張 薇,閻建國，周洪生

地震玫瑰圖分析在裂縫預(yù)測中的應(yīng)用

張 薇,閻建國，周洪生

裂縫儲層的地球物理識別和預(yù)測是世界前沿性研究課題。對于脆性巖層來說，構(gòu)造作用是控制裂縫形成的主要因素，它控制了裂縫的產(chǎn)狀、規(guī)模，同時(shí)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的期次控制著裂縫形成的期次。應(yīng)用地震資料方向加權(quán)相干結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)以制作地震玫瑰圖，并沿層面進(jìn)行有規(guī)律的分析幫助得出層面上有關(guān)裂縫方向性和發(fā)育密度的特征規(guī)律，對無井區(qū)域進(jìn)行裂縫預(yù)測，并取得良好效果。

裂縫預(yù)測；方向加權(quán)相干分析；地震玫瑰圖

裂縫性油氣藏的勘探開發(fā)實(shí)踐證實(shí)，裂縫的發(fā)育與分布規(guī)律對油氣藏精細(xì)評價(jià)與開發(fā)起著至關(guān)重要的作用。搞清裂縫的分布規(guī)律，不但有利于油氣藏開發(fā)方案的部署和調(diào)整，而且對油氣藏的增產(chǎn)效果起著十分重要的作用。研究表明，地應(yīng)力方向常常與有效裂縫展布方向具有十分密切的關(guān)系[1-4]。電成像FMI、聲成像CBIL等成像測井資料，可以有效地進(jìn)行當(dāng)今最大(最小)水平地應(yīng)力分析及相關(guān)方向的確定。但是其缺點(diǎn)主要有以下2個(gè)方面：①受尺度限制，只能顯示井筒范圍內(nèi)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(zhì)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(yù)測規(guī)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(yù)測深層裂縫系統(tǒng)空間分布的有效手段。下面，筆者在疊后地震資料方向加權(quán)相干分析基礎(chǔ)上進(jìn)行統(tǒng)計(jì)以制作地震玫瑰圖，首先在已知井上與鉆井和測井資料進(jìn)行對比，然后沿地震解釋的層面進(jìn)行有規(guī)律的平面分析，最后得出有關(guān)裂縫方向性和發(fā)育密度的特征規(guī)律。

1 基于方向加權(quán)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(guān)算法、第二代利用地震道相似性的算法發(fā)展到第三代基于特征值的算法(C3，Eigenstructure-based，基于本征結(jié)構(gòu)的算法)。

基于本征值結(jié)構(gòu)的相干體算法首先從數(shù)據(jù)體中提取分析時(shí)窗內(nèi)的一組地震道數(shù)據(jù)生成樣點(diǎn)向量。視傾角p和q決定的平面上，樣點(diǎn)向量在分析時(shí)間t為中心的上下±K的垂直時(shí)窗內(nèi)，組成新數(shù)據(jù)矩陣的行，不同時(shí)間位置形成數(shù)據(jù)矩陣的列,它們進(jìn)行自相關(guān)和互相關(guān)后生成協(xié)方差矩陣(Covariance Matrix)。

基于方向性加權(quán)相干是在第三代本征值(C3)[5]相干算法的基礎(chǔ)上，將結(jié)果銳化后進(jìn)行進(jìn)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(yīng)力和斷層及構(gòu)造性裂縫發(fā)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(jìn)行定向?yàn)V波。其中切除規(guī)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(guī)則干擾?；诜较蛐约訖?quán)相干可用于檢測由構(gòu)造變形引起的大小斷層和裂縫發(fā)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(dǎo)流方向，而裂縫的密度反映了裂縫(裂縫發(fā)育帶)的發(fā)育程度，這是2個(gè)非常重要的裂縫參數(shù)，玫瑰圖能夠非常直觀形象的表現(xiàn)這2個(gè)參數(shù)。 在地質(zhì)學(xué)中，裂縫方位角可以理解為從裂縫上某點(diǎn)的指北方向線起，依順時(shí)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(gè)小單元進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，然后將統(tǒng)計(jì)出來的不同方位上的裂縫出現(xiàn)頻率進(jìn)行歸一化處理，再分別刻畫到玫瑰圖表盤上，目標(biāo)地區(qū)的裂縫分布就形成了一個(gè)玫瑰圖。其中，表盤有2個(gè)參數(shù)坐標(biāo)軸，分別為圓形角度坐標(biāo)(反映裂縫的方位角)和線性密度坐標(biāo)(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(qū)域裂縫的走向一致，而某個(gè)方位的花瓣長度依賴于在該方位裂縫出現(xiàn)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(jié)果易于理解。

筆者制作的玫瑰圖是基于方向加權(quán)的地震資料相干檢測的基礎(chǔ)上來進(jìn)行的，圖2(a)為某地區(qū)F層的方向加權(quán)相干結(jié)果，將其進(jìn)行線性加強(qiáng)(見圖2(b))，根據(jù)測網(wǎng)選擇目標(biāo)區(qū)域(見圖2(c))進(jìn)行裂縫統(tǒng)計(jì)，然后轉(zhuǎn)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(jìn)行玫瑰圖制作時(shí)可以就選取某口井附近區(qū)域分析。

圖2 基于方向加權(quán)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?dāng)?shù)據(jù)與地應(yīng)力分析結(jié)果的對比

實(shí)際工作中，為了提高準(zhǔn)確度，可以借助成像測井及生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比驗(yàn)證。首先根據(jù)地質(zhì)資料確定裂縫發(fā)育帶的主方向，然后確定相關(guān)方向加權(quán)的方向測度(因子)，也可以選取沿基本構(gòu)造應(yīng)力場方向進(jìn)行加權(quán)，然后在基于方向加權(quán)相干檢測的結(jié)果上作出方向玫瑰圖，并與測井分析的玫瑰圖進(jìn)行對比。如果兩者相關(guān)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(jié)果比較可靠。

從測井解釋(見圖3)得到，對高導(dǎo)縫產(chǎn)狀進(jìn)行統(tǒng)計(jì)表明，高導(dǎo)縫走向優(yōu)勢方位主要為北北東-南南西向。該井高阻縫走向優(yōu)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(fēng)一段的地震裂縫檢測結(jié)果統(tǒng)計(jì)的裂縫方向也主要是北北東-南南西向，說明結(jié)果可靠。

圖3 百泉1井風(fēng)城組井段測井裂縫解釋圖 圖4 百泉1井附近風(fēng)一段、風(fēng)二段地震玫瑰圖

圖5為某地區(qū)各井點(diǎn)地應(yīng)力方向分析圖(其中箭頭為最大地應(yīng)力方向)，將各井點(diǎn)的地震玫瑰圖重疊在井點(diǎn)位置，可以看出兩者符合地質(zhì)規(guī)律。

4 玫瑰圖平面展布分析

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

圖5 某地區(qū)各井點(diǎn)地應(yīng)力方向分析圖及地震玫瑰圖 圖6 風(fēng)一段地震玫瑰圖平面分析結(jié)果(xline679-1579)

通過這種成規(guī)模的玫瑰圖平面展布分析，在沒有井的區(qū)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(yù)測及其他工作奠定了基礎(chǔ)。

[1]納爾遜 R A.天然裂縫性儲集層地質(zhì)分析[M].柳廣第,朱筱敏 譯.北京：石油工業(yè)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(jì),文曉濤.裂縫油氣藏地球物理預(yù)測[M].成都：四川科學(xué)技術(shù)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

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1673-1409(2012)12-N061-03