基于二維三分量資料的裂縫預(yù)測(cè)

符志國(guó)，黃建國(guó)，廖 娟，胡林輝，李亞林，李 忠

（川慶鉆探工程有限公司地球物理勘探公司，四川華陽(yáng)610213）

裂縫型油氣藏是一種重要的油氣藏，裂縫作為優(yōu)質(zhì)的儲(chǔ)集空間和滲流通道，常常是油氣高產(chǎn)的主要因素。研究裂縫系統(tǒng)的延伸方向、裂縫密度、分布范圍等問(wèn)題對(duì)于指導(dǎo)裂縫型油氣藏開(kāi)發(fā)具有很大的實(shí)用價(jià)值。利用地震資料大面積覆蓋的優(yōu)勢(shì)，發(fā)展了非常多的裂縫預(yù)測(cè)方法，并結(jié)合在井點(diǎn)位置獲取的裂縫信息進(jìn)行裂縫預(yù)測(cè)，已得到了廣泛應(yīng)用［1］。按使用的地震數(shù)據(jù)類(lèi)型可將這些方法大致分為疊后預(yù)測(cè)和疊前預(yù)測(cè)兩類(lèi)。疊后預(yù)測(cè)方法如相干方法、邊緣檢測(cè)方法、曲率法［2］，以及利用各種地震屬性參數(shù)，如衰減屬性、瞬時(shí)頻率、方差屬性等［3］進(jìn)行裂縫預(yù)測(cè)的方法。疊前預(yù)測(cè)方法如使用方位AVO，頻率、衰減等屬性隨方位變化進(jìn)行裂縫預(yù)測(cè)的方法［4］，以及一些使用反演的方法，如利用方位AVO反演裂縫參數(shù)的方法［5］。

隨著多波多分量勘探技術(shù)的發(fā)展，利用PS波資料的速度、振幅等方位變化特征進(jìn)行裂縫預(yù)測(cè)已取得了一些應(yīng)用成果。如猶他州Bluebell－Altamont氣田的綠河組上部致密含氣砂巖儲(chǔ)層裂縫二維九分量地震預(yù)測(cè)項(xiàng)目，利用Alford旋轉(zhuǎn)方法分離地面地震資料的快、慢橫波，并用矢端圖法確定裂縫方向［6］；松遼盆地北部侏羅系火成巖氣田二維三分量地震預(yù)測(cè)項(xiàng)目，利用能量比值法確定出裂縫方向［7］。上述兩個(gè)項(xiàng)目均通過(guò)人工解釋快、慢橫波剖面上的層間時(shí)差表征裂縫密集程度。四川盆地LYS構(gòu)造下二疊統(tǒng)碳酸巖鹽裂縫儲(chǔ)層二維三分量地震預(yù)測(cè)項(xiàng)目則通過(guò)縱波、橫波速度反演方法得到裂縫密度［8］。川西新場(chǎng)地區(qū)深層致密砂巖裂縫三維三分量地震預(yù)測(cè)項(xiàng)目采用相對(duì)時(shí)差梯度法求取了裂縫發(fā)育方向及裂縫密度［9］?？屏_拉多Rulison氣田進(jìn)行的寬方位三維三分量地震預(yù)測(cè)項(xiàng)目采用了基于等效柔度張量的各向異性理論，由疊前P波、快橫波S1，慢橫波S2的CMP道集反演出裂縫方向和裂縫密度［10］。

綜上可見(jiàn)，利用多波資料進(jìn)行裂縫預(yù)測(cè)的方法研究和實(shí)際應(yīng)用正處于發(fā)展和逐步深化階段。本文論證了二維三分量地面地震資料上的裂縫響應(yīng)特征，綜合應(yīng)用分量旋轉(zhuǎn)法和相關(guān)法確定裂縫方位與快、慢橫波時(shí)差，建立了根據(jù)相似系數(shù)函數(shù)進(jìn)行二維三分量資料裂縫預(yù)測(cè)的方法。實(shí)際儲(chǔ)層裂縫方位預(yù)測(cè)結(jié)果與工區(qū)裂縫走向符合較好。

1 二維三分量資料裂縫檢測(cè)方法原理

對(duì)于三維三分量全方位觀測(cè)，可得到360°各方位的三分量記錄，按R（徑向），T（切向）分量排列為方位道集后，可觀察到由各方位記錄構(gòu)成的裂縫層段反射波同相軸的正弦變化、反極性的方位響應(yīng)特征。但對(duì)于二維三分量觀測(cè)，則只有三維全方位觀測(cè)中的一個(gè)唯一的方位三分量記錄。如圖1a，當(dāng)?shù)叵铝芽p與測(cè)線斜交時(shí)，X和Y分量分別都記錄下快、慢橫波的分量，記錄振幅分別為

圖1b至圖1e分別為模型快、慢橫波時(shí)差等于20，15，10，5ms時(shí)的 X，Y 分量記錄，其中設(shè)正北方為0，正東方為90°，裂縫方位為60°，測(cè)線方向?yàn)?0°，快波振幅為1.0，慢波振幅為0.5。（1）式和（2）式聯(lián)立矩陣形式為

使用旋轉(zhuǎn)算子T對(duì)X，Y分量進(jìn)行旋轉(zhuǎn)處理，可得X，Y 分量旋轉(zhuǎn)后的記錄X′，Y′

式中：α為旋轉(zhuǎn)處理中使用的掃描角度。將（3）式、（4）式、（5）式展開(kāi)后，可得

當(dāng)掃描角度α與裂縫角度θ相等時(shí)，由（6）式可得

式中：X′為快橫波；Y′為慢橫波。所以，X，Y 分量旋轉(zhuǎn)后的記錄中含有振幅完全分離開(kāi)的快橫波記錄和慢橫波記錄。當(dāng)快、慢波時(shí)差較大時(shí)，通過(guò)分量旋轉(zhuǎn)處理可見(jiàn)到在裂縫方向上快、慢波明顯分離，如圖2a表示的快、慢波時(shí)差為20ms時(shí)模型（圖1b）的旋轉(zhuǎn)結(jié)果，從第1道至第10道分別對(duì)應(yīng)方位0至90°的旋轉(zhuǎn)結(jié)果，間隔為10°。在第7道，即60°，可見(jiàn)到快、慢波明顯分離。隨著時(shí)差的逐漸減小，分量旋轉(zhuǎn)處理不再能明顯見(jiàn)到快、慢波能量隨方位的重新分配的變化過(guò)程，如圖2b所示。但卻出現(xiàn)了與各向同性層反射波的X，Y分量旋轉(zhuǎn)結(jié)果不相同的方位記錄特征：對(duì)于各向同性層反射X，Y分量旋轉(zhuǎn)結(jié)果為水平同相軸，而各向異性層反射因快、慢波的干涉作用，X，Y分量旋轉(zhuǎn)結(jié)果呈現(xiàn)出一種“傾斜”同相軸的特征。

對(duì)旋轉(zhuǎn)后的各方位X，Y分量記錄進(jìn)行一定時(shí)差范圍內(nèi)的互相關(guān)，可算得時(shí)差—方位上的相似系數(shù)函數(shù)

式中：α為掃描角度；τ為掃描時(shí)差。

圖3為模型各方位旋轉(zhuǎn)記錄的互相關(guān)處理結(jié)果，其中，X，Y分量旋轉(zhuǎn)后最相似（當(dāng)快、慢橫波極性相反時(shí)，相似系數(shù)為－1；快、慢橫波極性相同時(shí)相似系數(shù)為＋1）的地方出現(xiàn)在時(shí)差－5ms，方位角7，即60°處?？梢?jiàn)相似系數(shù)函數(shù)最大（小）值指示出了裂縫的時(shí)差與方位，而其它方位和時(shí)差處不是最大（?。┲怠１砻髁丝?、慢波方向上的X′和Y′分量記錄最相似。對(duì)于其它相似性較大的點(diǎn)，如（X＝1.0000，Y＝3.0000，Z＝0.932 3），其時(shí)移為正，也即需要將Y分量旋轉(zhuǎn)后的記錄Y′在時(shí)間軸上還要往“下”時(shí)移才取得相似的對(duì)應(yīng)，這不符合（7）式的快、慢橫波分離原理，因?yàn)橥粚拥穆龣M波不能比快橫波先被接收到，所以這些點(diǎn)盡管相似值較高，但只是記錄波形的數(shù)學(xué)性質(zhì)，不滿足物理意義，應(yīng)排除。由此可見(jiàn)，根據(jù)相似系數(shù)函數(shù)的這一特點(diǎn)可以檢測(cè)裂縫的時(shí)差與方位。

圖3 相似系數(shù)函數(shù)

另外，還需要注意一下特殊情況，即，若二維三分量測(cè)網(wǎng)布設(shè)方向剛好為平行于裂縫方向和垂直于裂縫方向，則Y分量均無(wú)有效反射能量，且可在兩個(gè)正交方向上觀察到快波和慢波成像的時(shí)差。裂縫方向就是快波所在測(cè)線的方向。因此，利用Y分量上是否出現(xiàn)有效反射層可判斷反射波是否有各向異性效應(yīng)。

2 實(shí)際資料裂縫預(yù)測(cè)

圖4 二維三分量資料偏移剖面（局部）

在A氣田實(shí)際二維三分量資料上，裂縫性?xún)?chǔ)層轉(zhuǎn)換橫波的X，Y分量如圖4紅框所示，其中Y分量有的局部剖面段沒(méi)有有效反射信號(hào)，而有的局部剖面段則有較好的反射信號(hào)。由上述分析可知，在無(wú)有效反射信號(hào)段，表明目的層為各向同性層，由縱波震源激發(fā)的入射縱波，在各向同性層產(chǎn)生了P－SV型轉(zhuǎn)換波反射，其能量幾乎都分配到Z和X分量上，沒(méi)有有效信號(hào)投影到Y(jié)分量；而在有有效反射信號(hào)段，表明目的層存在各向異性，入射縱波在各向異性層段除了產(chǎn)生P－SV型反射，還有P－SH型反射，以及分裂的快、慢橫波，這些橫波的有效能量投影到了Y分量，使得Y分量的疊偏剖面有較好的成像。在各向異性CDP段，為了進(jìn)一步預(yù)測(cè)其裂縫方向，首先對(duì)X，Y分量進(jìn)行旋轉(zhuǎn)處理，如圖5，每個(gè)CDP號(hào)下顯示了從0至90°，間隔為10°的各方位的旋轉(zhuǎn)后的記錄，可見(jiàn)到上述理論模型中描述的二維三分量資料在裂縫層表現(xiàn)出的“傾斜”同相軸特征。然后，對(duì)旋轉(zhuǎn)后的X，Y分量進(jìn)行相關(guān)處理，求得相似系數(shù)函數(shù)，在最大相似系數(shù)處求得裂縫方位與時(shí)差如圖6所示。曲線圖展示了預(yù)測(cè)段每個(gè)CDP位置處預(yù)測(cè)的裂縫方位與時(shí)差，直方圖統(tǒng)計(jì)了方位和時(shí)差的分布?？梢?jiàn)，此目的層段裂縫主要方向?yàn)?0°～80°，時(shí)差主體為6～8ms。該區(qū)在做二維三分量試驗(yàn)之前已做過(guò)三維縱波勘探。將此結(jié)果與該區(qū)縱波三維數(shù)據(jù)體相干切片中反映的斷層進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見(jiàn)圖7，可見(jiàn)預(yù)測(cè)的裂縫系統(tǒng)主方向與順斷層走向上產(chǎn)生的裂縫系統(tǒng)方向相符合，預(yù)測(cè)較為合理。

圖7 用二維三分量資料預(yù)測(cè)的裂縫方位與三維縱波相干資料對(duì)比結(jié)果

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)研究得到如下認(rèn)識(shí)：

1）應(yīng)用二維三分量資料在A氣田裂縫性?xún)?chǔ)層預(yù)測(cè)中取得了較好效果。

2）基于相似系數(shù)函數(shù)的二維三分量資料裂縫預(yù)測(cè)方法是可行的。

在實(shí)際勘探生產(chǎn)中應(yīng)用二維三分量資料預(yù)測(cè)裂縫既經(jīng)濟(jì)也有效，盡管其勘查的區(qū)域信息比不上三維三分量資料，但可作為三維三分量勘探的先導(dǎo)試驗(yàn)和用于儲(chǔ)層重點(diǎn)部位的精細(xì)詳查。

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