疊前P波方位各向異性裂縫檢測軟件研制與應(yīng)用

陳 楠,徐雷鳴,宋志翔,朱凌燕,陳 科

(中國石油化工股份有限公司石油物探技術(shù)研究院,江蘇南京211103)

在油氣儲量及產(chǎn)量中占據(jù)很大比重的碳酸鹽巖和致密砂巖儲層,確定裂縫發(fā)育的區(qū)域、方位和密度具有重大意義[1-2]。國外早在20世紀(jì)70年代就開始了利用地震方法開展裂縫檢測的研究與應(yīng)用,其中包括利用疊后資料的構(gòu)造曲率法、張量分析法以及多方位VSP檢測技術(shù)等。90年代中期,橫波、轉(zhuǎn)換波探測和多分量各向異性分析技術(shù)逐漸發(fā)展起來,但是受成本及方法自身的限制,這些技術(shù)都沒有實(shí)現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。于是,很多學(xué)者提出了以P波為主、S波為輔的裂縫檢測技術(shù),在垂直定向裂縫的物理模型實(shí)驗(yàn)及數(shù)值模擬中證實(shí)了P波在通過地質(zhì)裂縫體時表現(xiàn)出很強(qiáng)的方位各向異性特征[3-4],并利用該特性在裂縫檢測方面取得了比較滿意的成果。但是,目前實(shí)際生產(chǎn)中基于該項(xiàng)技術(shù)的裂縫檢測應(yīng)用軟件較少,相關(guān)的文獻(xiàn)資料也不多。個別軟件可以利用疊前地震資料提取的信息研究裂縫的特征,利用與裂縫相關(guān)的地質(zhì)、地球物理、測井和巖石物理等信息實(shí)現(xiàn)對裂縫方位和密度的描述。還有個別軟件可以為各向異性成像、裂縫檢測和油藏描述提供解決方案。商業(yè)化的疊前裂縫檢測軟件還處于日趨成熟和不斷完善的階段,比如對于不同類型數(shù)據(jù)、介質(zhì)的支持方面尚需進(jìn)一步完善,在不滿足疊前裂縫檢測要求的窄方位觀測系統(tǒng)下還不能提供更多的解決方案。另外,在國際油價持續(xù)低迷、生產(chǎn)成本與日俱增的經(jīng)濟(jì)環(huán)境下,已有的商業(yè)軟件在采購價格、配套設(shè)備、技術(shù)支持和軟件升級維護(hù)費(fèi)用等方面也是需要考慮的現(xiàn)實(shí)問題。因此,在已經(jīng)具備成熟方法技術(shù)和軟件研發(fā)能力的條件下,提高生產(chǎn)效率,降低生產(chǎn)成本,自主研發(fā)一套功能完備、能夠解決裂縫型油氣藏勘探實(shí)際問題的軟件產(chǎn)品很有必要。

1 方法原理及技術(shù)流程

1.1 疊前裂縫預(yù)測原理

P波在裂縫介質(zhì)中傳播時,其振幅、頻率、速度以及衰減等屬性隨著觀測方位的變化而不同,而這些變化與產(chǎn)生該變化的裂縫方向和強(qiáng)度相關(guān)。一般情況下,P波沿垂直裂縫方向的傳播速度比沿平行裂縫方向的傳播速度慢[5-6]。我們提取這些方向和強(qiáng)度特征,并將其投影到方位平面上,即可獲取當(dāng)前區(qū)域的裂縫走勢與強(qiáng)度。對于地震波傳播的方向特征,專家們利用不同的近似解簡化了HTI介質(zhì)P波入射時的AVO方程,統(tǒng)一的簡化算式如下:

(1)

式中:R表示P波屬性(反射系數(shù)、速度、頻率等),θ為入射角,φ為相對于當(dāng)前裂縫方向的方位角,A表示均勻介質(zhì)下的反射強(qiáng)度,B為固定偏移距下隨方位變化的振幅調(diào)諧因子。裂縫介質(zhì)中,在固定入射角情況下,地震屬性R隨方位角φ的變化而變化;在固定方位角的情況下,地震屬性隨偏移距或者入射角的變化而變化。于是,多個方位的屬性變化在平面上的投影呈現(xiàn)類似橢圓的趨勢,而非裂縫型介質(zhì)(各向同性)則呈現(xiàn)圓形趨勢。

根據(jù)上述特征,對給定平面上的一組樣本點(diǎn),以橢圓方程為模型進(jìn)行擬合求解,使得某一橢圓曲線盡量逼近這些樣本點(diǎn)(圖1),并以此橢圓為擬合解,解析橢圓方程得到裂縫參數(shù)。

圖1 方位橢圓示例

根據(jù)解析幾何中橢圓一般方程與橢圓參數(shù)的關(guān)系,可以計(jì)算橢圓幾何參數(shù):

式中:A,B,C,D,E,F為橢圓一般方程參數(shù);x,y為橢圓中心相對坐標(biāo);a,b為橢圓長短軸大小;θ為橢圓長軸與正北方向的夾角,即裂縫的方向;長短軸之比a/b則反映了裂縫發(fā)育的強(qiáng)度(密度)。

1.2 窄方位觀測系統(tǒng)優(yōu)化分析

1.2.1 超道集面元組合分析

方位各向異性橢圓擬合的基礎(chǔ)是全方位或者寬方位觀測系統(tǒng)采集。對于窄方位觀測系統(tǒng),在排列橫縱比小于0.5的情況下,不能保證所有方位的數(shù)據(jù)能夠完整采集,使得橢圓不能獲得足夠的方位數(shù)據(jù)信息,從而影響了擬合參數(shù)的準(zhǔn)確性。因此,我們借助于超道集面元統(tǒng)計(jì)方法,將一部分相鄰的窄方位面元作為某個寬方位面元的一個方位,對它們進(jìn)行組合統(tǒng)計(jì),使之形成較大面積的寬方位面元,即超道集面元,從而獲得可以滿足疊前裂縫檢測需求的覆蓋次數(shù)和偏移距范圍?？紤]到工區(qū)目的層構(gòu)造起伏大,氣藏橫向變化等因素,超道集面元的尺寸不宜過大,需要根據(jù)實(shí)際情況下單點(diǎn)網(wǎng)格的大小作動態(tài)調(diào)整,以便精確反映局部裂縫走向,提高計(jì)算機(jī)實(shí)時檢索的效率。圖2a 是單點(diǎn)(未組合)CMP道集,圖2b是向周邊擴(kuò)展3×3共計(jì)9個面元組合后的CMP疊前超道集,可以看出,道集組合后,方位角和偏移距范圍都有拓寬,橫縱向各方位的覆蓋次數(shù)也有明顯增加。圖3是組合前后的偏移距-方位角示意圖,可以看出組合前后的覆蓋次數(shù)均勻性有明顯差別。

圖2 CMP道集炮-檢關(guān)系a 組合前; b 組合后

圖3 偏移距-方位角變化a 組合前; b 組合后

1.2.2 方位不均勻自動分組分析

在窄方位觀測系統(tǒng)條件下,采用均勻劃分方位的方法不能使各個方位的覆蓋次數(shù)均勻。雖然通過上述超道集組合方式擴(kuò)展面元范圍能在一定程度上達(dá)到擴(kuò)大方位角、偏移距并均衡覆蓋次數(shù)的目的,但是從圖3b可以看出,組合范圍有限,不能完全滿足疊前裂縫檢測要求。針對該問題,我們研發(fā)了方位不均勻自動分組分析功能,在超道集面元的基礎(chǔ)上,通過人工調(diào)整方位扇區(qū)大小和方向,結(jié)合偏移距范圍和動態(tài)試驗(yàn),獲得滿足要求的劃分方案。圖4為軟件產(chǎn)品提供的自由方位劃分界面。通過該界面的交互分析,可以實(shí)時調(diào)整“方位扇區(qū)劃分方案”表格中每個扇區(qū)對應(yīng)的中心角度和扇區(qū)大小,獲取對應(yīng)的覆蓋次數(shù);也可以調(diào)整“參數(shù)”選項(xiàng)中的偏移距范圍以及最大覆蓋次數(shù),動態(tài)獲取扇區(qū)大小。調(diào)整后的方位角、偏移距和對應(yīng)的覆蓋次數(shù)可以通過“方位角-偏移距交匯圖”和“方位扇區(qū)劃分圖”實(shí)時展示出來。在“方位角-偏移距交匯圖”中,不同顏色的柱狀圖代表不同方位范圍在不同偏移距范圍的覆蓋次數(shù)分布?！胺轿簧葏^(qū)劃分圖”是偏移距-方位角與覆蓋次數(shù)在極坐標(biāo)中的表現(xiàn)形式,不同方位的扇區(qū)大小代表該方位范圍對應(yīng)偏移距區(qū)域的覆蓋次數(shù)分布情況,扇區(qū)的長度代表了該區(qū)域覆蓋次數(shù)在總覆蓋次數(shù)中所占的比例。從圖4a 看出,按照傳統(tǒng)的均勻方位劃分方案,若固定扇區(qū)大小為30°,中心角度為15°,45°,75°,105°,135°,165°等6個方位,該超道集各個方位的覆蓋次數(shù)嚴(yán)重不均,受窄方位觀測系統(tǒng)設(shè)計(jì)影響,75°與105°等方位覆蓋次數(shù)遠(yuǎn)低于其他方位,說明該劃分方案明顯不利于裂縫檢測。

通過人工動態(tài)調(diào)整該區(qū)域(如75°與105°)(超道集)中心角度位置以及扇區(qū)大小,可以使覆蓋次數(shù)盡量分布均勻(圖4b),在此基礎(chǔ)上,反復(fù)進(jìn)行不同偏移距-方位角的覆蓋次數(shù)分析(圖5),為裂縫檢測提供合理的優(yōu)選參數(shù)。從圖5可以看出,在近偏移距(391～652m)范圍內(nèi)(紅色實(shí)線框所示區(qū)域),有效覆蓋次數(shù)方位角范圍在28°～48°與130°～155°區(qū)間內(nèi),其他區(qū)域無覆蓋,且范圍較小;在遠(yuǎn)偏移距(3100～5600m)范圍內(nèi)(綠色實(shí)線框所示區(qū)域),雖然有效覆蓋次數(shù)方位角范圍比較廣,但在40°～140°區(qū)間無覆蓋次數(shù)分布,也不滿足數(shù)據(jù)要求;在中偏移距(800～3000m)范圍內(nèi)(黑色實(shí)線框所示區(qū)域),有效覆蓋次數(shù)方位角范圍在4°～175°區(qū)間內(nèi),且各方位分布比較均勻,說明該偏移距范圍(800～3000m)能夠滿足疊前預(yù)測對方位數(shù)據(jù)的要求。

圖4 自由方位劃分界面a 超道集均勻方位劃分; b 超道集非均勻方位劃分

圖5 方位角-偏移距覆蓋次數(shù)分析

1.3 疊前裂縫檢測流程

目前方位疊前地震數(shù)據(jù)大致可分為CMP、方位CRP、方位角度道集、方位疊加道集等4種類型,其中CMP道集中炮檢坐標(biāo)為實(shí)際數(shù)據(jù),方位信息可實(shí)時計(jì)算,其他幾種類型為固定方位信息。不同類型的數(shù)據(jù)需采用不同的處理流程,如圖6所示。

首先通過常規(guī)地震保幅處理,包括道編輯、帶通濾波、剩余靜校正、真振幅恢復(fù)、地表振幅一致性補(bǔ)償及動靜校等,為裂縫檢測提供優(yōu)質(zhì)的數(shù)據(jù)支持;然后針對疊前道集同相軸不平的現(xiàn)象,采用沿層自動追蹤方法提取地震波形的形態(tài)特征,在相似的波形上提取顯著點(diǎn)作為層位點(diǎn),提高方位各向異性橢圓的指示精度。圖7a為沿時間線拾取的結(jié)果,將方位振幅沿時間線拾取并投影到極坐標(biāo)系后,橢圓擬合解析的裂縫方向解析為148.84°;圖7b為沿層自動追蹤拾取的結(jié)果,自動追蹤有效拾取了目的層波峰數(shù)據(jù),裂縫方向解析為128.23°,且解析的裂縫密度也不相同。另外,針對不同類型的數(shù)據(jù),在處理流程中集成了不同的道集處理方法以滿足疊前裂縫檢測的要求。

1) 道集歸一化,用于對疊前方位道集和方位角度道集進(jìn)行歸一化處理。理論上各個方位的道集在任一時間點(diǎn)的零偏移距振幅值相同,但實(shí)際上不同方位的道集在零偏移距時同一時間點(diǎn)處的振幅值并不收斂到相同值[7-8](圖8a)。此時需要將超道集中所有方位道集提取的垂直入射地震道疊加,計(jì)算疊加道的包絡(luò)Xst,并用疊加包絡(luò)Xst的每個采樣除以超道集面元中各個方位角度道集的垂直入射地震道包絡(luò)Xenv,得到每個方位道集的歸一化標(biāo)定地震道Xnor,即Xnor=Xst/Xenv,最后將每個方位的歸一化標(biāo)定地震道乘以該方位道集中的各道,即可實(shí)現(xiàn)歸一化。歸一化后的各方位道集反映了垂直入射時來自不同方位的反射都趨于同一個反射點(diǎn)(圖8b)。

2)P,G擬合剖面。即對方位角度道集數(shù)據(jù)進(jìn)行各個方位的P,G擬合。在入射角θ<25°的條件下,來自兩個彈性介質(zhì)之間的平面反射縱波振幅與sin(2θ)呈近似線性關(guān)系。

圖6 疊前裂縫檢測流程

圖7 沿時間線拾取(a)與沿層自動追蹤拾取(b)結(jié)果對比

圖8 兩個方位角道集的AVOAa 歸一化前; b 歸一化后

(3)

式中:P為線性方程的截距;G為方程的斜率或梯度。從某種意義上來說,這種擬合得到的P波剖面比普通疊加剖面更接近于真正的零炮檢距剖面,或者說更接近于垂直入射的振幅估計(jì)[9-11]。G值所組成的剖面稱作梯度剖面,它反映了各個方位反射振幅隨入射角的變化率以及變化趨勢。通常情況下,垂直于裂縫方向的G值比平行于裂縫方向的G值變化更劇烈,對裂縫的發(fā)育較為敏感。

3) 方位時差計(jì)算。P波從不同方位穿過裂縫介質(zhì)時,除了振幅變化外,同一層位反射的子波走時亦有不同。在某個方位道集的同相軸上,零偏移距到達(dá)時間與遠(yuǎn)道偏移距的到達(dá)時間之差被稱為時差。若不同方位的時差為周期變化,說明存在速度各向異性[12-13],可用其表征裂縫的發(fā)育程度和方位。由于各個方位子波的走時在垂直入射情況下都相等,因此必須先將各方位零偏移距處的同相軸校正到同一個時間,再計(jì)算方位的時差值。

4) 方位包絡(luò)處理。反演過程中若是以P波振幅隨方位角的變化來判斷裂縫發(fā)育的強(qiáng)度和方位,則所用的數(shù)據(jù)為各方位的入射角部分疊加振幅,這種部分疊加道仍然存在正負(fù)值和過零點(diǎn)。袁剛等[14]指出,使用各方位疊加道的包絡(luò)(瞬時振幅,圖9藍(lán)線所示)具有更為合適的能量意義,且能夠克服波形振幅的零點(diǎn)帶來的縱向不連續(xù)現(xiàn)象。

圖9 振幅包絡(luò)

2 軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 面向集成環(huán)境的框架結(jié)構(gòu)

面向?qū)ο?OOP)的集成方法是近十幾年來比較流行且實(shí)用的軟件工程設(shè)計(jì)思路,該方法以工作對象(object)為基本元素,對數(shù)據(jù)與邏輯行為進(jìn)行封裝,大量運(yùn)用類實(shí)例對象模擬現(xiàn)實(shí)行為,其代碼具有一定的可重用性和可繼承性,在規(guī)模較小的軟件體系中能發(fā)揮較強(qiáng)的控制作用[15]。但是對于功能層次多、后續(xù)擴(kuò)展需求強(qiáng)、模塊(module)關(guān)系復(fù)雜的中大型軟件工程,純面向?qū)ο蟮脑O(shè)計(jì)架構(gòu)往往會缺乏對整體系統(tǒng)的詳細(xì)劃分,出現(xiàn)對象設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不合理、各部分關(guān)系失調(diào)甚至對象繼承無限放大的代碼冗余現(xiàn)象,使得后續(xù)維護(hù)升級困難。我們在軟件架構(gòu)的設(shè)計(jì)中使用面向集成環(huán)境的分層組件(component)模型,在傳統(tǒng)面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上建立一種組件設(shè)計(jì)模式,其兼具組件與模塊的特色(圖10)。與面向?qū)ο蟮木幊趟枷胂啾?一個類也可以視為一個組件,但更多情況下,組件提供了更為高層的系統(tǒng)視角,可以形象地描述如下:組件如同一片樹林,對象是樹,模塊是某些相同種類樹木的組合?；跇?gòu)件的軟件工程(CBSE),也被稱為基于組件的開發(fā)(CBD),是一種強(qiáng)調(diào)技術(shù)重用的方法,即將松散耦合的獨(dú)立組件定義、實(shí)現(xiàn)和組合到系統(tǒng)中[16]。一個獨(dú)立的組件可以是一個軟件包、web服務(wù)、系統(tǒng)資源或者封裝了特定功能函數(shù)的模塊。這樣獨(dú)立出來的組件可以單獨(dú)維護(hù)和升級而不會影響到其他的組件。而模塊化的目的在于將一個技術(shù)組件按功能做拆分,形成相互獨(dú)立的功能,以便于每個模塊只包含與其功能相關(guān)的內(nèi)容,模塊之間通過接口調(diào)用。將一個大的系統(tǒng)模塊化之后,每個模塊都可以被高度復(fù)用。組件與模塊密不可分,組件化的目的是為了解耦,將系統(tǒng)拆分成多個組件,分離組件邊界和責(zé)任,便于獨(dú)立升級和維護(hù)。

在控制服務(wù)層面,將已有的成熟控件(圖形平臺)作為新架構(gòu)的核心集成環(huán)境,與地震數(shù)據(jù)平臺管理結(jié)合作為主服務(wù)組件,形成一套基礎(chǔ)的圖形化地震數(shù)據(jù)服務(wù)中心。在應(yīng)用層設(shè)計(jì)中,將應(yīng)用主控界面(用戶界面)、應(yīng)用框架(交互應(yīng)用框架、批量模塊應(yīng)用框架)和應(yīng)用服務(wù)(平面繪圖框架、剖面繪圖框架、算法庫)設(shè)計(jì)為單獨(dú)的集成組件,利用核心集成環(huán)境提供的公共接口集成在平臺上。在后臺服務(wù)支持層面,提供了跨平臺的數(shù)據(jù)訪問和文件I/O機(jī)制,通過系統(tǒng)配置實(shí)現(xiàn)對多種數(shù)據(jù)庫的支持;封裝了通用的數(shù)據(jù)庫訪問對象模型,支持常用的數(shù)據(jù)格式文件解析和讀寫,為應(yīng)用軟件提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)訪問接口(圖11)。

圖10 應(yīng)用軟件框架

圖11 后臺服務(wù)支持

2.2 模塊分類與開發(fā)

在用戶應(yīng)用層面,將算法、工具(交匯圖、并行框架等)、交互視圖封裝成可以單獨(dú)使用的功能模塊,具體如下。

1) 觀測系統(tǒng)顯示。全工區(qū)或選定區(qū)域炮檢關(guān)系、覆蓋次數(shù)分布、偏移距方位角統(tǒng)計(jì)。

2) 實(shí)時部分疊加。選定區(qū)域范圍疊前道集分方位、分角度、分偏移距實(shí)時部分疊加。

3) 疊前疊后聯(lián)動。疊前道集與疊后剖面的聯(lián)合解釋與聯(lián)動分析,實(shí)時方位劃分等。

4) AVAZ正演模擬。分析地震振幅屬性的AVAZ特征,用以指示方位各向異性橢圓。

5) 疊前道集分析。常規(guī)的疊前道集處理。

6) 疊前裂縫反演。裂縫密度與方位參數(shù)反演。

7) 裂縫綜合顯示。全工區(qū)或選定區(qū)域裂縫信息統(tǒng)計(jì)與顯示。

通過制定層次關(guān)系與調(diào)用次序,各模塊之間相互銜接,內(nèi)部降低耦合程度,在繼承共享平臺服務(wù)的同時,實(shí)現(xiàn)整個框架的集成組建。軟件運(yùn)行時,各功能模塊間除數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)外,一般不產(chǎn)生依賴性。每個模塊都可與控制服務(wù)組件結(jié)合,編譯生成定制功能的執(zhí)行程序獨(dú)立運(yùn)行,這樣不僅可以有效實(shí)現(xiàn)交互與批處理的分離,避免大數(shù)據(jù)量運(yùn)算過程中實(shí)時交互操作導(dǎo)致的不穩(wěn)定性,還可以在軟件研發(fā)生產(chǎn)線上實(shí)現(xiàn)模塊與組件的分工維護(hù)與測試,減小軟件回歸測試的范圍,提高集成測試與錯誤修正的效率。

3 應(yīng)用測試

3.1 工區(qū)概況

在南方某三維工區(qū),針對目標(biāo)層開展了疊前方位各向異性裂縫預(yù)測與分析。該工區(qū)總面積約970km2,整體構(gòu)造為由南往北逐漸變緩的背斜,越往北部構(gòu)造越深越平緩。該工區(qū)資料采集觀測系統(tǒng)排列縱橫比約1.0∶0.8,是典型的寬方位觀測系統(tǒng),為疊前裂縫檢測提供了良好的數(shù)據(jù)支持。工區(qū)內(nèi)已有2口探井A井和B井,其中A井較深,鉆遇震旦系燈影組,B井鉆遇寒武系筇竹寺組。該區(qū)目標(biāo)層為寒武系筇竹寺組的頁巖層,依據(jù)鉆井顯示,從上至下有1～4共4套頁巖層。B井鉆井結(jié)果表明,本區(qū)主要目標(biāo)層為1號和4號頁巖層,目標(biāo)層段測試獲氣5×104m3/d以上,表明該區(qū)具有較好的勘探潛力。

3.2 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

該區(qū)前期已經(jīng)對疊前地震數(shù)據(jù)做了相應(yīng)的處理,包括原始CMP道集動校正、去噪(面波/斜干擾/大值等)、地表一致性振幅補(bǔ)償、超道集面元組合、分方位疊加、振幅補(bǔ)償(反Q濾波)、去隨機(jī)噪聲等,形成了從15°～145°(30°間隔)的6個方位疊加數(shù)據(jù)體(圖12)。數(shù)據(jù)準(zhǔn)備主要包括:①對各方位疊加數(shù)據(jù)進(jìn)行去異常值預(yù)處理,消除野值帶來的異常與壓道現(xiàn)象;②對目標(biāo)層位不同區(qū)域做單點(diǎn)方位各向異性分析,初步掌握全測網(wǎng)裂縫的發(fā)育與分布情況,為后續(xù)的批量處理提供準(zhǔn)確的反演參數(shù);③進(jìn)行分方位振幅和波阻抗數(shù)據(jù)橢圓擬合,批量計(jì)算裂縫屬性。與此同時,為驗(yàn)證反演結(jié)果的準(zhǔn)確性,采用疊后裂縫檢測方法開展地層不連續(xù)性檢測,了解大中斷裂與構(gòu)造的展布特征,最后結(jié)合疊后裂縫屬性和疊前裂縫檢測結(jié)果,進(jìn)行裂縫綜合預(yù)測與對比。限于篇幅,本文僅針對4號頁巖層進(jìn)行預(yù)測與分析。

圖12 分方位數(shù)據(jù)導(dǎo)入a 方位; b 分方位疊后全局參數(shù)設(shè)置界面

3.3 單點(diǎn)聯(lián)動分析

單點(diǎn)聯(lián)動分析是指裂縫檢測批量運(yùn)算前利用圖形用戶交互聯(lián)動功能,實(shí)時結(jié)合疊前、疊后道集協(xié)助用戶了解目標(biāo)層位某CDP范圍(局部)內(nèi)細(xì)微裂縫的方位各向異性特征。單點(diǎn)聯(lián)動分析有3種方法:①沿時間線分析,將各個方位數(shù)據(jù)沿相同時間線方向提取并擬合橢圓;②沿時間線自動追蹤分析,在一定時窗范圍內(nèi)對波峰或波谷進(jìn)行自動搜索,提取對應(yīng)的波峰或波谷數(shù)據(jù)再擬合橢圓,該方法在道集同相軸不平時能較好地改善分析質(zhì)量;③瞬時振幅包絡(luò)分析,通過提取各個方位振幅的包絡(luò)數(shù)據(jù),擬合包絡(luò)橢圓,分析裂縫屬性。

圖13為三種方法橢圓擬合的界面,可以看出三種方法擬合結(jié)果基本相似,但沿時間線自動追蹤的擬合結(jié)果(圖13b)更接近于真實(shí)值,各個方位的數(shù)據(jù)點(diǎn)基本都分布在橢圓線上。對應(yīng)地,沿時間線分析(圖13a)以及瞬時振幅包絡(luò)分析(圖13c)兩種方法擬合的橢圓均沒有完全貼合每個數(shù)據(jù)點(diǎn)。當(dāng)然,也不是所有的數(shù)據(jù)都會出現(xiàn)上述情況,不同的數(shù)據(jù)可以動態(tài)地選擇不同的分析方法,得到較好的擬合結(jié)果。從研究區(qū)南、北部隨機(jī)抽取的4號頁巖層方位擬合結(jié)果來看,可以初步判斷工區(qū)南部(圖14)裂縫發(fā)育程度比工區(qū)北部(圖15)強(qiáng)。

圖13 三種方法單點(diǎn)聯(lián)動分析界面a 沿時間線分析方法; b 沿時間線自動追蹤分析方法; c 瞬時振幅包絡(luò)分析方法

圖14 單點(diǎn)聯(lián)動交互分析(工區(qū)南部4號頁巖層隨機(jī)區(qū)域)

圖15 單點(diǎn)聯(lián)動交互分析(工區(qū)北部4號頁巖層隨機(jī)區(qū)域)

3.4 疊前裂縫檢測

3.4.1 方位振幅AVAZ正演模擬

根據(jù)疊前地震資料屬性數(shù)據(jù)的方位各向異性特征,一般情況下沿裂縫走向方向振幅衰減慢,而垂直裂縫走向方向振幅衰減快[17]。但方位振幅不同于速度、頻率、波阻抗及衰減等屬性數(shù)據(jù),由于地層界面上下巖性及巖性組合的變化,往往會出現(xiàn)與上述規(guī)律相反的情況,其結(jié)果是方位各向異性橢圓在裂縫方位指示上出現(xiàn)了90°的偏差,影響了解釋成果的準(zhǔn)確性。針對這種現(xiàn)象,需要實(shí)時分析地下裂縫型儲層的地震響應(yīng)規(guī)律[18],利用反、透射系數(shù)與彈性常數(shù)關(guān)系的AVO簡化方程[19],模擬地震波在已知裂縫模型中傳播時各個方位的地震響應(yīng),以確定橢圓長短軸的正確指示方向。

我們利用A井縱橫波速度和密度數(shù)據(jù)與提取的子波數(shù)據(jù),結(jié)合分析層段的各向異性參數(shù)與角度信息,模擬了HTI介質(zhì)AVAZ地震道集(圖16)。圖16同時顯示了正演模擬結(jié)果中各個方位角道集數(shù)據(jù)在某時間線上的振幅隨入射角變化曲線以及20°入射角處各個方位振幅的正演模擬橢圓?？梢钥闯?沿裂縫方向(0)振幅隨入射角增大而增大;垂直于裂縫方向(90°)振幅隨入射角增大而減小。模擬結(jié)果表明:對于該目標(biāo)層,地震振幅橢圓擬合的長軸代表了裂縫的走向,裂縫方向解釋為“長軸”。在裂縫屬性計(jì)算時,需選擇橢圓長軸作為裂縫方向。若條件允許,可以多做幾口井的正演模擬實(shí)驗(yàn)來相互驗(yàn)證。

3.4.2 方位振幅裂縫屬性反演

圖17為分方位地震疊加數(shù)據(jù)裂縫反演參數(shù)界面,可以設(shè)置裂縫屬性計(jì)算范圍(Inline、Xline以及時窗)和計(jì)算參數(shù)(振幅類型、擬合方式、橢圓長軸指示),利用沿時間線分析、沿時間線自動追蹤及瞬時振幅包絡(luò)三種方法進(jìn)行裂縫密度和方向批量運(yùn)算。

圖16 HTI介質(zhì)AVAZ正演模擬主界面

圖17 裂縫批處理計(jì)算主界面a 數(shù)據(jù); b 參數(shù)

3.4.3 疊前裂縫綜合分析

圖18a是用沿時間線分析方法計(jì)算得到的4號頁巖層裂縫發(fā)育密度沿層切片,可以看出,裂縫發(fā)育密度分布具有一定的規(guī)律性,在斷裂發(fā)育部位,裂縫分布更為集中,南部裂縫較北部更為發(fā)育。圖18b是用沿時間線自動追蹤方法計(jì)算得到的沿層切片,可以看出,裂縫發(fā)育密度分布與圖18a基本一致,但規(guī)律性較好,北部構(gòu)造平緩區(qū)裂縫密度值較小,裂縫不發(fā)育,而南部由于受斷裂的影響,裂縫較發(fā)育。圖18c是用瞬時振幅包絡(luò)方法計(jì)算得到的沿層切片,可以看出,裂縫發(fā)育密度分布與圖18b相似,差異不明顯。綜合分析可知,由于沿時間線自動追蹤分析方法采用了沿波峰或波谷自動追蹤的算法,克服了各方位地震同相軸在時間上的微小差異,使裂縫預(yù)測結(jié)果更加精確,更符合地下實(shí)際地質(zhì)情況。

圖18 4號頁巖層裂縫密度沿層切片a 沿時間線分析方法; b 沿時間線自動追蹤方法; c 基于瞬時振幅包絡(luò)方法

為了更加直觀地了解研究區(qū)斷裂-裂縫發(fā)育情況,本文結(jié)合疊后地震不連續(xù)性裂縫屬性參數(shù),進(jìn)行了疊前、疊后斷裂-裂縫綜合分析。根據(jù)地震勘探原理,連續(xù)性較好的同相軸一般對應(yīng)連續(xù)性較好的地層;相反,連續(xù)性較差的同相軸對應(yīng)連續(xù)性較差的地質(zhì)體,如各種斷層構(gòu)造。利用疊后裂縫檢測技術(shù)可以描述地震數(shù)據(jù)的空間連續(xù)性,常用的方法有相干分析、曲率分析、傾角檢測、應(yīng)力分析等。這些方法通常以疊后地震數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),研究的是整個網(wǎng)狀斷裂系統(tǒng)中較大尺度骨架與輪廓的斷裂(在平面上呈線性分布,數(shù)量較少,結(jié)構(gòu)清晰),也用于斷層、河道、尖滅線的刻畫。而對于較小尺度、數(shù)量更龐大的小型或微斷裂,利用疊后裂縫檢測技術(shù)往往不能進(jìn)行詳細(xì)刻畫,但可以進(jìn)行疊合對比,驗(yàn)證疊前檢測技術(shù)反演的全區(qū)大斷裂帶發(fā)育概貌與走勢。圖19分別是研究區(qū)最大正曲率、疊前裂縫密度與發(fā)育方向以及三者的疊合顯示結(jié)果。通過對比可以看出:疊前反演的裂縫發(fā)育密度和方向與最大正曲率所刻畫的斷裂-裂縫發(fā)育特征非常吻合,其準(zhǔn)確性與可靠性得到了進(jìn)一步驗(yàn)證,且在微裂縫的刻畫上更為細(xì)致。

裂縫密度與方向的疊合顯示不僅較好地展現(xiàn)了全區(qū)裂縫發(fā)育的相對強(qiáng)度,而且能直觀地顯示裂縫發(fā)育的方向。對不同區(qū)域范圍裂縫發(fā)育方向進(jìn)行統(tǒng)計(jì)(圖20),可以更細(xì)致地了解該區(qū)域內(nèi)裂縫發(fā)育的優(yōu)勢方向,為該區(qū)頁巖氣開發(fā)方案實(shí)施及井位部署提供準(zhǔn)確的基礎(chǔ)資料。

圖19 疊前疊后疊合顯示a 疊后構(gòu)造曲率; b 疊前裂縫方向密度; c 三者疊合顯示

圖20 裂縫綜合統(tǒng)計(jì)a 相對密度與方位; b 抽稀后的相對密度與方位

4 結(jié)束語

本文研究了疊前方位各向異性裂縫檢測的方法和流程,介紹了滿足實(shí)際需求、具備自主知識產(chǎn)權(quán)的軟件產(chǎn)品。該軟件采用面向集成環(huán)境的組件式模型架構(gòu),有效彌補(bǔ)了傳統(tǒng)面向?qū)ο蟮能浖O(shè)計(jì)思想在研發(fā)規(guī)模、開發(fā)效率、升級維護(hù)方面的不足,使軟件模塊的可重用性得到進(jìn)一步提高。實(shí)際應(yīng)用及對比結(jié)果表明,該軟件可以為后續(xù)頁巖氣開發(fā)方案的部署提供準(zhǔn)確的參考資料,為裂縫型油氣藏勘探開發(fā)提供有效的技術(shù)支持,指導(dǎo)勘探井位的部署。通過進(jìn)一步的擴(kuò)展開發(fā),該軟件可以為疊前彈性參數(shù)反演提供必要的數(shù)據(jù)支持,滿足油氣儲層疊前流體識別的需求。

致謝:感謝中國石油化工股份有限公司西南油氣分公司勘探院領(lǐng)導(dǎo)、專家在軟件推廣與應(yīng)用測試中提供的大力支持和幫助！