符志國，黃建國，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、分布范圍等問題對于指導(dǎo)裂縫型油氣藏開發(fā)具有很大的實用價值。利用地震資料大面積覆蓋的優(yōu)勢，發(fā)展了非常多的裂縫預(yù)測方法，并結(jié)合在井點位置獲取的裂縫信息進(jìn)行裂縫預(yù)測，已得到了廣泛應(yīng)用［1］。按使用的地震數(shù)據(jù)類型可將這些方法大致分為疊后預(yù)測和疊前預(yù)測兩類。疊后預(yù)測方法如相干方法、邊緣檢測方法、曲率法［2］，以及利用各種地震屬性參數(shù)，如衰減屬性、瞬時頻率、方差屬性等［3］進(jìn)行裂縫預(yù)測的方法。疊前預(yù)測方法如使用方位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層裂縫二維九分量地震預(yù)測項目，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)測項目，利用能量比值法確定出裂縫方向［7］。上述兩個項目均通過人工解釋快、慢橫波剖面上的層間時差表征裂縫密集程度。四川盆地LYS構(gòu)造下二疊統(tǒng)碳酸巖鹽裂縫儲層二維三分量地震預(yù)測項目則通過縱波、橫波速度反演方法得到裂縫密度［8］。川西新場地區(qū)深層致密砂巖裂縫三維三分量地震預(yù)測項目采用相對時差梯度法求取了裂縫發(fā)育方向及裂縫密度［9］。科羅拉多Rulison氣田進(jìn)行的寬方位三維三分量地震預(yù)測項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，利用多波資料進(jìn)行裂縫預(yù)測的方法研究和實際應(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)測的方法。實際儲層裂縫方位預(yù)測結(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方法原理

對于三維三分量全方位觀測，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。但對于二維三分量觀測，則只有三維全方位觀測中的一個唯一的方位三分量記錄。如圖1a，當(dāng)?shù)叵铝芽p與測線斜交時，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、慢橫波時差等于20，15，10，5ms時的 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°，測線方向為90°，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）式展開后，可得

當(dāng)掃描角度α與裂縫角度θ相等時，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的快橫波記錄和慢橫波記錄。當(dāng)快、慢波時差較大時，通過分量旋轉(zhuǎn)處理可見到在裂縫方向上快、慢波明顯分離，如圖2a表示的快、慢波時差為20ms時模型（圖1b）的旋轉(zhuǎn)結(jié)果，從第1道至第10道分別對應(yīng)方位0至90°的旋轉(zhuǎn)結(jié)果，間隔為10°。在第7道，即60°，可見到快、慢波明顯分離。隨著時差的逐漸減小，分量旋轉(zhuǎn)處理不再能明顯見到快、慢波能量隨方位的重新分配的變化過程，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。

對旋轉(zhuǎn)后的各方位X，Y分量記錄進(jìn)行一定時差范圍內(nèi)的互相關(guān)，可算得時差—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，相似系數(shù)為－1；快、慢橫波極性相同時相似系數(shù)為＋1）的地方出現(xiàn)在時差－5ms，方位角7，即60°處?？梢娤嗨葡禂?shù)函數(shù)最大（?。┲抵甘境隽肆芽p的時差與方位，而其它方位和時差處不是最大（?。┲?。表明了快、慢波方向上的X′和Y′分量記錄最相似。對于其它相似性較大的點，如（X＝1.0000，Y＝3.0000，Z＝0.932 3），其時移為正，也即需要將Y分量旋轉(zhuǎn)后的記錄Y′在時間軸上還要往“下”時移才取得相似的對應(yīng)，這不符合（7）式的快、慢橫波分離原理，因為同一層的慢橫波不能比快橫波先被接收到，所以這些點盡管相似值較高，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，根據(jù)相似系數(shù)函數(shù)的這一特點可以檢測裂縫的時差與方位。

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分量均無有效反射能量，且可在兩個正交方向上觀察到快波和慢波成像的時差。裂縫方向就是快波所在測線的方向。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 實際資料裂縫預(yù)測

圖4 二維三分量資料偏移剖面（局部）

在A氣田實際二維三分量資料上，裂縫性儲層轉(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有有效反射信號，而有的局部剖面段則有較好的反射信號。由上述分析可知，在無有效反射信號段，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，沒有有效信號投影到Y(jié)分量；而在有有效反射信號段，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)測其裂縫方向，首先對X，Y分量進(jìn)行旋轉(zhuǎn)處理，如圖5，每個CDP號下顯示了從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差如圖6所示。曲線圖展示了預(yù)測段每個CDP位置處預(yù)測的裂縫方位與時差，直方圖統(tǒng)計了方位和時差的分布?？梢?，此目的層段裂縫主要方向為70°～80°，時差主體為6～8ms。該區(qū)在做二維三分量試驗之前已做過三維縱波勘探。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)行對比，結(jié)果見圖7，可見預(yù)測的裂縫系統(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)測較為合理。

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

3 結(jié)束語

通過研究得到如下認(rèn)識：

1）應(yīng)用二維三分量資料在A氣田裂縫性儲層預(yù)測中取得了較好效果。

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

在實際勘探生產(chǎn)中應(yīng)用二維三分量資料預(yù)測裂縫既經(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)試驗和用于儲層重點部位的精細(xì)詳查。

［1］劉振峰，曲壽利，孫建國，等.地震裂縫預(yù)測技術(shù)研究進(jìn)展［J］.石油物探，2012，51（2）：191－198 Liu Z F，Qu S L，Sun J G，et al.Progress of seismic fracture characterization technology［J］.Geophysical Prospecting for Petroleum，2012，51（2）：191－198

［2］孔選林，唐建明，徐天吉.曲率屬性在川西新場地區(qū)裂縫檢測中的應(yīng)用［J］.石油物探，2011，50（5）：517－520 Kong X L，Tang J M，Xu T J.Application of seismic curvature attribute to fracture prediction in Xinchang area，western Sichuan Depression［J］.Geophysical Prospecting for Petroleum，2011，50（5）：517－520

［3］Anjaneyulu S，Abdul A H，Ali S，et al.Role of seismic attributes for sub－seismic fault／fracture characterization：a Kuwait example［J］.Expanded Abstracts of 81stAnnual Internat SEG Mtg，2011，985－988

［4］Lu D L，Li X Y，Di B R.Analysis of 3DP－wave seismic data for fracture detect：a case study ［J］.Expanded Abstracts of 81stAnnual Internat SEG Mtg，2011，1124－1127

［5］Sun S Z，Xi X，Wang Z M，et al.P－wave fracture prediction noise attenuation algorithm using pre－stack data with limited azimuthal distribution：a case study in Tazhong 45area，Tarim Basin［J］.Expanded Abstracts of 81stAnnual Internat SEG Mtg，2011，300－303

［6］Bates C R，Lynn H B，Simon M.應(yīng)用地震技術(shù)研究天然裂縫性含氣儲層［J］.劉勇譯.國外油氣勘探，2000，12（5）：517－530 Bates C R，Lynn H B，Simon M.The study of a naturally fractured gas reservoir using seismic rechniques［J］.Liu Y，translator.Oil ＆ Gas Prospecting Abroad，2000，12（5）：517－530

［7］滕佃波，邢春穎，王赟.基于地震橫波分裂理論的火成巖裂縫檢測［J］.地球物理學(xué)進(jìn)展，2005，20（2）：513－517 Teng D B，Xing C Y，Wang Y.The detection of fracture in igneous－rock－reservoir based on s－wave splitting［J］.Progress in Geophysics，2005，20（2）：513－517

［8］張曉斌，李亞林，唐建侯，等.利用多波資料檢測裂縫［J］.石油地球物理勘探，2003，38（4）：431－434 Zhang X B，Li Y L，Tang J H，et al.Using multi－wave data to detect fractures［J］.Oil Geophysical Prospecting，2003，38（4）：431－434

［9］蔡希源，唐建明，陳本池.三維多分量地震技術(shù)在川西新場地區(qū)深層致密砂巖裂縫檢測中的應(yīng)用［J］.石油學(xué)報，2010，31（5）：737－743 Cai X Y，Tang J M，Chen B C.A 3Dmulti－component seismic exploration technique applied to the detection of deepseated tight sandstone fractures in the Xinchang area of the western Sichuan Basin［J］.Acta Petrolei Sinica，2010，31（5）：737－743

［10］Ivan Vasconcelos，Vladimir Grechka.Seismic characterization of multiple fracture sets at Rulison Field，Colorado［J］.Geophysics，2007，72（2）：B19－B30