陳 楠,徐雷鳴,宋志翔,朱凌燕,陳 科

(中國(guó)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(chǔ)量及產(chǎn)量中占據(jù)很大比重的碳酸鹽巖和致密砂巖儲(chǔ)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(guó)外早在20世紀(jì)70年代就開(kāi)始了利用地震方法開(kāi)展裂縫檢測(cè)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(cè)技術(shù)等。90年代中期,橫波、轉(zhuǎn)換波探測(cè)和多分量各向異性分析技術(shù)逐漸發(fā)展起來(lái),但是受成本及方法自身的限制,這些技術(shù)都沒(méi)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(cè)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(guò)地質(zhì)裂縫體時(shí)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(cè)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(cè)應(yīng)用軟件較少,相關(guān)的文獻(xiàn)資料也不多。個(gè)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(cè)井和巖石物理等信息實(shí)現(xiàn)對(duì)裂縫方位和密度的描述。還有個(gè)別軟件可以為各向異性成像、裂縫檢測(cè)和油藏描述提供解決方案。商業(yè)化的疊前裂縫檢測(cè)軟件還處于日趨成熟和不斷完善的階段,比如對(duì)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(cè)要求的窄方位觀測(cè)系統(tǒng)下還不能提供更多的解決方案。另外,在國(guó)際油價(jià)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(gòu)價(jià)格、配套設(shè)備、技術(shù)支持和軟件升級(jí)維護(hù)費(fèi)用等方面也是需要考慮的現(xiàn)實(shí)問(wèn)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(wèn)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(cè)原理

P波在裂縫介質(zhì)中傳播時(shí),其振幅、頻率、速度以及衰減等屬性隨著觀測(cè)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(shì)與強(qiáng)度。對(duì)于地震波傳播的方向特征,專家們利用不同的近似解簡(jiǎn)化了HTI介質(zhì)P波入射時(shí)的AVO方程,統(tǒng)一的簡(jiǎn)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(duì)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(gè)方位的屬性變化在平面上的投影呈現(xiàn)類似橢圓的趨勢(shì),而非裂縫型介質(zhì)(各向同性)則呈現(xiàn)圓形趨勢(shì)。

根據(jù)上述特征,對(duì)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(duì)坐標(biāo);a,b為橢圓長(zhǎng)短軸大小;θ為橢圓長(zhǎng)軸與正北方向的夾角,即裂縫的方向;長(zhǎng)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(cè)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(cè)系統(tǒng)采集。對(duì)于窄方位觀測(cè)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(gè)寬方位面元的一個(gè)方位,對(duì)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(cè)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(guò)大,需要根據(jù)實(shí)際情況下單點(diǎn)網(wǎng)格的大小作動(dòng)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(shí)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(gè)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(dòng)分組分析

在窄方位觀測(cè)系統(tǒng)條件下,采用均勻劃分方位的方法不能使各個(gè)方位的覆蓋次數(shù)均勻。雖然通過(guò)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(cè)要求。針對(duì)該問(wèn)題,我們研發(fā)了方位不均勻自動(dòng)分組分析功能,在超道集面元的基礎(chǔ)上,通過(guò)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(dòng)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(guò)該界面的交互分析,可以實(shí)時(shí)調(diào)整“方位扇區(qū)劃分方案”表格中每個(gè)扇區(qū)對(duì)應(yīng)的中心角度和扇區(qū)大小,獲取對(duì)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(dòng)態(tài)獲取扇區(qū)大小。調(diào)整后的方位角、偏移距和對(duì)應(yīng)的覆蓋次數(shù)可以通過(guò)“方位角-偏移距交匯圖”和“方位扇區(qū)劃分圖”實(shí)時(shí)展示出來(lái)。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(duì)應(yīng)偏移距區(qū)域的覆蓋次數(shù)分布情況,扇區(qū)的長(zhǎng)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(gè)方位,該超道集各個(gè)方位的覆蓋次數(shù)嚴(yán)重不均,受窄方位觀測(cè)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(shuō)明該劃分方案明顯不利于裂縫檢測(cè)。

通過(guò)人工動(dòng)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(cè)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(wú)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(wú)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(shuō)明該偏移距范圍(800～3000m)能夠滿足疊前預(yù)測(cè)對(duì)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(cè)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(shí)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(guò)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(dòng)靜校等,為裂縫檢測(cè)提供優(yōu)質(zhì)的數(shù)據(jù)支持;然后針對(duì)疊前道集同相軸不平的現(xiàn)象,采用沿層自動(dòng)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(shí)間線拾取的結(jié)果,將方位振幅沿時(shí)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(dòng)追蹤拾取的結(jié)果,自動(dòng)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(duì)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(cè)的要求。

1) 道集歸一化,用于對(duì)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(gè)方位的道集在任一時(shí)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(shí)同一時(shí)間點(diǎn)處的振幅值并不收斂到相同值[7-8](圖8a)。此時(shí)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(gè)采樣除以超道集面元中各個(gè)方位角度道集的垂直入射地震道包絡(luò)Xenv,得到每個(gè)方位道集的歸一化標(biāo)定地震道Xnor,即Xnor=Xst/Xenv,最后將每個(gè)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(shí)來(lái)自不同方位的反射都趨于同一個(gè)反射點(diǎn)(圖8b)。

2)P,G擬合剖面。即對(duì)方位角度道集數(shù)據(jù)進(jìn)行各個(gè)方位的P,G擬合。在入射角θ<25°的條件下,來(lái)自兩個(gè)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(cè)流程

圖7 沿時(shí)間線拾取(a)與沿層自動(dòng)追蹤拾取(b)結(jié)果對(duì)比

圖8 兩個(gè)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(lái)說(shuō),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(shuō)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(gè)方位反射振幅隨入射角的變化率以及變化趨勢(shì)。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(duì)裂縫的發(fā)育較為敏感。

3) 方位時(shí)差計(jì)算。P波從不同方位穿過(guò)裂縫介質(zhì)時(shí),除了振幅變化外,同一層位反射的子波走時(shí)亦有不同。在某個(gè)方位道集的同相軸上,零偏移距到達(dá)時(shí)間與遠(yuǎn)道偏移距的到達(dá)時(shí)間之差被稱為時(shí)差。若不同方位的時(shí)差為周期變化,說(shuō)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(gè)方位子波的走時(shí)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(gè)時(shí)間,再計(jì)算方位的時(shí)差值。

4) 方位包絡(luò)處理。反演過(guò)程中若是以P波振幅隨方位角的變化來(lái)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(guò)零點(diǎn)。袁剛等[14]指出,使用各方位疊加道的包絡(luò)(瞬時(shí)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(lái)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(lái)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(duì)象(object)為基本元素,對(duì)數(shù)據(jù)與邏輯行為進(jìn)行封裝,大量運(yùn)用類實(shí)例對(duì)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(duì)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(huì)缺乏對(duì)整體系統(tǒng)的詳細(xì)劃分,出現(xiàn)對(duì)象設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)不合理、各部分關(guān)系失調(diào)甚至對(duì)象繼承無(wú)限放大的代碼冗余現(xiàn)象,使得后續(xù)維護(hù)升級(jí)困難。我們?cè)谲浖軜?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(gè)類也可以視為一個(gè)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(shù)林,對(duì)象是樹(shù),模塊是某些相同種類樹(shù)木的組合?；跇?gòu)件的軟件工程(CBSE),也被稱為基于組件的開(kāi)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(gè)獨(dú)立的組件可以是一個(gè)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(lái)的組件可以單獨(dú)維護(hù)和升級(jí)而不會(huì)影響到其他的組件。而模塊化的目的在于將一個(gè)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(gè)模塊只包含與其功能相關(guān)的內(nèi)容,模塊之間通過(guò)接口調(diào)用。將一個(gè)大的系統(tǒng)模塊化之后,每個(gè)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(gè)組件,分離組件邊界和責(zé)任,便于獨(dú)立升級(jí)和維護(hù)。

在控制服務(wù)層面,將已有的成熟控件(圖形平臺(tái))作為新架構(gòu)的核心集成環(huán)境,與地震數(shù)據(jù)平臺(tái)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(kù))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(tái)上。在后臺(tái)服務(wù)支持層面,提供了跨平臺(tái)的數(shù)據(jù)訪問(wèn)和文件I/O機(jī)制,通過(guò)系統(tǒng)配置實(shí)現(xiàn)對(duì)多種數(shù)據(jù)庫(kù)的支持;封裝了通用的數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)對(duì)象模型,支持常用的數(shù)據(jù)格式文件解析和讀寫(xiě),為應(yīng)用軟件提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)訪問(wèn)接口(圖11)。

圖10 應(yīng)用軟件框架

圖11 后臺(tái)服務(wù)支持

2.2 模塊分類與開(kāi)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(cè)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(shí)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(shí)部分疊加。

3) 疊前疊后聯(lián)動(dòng)。疊前道集與疊后剖面的聯(lián)合解釋與聯(lián)動(dòng)分析,實(shí)時(shí)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(guò)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(tái)服務(wù)的同時(shí),實(shí)現(xiàn)整個(gè)框架的集成組建。軟件運(yùn)行時(shí),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(gè)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(guò)程中實(shí)時(shí)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(cè)試,減小軟件回歸測(cè)試的范圍,提高集成測(cè)試與錯(cuò)誤修正的效率。

3 應(yīng)用測(cè)試

3.1 工區(qū)概況

在南方某三維工區(qū),針對(duì)目標(biāo)層開(kāi)展了疊前方位各向異性裂縫預(yù)測(cè)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(cè)系統(tǒng)排列縱橫比約1.0∶0.8,是典型的寬方位觀測(cè)系統(tǒng),為疊前裂縫檢測(cè)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(yè)巖層,依據(jù)鉆井顯示,從上至下有1～4共4套頁(yè)巖層。B井鉆井結(jié)果表明,本區(qū)主要目標(biāo)層為1號(hào)和4號(hào)頁(yè)巖層,目標(biāo)層段測(cè)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(duì)疊前地震數(shù)據(jù)做了相應(yīng)的處理,包括原始CMP道集動(dòng)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(gè)方位疊加數(shù)據(jù)體(圖12)。數(shù)據(jù)準(zhǔn)備主要包括:①對(duì)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(lái)的異常與壓道現(xiàn)象;②對(duì)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(cè)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(shí),為驗(yàn)證反演結(jié)果的準(zhǔn)確性,采用疊后裂縫檢測(cè)方法開(kāi)展地層不連續(xù)性檢測(cè),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(cè)結(jié)果,進(jìn)行裂縫綜合預(yù)測(cè)與對(duì)比。限于篇幅,本文僅針對(duì)4號(hào)頁(yè)巖層進(jìn)行預(yù)測(cè)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(dòng)分析

單點(diǎn)聯(lián)動(dòng)分析是指裂縫檢測(cè)批量運(yùn)算前利用圖形用戶交互聯(lián)動(dòng)功能,實(shí)時(shí)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(dòng)分析有3種方法:①沿時(shí)間線分析,將各個(gè)方位數(shù)據(jù)沿相同時(shí)間線方向提取并擬合橢圓;②沿時(shí)間線自動(dòng)追蹤分析,在一定時(shí)窗范圍內(nèi)對(duì)波峰或波谷進(jìn)行自動(dòng)搜索,提取對(duì)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(shí)能較好地改善分析質(zhì)量;③瞬時(shí)振幅包絡(luò)分析,通過(guò)提取各個(gè)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(shí)間線自動(dòng)追蹤的擬合結(jié)果(圖13b)更接近于真實(shí)值,各個(gè)方位的數(shù)據(jù)點(diǎn)基本都分布在橢圓線上。對(duì)應(yīng)地,沿時(shí)間線分析(圖13a)以及瞬時(shí)振幅包絡(luò)分析(圖13c)兩種方法擬合的橢圓均沒(méi)有完全貼合每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)。當(dāng)然,也不是所有的數(shù)據(jù)都會(huì)出現(xiàn)上述情況,不同的數(shù)據(jù)可以動(dòng)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(hào)頁(yè)巖層方位擬合結(jié)果來(lái)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(dòng)分析界面a 沿時(shí)間線分析方法; b 沿時(shí)間線自動(dòng)追蹤分析方法; c 瞬時(shí)振幅包絡(luò)分析方法

圖14 單點(diǎn)聯(lián)動(dòng)交互分析(工區(qū)南部4號(hào)頁(yè)巖層隨機(jī)區(qū)域)

圖15 單點(diǎn)聯(lián)動(dòng)交互分析(工區(qū)北部4號(hào)頁(yè)巖層隨機(jī)區(qū)域)

3.4 疊前裂縫檢測(cè)

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(huì)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(duì)這種現(xiàn)象,需要實(shí)時(shí)分析地下裂縫型儲(chǔ)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(jiǎn)化方程[19],模擬地震波在已知裂縫模型中傳播時(shí)各個(gè)方位的地震響應(yīng),以確定橢圓長(zhǎng)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(shí)顯示了正演模擬結(jié)果中各個(gè)方位角道集數(shù)據(jù)在某時(shí)間線上的振幅隨入射角變化曲線以及20°入射角處各個(gè)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(duì)于該目標(biāo)層,地震振幅橢圓擬合的長(zhǎng)軸代表了裂縫的走向,裂縫方向解釋為“長(zhǎng)軸”。在裂縫屬性計(jì)算時(shí),需選擇橢圓長(zhǎng)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(lái)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(shí)窗)和計(jì)算參數(shù)(振幅類型、擬合方式、橢圓長(zhǎng)軸指示),利用沿時(shí)間線分析、沿時(shí)間線自動(dòng)追蹤及瞬時(shí)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(shí)間線分析方法計(jì)算得到的4號(hào)頁(yè)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(shí)間線自動(dòng)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(shí)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(shí)間線自動(dòng)追蹤分析方法采用了沿波峰或波谷自動(dòng)追蹤的算法,克服了各方位地震同相軸在時(shí)間上的微小差異,使裂縫預(yù)測(cè)結(jié)果更加精確,更符合地下實(shí)際地質(zhì)情況。

圖18 4號(hào)頁(yè)巖層裂縫密度沿層切片a 沿時(shí)間線分析方法; b 沿時(shí)間線自動(dòng)追蹤方法; c 基于瞬時(shí)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(duì)應(yīng)連續(xù)性較好的地層;相反,連續(xù)性較差的同相軸對(duì)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(cè)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(cè)、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(gè)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(huà)。而對(duì)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(cè)技術(shù)往往不能進(jìn)行詳細(xì)刻畫(huà),但可以進(jìn)行疊合對(duì)比,驗(yàn)證疊前檢測(cè)技術(shù)反演的全區(qū)大斷裂帶發(fā)育概貌與走勢(shì)。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(guò)對(duì)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(huà)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(huà)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(duì)強(qiáng)度,而且能直觀地顯示裂縫發(fā)育的方向。對(duì)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(shì)方向,為該區(qū)頁(yè)巖氣開(kāi)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(duì)密度與方位; b 抽稀后的相對(duì)密度與方位

4 結(jié)束語(yǔ)

本文研究了疊前方位各向異性裂縫檢測(cè)的方法和流程,介紹了滿足實(shí)際需求、具備自主知識(shí)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(kāi)發(fā)效率、升級(jí)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(duì)比結(jié)果表明,該軟件可以為后續(xù)頁(yè)巖氣開(kāi)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(kāi)發(fā)提供有效的技術(shù)支持,指導(dǎo)勘探井位的部署。通過(guò)進(jìn)一步的擴(kuò)展開(kāi)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(chǔ)層疊前流體識(shí)別的需求。

致謝:感謝中國(guó)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(cè)試中提供的大力支持和幫助！