氣地球科學，2007，18(2):293-297.

[2] 莫午零，吳朝東.裂縫介質中多方位AVO特征分析技術及應用舉例[J].天然氣地球科學，2007，18(6):813-818.

[3] 王西文，劉文卿，王宇超,等.共反射角疊前偏移成像研究及應用[J].地球物理學報，2010，53(11)：2732-2738.

[4] 楊光海，王必金，郭建偉.利用地震多波NMO速度信息預測裂縫的方法[J].天然氣地球科學，2005，16(5):647-649.

[5] 陳生昌, 馬在田,Wu Rushan.波動方程角度域共成像道集[J].地球科學,2007,32(4):569～573

[6] Xu S，Chauris H, LambaréG, Noble M. Common angle migration：A strategy for imaging complex media[J]. Geophysics, 2001, 66(6):1877-1894.

[7] 張宇．振幅保真的單程波方程偏移理論[J].地球物理學報，2006，49(5)：1410-1430.

[8] 王西文，楊孔慶，周立宏，等.基于小波變換的地震相干體算法研究[J].地球物理學報，2002,45(6):847-852.

[9] Ruger.Variation of P-wave reflectivity with offset and azimuth in anisotropic media[J].Geophysics，1988,63(3):935-947.

[10] Ruger，Tsvankin I. Using AVO for fracture detection: Analytic basis and practical solutions[J].The Leading Edge,1997,16(10):1429-143.

[11] Edward Jenner.Azimuthal AVO: Methodology and data examples[J]. The Leading Edge,2002,21(8):783-786.

編輯：李金華

1673-8217(2015)06-0072-01

2015-05-27

蔣春玲，工程師，1980年生，2003年畢業于江漢石油學院勘查技術與工程專業，現從事地震資料解釋、儲層預測及綜合研究。

P631

A