印興耀,張洪學(xué),宗兆云

(1.中國(guó)石油大學(xué)(華東)地球科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,山東青島266580;2.海洋國(guó)家實(shí)驗(yàn)室海洋礦產(chǎn)資源評(píng)價(jià)與探測(cè)技術(shù)功能實(shí)驗(yàn)室,山東青島266071)

隨著地質(zhì)勘探目標(biāo)的復(fù)雜性和對(duì)地震勘探精度要求的提高,寬方位地震勘探已成為現(xiàn)階段地震勘探技術(shù)發(fā)展的主流方向之一。對(duì)于油氣勘探,無(wú)論是在構(gòu)造、巖性勘探階段還是油藏流體檢測(cè)階段,寬方位地震技術(shù)都是必備的手段之一,也是實(shí)現(xiàn)不同階段地質(zhì)目標(biāo)的基礎(chǔ)[1]。縱觀地震勘探發(fā)展史,油氣勘探的需求是物探技術(shù)進(jìn)步的源動(dòng)力,物探技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步提高了認(rèn)識(shí)和解決油氣地質(zhì)問(wèn)題的能力[2]。地震勘探經(jīng)歷了不同的發(fā)展階段,從最初的一維勘探、小道數(shù)二維地震逐漸發(fā)展到三維地震、高精度三維地震乃至目前“兩寬一高”地震技術(shù)。從解決構(gòu)造性油氣藏問(wèn)題發(fā)展到解決中小型油氣藏以及隱蔽性油氣藏問(wèn)題,從勘探走向開(kāi)發(fā),不斷提高解決儲(chǔ)層描述、裂縫預(yù)測(cè)和流體識(shí)別等問(wèn)題的能力。

在地震資料采集時(shí),觀測(cè)系統(tǒng)中的橫向與縱向排列的比值大于0.50時(shí)即為寬方位地震采集,反之,則為窄方位采集。如果橫向與縱向排列的比值等于1.00,則稱為全方位采集,若橫縱比大于0.95,可近似認(rèn)為是全方位采集,即在每一個(gè)方位角上都是均勻采集。雖然曾經(jīng)對(duì)寬方位地震勘探存在過(guò)學(xué)術(shù)爭(zhēng)議[3],但經(jīng)過(guò)實(shí)踐研究已經(jīng)基本達(dá)成共識(shí)[4-5]。相較于傳統(tǒng)的窄方位地震勘探,寬方位地震勘探有很多優(yōu)勢(shì):寬方位采集可以進(jìn)行全方位觀測(cè),增加采集照明度,獲得較完整的地震波場(chǎng);寬方位地震可研究振幅隨炮檢距和方位角的變化(AVOA)、地層速度隨方位角的變化(VVA),從而增強(qiáng)了識(shí)別斷層、裂隙、地層巖性和流體的能力;寬方位地震具有更高的陡傾角成像能力和較豐富的振幅成像信息;寬方位地震還有利于壓制近地表散射干擾,提高地震資料信噪比、分辨率和保真度[6-9]。

寬方位勘探目的在于獲得觀測(cè)方位、炮檢距和覆蓋次數(shù)分布盡可能均勻的高品質(zhì)的寬方位地震數(shù)據(jù),這也意味著需要投入更多的設(shè)備、財(cái)力和人力。采集方面,考慮成本等因素,寬方位地震采集在21世紀(jì)初率先在海上得到廣泛應(yīng)用[7,10],之后,在陸上逐漸得到應(yīng)用。目前,該技術(shù)在國(guó)內(nèi)已經(jīng)得到推廣應(yīng)用,對(duì)進(jìn)一步提高復(fù)雜高陡構(gòu)造、碳酸鹽巖縫洞體、巖性油氣藏成像質(zhì)量和裂縫預(yù)測(cè)精度起到了重要作用[8-9]。在寬方位地震采集技術(shù)推廣應(yīng)用的同時(shí),對(duì)應(yīng)的寬方位地震數(shù)據(jù)處理技術(shù)也得到了較快的發(fā)展[11]。如:由VERMEER[12-14]首先提出的炮檢距向量片(offset vector tile,OVT)處理技術(shù)、CARRY等[15-16]在1999年提出的共炮檢距向量(common offset vector,COV)處理技術(shù)及Earth Study處理技術(shù)等。雖然這些技術(shù)名稱不同,但都體現(xiàn)了“片(Tile)”的概念,以“片”為單位建立并處理同時(shí)包含炮檢距和方位角信息的高品質(zhì)“五維”(即空間三維坐標(biāo)+炮檢距+方位角)的共反射點(diǎn)地震道集。鑒于這些技術(shù)的特點(diǎn),可以統(tǒng)稱為OVT處理技術(shù)[11]。

寬方位地震采集可以獲得海量的高品質(zhì)寬方位地震數(shù)據(jù),基于OVT處理技術(shù)得到TB級(jí)高品質(zhì)“五維”疊前地震道集,進(jìn)而可進(jìn)行OVT域五維地震資料解釋,與常規(guī)三維資料解釋相比,OVT域五維地震資料解釋有其自身特點(diǎn)。從目的角度來(lái)說(shuō),常規(guī)地震資料解釋以構(gòu)造和儲(chǔ)層分析為主,而寬方位地震資料解釋則是構(gòu)造、儲(chǔ)層和流體分析并重;從方法角度來(lái)看,由于寬方位地震資料具有更豐富的方位信息,因此寬方位地震解釋是以O(shè)VT道集和方位各向異性分析為主構(gòu)建地震解釋技術(shù)及流程[11]。借助地震各向異性基本理論,利用寬方位地震資料方位各向異性信息,可更好地分析地震波在地下介質(zhì)中傳播的旅行時(shí)、速度、振幅、頻率和相位等地震屬性的方位差異性,識(shí)別地層的各向異性特征[17-41]。OVT處理技術(shù)的出現(xiàn)為五維地震資料解釋提供了可能,相較于常規(guī)三維解釋,寬方位地震解釋通?？梢匀〉酶玫慕忉屝Ч鸞42-44]。OVT不僅是一種技術(shù)、更重要的是一種思想,五維數(shù)據(jù)的解釋是地震技術(shù)的又一次革命。然而,目前仍缺少基于OVT域有效的地震資料解釋方法,因此,如何去挖掘五維數(shù)據(jù)中極其豐富的信息,無(wú)論理論、方法還是技術(shù)都需要探索和創(chuàng)新,如何充分考慮寬方位地震資料中重要的方位角和炮檢距信息,并更好利用寬方位地震資料中豐富的方位各向異性信息,成為當(dāng)下OVT數(shù)據(jù)域地震資料解釋的研究熱點(diǎn),發(fā)展五維地震解釋技術(shù)是未來(lái)發(fā)展的主要方向之一。

本文在評(píng)述寬方位地震勘探采集、處理相關(guān)技術(shù)進(jìn)展的基礎(chǔ)上,著重從解釋方面論述和總結(jié)了基于OVT數(shù)據(jù)域五維地震資料的解釋技術(shù)的發(fā)展、存在的問(wèn)題以及發(fā)展方向。

1　寬方位地震資料采集

對(duì)于寬方位地震采集[45-47],其觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于,如何設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)可行的寬方位觀測(cè)系統(tǒng)獲取觀測(cè)方位、炮檢距和覆蓋次數(shù)分布盡可能均勻的三維數(shù)據(jù)體[48-50],一般覆蓋次數(shù)會(huì)大于200次,最高可達(dá)數(shù)千次,面元達(dá)到12.5m×12.5m,甚至小到5m×5m,橫縱比為0.5～1.0[48-50]。目前,由于寬方位地震勘探技術(shù)在油田勘探開(kāi)發(fā)中呈現(xiàn)出的諸多優(yōu)勢(shì),已在越來(lái)越多的油田推廣應(yīng)用[51-53]。

寬方位采集系統(tǒng)分為陸上寬方位采集系統(tǒng)和海上寬方位采集系統(tǒng)。陸上常會(huì)面對(duì)地表?xiàng)l件復(fù)雜、地貌變化較大、構(gòu)造背景多樣的施工環(huán)境,這都給陸上寬方位采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)帶來(lái)了難度。一般而言,陸上寬方位采集會(huì)通過(guò)增加檢波線和重復(fù)炮點(diǎn)的觀測(cè)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)[54],但存在占用設(shè)備資源數(shù)量大、成本高的不足。為此,陸上寬方位地震采集技術(shù)首先在震源方面做出改進(jìn),通過(guò)多炮少道、以炮代道并結(jié)合可控震源采集技術(shù)來(lái)降低成本,提高效率[1],目前常用的可控震源采集激發(fā)方式有4種:交替掃描激發(fā)(flip-flop sweep)、滑動(dòng)掃描激發(fā)(slip sweep)、滑動(dòng)掃描同步激發(fā)(distance separated simultaneous sweeping,DSSS)以及獨(dú)立同步掃描激發(fā)(independent simultaneous sweeping,ISS)?？紤]到不同可控震源技術(shù)特點(diǎn)及成本,在不同地區(qū)可選擇不同的激發(fā)方式,如在山前、沙漠、戈壁礫石、草原等通行條件較好的地區(qū),可選用滑動(dòng)掃描激發(fā);而在類似華北平原村莊、農(nóng)田密集等通行條件一般的地區(qū),選用交替掃描激發(fā)較為合適[54-58]。近年來(lái)針對(duì)特殊的地質(zhì)條件,如:復(fù)雜山地山前帶,沙漠地區(qū)、黃土塬區(qū)、勘探程度較高的東部地區(qū)等,陸上寬方位采集技術(shù)在采集方式方面不斷發(fā)展,取得了良好效果[59-66]。對(duì)于碳酸鹽巖縫洞型儲(chǔ)層,實(shí)施了高密度全方位三維地震勘探,取得的資料改善了縫洞儲(chǔ)層的成像效果,顯著提高了小尺度縫洞儲(chǔ)層的識(shí)別精度和裂縫預(yù)測(cè)精度[65],如圖1所示,對(duì)于體積較大且反射較強(qiáng)的縫洞體,兩者差別不大,但對(duì)于體積較小或反射較弱的縫洞體,由高密度全方位三維資料得到的成果品質(zhì)改善明顯,成像效果較好,小縫洞體識(shí)別精度較高。

圖1　常規(guī)三維(a)和全方位三維(b)偏移剖面[65]

在類似于山地山前帶的復(fù)雜地表、復(fù)雜背景下的巖性勘探區(qū)域,孔德政等[60-61]提出了高覆蓋,突出小線距、適當(dāng)觀測(cè)寬度的寬方位三維觀測(cè)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,可保證地震資料信噪比及分辨率,改善成像質(zhì)量;在勘探程度較高的中國(guó)東北部地區(qū),既要求實(shí)現(xiàn)寬方位地震數(shù)據(jù)采集而又減少采集成本,為此,白旭明等[66]利用新、舊地震數(shù)據(jù)提出了寬方位地震采集的垂直觀測(cè)法,將目標(biāo)三維采集的觀測(cè)方向與以前三維觀測(cè)方向互相垂直,將不同時(shí)期的三維數(shù)據(jù)融合處理,實(shí)現(xiàn)全方位觀測(cè),如圖2所示,原有方位為336°觀測(cè)方向的三維采集數(shù)據(jù)與新的方位為66°觀測(cè)方向的三維采集數(shù)據(jù),它們的縱橫比均為0.64。將二者進(jìn)行融合處理,得到的結(jié)果縱橫比提高為1.00,從而實(shí)現(xiàn)了寬方位觀測(cè)。

相較于陸上寬方位地震采集,海上寬方位地震采集研究起步早,發(fā)展較快,而且實(shí)現(xiàn)方式多樣,成本較低,如拖纜寬方位采集(wide-azimuth towed streamer acquisition,WATS)[67-69]、拖纜多方位采集(multi-azimuth,MAZ)[70-72]、拖纜富方位采集(rich-azimuth,RAZ)[73-74]、正交寬方位采集(orthogonal wide-azimuth)[75-76]、螺旋全方位采集(coil shooting acquisition)[77-79]、海底電纜(ocean bottom cable,OBC)寬方位采集技術(shù)[80]等,都有效地促進(jìn)了海上寬方位地震勘探的發(fā)展。

圖2　垂直觀測(cè)融合分析[66]

1.1　拖纜寬方位采集

常見(jiàn)的拖纜寬方位采集采用三船或者四船結(jié)構(gòu)(如圖3a)。三船結(jié)構(gòu)包括兩艘震源船和一艘拖纜船,四船結(jié)構(gòu)包括三艘震源船和一艘拖纜船或者兩艘震源船和兩艘拖纜船。與單船窄方位拖纜采集相比,拖纜寬方位采集的優(yōu)勢(shì)在于增加了橫向炮檢距,有利于增加地質(zhì)體照明度,提高成像質(zhì)量;不足之處在于:相對(duì)縱向采樣來(lái)說(shuō),橫向采樣仍不足,導(dǎo)致橫向照明不足,成像質(zhì)量相對(duì)較差;由于采集過(guò)程中,更換下一束線時(shí)需要耗費(fèi)時(shí)間,因而降低了采集效率[1]。

1.2　拖纜富方位采集

拖纜富方位采集系統(tǒng)是由多船寬方位觀測(cè)系統(tǒng)沿多方向進(jìn)行采集。該技術(shù)率先應(yīng)用于墨西哥灣Shenzi區(qū)塊[73],采集系統(tǒng)使用三船結(jié)構(gòu)在間隔60°的3個(gè)方位上進(jìn)行采集(圖3b),該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)全方位采集,實(shí)現(xiàn)地質(zhì)體的360°完整照明,從而提高地下成像質(zhì)量。

1.3　正交寬方位采集

正交寬方位采集是指在已存在三維地震數(shù)據(jù)的區(qū)塊內(nèi),將寬方位采集系統(tǒng)方向與原采集方向垂直,然后將不同時(shí)期采集的數(shù)據(jù)融合處理,即可得到近似全方位的數(shù)據(jù)體。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于:利用原有三維地震數(shù)據(jù),節(jié)省成本;增加觀測(cè)方位和觀測(cè)密度,增加照明度,提高地質(zhì)體成像質(zhì)量。該技術(shù)在國(guó)內(nèi)外都有應(yīng)用,2010年,在墨西哥灣實(shí)施了正交寬方位勘探,使地質(zhì)體的成像質(zhì)量得到了顯著提高[75]。國(guó)內(nèi)在塔北地區(qū)也實(shí)施了正交寬方位勘探,將原沿南北方向采集的地震數(shù)據(jù)(圖4a)及沿其垂直方向即東西方向新采集的地震數(shù)據(jù)(圖4b)組合形成寬方位數(shù)據(jù)體(圖4c),經(jīng)過(guò)對(duì)比分析,能夠看出正交寬方位數(shù)據(jù)處理的結(jié)果顯示出更豐富的裂縫信息,信噪比更高(圖5),有助于提高裂縫預(yù)測(cè)的精度[76]。

1.4　螺旋式全方位采集

螺旋式全方位采集從提出到推廣應(yīng)用,經(jīng)歷了不同的試驗(yàn)性采集工作階段[81-85]。螺旋式全方位采集可以獲得全方位高覆蓋的地震數(shù)據(jù),能夠提高成像精度,并且可通過(guò)多船雙螺旋采集技術(shù)的應(yīng)用增大炮檢距而不增加成本[86]。2010年10月,在墨西哥灣完成了全球首次多船雙螺旋采集作業(yè)[87],這種作業(yè)模式采用四船采集(圖6a),每艘記錄船都配有一個(gè)震源,同時(shí)在拖纜尾部跟隨一艘震源船。兩對(duì)船(震源S1和震源S2為一對(duì),震源S3和S4為一對(duì))在直徑為12.5km的圓形上以一定的間距航行。大炮檢距數(shù)據(jù)由震源跨排列激發(fā)記錄得到,如震源S1的拖纜接收震源S3和震源S4激發(fā)記錄的數(shù)據(jù)。完成每個(gè)圓形作業(yè)后,各船不間斷地轉(zhuǎn)向下一個(gè)圓形繼續(xù)放炮。該技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是:通過(guò)雙螺旋采集可以增大炮檢距,增加覆蓋次數(shù)和方位角,獲得全方位地震數(shù)據(jù)(圖6c),實(shí)現(xiàn)地質(zhì)體完整照明;螺旋采集可以連續(xù)不間斷工作,提高了生產(chǎn)效率;螺旋采集炮點(diǎn)分布于互相重疊的圓形上,炮點(diǎn)、檢波點(diǎn)類似隨機(jī)分布,可以提供豐富的小炮檢距信息,有利于衰減多次波[1]。當(dāng)然該技術(shù)也存在干擾噪聲大、采集網(wǎng)格不規(guī)則、目標(biāo)區(qū)面元覆蓋次數(shù)不均勻(圖6d)以及處理數(shù)據(jù)量大等問(wèn)題[79],對(duì)地震資料處理能力的要求更高。

圖4　塔北地區(qū)寬方位地震勘探面元屬性(上)及方位角分布(下)[76]a 南北方向; b 東西方向; c 正交寬方位

圖5　塔北地區(qū)地震數(shù)據(jù)相干體切片比較[76]a 南北方向采集結(jié)果; b 正交寬方位數(shù)據(jù)處理結(jié)果

1.5　海底電纜寬方位采集

海底電纜寬方位采集參照陸上三維觀測(cè)系統(tǒng)在海底鋪設(shè)電纜實(shí)現(xiàn)海上寬方位采集,最初主要應(yīng)用于水陸連片區(qū)的勘探,相比拖纜地震采集系統(tǒng)該方法有如下優(yōu)勢(shì):大范圍分布的炮檢距入射角,更好的反映地質(zhì)體形態(tài);電纜外部噪聲較小,沒(méi)有拖纜動(dòng)態(tài)拖拽噪聲以及涌浪噪聲;海底電纜可以采用靈活的觀測(cè)系統(tǒng);作業(yè)時(shí),海底電纜受海上障礙物影響小[80];但也存在投入電纜相關(guān)設(shè)備較多,成本高,海底電纜鋪設(shè)與回收施工效率低,耗時(shí)長(zhǎng)等問(wèn)題,這都制約了該技術(shù)的推廣應(yīng)用。如何利用海底電纜勘探過(guò)程中氣槍震源作業(yè)效率高、可重復(fù)性好、成本較低的特點(diǎn),合理配備海底電纜設(shè)備、電纜收放、施工點(diǎn)位控制、氣槍激發(fā)等特點(diǎn)和要求,減少接收道數(shù),增加炮數(shù),實(shí)現(xiàn)海底電纜寬方位地震勘探,是業(yè)界正在探索和需要解決的技術(shù)難題。葉苑權(quán)等[80]通過(guò)觀測(cè)系統(tǒng)等效拆分的方法,減少接收道數(shù),增加炮數(shù),在渤海KL區(qū)塊實(shí)現(xiàn)了海底電纜寬方位勘探(圖7),可以看出新采集地震資料波場(chǎng)信息豐富,信噪比高,效果較好。

圖6　墨西哥灣四船雙螺旋采集觀測(cè)系統(tǒng)及其屬性分布[1]a 四船采集觀測(cè)系統(tǒng)[87]; b 工區(qū)炮點(diǎn)分布; c 面元屬性玫瑰圖; d 覆蓋次數(shù)分布

圖7　渤海灣KL區(qū)塊地震資料對(duì)比[80]a 老資料剖面; b 海底電纜寬方位采集新資料剖面

2　OVT數(shù)據(jù)域的地震資料處理

炮檢距向量片(OVT)技術(shù)是一種新穎的疊前數(shù)據(jù)的編排方式,基于OVT數(shù)據(jù)域處理可有效改善寬方位數(shù)據(jù)處理效果,且OVT域偏移結(jié)果含有豐富的方位各向異性信息,是寬方位三維地震數(shù)據(jù)的有效處理技術(shù)[88]。OVT的概念首先由VERMEER[12]在1998年提出,CARY[15]在1999年也提出了類似的概念,在此基礎(chǔ)上,STARR[89]在2000年首次生成了OVT道集,JENNER[90]和WILLIAMS[91]發(fā)現(xiàn)了該方法在方位屬性研究方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。此后,VERMEER[14,92]在對(duì)OVT數(shù)據(jù)域資料處理進(jìn)行系統(tǒng)研究后,論述了OVT采集處理的基本問(wèn)題,至此,基于OVT數(shù)據(jù)域的寬方位數(shù)據(jù)處理理論基本成型。

OVT技術(shù)在處理寬方位共反射點(diǎn)道集時(shí),首先從正交觀測(cè)系統(tǒng)中抽出十字排列,即把屬于同一炮線和檢波線的地震道集抽出來(lái),因此,十字排列的個(gè)數(shù)與炮線和檢波線交點(diǎn)的數(shù)目是相同的,每個(gè)十字排列都有相應(yīng)的縱橫測(cè)線號(hào),且對(duì)應(yīng)于特定的地理位置;然后,將十字排列道集中按炮線距和檢波線距等距離劃分成小矩形,每個(gè)矩形就是一個(gè)OVT片,也就是十字排列一個(gè)數(shù)據(jù)子集,相對(duì)于十字排列道集,OVT片具有較小的限定的偏移距和方位角范圍。每個(gè)OVT片均由炮線有限范圍的炮點(diǎn)和沿接收線有限范圍的檢波點(diǎn)組成,可以近似認(rèn)為每個(gè)OVT片具有大致相同的炮檢距和方位角(圖8a)。最后,按照OVT片在十字排列中的位置確定坐標(biāo),在十字排列中構(gòu)建坐標(biāo)系,以接收線和炮線交點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)O,接收線為X軸,炮線為Y軸,OVT片在坐標(biāo)系中的投影位置即是它的坐標(biāo),如圖8b中OVT片坐標(biāo)為[4,2]。此外,OVT片到坐標(biāo)原點(diǎn)的距離為它的近似偏移距,面元中心與坐標(biāo)原點(diǎn)的連線與Y軸的夾角為方位角。將全工區(qū)十字排列按照上述方法處理后,提取相同坐標(biāo)的OVT片按照相應(yīng)的Inline和Xline線號(hào)排列,合并組成OVT道集(圖8c),即組成一個(gè)覆蓋整個(gè)工區(qū)的具有大致相同炮檢距和方位角的單次覆蓋數(shù)據(jù)體,該數(shù)據(jù)體同時(shí)包含炮檢距和方位角信息,為高品質(zhì)的“五維”(即空間三維坐標(biāo)+炮檢距+方位角)數(shù)據(jù)。地震數(shù)據(jù)分選到OVT域形成OVT道集后,會(huì)生成許多新的屬性特征[89],可以充分利用這些特征進(jìn)行噪聲壓制、振幅均衡、數(shù)據(jù)規(guī)則化等處理,從而改善OVT道集品質(zhì),提高偏移效果,偏移結(jié)果保存了方位角和炮檢距信息,可用于方位角分析[88]。

圖8　十字排列中的OVT片集劃分(a)[11]、正交觀測(cè)系統(tǒng)中的OVT分片方法(b)[11]和OVT道集平面顯示(c)[88]

利用OVT技術(shù)處理寬方位地震數(shù)據(jù)得到OVT道集,這種OVT道集近似于一個(gè)非零偏移距單次覆蓋數(shù)據(jù),一些適用于疊后的去噪方法可以直接應(yīng)用于它,因而去噪手段豐富[88]。OVT域地震數(shù)據(jù)保留了寬方位數(shù)據(jù)中重要的方位角和炮檢距信息,而且,每個(gè)OVT道集的炮檢距和方位角大致相同,因此,無(wú)論在近炮檢距、中炮檢距還是遠(yuǎn)炮檢距,OVT道集的能量一致性較好。在OVT數(shù)據(jù)處理中,可以根據(jù)上述特點(diǎn)采取特殊的處理方式,實(shí)現(xiàn)寬方位數(shù)據(jù)的保真處理并提高疊前地震道集的質(zhì)量,如基于五維插值的OVT道集數(shù)據(jù)規(guī)則化、以O(shè)VT片為單位的疊前時(shí)間和深度偏移等。OVT道集偏移后能保留所有方位角信息,經(jīng)方位各向異性校正處理可消除方位各向異性對(duì)寬方位地震成像的影響,進(jìn)一步提高寬方位地震勘探的成像精度[93-94]。

不可否認(rèn),OVT道集也存在缺陷。相較于常規(guī)共反射點(diǎn)道集,OVT疊前地震道集信噪比通常較低,所以要求數(shù)據(jù)處理流程及方法更加細(xì)致;其次,OVT數(shù)據(jù)量巨大,對(duì)計(jì)算能力要求很高。現(xiàn)今主流的大部分地震解釋系統(tǒng)缺少管理和解釋OVT道集的能力,為此,研究人員正在開(kāi)發(fā)試驗(yàn)一些五維解釋工程軟件。這些軟件突破了傳統(tǒng)的疊后地震資料解釋技術(shù)的局限,可根據(jù)需要?jiǎng)討B(tài)顯示OVT五維道集(圖9),顯著提高了地震資料小斷層分析以及河道識(shí)別的能力。

圖9　OVT五維道集柱狀顯示[11]

3　OVT數(shù)據(jù)域五維地震資料解釋

常規(guī)技術(shù)處理后的地震數(shù)據(jù)體往往不包含方位信息,傳統(tǒng)的基于常規(guī)地震數(shù)據(jù)的解釋技術(shù)已經(jīng)不適用于OVT數(shù)據(jù)域的地震資料的解釋工作,并且,實(shí)際的地下介質(zhì)是各向異性介質(zhì),不同方位的地震響應(yīng)存在差異,因此傳統(tǒng)的不考慮方位影響的解釋技術(shù)很難對(duì)地下介質(zhì)進(jìn)行全面、準(zhǔn)確的刻畫(huà)[95]。與常規(guī)地震資料解釋相比,基于OVT數(shù)據(jù)域的地震資料解釋雖沒(méi)有本質(zhì)區(qū)別,但在方法和目的上有其獨(dú)特之處。從目的角度來(lái)說(shuō),常規(guī)地震資料解釋以構(gòu)造和儲(chǔ)層分析為主,而OVT數(shù)據(jù)域地震資料解釋則是構(gòu)造、儲(chǔ)層和流體分析并重;從方法角度來(lái)看,由于OVT數(shù)據(jù)域地震資料具有更豐富的方位信息,因此OVT數(shù)據(jù)域地震解釋是以O(shè)VT道集和方位各向異性分析為主構(gòu)建地震解釋技術(shù)及流程[11]。由于OVT數(shù)據(jù)域地震資料包含了空間三維坐標(biāo)以及豐富的方位角和炮檢距信息,因此,可以更好地分析地震波在各向異性介質(zhì)中傳播時(shí),其旅行時(shí)間、速度、振幅、頻率和相位等屬性隨方位角的變化信息[96],而且地震資料中的炮檢距信息與目標(biāo)地質(zhì)體的尺度、地層巖性和流體成分等具有相關(guān)性,方位角信息則與地層中的斷裂和裂縫等的發(fā)育特征相關(guān)。利用OVT道集的方位各向異性地震屬性可以進(jìn)行包括構(gòu)造解釋、地層解釋、巖性解釋、流體解釋、裂縫識(shí)別、地應(yīng)力研究等在內(nèi)的OVT域五維地震資料解釋。利用多個(gè)炮檢距的地震響應(yīng)信息差異性可識(shí)別地層巖性和流體特征,利用多個(gè)方位地震響應(yīng)信息差異性可識(shí)別地層的裂縫發(fā)育特征。

3.1　構(gòu)造解釋

構(gòu)造解釋主要是依據(jù)地震波的運(yùn)動(dòng)學(xué)信息研究地層的空間特征和幾何形態(tài),即利用地震波提供的反射波旅行時(shí)、速度等信息,查明地下地層的構(gòu)造形態(tài)、埋藏深度和接觸關(guān)系等地質(zhì)構(gòu)造問(wèn)題。

GRECHKA等[97]在1998年給出了縱波在HTI(裂縫)介質(zhì)中旅行時(shí)(旅行時(shí)方位各向異性)表達(dá)式:

(1)

此外,在弱各向異性HTI介質(zhì)中縱波群速度(速度方位各向異性)表達(dá)式[97-98]為:

(2)

式中:t0為垂直旅行時(shí);x為炮檢距;z為地層深度;vNMO為動(dòng)校正速度;v0表示垂直入射速度;θ為入射角;φ為方位角;η(φ),ε,δ分別為各向異性參數(shù)。由(1)式和(2)式不難得出,地震波在地下介質(zhì)中的傳播旅行時(shí)以及傳播速度存在方位各向異性。諸多研究表明[99-102],在HTI(裂縫)介質(zhì)中,地震波旅行時(shí)隨方位角呈周期性變化,變化周期為180°,當(dāng)傳播方向與裂縫走向平行(φ=0)時(shí),旅行時(shí)最小,隨著方位角增大,旅行時(shí)增大;當(dāng)傳播方向與裂縫走向垂直(φ=90°)時(shí),旅行時(shí)最大。類似的,地震波傳播速度隨著觀測(cè)方位也呈現(xiàn)周期性化,不同的是,隨著方位角增大,速度減小,當(dāng)傳播方向與裂縫走向平行(φ=0)時(shí),速度最大,當(dāng)傳播方向與裂縫走向垂直(φ=90°)時(shí),速度最小。

由于地下構(gòu)造都是三維立體展布,常規(guī)的窄方位地震數(shù)據(jù)在有限的方位內(nèi)很難做到對(duì)地下地質(zhì)體的全方位觀測(cè)和描述,開(kāi)展不了不同方位的構(gòu)造解釋工作[6,8-9,95],而OVT域五維地震數(shù)據(jù)可對(duì)三維空間分布的地質(zhì)體的邊界和內(nèi)幕從不同的方位上給予準(zhǔn)確的成像和描述[8-9],因此可利用OVT域五維地震數(shù)據(jù)進(jìn)行多方位的地質(zhì)解釋,對(duì)地質(zhì)體從不同的方位進(jìn)行描述,然后將不同方位的刻畫(huà)結(jié)果進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化解釋(圖10),可更清晰準(zhǔn)確地確定和描述地質(zhì)體的分布范圍及巖性組合和沉積特征等內(nèi)幕細(xì)節(jié)[95](圖11),如圖11c所示,基于OVT域數(shù)據(jù)體解釋的斷裂系統(tǒng)更具有規(guī)律性,提高了構(gòu)造解釋精度,而且,可解釋出新的小斷層,落實(shí)一系列斷層控制的斷塊圈閉。

圖10　多方位數(shù)據(jù)體聯(lián)合解釋流程[95]

利用OVT數(shù)據(jù)域五維道集得到的旅行時(shí)和速度變化信息,結(jié)合目前提出的“模板部分疊加”的方法[103],即可選擇在有限的方位角和炮檢距(入射角)范圍的地震道內(nèi)分析地震屬性變化,有利于聚焦地質(zhì)目標(biāo)層,克服原始疊前道集能量不穩(wěn)定、密度不均衡和信噪比低等問(wèn)題,提高目的層位追蹤精度,確定具

體地質(zhì)構(gòu)造特征及其空間展布,展示構(gòu)造發(fā)育細(xì)節(jié),更加精確進(jìn)行成圖分析,提高構(gòu)造解釋精度[104-105]。

3.2　地層解釋

地震資料地層解釋通常是根據(jù)地震剖面總的地震特征,即一系列的地震反射參數(shù)來(lái)劃分沉積層序,分析沉積巖相和沉積環(huán)境,進(jìn)一步預(yù)測(cè)沉積盆地的有利油氣聚集帶。在構(gòu)造解釋的基礎(chǔ)上,綜合利用OVT數(shù)據(jù)對(duì)砂體空間展布范圍在不同方位上成像和刻畫(huà)的特點(diǎn),應(yīng)用OVT數(shù)據(jù)中的巖層振幅屬性可對(duì)砂體空間展布特點(diǎn)進(jìn)行精細(xì)的解釋和刻畫(huà),圖12中,在不同方位的地層振幅屬性上,砂體的邊界、內(nèi)部展布細(xì)節(jié)和不同部位的振幅強(qiáng)弱存在差異,由此可根據(jù)不同方位的差異分析砂體空間展布的特點(diǎn)[95](圖13)。地震波在地下介質(zhì)的傳播過(guò)程中,其反射振幅會(huì)隨方位角不同而變化,而在OVT數(shù)據(jù)域中振幅方位各向異性信息更加豐富明顯,利用這一信息分析地層厚度及地層結(jié)構(gòu),可更有效地進(jìn)行基于OVT域的五維地震資料的地層解釋。

圖11　常規(guī)資料解釋(a)和OVT域數(shù)據(jù)體聯(lián)合解釋(b)的斷裂系統(tǒng)對(duì)比及二者疊合顯示(c)[95]

圖12　四個(gè)不同方位數(shù)據(jù)體顯示的砂體展布特點(diǎn)[95]a 方位1; b 方位2; c 方位3; d 方位4

圖13　綜合四個(gè)方位的解釋結(jié)果最終得到砂體的展布特點(diǎn)[95]

3.3　巖性解釋

巖性解釋就是利用地震資料中的運(yùn)動(dòng)學(xué)信息(旅行時(shí)、速度)以及動(dòng)力學(xué)信息(反射波振幅、頻率、吸收衰減、極化特點(diǎn)、連續(xù)性),提取地層巖性信息,從而確立地震層序、分析地震相、恢復(fù)盆地古沉積環(huán)境、預(yù)測(cè)生儲(chǔ)油相帶的分布及尋找?guī)r性圈閉油氣藏。

巖性變化在寬方位地震資料中有著更明顯的體現(xiàn),特殊巖性體在不同方位的地震數(shù)據(jù)上會(huì)有不同的體現(xiàn),通過(guò)對(duì)OVT域地震數(shù)據(jù)體進(jìn)行適當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)運(yùn)算,求取相干、振幅、相位等典型地震屬性,可凸顯特殊巖性體的存在,在此基礎(chǔ)上可對(duì)特殊巖性體進(jìn)行更

有效的識(shí)別。具體做法是對(duì)不同方位的數(shù)據(jù)體進(jìn)行歸一化,然后對(duì)歸一化后不同方位的數(shù)據(jù)體進(jìn)行加、減、乘等運(yùn)算來(lái)突出異常體[6](圖14)。以渤海灣盆地黃驊拗陷的KN地區(qū)為例[95],該區(qū)域的火成巖與圍巖相比速度差別不大,在常規(guī)地震剖面上反射特征不易區(qū)分。比較圖15a和圖15b所示的不同方位角的偏移剖面,各種反射特征幾乎相同,但難以識(shí)別特殊巖性體(虛線橢圓內(nèi)所示),圖15c為經(jīng)過(guò)不同方位歸一化后的乘積剖面,由圖可見(jiàn),特殊巖性體可以很清晰的識(shí)別出來(lái),圖15d是基于該方法識(shí)別出的特殊巖性體。基于OVT數(shù)據(jù)域五維地震資料,求取不同方位的反射特征差異,可有效進(jìn)行巖性解釋。

圖14　方位數(shù)據(jù)體聯(lián)合識(shí)別特殊巖性體流程[6]

3.4　流體識(shí)別

早在20世紀(jì)80年代初,AVO效應(yīng)就被提出來(lái)[106-107],隨著AVO技術(shù)的完善和成熟,AVO分析被廣泛應(yīng)用于流體識(shí)別和含氣檢測(cè)等。在OVT數(shù)據(jù)域地震資料偏移后生成的CRP道集可以保留豐富的方位角和炮檢距信息,而且,經(jīng)過(guò)OVT數(shù)據(jù)域的數(shù)據(jù)規(guī)則化之后,CRP道集保幅性更好,使得方位AVO(AZAVO)分析成為可能[87]。

根據(jù)HTI弱各向異性理論,RUGER等[18-21]推導(dǎo)了各向異性介質(zhì)中縱波反射系數(shù)隨方位角變化(振幅方位各向異性)公式:

(3)

(4)

式中:P為方位AVO截距,與入射角無(wú)關(guān);G(φ)表示方位AVO梯度。有:

其中,Giso,Gani分別為各向同性和各向異性的AVO梯度,表達(dá)式為:

利用公式(4)可計(jì)算AVO的方位各向異性,分析不同介質(zhì)、不同流體類型、不同入射角度和方位角的AVO效應(yīng)。一般情況下,地震資料振幅響應(yīng)會(huì)由于地層中油氣的存在產(chǎn)生差別,寬方位資料也不例外,尤其是OVT數(shù)據(jù)域五維地震道集含有更加豐富的炮檢距信息和方位角信息。實(shí)際情況下,不同方位角的地震射線在含油氣地層中傳播時(shí)旅行時(shí)不一樣,不同道集的AVO效應(yīng)也不同,因此,借助OVT域五維數(shù)據(jù),可更準(zhǔn)確地進(jìn)行流體識(shí)別以及含氣性檢測(cè)。利用公式(4)可在OVT域的五維道集上進(jìn)行方位AVO反演[95]。對(duì)比分析圖16a和圖16b可見(jiàn),圖16b 方位上的AVO響應(yīng)要比圖16a豐富,同樣,這兩個(gè)方位對(duì)應(yīng)的AVO梯度異常圖16d要比圖16c明顯得多,因此不同方位道集和對(duì)應(yīng)的方位梯度剖面之間可能會(huì)存在較大差異。

SCHOENBERG等[108]根據(jù)線性滑動(dòng)模型定義,詳細(xì)研究了裂縫流體對(duì)裂縫巖石物理參數(shù)的影響,并提出了可有效識(shí)別裂縫充填流體類型的指示因子。裂縫流體指示因子KN/KT與裂縫巖石物理參數(shù)ΔN和ΔT之間的關(guān)系為:

(9)

式中:ΔN和ΔT為Schoenberg線性滑動(dòng)理論中的裂縫的法向弱度和切向弱度;KN和KT為裂縫法向柔度和切向柔度;g為裂縫巖石各向同性部分橫縱波速度比的平方,即g=(β/α)2[109]。

陳懷震等[109]通過(guò)方位各向異性彈性阻抗反演求得裂縫物理參數(shù)ΔN和ΔT,并利用公式(9)估算了流體指示因子KN/KT(圖17),從圖17中可以看出,測(cè)井結(jié)果與反演結(jié)果吻合較好,高值區(qū)為含氣區(qū)域,借助OVT數(shù)據(jù)域五維資料的方位AVO分析,可以更好的進(jìn)行流體識(shí)別和含氣檢測(cè)。

3.5　裂縫預(yù)測(cè)

OVT數(shù)據(jù)域五維地震資料最大優(yōu)勢(shì)在于方位角和炮檢距分布范圍更大、更加豐富且均勻,可充分進(jìn)行方位各向異性分析。由于方位各向異性的存在,地震波在裂縫性介質(zhì)中傳播時(shí),地震屬性會(huì)隨著方位發(fā)生變化,可以利用這些屬性的變化來(lái)檢測(cè)裂縫。下面著重討論利用AVO梯度、振幅、旅行時(shí)、頻率等屬性進(jìn)行裂縫預(yù)測(cè)的方法。

3.5.1方位AVO預(yù)測(cè)

由公式(4)可以看出,方位AVO梯度隨方位角呈余弦(或橢圓)變化特征,且隨各向異性強(qiáng)度增大,橢圓扁率增大。因此可以通過(guò)分析方位AVO梯度的變化,預(yù)測(cè)裂縫發(fā)育強(qiáng)度和方向。對(duì)于窄方位地震資料,常規(guī)的裂縫預(yù)測(cè)方法采用的是分方位預(yù)測(cè),即將數(shù)據(jù)按不同的方位分成多個(gè)方位數(shù)據(jù),然后對(duì)這些分方位數(shù)據(jù)進(jìn)行屬性變化分析并通過(guò)橢圓擬合確定裂縫走向[111]。但該方法由于樣點(diǎn)數(shù)據(jù)有限,因此預(yù)測(cè)精度相對(duì)有限,并且容易受到采集腳印的影響[112-114],預(yù)測(cè)效果變差[103]。常規(guī)方位各向異性分析一般采用分方位部分疊加方式獲得有限的方位道集(以8個(gè)方位為例),在橢圓擬合時(shí)精度較低;而OVT五維地震資料方位信息豐富,可以細(xì)分出更多方位,更多樣點(diǎn),橢圓擬合精度更高(圖18),圖18中的點(diǎn)代表不同方位的地震數(shù)據(jù)。圖18a是通過(guò)對(duì)OVT道集所有方位的AVO梯度采用橢圓擬合方法得到的,其中,橢圓長(zhǎng)軸所在方位為主方位(α),橢圓短軸所在方位為次方位(β),AB表示主方位各向異性強(qiáng)度,CD表示次方位的各向異性強(qiáng)度;可以看出,OVT道集中的方位信息更加豐富,并且方位角和炮檢距信息可以交互分析,使得橢圓擬合更加準(zhǔn)確,提高了預(yù)測(cè)精度。

圖16　方位AVO含油氣檢測(cè)[95]a 方位1的CRP道集; b方位2的CRP道集; c 對(duì)應(yīng)于方位1的AVO梯度剖面; d 對(duì)應(yīng)于方位2的AVO梯度剖面

圖17　流體因子反演結(jié)果[110]

宗兆云等[115]在平面波入射等假設(shè)條件下,基于Aki-Richards近似公式推導(dǎo)了YPD(楊氏模量-泊松比-密度)反射系數(shù)近似公式,給出了P波反射系數(shù)與楊氏模量、泊松比和密度之間的關(guān)系:

(10)

曾勇堅(jiān)[116]根據(jù)公式(10)推導(dǎo)出歸一化之后的YPD彈性阻抗表達(dá)式:

圖18　不同數(shù)據(jù)域裂縫預(yù)測(cè)方法分析[11]a OVT數(shù)據(jù)域橢圓擬合; b 常規(guī)數(shù)據(jù)域橢圓擬合

(11)

其中,

基于方程(11),通過(guò)計(jì)算得到的地下介質(zhì)彈性阻抗,并結(jié)合宗兆云等[117]提出的彈性參數(shù)直接反演的思想,可直接反演得到各個(gè)方位角下的楊氏模量,再通過(guò)穩(wěn)健的最小二乘算法對(duì)不同方位角下的楊氏模量進(jìn)行橢圓擬合,用擬合得到的橢圓率表示裂縫密度,裂縫走向用橢圓長(zhǎng)軸方向表示,流程如圖19所示。并利用疊前方位角道集進(jìn)行裂縫型儲(chǔ)層預(yù)測(cè)研究,圖20a表示預(yù)測(cè)得到的M地層過(guò)井剖面的裂縫密度發(fā)育情況,圖20b表示M地層帶有裂縫走向三維立體顯示,圖20c為A井井旁的裂縫密度和走向三維立體顯示圖,圖20a到圖20c中紅色部分代表橢圓率的高值區(qū)域,即裂縫發(fā)育帶,黑色短線方向表示裂縫走向,線條長(zhǎng)短表示裂縫密度的大小。圖20d表示A井裂縫走向和裂縫密度的玫瑰花狀圖。從圖20d中可以看出裂縫預(yù)測(cè)結(jié)果與A井測(cè)井成像資料實(shí)測(cè)的裂縫密度和裂縫走向基本吻合,最終證實(shí)了該方法的有效性。

圖19　基于楊氏模量直接反演的裂縫預(yù)測(cè)方法流程[116]

圖20　某工區(qū)裂縫發(fā)育預(yù)測(cè)結(jié)果[116]a M地層過(guò)井剖面的裂縫密度發(fā)育情況; b M地層裂縫走向和裂縫密度三維立體顯示; c A井井旁的裂縫密度和走向三維立體顯示; d A井裂縫走向和裂縫密度的玫瑰花狀圖

3.5.2振幅方位各向異性預(yù)測(cè)

公式(3)奠定了利用縱波振幅隨方位變化預(yù)測(cè)裂縫的基本原理,固定入射角(炮檢距)并忽略右邊第三項(xiàng),則公式(3)可簡(jiǎn)化為反射系數(shù)隨方位角變化的關(guān)系式:

(12)

式中:a表示與炮檢距有關(guān)的偏置因子;b為與炮檢距和裂縫特征有關(guān)的調(diào)制因子[1]。研究[102,118-119]顯示,當(dāng)?shù)卣鸩▊鞑シ较蚺c裂縫走向平行(φ=0)時(shí),反射波振幅最大;當(dāng)傳播方向與裂縫走向垂直(φ=90°)時(shí),振幅最小。這種差異隨著炮檢距增大而增大。同樣,裂縫密度與b值存在關(guān)系,當(dāng)其它參數(shù)相同時(shí),裂縫密度越大,b的絕對(duì)值也越大,即在確定參數(shù)后,可以將b值的絕對(duì)值作為反映裂縫密度相對(duì)大小的因子。振幅屬性隨方位發(fā)生變化,振幅強(qiáng)的方向指向裂縫走向,振幅弱的方向指示垂直裂縫走向,兩個(gè)方向上的振幅差的比率反映了裂縫密度的大小,振幅差的比率越大,裂縫密度就越大,振幅差的比率越小,裂縫密度就越小。

利用各向異性介質(zhì)理論,可建立裂縫型儲(chǔ)層方位各向異性彈性阻抗計(jì)算公式[120-124]。陳懷震等[120]從裂縫巖石物理等效模型的構(gòu)建出發(fā),根據(jù)測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)估算了裂縫巖石物理參數(shù),推導(dǎo)出含裂縫物理參數(shù)的方位各向異性彈性阻抗公式:

(13)

式中:a(θ)=sec2θ;b(θ)=-8gsin2θ;IP和IS分別為縱、橫波阻抗。

在方程(13)基礎(chǔ)上,利用方位各向異性彈性阻抗反演提取裂縫巖石物理參數(shù)。具體流程如圖21所示。已知不同方位角度的部分角度疊加地震數(shù)據(jù)體,結(jié)合不同方位角度提取的不同入射角地震子波,從中反演得到不同方位角度的方位各向異性彈性阻抗,以測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)和巖石物理預(yù)測(cè)結(jié)果為約束,最終提取裂縫巖石物理參數(shù)。圖22為反演得到的不同方位的大中小角度彈性阻抗,圖23為基于方位各向異性彈性阻抗直接反演的縱橫波阻抗和裂縫巖石物理參數(shù),從中可以看出裂縫發(fā)育層段縱橫波阻抗(IP和IS)表現(xiàn)為低值,裂縫巖石物理參數(shù)(ΔN和ΔT)為高值,進(jìn)而識(shí)別裂縫儲(chǔ)層,分析裂縫儲(chǔ)層特征[113]。

若利用裂縫型儲(chǔ)層各向異性梯度參數(shù)的方位各向異性彈性阻抗反演方法預(yù)測(cè)裂縫,只需將公式(13)進(jìn)行改寫(xiě),表示為縱橫波阻抗及各向異性梯度項(xiàng)的形式,即:

圖21　裂縫巖石物理參數(shù)方位各向異性彈性阻抗反演流程[110]

圖22　反演得到的不同方位不同角度的彈性阻抗結(jié)果[120]a 方位1; b 方位2; c 方位3

(14)

式中:Γ為各向異性梯度。同樣利用彈性阻抗反演方法,陳懷震[110]選取AMINZADEH等[125]以及MULDER等[126]構(gòu)建的SEG/EAGE二維HTI介質(zhì)等效模型進(jìn)行基于方位各向異性彈性阻抗的裂縫儲(chǔ)層彈性參數(shù)和各向異性梯度項(xiàng)提取方法試算,各向異性梯度反演結(jié)果與模型真實(shí)值對(duì)比如圖24所示。由圖中可以看出,利用基于方位各向異性彈性阻抗能夠提取縱橫波阻抗和各向異性梯度項(xiàng),該方法所得的計(jì)算結(jié)果與模型真實(shí)值之間對(duì)應(yīng)較好,不僅可以描述逆掩斷層等效模型的邊界,而且地層連續(xù)性較好,可以滿足應(yīng)用要求,表明該反演方法可靠且適用。

3.5.3旅行時(shí)方位各向異性預(yù)測(cè)

地震波在各向異性介質(zhì)中傳播時(shí),由(1)式可看出由方位角形成的各向異性參數(shù)η(φ)對(duì)走時(shí)結(jié)果的影響,即走時(shí)是一個(gè)隨方位角變化的負(fù)相關(guān)函數(shù)。縱波沿裂縫發(fā)育方向傳播,旅行時(shí)最短,能量最強(qiáng),隨著傳播方向與裂縫走向角度增大,旅行時(shí)增大,能量減弱,縱波垂直裂縫發(fā)育方向傳播時(shí),能量最弱。圖25顯示了利用旅行時(shí)方位各向異性進(jìn)行Anadarko盆地C區(qū)塊裂縫預(yù)測(cè)的結(jié)果。

圖23　基于方位各向異性彈性阻抗提取的彈性參數(shù)和裂縫巖石物理參數(shù)[120]a IP; b IS; c ΔN; d ΔT

圖24　逆掩斷層模型各向異性梯度真實(shí)值(a)與反演值(b)對(duì)比[110]

圖25　根據(jù)旅行時(shí)和速度方位各向異性得到的Anadarko盆地C區(qū)塊裂縫預(yù)測(cè)結(jié)果[90]

3.5.4頻率方位各向異性預(yù)測(cè)

在各向同性介質(zhì)中,地震波傳播會(huì)產(chǎn)生頻散現(xiàn)象。頻散現(xiàn)象普遍存在,但已有研究結(jié)果表明,當(dāng)?shù)卣鸩ㄆ叫杏诹芽p介質(zhì)的裂縫方向傳播時(shí),看不到頻散現(xiàn)象,在垂直裂縫方向傳播時(shí)可以觀測(cè)到頻散現(xiàn)象[114,127],究其原因,地震波在傳播過(guò)程中,頻率成分發(fā)生了變化,GRIMN等[128]和LYNN等[129]研究發(fā)現(xiàn),平行于裂縫傳播的地震波頻率較高,垂直于裂縫傳播的地震波頻率較低,我們可以利用這個(gè)規(guī)律來(lái)預(yù)測(cè)裂縫的發(fā)育情況。在圖26中,沿裂縫走向方向地震波頻率衰減慢,沿垂直裂縫走向方向地震波頻率衰減快,裂縫密度越大頻率衰減越快。

研究表明[100-101,129-132],各向異性介質(zhì)中振幅方位各向異性要比旅行時(shí)方位各向異性明顯,故利用振幅隨方位的變化規(guī)律可以更好地描述目的層附近的方位各向異性,但在地震資料處理過(guò)程中,振幅容易因處理手段不同而發(fā)生變化,穩(wěn)定性不好[133-134]。相較于利用振幅屬性預(yù)測(cè)裂縫,利用AVO梯度方法更為簡(jiǎn)單穩(wěn)定,可操作性高[135]。不同屬性預(yù)測(cè)裂縫各有特點(diǎn),預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際裂縫吻合程度由高到底依次是AVO梯度、振幅、旅行時(shí),為了充分利用不同屬性的優(yōu)勢(shì),可以將不同屬性預(yù)測(cè)結(jié)果進(jìn)行融合分析以提高預(yù)測(cè)精度[95]。

圖26　頻率屬性各向異性預(yù)測(cè)裂縫[104]

3.6　地應(yīng)力預(yù)測(cè)

準(zhǔn)確分析應(yīng)力場(chǎng)分布對(duì)確定儲(chǔ)層有利壓裂區(qū)域具有重要意義[136]。水平應(yīng)力差異比DHSR是儲(chǔ)層地應(yīng)力的重要指示因子,可用于評(píng)價(jià)地層是否利于壓裂,DHSR表示儲(chǔ)層水平方向上最大主應(yīng)力與最小主應(yīng)力的相對(duì)差異,這種差異越小,越有利于壓裂裂縫形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),提高開(kāi)采效率,即DHSR較小的區(qū)域?qū)?yīng)于儲(chǔ)層有利的壓裂區(qū)域[137]。GRAY等[138]推導(dǎo)出了DHSR的表達(dá)式:

(15)

式中:KN表示法向柔度;E表示楊氏模量;v表示泊松比;σy和σx分別表示最小水平地應(yīng)力和最大水平地應(yīng)力。

法向弱度ΔN與法向柔度KN之間的關(guān)系[139]:

(16)

式中:λ和μ為拉梅系數(shù)。將(16)式代入(15)式,整理得到基于楊氏模量、泊松比和法向弱度的DHSR表達(dá)式[140]:

(17)

公式(17)奠定了地應(yīng)力預(yù)測(cè)的理論基礎(chǔ),對(duì)于OVT域的數(shù)據(jù),可以通過(guò)方位彈性阻抗反演(圖27)得到楊氏模量、泊松比和法向弱度,代入(17)式即可計(jì)算儲(chǔ)層地應(yīng)力指示因子DHSR,通過(guò)分析DHSR數(shù)值大小,可找到DHSR值相對(duì)較低的位置,DHSR低值表示該位置容易壓裂成網(wǎng),DHSR高值表示該位置容易壓裂成定向排列的裂縫,因此可以利用DHSR值,優(yōu)選有利壓裂區(qū)域。圖28顯示了某工區(qū)DHSR預(yù)測(cè)結(jié)果,對(duì)比井?dāng)?shù)據(jù)計(jì)算得出的DHSR曲線,可以看出預(yù)測(cè)的DHSR與實(shí)際趨勢(shì)一致,誤差不大,可較好地預(yù)測(cè)地應(yīng)力,應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)。

圖27　方位彈性阻抗反演流程[141]

圖28　某工區(qū)K井區(qū)DHSR預(yù)測(cè)結(jié)果

4　認(rèn)識(shí)與展望

寬方位地震勘探已經(jīng)成為提高地震勘探效果的重要選擇之一,寬方位地震采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于如何經(jīng)濟(jì)有效地獲取觀測(cè)方位、炮檢距和覆蓋次數(shù)分布盡可能均勻的三維數(shù)據(jù)體,基于OVT技術(shù)的寬方位地震資料處理技術(shù)能更好地保留寬方位地震資料的方位角信息和炮檢距信息,形成基于OVT數(shù)據(jù)域的五維地震資料,OVT處理技術(shù)不僅是一種技術(shù),更是一種新穎的思路,它的出現(xiàn),為寬方位地震資料解釋提供了更好的數(shù)據(jù)支持。伴隨著OVT技術(shù)的廣泛應(yīng)用,如何充分挖掘五維地震資料中的地震信息,如何充分利用這些地震信息進(jìn)行OVT數(shù)據(jù)域地震解釋是發(fā)揮寬方位地震勘探技術(shù)優(yōu)勢(shì)的關(guān)鍵。

寬方位地震勘探的數(shù)據(jù)采集和處理技術(shù)日益成熟,但配套的解釋技術(shù)相對(duì)不足。油氣勘探目標(biāo)的復(fù)雜性和多樣性對(duì)寬方位地震資料解釋提出了新的挑戰(zhàn),但理論研究、軟件技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展,為OVT數(shù)據(jù)域五維地震資料處理及解釋提供了有力的支持。正如當(dāng)初從2D解釋向3D解釋發(fā)展一樣,五維數(shù)據(jù)的解釋還有很長(zhǎng)的路要走。OVT五維數(shù)據(jù)的解釋是地震技術(shù)的又一次革命,如何去挖掘五維數(shù)據(jù)中蘊(yùn)含的信息,需要在理論、方法、技術(shù)等方面探索創(chuàng)新,發(fā)展OVT域五維地震解釋技術(shù)是未來(lái)地震勘探發(fā)展的主要趨勢(shì)之一。

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