楊 平，李海銀，胡 蕾，李相文，李 明

(1.中國石油大學(xué)(北京)，北京102249;2.中國石油天然氣集團(tuán)公司東方地球物理勘探有限責(zé)任公司，河北涿州072751)

提高裂縫預(yù)測精度的解釋性處理技術(shù)及其應(yīng)用

楊 平1,2，李海銀2，胡 蕾2，李相文2，李 明2

(1.中國石油大學(xué)(北京)，北京102249;2.中國石油天然氣集團(tuán)公司東方地球物理勘探有限責(zé)任公司，河北涿州072751)

隨著油氣勘探目標(biāo)的日趨復(fù)雜，對裂縫預(yù)測的精度要求不斷提高，裂縫預(yù)測的重要性越發(fā)突出。在分析曲率、相干、各向異性等常用裂縫預(yù)測技術(shù)的原理與適用性的基礎(chǔ)上，提出了通過解釋性處理提高裂縫預(yù)測精度的兩類方法:一是對輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行突出裂縫特征的預(yù)處理，如各種濾波、限偏移距疊加、各向異性背景校正等，以提高輸入數(shù)據(jù)與預(yù)測方法的匹配度，從而提高裂縫預(yù)測的信噪比與可靠性。二是對輸出結(jié)果進(jìn)行圖像處理、螞蟻?zhàn)粉櫋?shù)據(jù)融合等強(qiáng)化處理，提取并突顯反映裂縫的弱信號，從而提高裂縫預(yù)測的分辨率。將構(gòu)造導(dǎo)向濾波、限偏移距疊加、各向異性背景校正、線形增強(qiáng)以及線形增強(qiáng)+螞蟻?zhàn)粉櫟冉忉屝蕴幚砑夹g(shù)應(yīng)用于塔里木盆地不同工區(qū)的地震資料處理，結(jié)果表明，在常規(guī)裂縫預(yù)測方法的基礎(chǔ)上，根據(jù)目標(biāo)體的地質(zhì)特征優(yōu)選解釋性處理技術(shù)進(jìn)行預(yù)處理或級聯(lián)處理，能夠有效提高裂縫預(yù)測精度。

解釋性處理;裂縫預(yù)測;相干;曲率;各向異性

隨著油氣勘探開發(fā)程度的不斷深入，低孔低滲儲層及非常規(guī)儲層在地質(zhì)目標(biāo)中所占的比重正逐步增加[1]。裂縫在這類儲層中是重要的流體運(yùn)移通道和儲集空間，對儲層的連通性、產(chǎn)能和儲量有著重要影響[2]。裂縫預(yù)測精度對這類儲層的高效勘探開發(fā)至關(guān)重要。裂縫預(yù)測精度越高，越有利于實(shí)現(xiàn)正確的儲量評價與井位部署，勘探開發(fā)效益也越好。這就要求在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上大幅提高裂縫預(yù)測的精度[1-2]。

井孔之外的裂縫預(yù)測主要通過地震技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。地震裂縫預(yù)測技術(shù)大體可分為3類[3]:一是基于疊后地震資料，根據(jù)斷裂、裂縫的地質(zhì)成因與表現(xiàn)，利用相干、曲率、應(yīng)力場等特定地震屬性來表征裂縫的疊后裂縫預(yù)測技術(shù);二是基于疊前多方位地震數(shù)據(jù)，根據(jù)裂縫介質(zhì)的縱波方位各向異性特征，通過橢圓擬合實(shí)現(xiàn)裂縫方位和密度預(yù)測的疊前裂縫預(yù)測技術(shù);三是基于多分量(橫波或轉(zhuǎn)換波)資料，根據(jù)裂縫介質(zhì)中的橫波分裂現(xiàn)象進(jìn)行裂縫預(yù)測的技術(shù)。由于技術(shù)及工程等多方面因素的影響，獲取高品質(zhì)橫波(或轉(zhuǎn)換波)資料的難度及成本較大[3]，因此目前應(yīng)用最多的仍是相干、曲率和各向異性3種屬性的分析技術(shù)，并取得了較好的應(yīng)用效果[3-6]。

通常人們通過改進(jìn)算法來提高裂縫預(yù)測精度。如眾多學(xué)者不斷改進(jìn)第3代相干算法[3-4]，使其抗噪能力和分辨率不斷提高。優(yōu)秀的算法能夠明顯提高裂縫預(yù)測精度，是裂縫預(yù)測的核心。但改進(jìn)算法需要具備較高的地球物理、數(shù)學(xué)及計算機(jī)編程能力，對普通解釋人員而言難度較大。本文對現(xiàn)有裂縫預(yù)測技術(shù)的原理與適用性進(jìn)行了深入分析，發(fā)現(xiàn)它們的預(yù)測效果既受輸入數(shù)據(jù)影響，也與裂縫屬性的后續(xù)處理有關(guān)。由此提出了通過解釋性處理來提高裂縫預(yù)測精度的思路。即根據(jù)不同裂縫算法的特點(diǎn)，解釋人員在計算裂縫屬性之前和之后，利用常規(guī)的處理、解釋軟件，分別對輸入數(shù)據(jù)和輸出結(jié)果進(jìn)行針對性的處理，使輸入數(shù)據(jù)更符合特定算法的需求，使輸出結(jié)果進(jìn)一步得到優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)提高裂縫預(yù)測精度的目的。該方法實(shí)用靈活、易于掌握，在塔里木盆地不同巖性、多個區(qū)塊得到應(yīng)用，取得了較好的效果并得以推廣。

1 裂縫的地震表征及預(yù)測方法

裂縫是指巖石在構(gòu)造或成巖作用下，地層發(fā)生形變的過程中形成的天然破裂面[7]。地層形變的直觀表現(xiàn)是地層的彎曲度和連續(xù)性的變化，可分別用曲率和相干屬性來描述。此外，裂縫還能引起地層各向異性特征的變化。各向異性的方向和強(qiáng)度，能在一定程度上反映裂縫的發(fā)育方向與密度。對地層的彎曲度、連續(xù)性和各向異性特征的表征是地震裂縫預(yù)測技術(shù)的研究重點(diǎn)，與之相對應(yīng)的3種地震屬性是進(jìn)行裂縫預(yù)測時最基礎(chǔ)、最重要的屬性。這是它們得到廣泛應(yīng)用的重要原因。

1.1 曲率屬性

曲線的曲率為曲線上某點(diǎn)處密切圓的半徑的倒數(shù)[3]，是表征曲線彎曲程度的量?；谇嫔喜煌较蛏系木€曲率，可以定義多種面曲率屬性，從不同方面反映曲面的彎曲程度和彎曲方式。假設(shè)曲面上某點(diǎn)所對應(yīng)的二次曲面方程為:

f(x,y)=ax2+by2+cxy+dx+ey+f

(1)

則生產(chǎn)中最常用的最大正曲率Kpos和最小負(fù)曲率Kneg分別定義如下:

(2)

(3)

它們分別代表了曲面上某點(diǎn)處最凸及最凹方向上的曲線彎曲程度，完全由曲面方程的系數(shù)決定。其它面曲率也是如此[5]。對三維地震數(shù)據(jù)體中的每一個點(diǎn)計算面曲率，就可得到曲率數(shù)據(jù)體，簡稱曲率體。具體實(shí)現(xiàn)方法是:首先計算主測線與聯(lián)絡(luò)線方向上的視傾角;然后根據(jù)視傾角與二次曲面方程((1)式)系數(shù)之間的關(guān)系[5]，得到該點(diǎn)處的曲面方程;最后根據(jù)曲面方程系數(shù)與各種面曲率的關(guān)系(如(2)式、(3)式)，得到各種曲率體。在計算曲率體的過程中，選擇不同的計算范圍與平滑程度，所得曲率屬性反映的斷裂級別也不相同。當(dāng)計算范圍與平滑程度足夠小的時候，就能夠反映小尺度的地層彎曲，用于代表裂縫級的斷裂。

1.2 相干屬性

相干分析技術(shù)通過計算相鄰地震道之間的相似性，來描述地層的不連續(xù)性。第1代相干算法(C1)利用中心道與相鄰道之間的互相關(guān)系數(shù)的幾何平均值來描述道間相似性。第2代算法(C2)直接計算分析窗口內(nèi)多道數(shù)據(jù)的相關(guān)系數(shù)，具有更高的抗噪能力[4]。目前一般采用第3代算法(C3)，即本征值相干技術(shù)來進(jìn)行相干分析。

C3算法首先將一定分析窗口(J道，每道N個采樣點(diǎn))范圍內(nèi)的地震數(shù)據(jù)構(gòu)建為一個N行J列的矩陣D。D中第n行、第j列的元素unj為第j道的第n個采樣點(diǎn)的振幅值:

(4)

在矩陣D的基礎(chǔ)上，考慮地層傾角因子p和q，構(gòu)建協(xié)方差矩陣C(p,q):

(5)

式中:p和q分別表示x方向和y方向上相鄰地震道之間的時移量。

協(xié)方差矩陣C的最大本征值λ1與全部本征值之和的比值(代表主要變化量與總能量的比)定義為計算點(diǎn)的相干值(C3)，即:

(6)

式中:J為參與運(yùn)算的地震道道數(shù)。顯然，在合理范圍內(nèi)，參與運(yùn)算的道數(shù)越多，平均效應(yīng)就越強(qiáng)，對隨機(jī)值的壓制也越強(qiáng)，就越能突出大斷層而壓制小斷層;反之則能突出小斷層。對時窗長度而言也類似。

1.3 各向異性屬性

定向排列的垂直裂縫是引起地層橫向各向異性的重要因素之一。這種地層是實(shí)際生產(chǎn)中最常見的裂縫型儲層，可視為HTI介質(zhì)。Rüger給出了在小角度入射、弱各向異性條件下，HTI介質(zhì)的縱波反射系數(shù)公式[8]，其二項簡化形式是:

(7)

式中:R0為垂直入射時的縱波反射系數(shù);φ為相對于裂縫走向的觀測方位，與裂縫走向平行時為0，垂直時為90°;Biso與Bani(φ)分別為梯度項中的各向同性部分與各向異性部分，其中，Biso完全由介質(zhì)彈性參數(shù)決定，Bani(φ)為cos2φ的正比例函數(shù)，其比例系數(shù)由地層彈性參數(shù)完全決定。

因此，當(dāng)入射角i=θ時，(7)式可寫為:

(8)

其中，A，B為由介質(zhì)彈性參數(shù)決定的常數(shù)?？梢娫谏鲜黾僭O(shè)條件下HTI介質(zhì)中地震反射系數(shù)表現(xiàn)為一個以方位角φ為變量的橢圓，橢圓的離心率隨入射角i的增加而增加。方位角φ為0或90°時反射系數(shù)最大。其它屬性如振幅、速度、頻率、AVO梯度等也有類似特征。

利用這一特性，可以通過橢圓擬合求取地層的各向異性屬性。各向異性屬性包括方向和強(qiáng)度兩個參數(shù)，可分別用橢圓的軸向與離心率表示，用于描述裂縫的方向與密度。橢圓擬合的方法很多，不同的擬合方法具有不同的擬合精度與效率，其中最常用的是最小二乘距離擬合法[9]。在橢圓擬合過程中，可以根據(jù)資料的信噪比確定是否需要擴(kuò)大面元以提高覆蓋次數(shù)。面元的大小決定了所要反映的裂縫的尺度。

2 提高裂縫預(yù)測精度的思路

裂縫預(yù)測精度包括可靠性與精細(xì)度兩方面的內(nèi)容，分別對應(yīng)裂縫屬性的信噪比與(橫向)分辨率。相對于斷層而言，裂縫的開度小、長度短，引起的地震響應(yīng)弱。既需要用較高的分辨率去揭示裂縫，也需要較高的信噪比來區(qū)分裂縫和噪聲，因此裂縫預(yù)測的難度更大。從相干、曲率、各向異性3種屬性的計算方法可知：在計算裂縫屬性的過程中，為了提高裂縫屬性的信噪比，需要擴(kuò)大分析窗口，但這樣就會降低分辨率。因此對某一特定算法而言，裂縫信息的信噪比與分辨率難以同時提高。為了提高裂縫預(yù)測精度，最直接的途徑就是優(yōu)化算法本身。如同相干算法從C1發(fā)展到C3那樣，對地層不連續(xù)性的表征由“互相關(guān)系數(shù)”發(fā)展為“矩陣本征值”，從而可以在相同分析窗口條件下得到信噪比和分辨率都更高的預(yù)測結(jié)果。有大量的研究從不同角度對算法進(jìn)行優(yōu)化[3-5]，并取得了較好的效果。

本文重點(diǎn)討論另一種途徑，即通過解釋性處理提高裂縫預(yù)測精度(圖1)。具體研究思路是：①根據(jù)不同裂縫屬性的算法特點(diǎn)，在計算裂縫屬性之前對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波、限偏移距疊加、各向異性背景校正等預(yù)處理(圖1中紅色實(shí)線框)，突出裂縫特征，改善輸入數(shù)據(jù)與預(yù)測方法的匹配性，從而提高預(yù)測結(jié)果的信噪比與可靠性；②在計算裂縫屬性之后，對疊后預(yù)測結(jié)果進(jìn)行線形增強(qiáng)、螞蟻?zhàn)粉櫟葟?qiáng)化處理(圖1中藍(lán)色實(shí)線框)，進(jìn)一步突出有效裂縫信息，提高預(yù)測結(jié)果的分辨率；③將疊前與疊后預(yù)測成果進(jìn)行綜合分析(圖1中藍(lán)色虛線框)，發(fā)揮其各自優(yōu)勢，得到關(guān)于裂縫發(fā)育特征的更全面的認(rèn)識。我們認(rèn)為，預(yù)處理和強(qiáng)化處理單獨(dú)或結(jié)合應(yīng)用，都可以更好地識別、提取與突顯反映裂縫的弱信號，達(dá)到提高裂縫屬性的信噪比與視分辨率的目的。

圖1 通過解釋性處理提高裂縫預(yù)測精度的研究思路及流程

3 解釋性處理技術(shù)及其應(yīng)用

Paper等[10]在1991年提出“解釋性處理”的理念:將地質(zhì)認(rèn)識應(yīng)用于地震處理過程，以確定哪些數(shù)據(jù)要消除，哪些要保留，哪些要重新組排，使地震資料更好地滿足地質(zhì)研究的需求。這一理念一經(jīng)提出便得到廣泛認(rèn)可，并被各解釋軟件公司實(shí)現(xiàn)在其產(chǎn)品中[11]，為解釋人員深入研究地質(zhì)目標(biāo)提供了強(qiáng)有力的支撐。本文將解釋性處理定義為:在地震資料解釋過程中，根據(jù)構(gòu)造、儲層與油氣研究的需要，對偏移成果或道集資料進(jìn)行目標(biāo)處理的一種技術(shù)。它包括各種以提高信噪比和分辨率、或是以改善視覺效果為目的的振幅處理、濾波、反褶積、屬性計算以及圖像處理技術(shù)。解釋性處理往往為了突出某種地質(zhì)現(xiàn)象而犧牲部分有用信號，有助于提高特定信息的解釋精度，對復(fù)雜地質(zhì)目標(biāo)研究具有重要意義，對裂縫預(yù)測也是如此。

3.1 輸入數(shù)據(jù)預(yù)處理

處理員提交的地震資料由于考慮了綜合研究的需要，一般都盡可能以保幅和可靠為原則，不過分突出信噪比、分辨率以及連續(xù)性的任一方面[12]。因此可以根據(jù)裂縫預(yù)測方法的特點(diǎn)，通過解釋性處理，犧牲部分信息來突出裂縫信息，改善輸入數(shù)據(jù)與預(yù)測方法的匹配性，以達(dá)到提高裂縫預(yù)測精度的目的。

3.1.1 用于疊后裂縫預(yù)測的資料預(yù)處理

相干和曲率分析技術(shù)最早用于斷裂的描述。早期基于互相關(guān)以及多道相似性的C1，C2算法[4]抗噪能力差、橫向分辨率低，只能用于指導(dǎo)斷裂解釋。而基于本征向量分析的C3算法[4,13]，在信噪比與分辨率方面都得到極大提高，基本滿足了裂縫預(yù)測的需求。曲率分析技術(shù)也是類似:早期的面曲率分析技術(shù)主要用于宏觀的斷裂描述和應(yīng)力場分析[14]，而近年來出現(xiàn)的以最大正曲率和最小負(fù)曲率[15]為代表的曲率分析技術(shù)大幅提高了曲率研究精度，基本達(dá)到了裂縫預(yù)測的需求?？梢娪捎跀嗔雅c裂縫的伴生關(guān)系，高精度的相干和曲率分析技術(shù)可以用于裂縫預(yù)測。

可以通過輸入數(shù)據(jù)預(yù)處理進(jìn)一步改善相干或曲率分析的效果。以相干分析為例:該技術(shù)主要用于研究地層的不連續(xù)性(而非物性)，因此可以在計算相干屬性之前，通過濾波、頻譜分解、限偏移距或限方位角疊加等手段，犧牲原始資料的保幅性和縱向分辨率，提高信噪比并突出不連續(xù)性，從而提高對小尺度裂縫的識別能力。

構(gòu)造導(dǎo)向濾波是應(yīng)用效果較好的預(yù)處理方法之一[16]。它在分析同相軸的延伸方向及變化點(diǎn)(斷點(diǎn))的基礎(chǔ)上，沿地震同相軸進(jìn)行平滑。平滑操作不跨越斷點(diǎn)，能夠使斷點(diǎn)間的同相軸變得更加連續(xù)，同時使斷點(diǎn)顯得更加突出，十分有利于相干算法的應(yīng)用。

以塔里木盆地LN油田TI油組的裂縫預(yù)測為例分析其效果。該油藏是一個受擠壓背斜控制的砂巖油藏。背斜由兩條東西向邊界斷層夾持，內(nèi)部發(fā)育若干小斷層。由于儲層物性較好，開發(fā)早期一直認(rèn)為油藏東西向是連通的。到了開發(fā)中、后期，發(fā)現(xiàn)部分相鄰井并不連通，才認(rèn)識到背斜內(nèi)部可能存在封堵性小斷裂。原始地震資料雖然能夠反映一些小斷裂(圖2a)，但斷點(diǎn)并不清晰，或者表現(xiàn)為撓曲。相干平面圖上只能看到少量的斷層，且信噪比低、清晰度差，不易于識別(圖2b)。根據(jù)該區(qū)地層陡、微斷裂發(fā)育的特點(diǎn)，選擇大傾角(40°)、長傾角掃描時窗(10個采樣點(diǎn))的參數(shù)進(jìn)行構(gòu)造導(dǎo)向濾波，得到如圖2c所示的地震剖面?？梢?，資料濾波后雖然出現(xiàn)同相軸畸變，連續(xù)性變差等現(xiàn)象，但是斷點(diǎn)變得更加清晰、干脆?；谠撡Y料的相干屬性信噪比明顯提高(圖2d)。除了揭示出更多的東西向斷層外，還反映出多條北東—南西向展布的小、微斷層，合理地解釋了井間流體不連通的現(xiàn)象，為開發(fā)調(diào)整方案的制定提供了重要依據(jù)。

在沒有構(gòu)造導(dǎo)向濾波軟件的情況下，普通的帶通濾波也能起到改善資料條件的作用。這是因為地震主頻段的信噪比要高于其它頻段。通過帶通濾波舍棄低、高頻段的信息，可獲得較高信噪比的資料用于相干的輸入，從而提高相干信息的信噪比。信噪比的提高則有利于分辨更小尺度的裂縫。利用頻譜分解并選擇優(yōu)勢頻段數(shù)據(jù)進(jìn)行相干處理可以達(dá)到相似的效果。如果有疊前CRP道集，考慮到中偏移距數(shù)據(jù)的信噪比要高于遠(yuǎn)、近偏移距數(shù)據(jù)的信噪比，可以通過限偏移距疊加的方法獲得具有更高信噪比的資料。在已知裂縫展布方向的前提下，可以通過限方位角疊加，使得垂直于該方位角展布的裂縫成像更好。這樣，通過資料預(yù)處理，或是提高資料信噪比，或是突出地層不連續(xù)性，都能夠提高對小尺度裂縫(弱信號)的檢測精度。

圖2 構(gòu)造導(dǎo)向濾波前、后地震剖面及相干屬性平面分布

類似的方法對提高曲率分析精度同樣有效。圖3是YH油田利用部分偏移距疊加資料進(jìn)行曲率屬性研究的例子。從圖3a可見，該區(qū)CRP道集資料的近、遠(yuǎn)偏移距部分信噪比低、能量弱，與中間偏移距部分差異很大。選擇圖3a中藍(lán)色虛線范圍內(nèi)的道集進(jìn)行疊加，得到如圖3c所示部分偏移距疊加資料。對比圖3b(全偏移距疊加剖面)與圖3c可見，部分偏移距疊加剖面中斷層的清晰度得到明顯提高(如圖3c中藍(lán)色虛框所注)。基于圖3b、圖3c 兩套資料，得到圖3d、圖3e兩張曲率屬性平面圖。對比圖3d和圖3e可見,后者在弱信號區(qū)的清晰度與連續(xù)性明顯提高(如圖中綠色虛框所注)，表明部分偏移距疊加資料對微、小斷裂的刻畫精度更高。需要注意的是全偏移距疊加資料與部分偏移距疊加資料在同相軸位置、相對振幅關(guān)系等方面有一定的差異，斷層位置也可能會有細(xì)微差別，在應(yīng)用時需加以注意。

3.1.2 用于疊前裂縫預(yù)測的資料預(yù)處理

基于各向異性分析的疊前裂縫預(yù)測技術(shù)具有完善的理論基礎(chǔ)和成熟的實(shí)現(xiàn)方法。但是橢圓擬合的效果與輸入數(shù)據(jù)的質(zhì)量密切相關(guān)，受原始地震資料的面元屬性、信噪比、保幅性、上覆地層各向異性等多種因素的影響。提高疊前裂縫預(yù)測的精度，首先要提高輸入數(shù)據(jù)的質(zhì)量。不分析和消除輸入數(shù)據(jù)中的干擾因素而直接用于裂縫預(yù)測，往往會造成較大的誤差。

提高疊前裂縫預(yù)測輸入數(shù)據(jù)的質(zhì)量，重點(diǎn)不只是提高信噪比，更是要提高準(zhǔn)確性。利用橢圓擬合法進(jìn)行各向異性裂縫預(yù)測時，要求不同方位的屬性值能夠正確反映地層本身的各向異性特征，即不同方位上地震屬性的相對大小關(guān)系要正確。這就需要盡可能消除兩方面的影響:一是由于不同方位上覆蓋次數(shù)、偏移距范圍等觀測參數(shù)的不同造成的影響，這一般由處理員來解決;二是由于目的層上覆地層的各向異性對目的層的影響，需要通過解釋性處理加以消除。

以目前最常用的振幅屬性為例:由于上部地層的各向異性將導(dǎo)致不同方向上透射波能量(即下部地層的入射波能量)的差異，因此下部地層在不同方位上的反射波能量(振幅)差異并不完全是其自身的各向異性特征的響應(yīng)，而是其上部及其自身地層的各向異性特征的綜合響應(yīng)。因此，必須將上覆地層的各向異性引起的那部分振幅差異剝離出去，才能得到正確反映目的層自身各向異性特征的振幅關(guān)系。

我們針對疊前裂縫預(yù)測的輸入數(shù)據(jù)預(yù)處理方法及假設(shè)條件是:①對不同方位的數(shù)據(jù)進(jìn)行信號改善和歸一化處理，以減小噪聲和采集參數(shù)對裂縫預(yù)測結(jié)果的影響。②在目的層之上就近選擇一套穩(wěn)定沉積、構(gòu)造變形小、裂縫不發(fā)育的標(biāo)志層，并假設(shè)該套地層及其以上地層沒有方位各向異性，那么，從該地層任一點(diǎn)向下的透射波在不同方位上的振幅應(yīng)該是相等的。③對標(biāo)志層，計算其每一點(diǎn)在不同方位上的振幅偏差Ei((9)式)。這相當(dāng)于求取將標(biāo)志層以上所有地層“校正”為各向同性地層的校正量。

圖3 全偏移距疊加資料與部分偏移距疊加資料的曲率屬性

(9)

式中:n為劃分出的方位的個數(shù);Ai為第i個方位上的振幅值;Ei為第i個方位上的偏差。④將標(biāo)志層和目的層在不同方位上的振幅值減去對應(yīng)點(diǎn)的校正量Ei。這相當(dāng)于把標(biāo)志層“校正”為各向同性地層，同時剝離了目的層中由標(biāo)志層以上所有地層的各向異性引起的振幅差異，使得目的層在不同方位上的振幅差異只反映其自身的各向異性特征。

以塔里木盆地H7區(qū)塊為例:該區(qū)發(fā)育碳酸鹽巖巖溶儲層，裂縫是連通不同巖溶縫洞體、改善儲層滲透性的主要因素。裂縫預(yù)測對提高單井產(chǎn)量具有重要意義[6]。圖4a是數(shù)據(jù)預(yù)處理示例圖。假設(shè)利用6個方位的振幅信息進(jìn)行橢圓擬合。可見目的層和標(biāo)志層在校正前(深、淺藍(lán)色)具有明顯的相關(guān)性。當(dāng)把標(biāo)志層校平后(棕色)，目的層在不同方位的振幅值隨之改變(紅色)，且不再與校正后的標(biāo)志層振幅值相關(guān)。說明本方法基本消除了上覆地層各向異性的影響。圖4b和圖4c分別給出了基于原始數(shù)據(jù)和誤差校正后數(shù)據(jù)的裂縫預(yù)測結(jié)果。對比圖4b和圖4c可見,在H7-2井點(diǎn)處，利用原始數(shù)據(jù)預(yù)測的裂縫方向與測井測量值不一致，而進(jìn)行各向異性校正后，預(yù)測結(jié)果與測量值基本一致。此外，在斷層末端，校正后的預(yù)測結(jié)果清晰地揭示出2組裂縫，其夾角與斷層的夾角分別近似為30°與90°，與裂縫發(fā)育的地質(zhì)規(guī)律吻合。這些都說明通過數(shù)據(jù)預(yù)處理，疊前裂縫預(yù)測精度得到了提高。

3.2 輸出結(jié)果強(qiáng)化處理

由于數(shù)據(jù)動態(tài)范圍大、局部信噪比低等原因，曲率與相干屬性中反映裂縫的弱信號容易被強(qiáng)信號(如斷層響應(yīng))或噪聲所屏蔽，難以直接識別。這時可以通過圖像處理、螞蟻?zhàn)粉櫼约皩傩匀诤系燃夹g(shù)，對這些弱信號進(jìn)行提取和強(qiáng)化，以得到更加精細(xì)的裂縫信息。這可以認(rèn)為是針對裂縫信息的級聯(lián)處理[17]。

圖4 上覆地層誤差校正及校正前、后裂縫預(yù)測結(jié)果對比

圖像處理技術(shù)是深度挖掘地震資料隱蔽信息的重要手段，目前已經(jīng)在地震解釋領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[18]。其中線形增強(qiáng)(Line Enhancement)是商業(yè)軟件中效果較好的圖像處理技術(shù)。其基本原理是:①假設(shè)斷裂和裂縫在空間上表現(xiàn)為近似平面形狀，則它們在平面上就會表現(xiàn)為線條形狀;②通過圖像處理，將相干數(shù)據(jù)體中連續(xù)且空間上表現(xiàn)為近似平面形狀的低相干部分增強(qiáng)，并將無規(guī)律的低相干部分進(jìn)行壓制，從而突出細(xì)微的線形異常，揭示微斷裂和裂縫。具體實(shí)現(xiàn)過程一般包括3步:①在水平切片(Time Slice)上進(jìn)行線形增強(qiáng)及噪聲壓制;②在步驟①的輸出成果上完成垂直剖面(包括Inline與Crossline)上的線形增強(qiáng)及噪聲壓制;③將平面線形異常與剖面線形異常組合為空間斷裂面。

塔里木盆地TZ45井區(qū)碳酸鹽巖地層斷裂發(fā)育而溶洞發(fā)育很少，需要預(yù)測溶洞周圍的裂縫發(fā)育情況以落實(shí)高效井位。利用疊前時間偏移資料，基于C3算法的相干屬性平面圖清晰地揭示出了各級斷層的分布特征(圖5a)，但對裂縫的響應(yīng)卻顯得非常微弱，不能指導(dǎo)裂縫預(yù)測。根據(jù)該區(qū)斷層垂直發(fā)育的特點(diǎn)，采用小橫向距(線、道方向各3點(diǎn))提高橫向分辨率，大縱向距(12個采樣點(diǎn))提高信噪比，得到如圖5b所示線形增強(qiáng)后的屬性平面分布。由于弱信號被放大，圖5b比圖5a明顯多出了兩條北東—南西向的裂縫帶(如圖中淺藍(lán)色虛線框所示)。由于這項技術(shù)在當(dāng)時屬于首次應(yīng)用，且這兩條裂縫帶在圖5a及其它屬性中幾乎都不可見，因此其真實(shí)性一度遭到懷疑。認(rèn)為這兩條裂縫帶與主測線方向基本平行，可能是采集腳印。后來，通過疊前深度偏移進(jìn)一步提高了資料品質(zhì)，并在構(gòu)造導(dǎo)向濾波的基礎(chǔ)上進(jìn)行曲率分析，才證實(shí)了這兩個部位存在與工區(qū)西北部的北東—南西向斷裂同期形成的走滑斷裂(圖5c虛線框內(nèi))。且正是由于其走向與主測線方向基本平行，不利于觀測成像，才未能在常規(guī)相干屬性上體現(xiàn)出來。后續(xù)鉆井表明，位于這兩個條帶中的溶洞具有相對較高的產(chǎn)量，證明了它們的確是裂縫發(fā)育帶。由此可見線形增強(qiáng)技術(shù)能夠使表征裂縫的弱信號得到突顯，從而提高裂縫預(yù)測精度。該技術(shù)與相干、曲率等技術(shù)相結(jié)合，可以全面反映研究區(qū)各種尺度的斷裂及裂縫發(fā)育特征。

螞蟻?zhàn)粉櫦夹g(shù)是近年來廣泛應(yīng)用于斷層和裂縫自動識別的一項新技術(shù)。它模擬自然界中螞蟻的覓食行為，通過人工螞蟻之間的信息傳遞，吸引蟻群集中在符合預(yù)設(shè)斷裂條件的最優(yōu)路徑上。其本質(zhì)是對符合預(yù)設(shè)條件的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動識別和提取，因此除了直接應(yīng)用于地震數(shù)據(jù)體以識別斷層之外，還可應(yīng)用于相干、曲率乃至相干加強(qiáng)數(shù)據(jù)體，達(dá)到精細(xì)裂縫預(yù)測的目的。螞蟻?zhàn)粉櫵惴ㄒ话阌?項參數(shù)，分別是初始搜索半徑、追蹤軌跡偏離度、追蹤步長、非法步數(shù)、合法步數(shù)以及終止門檻值。在實(shí)際資料解釋中，還有一組用于控制斷裂產(chǎn)狀(走向、傾向、傾角)的重要參數(shù)，用于過濾不符合預(yù)期地質(zhì)規(guī)律的追蹤結(jié)果[19]。

圖5 塔里木盆地TZ45井區(qū)相干屬性(a)、相干增強(qiáng)后屬性(b)及曲率屬性(c)平面分布

塔里木盆地H16井區(qū)碳酸鹽巖地層發(fā)育共軛走滑斷裂，同時溶洞十分發(fā)育。相干屬性平面圖主要反映了沿斷層發(fā)育的溶洞而不能直接反映斷層(圖6a)。圖6b顯示了在相干屬性的基礎(chǔ)上進(jìn)行線形增強(qiáng)，去除了非線形的溶洞并突出線形的弱相干信號。由于溶洞邊界的影響，線形增強(qiáng)的結(jié)果在強(qiáng)信號(黑色)反映宏觀規(guī)律的同時，弱信號(灰色)在方向上表現(xiàn)得相對雜亂。圖6c為在圖6b的基礎(chǔ)上，利用螞蟻?zhàn)粉櫦夹g(shù)，根據(jù)工區(qū)斷裂發(fā)育特征精細(xì)調(diào)整裂縫的方位±(30°～40°)、傾角(75°～90°)、最小延伸長度(1.5km)等參數(shù)，將符合預(yù)期產(chǎn)狀特征的斷裂信息提取、篩選并顯示出來。圖6c在與圖6b 整體規(guī)律一致的情況下，通過產(chǎn)狀控制，去掉了圖6b中非共軛方向上的雜亂弱信號，更加合理地反映了本區(qū)斷裂系統(tǒng)的細(xì)節(jié)特征。相對于圖6a，圖6c揭示了更多的北東向斷裂，使得斷裂的共軛特征更加明顯且符合地質(zhì)規(guī)律。這一成果為該區(qū)斷裂研究及構(gòu)造特征分析提供了重要依據(jù)。也為螞蟻?zhàn)粉櫦夹g(shù)的深化應(yīng)用提供了成功的借鑒。

圖6 塔里木盆地H16井區(qū)3種裂縫預(yù)測結(jié)果對比

屬性融合是指將兩種非線性相關(guān)的屬性結(jié)合為一種屬性，并保留其各自優(yōu)勢的數(shù)據(jù)(或圖形)處理技術(shù)。相干與曲率屬性的融合是最常見的屬性融合方法之一[20]。3種屬性的分頻混色(RGB)融合最早用于頻譜分解研究中不同頻段單頻體的融合[21]，現(xiàn)在廣泛用于各種屬性的融合研究，在特定情況下能夠取得很好的效果。

對于疊前各向異性裂縫預(yù)測成果，目前尚未發(fā)現(xiàn)有效的信息強(qiáng)化方法。但有研究表明[6]，疊前與疊后成果的綜合分析，對提高裂縫識別的準(zhǔn)確性有重要意義。

4 結(jié)論

處理員提供的資料并不是最適用于裂縫預(yù)測的資料。通過對輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行針對性預(yù)處理，提高資料的信噪比及斷點(diǎn)的清晰度，或是消除觀測系統(tǒng)和上覆地層的影響，都可以使輸入數(shù)據(jù)更符合裂縫屬性的算法需求，從而提高裂縫預(yù)測的精度與可靠性。

相干、曲率等屬性輸出中可能隱含著肉眼難以識別的裂縫信息。通過對輸出結(jié)果進(jìn)行強(qiáng)化處理，提取、放大并突顯這些信息，可使解釋人員能夠更好地辨識它們，有利于保證裂縫研究的全面性與效率。

提高裂縫預(yù)測精度的關(guān)鍵是提高裂縫屬性的信噪比與橫向分辨率，為此犧牲其它屬性，如保幅性、數(shù)據(jù)完整性、縱向分辨率等，是有必要的。這正是解釋性處理的意義所在。

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(編輯：陳 杰)

Interpretative processing techniques and their applications in improving fracture prediction accuracy

Yang Ping1,2,Li Haiyin2,Hu Lei2,Li Xiangwen2,Li Ming2

(1.ChinaUniversityofPetroleum,Beijing102249,China;2.BGP,CNPC,Zhuozhou072751,China)

As the exploration targets becoming more and more complicated,the fracture prediction is more and more important,and the demand for improving the fracture prediction accuracy is becoming urgent.Based on the analysis on the principles and applicability of the most commonly used fracture prediction attributes,such as curvature,coherence and anisotropy,we propose two methods for improving fracture prediction accuracy by interpretative processing.The first type of methods is conducting special preprocessing on input data before calculating fracture attributes.All the methods beneficial for highlighting the characteristics of fractures can be used in this procedure,such as filtering,limited-offset stacking and overburden anisotropy correction.They are helpful to make the input data match better with fracture prediction algorithms,and will finally increase the signal-to-noise-ratio and reliability of the prediction results.The second type of methods is enhancing the output results by applying techniques such as image processing,ant tracking and data fusion.They are beneficial to obtain and enhance weak signals resulted from fractures,and therefore can improve the signal-to-noise-ratio and resolution of the fracture prediction maps.The application results in Tarim Basin including structure-guided filtering,limited-offset stacking,overburden anisotropy correction,linear enhancement,and linear enhancement plus ant tracking are presented,which demonstrate that the fracture prediction accuracy can be improved effectively by employing proper interpretative processing before or after traditional fracture prediction according to the specific geological features.

interpretative preprocessing,fracture prediction,coherence,curvature,anisotropy

2015-03-20;改回日期：2015-08-24。

楊平(1975—)，男，博士，主要從事地震資料綜合解釋研究工作。

國家油氣重大專項“海相碳酸鹽巖儲層地震描述與油氣藏有效預(yù)測技術(shù)研究”(2011ZX05004003)項目資助。

P631

A

1000-1441(2015)06-0681-09

10.3969/j.issn.1000-1441.2015.06.006