劉韜，王鐵一，孫珂，韓東

（中國石化石油勘探開發(fā)研究院，北京 100083）

0 引言

塔里木盆地碳酸鹽巖油氣藏主要分布于裂縫—孔洞型儲層中[1]，該類儲層具有埋藏深、橫向變化快和非均質(zhì)性強(qiáng)的特點，利用地震資料精細(xì)預(yù)測較為困難，制約了縫洞型油氣藏的進(jìn)一步勘探與開發(fā)。碳酸鹽巖縫洞型儲層預(yù)測的一個重要手段就是尋找并確定這類縫洞連通體的地震反射特征，并借助地球物理手段精細(xì)預(yù)測斷裂、溶洞和裂縫，再對縫洞系統(tǒng)及其空間接觸關(guān)系進(jìn)行綜合表征與評價。

對于斷裂和溶洞的識別與刻畫，疊后地震數(shù)據(jù)仍是最常用且有效的基礎(chǔ)資料?，F(xiàn)階段，人們通常提取一些邊緣檢測類的地震屬性（相干、曲率和結(jié)構(gòu)張量等）用于地下斷裂和溶洞的識別，并且在簡單構(gòu)造區(qū)都取得了較好的應(yīng)用效果[2-5]。疊后地震屬性中應(yīng)用最為廣泛的是相干體技術(shù)[6-8]，通過計算相鄰地震道間的相似性來衡量地下構(gòu)造的不連續(xù)程度。近年來發(fā)展了許多改進(jìn)的相干體算法[9-11]，特別是分頻相干技術(shù)[12-14]進(jìn)一步提高了相干分析的計算效率或斷裂識別的分辨率?；谙辔恍畔Φ叵氯鯓?gòu)造有更高的敏感性，Wang 等[15]提出一種基于分頻相位的地質(zhì)導(dǎo)向相干算法（后文統(tǒng)稱為分頻導(dǎo)向相干），將譜分解得到的譜相位有效地融入到地質(zhì)導(dǎo)向相干算法中，更好地用于地下深層弱反射背景下異常構(gòu)造的識別與刻畫。相比于常規(guī)地震屬性，該方法的識別結(jié)果橫向分辨率更高，細(xì)節(jié)更為豐富，可作為疊后地震資料斷裂溶洞識別的一種有效手段。

相比于大斷裂，裂縫作為一種小尺度的不連續(xù)異常體，用疊后地震屬性預(yù)測的結(jié)果精度較低，為此發(fā)展了基于疊前地震資料的各種裂縫預(yù)測方法。人們對水平橫向各向同性介質(zhì)（也被稱為HTI 介質(zhì)）的地震反射各向異性特征進(jìn)行了研究，并將其成功用于裂縫分布特征和裂縫介質(zhì)彈性參數(shù)的預(yù)測中[16]。隨著Ruger 方程的提出以及寬方位地震資料采集和處理技術(shù)的發(fā)展，人們開始利用縱波反射振幅隨入射角和炮檢距的變化關(guān)系（AVAZ）來預(yù)測地下的裂縫分布情況[17-19]，且已成為現(xiàn)階段最有效、應(yīng)用最廣泛的預(yù)測方法。此外，研究表明，裂縫引起的各向異性不僅表現(xiàn)為方位振幅的差異，縱波速度、頻率、衰減等地震屬性也會存在方位上的差異，因此，一些基于方位地震屬性各向異性的方法也被用于表征地下的裂縫發(fā)育強(qiáng)度[20-21]。相比于振幅，基于相位的信息對地下弱構(gòu)造具有更高的敏感性。Yuan 等[22]提出一種新屬性——地質(zhì)導(dǎo)向相位屬性（后文統(tǒng)稱為導(dǎo)向相位屬性），同樣能夠反映地下構(gòu)造的不連續(xù)，而且與相干屬性相比，檢測小尺度異常構(gòu)造的潛力更大。基于此，本文嘗試提取不同方位數(shù)據(jù)的導(dǎo)向相位屬性進(jìn)行差異性分析，發(fā)展一種基于寬方位導(dǎo)向相位屬性的各向異性強(qiáng)度表征方法，以用于地下裂縫的預(yù)測。

本文研究基于疊后—疊前多屬性分析的縫洞型儲層地震綜合預(yù)測方法。首先基于疊后地震資料的屬性優(yōu)選，將分頻導(dǎo)向相干屬性作為斷裂及溶洞的識別結(jié)果，再基于本文提出的疊前寬方位各向異性強(qiáng)度表征方法，通過奇異值分解（SVD）計算不同方位導(dǎo)向相位屬性的最大奇異值與奇異值之和的比值，用于預(yù)測地下裂縫的分布。最后將該流程應(yīng)用于某區(qū)塊碳酸鹽巖的縫洞型儲層預(yù)測，通過疊前、疊后多屬性預(yù)測結(jié)果對縫洞體系進(jìn)行綜合表征與評價，用鉆井結(jié)果驗證了方法的有效性。

1 方法原理

地下發(fā)育的裂縫能夠誘導(dǎo)地層介質(zhì)產(chǎn)生各向異性，而各向異性不僅能夠引起方位振幅的差異，同樣也會引起不同方位的其他地震屬性之間的差異，由此發(fā)展了多種基于方位屬性各向異性的裂縫預(yù)測方法[16-17]。Yuan 等[22]提出的地質(zhì)導(dǎo)向相位屬性，可以用于檢測地下的不連續(xù)異常體，并且對地下裂縫等弱構(gòu)造具有比其他屬性更高的敏感性。因此，本文嘗試通過量化方位數(shù)據(jù)導(dǎo)向相位屬性之間的這種差異性，發(fā)展一種寬方位導(dǎo)向相位屬性各向異性強(qiáng)度表征方法，進(jìn)而預(yù)測地下裂縫的分布。

該方法的整個處理解釋流程如圖1所示，主要包括以下幾個關(guān)鍵步驟：

圖1 寬方位導(dǎo)向相位屬性各向異性強(qiáng)度表征流程

（1）對拉平處理后的初始疊前道集進(jìn)行速度各向異性校正，一方面消除速度各向異性對后續(xù)方位各向異性分析的影響，另一方面將疊前道集進(jìn)一步拉平，從而為分方位疊加及層位解釋提供高質(zhì)量的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；

（2）對優(yōu)化后的疊前道集進(jìn)行信噪比和炮檢距—方位角分布等方面的分析，以尋找最佳分方位策略，并疊加得到不同方位的疊加數(shù)據(jù)體；

（3）設(shè)置相干道數(shù)和時窗等計算參數(shù)，對各方位疊加數(shù)據(jù)體采用相同參數(shù)處理之后，提取導(dǎo)向相位屬性體；

（4）設(shè)置縱向滑動時窗，對各方位導(dǎo)向相位屬性體進(jìn)行方位奇異值分解，計算最大奇異值與奇異值之和的比值，表征地下的各向異性強(qiáng)度，作為地下裂縫的預(yù)測結(jié)果；

（5）提取目標(biāo)儲層處的裂縫預(yù)測結(jié)果，并與疊后斷裂溶洞識別結(jié)果、已鉆井?dāng)?shù)據(jù)等資料進(jìn)行對比，進(jìn)而分析縫洞型儲層的縫洞接觸關(guān)系及連通情況。

其中，步驟（4）中利用奇異值分解來量化不同方位屬性之間差異性的計算流程如圖2所示，其具體原理如下：

圖2 方位奇異值分解原理

首先定義一個n×L大小的矩形分析時窗，該窗口內(nèi)的數(shù)據(jù)由包含n個采樣點的L個地震道組成，這L道地震數(shù)據(jù)分別來自于不同方位導(dǎo)向相位屬性體的相同位置。將該時窗內(nèi)的數(shù)據(jù)定義為矩陣A，其中元素aij表示第i道數(shù)據(jù)中的第j個采樣點，且滿足關(guān)系式：1 ≤i≤L，1 ≤j≤n，各地震道的n個采樣點組成了矩陣A的各列，即

隨后，對矩陣A進(jìn)行奇異值分解并得到L個非零的奇異值。設(shè)λj(j= 1,2,…,L)是矩陣A的第j個奇異值，計算最大奇異值與奇異值之和的比值來表征地下的各向異性強(qiáng)度

式中λmax為最大奇異值。根據(jù)奇異值的物理含義可知，該比值能夠量化不同方位導(dǎo)向相位屬性之間的相似程度。如果各方位屬性之間存在較強(qiáng)的相關(guān)性，則該比值就越接近于1，表明該位置處的各向異性強(qiáng)度較弱；反之，若比值越接近于0，則表明該處的各向異性較強(qiáng)，裂縫較發(fā)育。

2 實際資料應(yīng)用及效果分析

為了驗證所提方法在裂縫預(yù)測中的應(yīng)用效果，選取塔里木盆地某三維地震資料進(jìn)行測試。該地區(qū)主要發(fā)育碳酸鹽巖縫洞型儲層，橫向變化快、非均質(zhì)性較強(qiáng)。已鉆井表明該區(qū)高產(chǎn)井主要分布在斷裂系統(tǒng)周邊，目前主干斷裂大體明晰，但次生斷裂解釋精度較低，特別是裂縫發(fā)育和分布特征刻畫不清晰。因此，準(zhǔn)確刻畫斷裂及裂縫分布特征，對于該地區(qū)油氣勘探與開發(fā)具有非常重要的意義。

為更好刻畫目標(biāo)儲層不連續(xù)異常體的分布特征，將從疊后地震、疊前地震和鉆井資料三個方面進(jìn)行綜合分析。首先提取有效的疊后地震屬性預(yù)測該區(qū)的大斷裂和溶洞，再基于疊前地震資料開展AVAZ 反演和寬方位導(dǎo)向相位屬性各向異性強(qiáng)度表征，用于地下裂縫的預(yù)測，厘清裂縫與斷裂溶洞系統(tǒng)的關(guān)系，并與實鉆井資料進(jìn)行對比分析，進(jìn)而評價該區(qū)縫洞型儲層發(fā)育情況。

2.1 疊后大斷裂及溶洞預(yù)測

基于疊后三維地震資料，提取三種常規(guī)地震屬性以及分頻導(dǎo)向相干屬性，并通過不同屬性識別效果的對比分析，最終優(yōu)選出一種疊后大斷裂預(yù)測的敏感屬性。該工區(qū)共有主測線550 條、聯(lián)絡(luò)線751條，工區(qū)覆蓋面積為100 km2，道間距為15 m×15 m，采樣間隔為2 ms。圖3a 展示了其中一條地震剖面及目標(biāo)儲層位置（圖中黑色線條處），從中可以看出該區(qū)斷裂較為發(fā)育，溶洞的串珠狀反射特征明顯，目標(biāo)儲層處反射特征比較雜亂、信噪比較低。目標(biāo)層原始振幅切片（圖3b）顯示工區(qū)東部發(fā)育一條明顯的大斷裂，且斷裂周邊發(fā)育溶洞，這些都為地下儲層中裂縫的形成創(chuàng)造了有利條件。

圖3 疊后地震資料分析

隨后，提取目標(biāo)儲層處的傾角屬性、曲率屬性和瞬時振幅屬性，分別如圖4a～圖4c所示。傾角屬性能夠體現(xiàn)因發(fā)育斷層或裂縫所引起的構(gòu)造變化；曲率屬性能夠反映構(gòu)造應(yīng)力作用導(dǎo)致的地層形變特征，通常是裂縫發(fā)育的重要標(biāo)志；而瞬時振幅屬性能夠有效地刻畫地震數(shù)據(jù)中與圍巖振幅差異較大且具有“串珠狀”反射特征的溶洞系統(tǒng)。從各屬性識別結(jié)果對比中可知，傾角屬性和曲率屬性預(yù)測斷裂效果整體上相近，預(yù)測斷裂比較離散、連續(xù)性較差；瞬時振幅屬性只能夠反映出溶洞信息；而分頻導(dǎo)向相干屬性[15]（圖4d，低頻、中頻和高頻結(jié)果RGB 融合顯示）能夠檢測更多的地質(zhì)細(xì)節(jié)特征且連續(xù)性較好，能刻畫溶洞的分布特征。因此，選取分頻導(dǎo)向相干屬性作為疊后大斷裂和溶洞預(yù)測的敏感屬性。

圖4 疊后沿層地震屬性對比

2.2 疊前裂縫預(yù)測

該工區(qū)已進(jìn)行了寬方位地震資料的采集和處理。為進(jìn)一步滿足疊前屬性處理的需求，在常規(guī)處理流程基礎(chǔ)上，開展了精細(xì)的深度域速度建模和OVT域處理等工作，工區(qū)面元大小為15 m×15 m，平均覆蓋次數(shù)為175。隨后，根據(jù)疊前地震道集（圖5a）品質(zhì)和方位角—炮檢距分布情況（圖5c，圖中正北方向為0°方位，且順時針指示增大方向），將疊前炮檢距道集按方位角劃分為4組（圖5d），并進(jìn)行分方位疊加處理，以各組中心方位角作為該組疊加數(shù)據(jù)的方位角（中心方位角分別為45°、135°、225°和315°）。圖5b 展示了某位置處的分方位疊前道集，可以看到每個方位內(nèi)的炮檢距分布較為均勻，且各方位都存在大炮檢距數(shù)據(jù)，道集數(shù)據(jù)經(jīng)部分疊加后的信噪比也有所提升。圖5e中不同方位疊加數(shù)據(jù)的振幅譜顯示，各方位疊加數(shù)據(jù)的振幅譜較為相近且存在細(xì)微差異。數(shù)據(jù)主頻約為22 Hz、頻帶范圍大致為5～50 Hz，地震資料整體分辨率不高。

圖5 疊前道集分析與處理

首先，提取不同方位疊加數(shù)據(jù)體的原始振幅切片（圖6），可以看出各方位數(shù)據(jù)在平面上的振幅強(qiáng)弱變化關(guān)系整體相似，且都揭示工區(qū)東部發(fā)育一條較大斷裂帶，但局部位置仍存在一些微弱差異（圖中綠色橢圓所示），比如斷裂在45°和225°方位數(shù)據(jù)中較為清晰，而在其他兩個方位模糊。此外，受強(qiáng)振幅異常的影響，工區(qū)內(nèi)小斷裂和裂縫在原始振幅切片中都不能被很好識別。

圖6 不同方位數(shù)據(jù)體沿層振幅切片對比

隨后，基于不同方位數(shù)據(jù)體，進(jìn)一步計算并提取導(dǎo)向相位屬性切片（圖7）。受部分疊加數(shù)據(jù)品質(zhì)的限制，各方位導(dǎo)向相位屬性容易受到隨機(jī)噪聲的影響，但分方位處理能夠保留更多微構(gòu)造細(xì)節(jié)，并且能夠用導(dǎo)向相位屬性較好地識別出來。同時，在不同方位導(dǎo)向相位屬性體計算參數(shù)相同的條件下，不同屬性結(jié)果仍存在微弱的差異，那么該差異可能是由于各向異性引起不同方位數(shù)據(jù)在構(gòu)造上的差異所造成的。因此，可基于不同方位導(dǎo)向相位屬性結(jié)果之間的差異，進(jìn)一步分析目標(biāo)儲層的各向異性強(qiáng)度。

圖7 不同方位導(dǎo)向相位屬性沿層切片對比

通過圖1b 中解釋流程對不同方位導(dǎo)向相位屬性體進(jìn)行方位奇異值分解，計算得到最大奇異值與奇異值之和的比值，進(jìn)一步提取沿層結(jié)果用于指示目標(biāo)儲層的各向異性強(qiáng)度分布情況，如圖8c所示。結(jié)果顯示疊前裂縫預(yù)測結(jié)果與分頻導(dǎo)向相干屬性預(yù)測的斷裂分布（圖4d）整體較為吻合，裂縫主要集中分布于斷裂和溶洞附近，裂縫預(yù)測結(jié)果相對可靠。

圖8 不同屬性裂縫預(yù)測結(jié)果對比（層段T～T+30ms）

此外，通過疊前角道集進(jìn)一步開展基于精確Ruger 方程的疊前AVAZ 反演[18]和方位衰減各向異性的裂縫預(yù)測，并進(jìn)行對比（圖8）。從目標(biāo)儲層橫向展布特征來看，方位振幅各向異性（圖8a）、方位衰減各向異性（圖8b）和方位導(dǎo)向相位屬性（圖8c）得到的裂縫預(yù)測結(jié)果整體上具有一定的相似性，并且與疊后斷裂預(yù)測結(jié)果也存在一定的相關(guān)性，預(yù)測裂縫集中分布在斷裂帶周邊，而疊前AVAZ 反演結(jié)果卻表現(xiàn)出較大的差異。從預(yù)測結(jié)果的裂縫分布形態(tài)來看，基于振幅類的預(yù)測裂縫（圖8a 和8d）平面分布相對離散且連續(xù)性較差，而基于其他屬性類的預(yù)測裂縫（圖8b 和8c）平面分布比較自然，表現(xiàn)出較好的橫向連續(xù)性。

2.3 縫洞系統(tǒng)綜合表征

為進(jìn)一步對比不同裂縫預(yù)測方法的應(yīng)用效果，從疊后斷裂溶洞識別、疊前裂縫預(yù)測和已鉆井情況三方面進(jìn)行綜合分析。該研究區(qū)共有4口井，各井油氣產(chǎn)能情況為：Well 1井和Well 2井累計產(chǎn)油分別為36.18×104t 和30.81×104t，均為高產(chǎn)井；Well 3 井累計產(chǎn)油3.39×104t，為低產(chǎn)井；Well 4井累計產(chǎn)油800 t，產(chǎn)量極低。同時鉆井顯示W(wǎng)ell 2和Well 3井在目標(biāo)層處存在放空、漏失現(xiàn)象。

圖9 展示了4 口井附近的預(yù)測結(jié)果放大顯示，從左到右依次為疊后斷裂溶洞識別、方位振幅各向異性、方位衰減各向異性、寬方位導(dǎo)向相位屬性和疊前AVAZ反演結(jié)果。

圖9 井周不同預(yù)測結(jié)果對比

從圖9a可以看出，疊后斷裂預(yù)測結(jié)果顯示W(wǎng)ell 1井東部廣泛發(fā)育大斷裂和溶洞，方位衰減各向異性、寬方位相位屬性和疊前AVAZ 反演結(jié)果都顯示該井周邊發(fā)育有高密度裂縫區(qū)，從而使得大斷裂與裂縫形成較好的連通性，該井獲得高產(chǎn)能。Well 4 井周邊大斷裂欠發(fā)育，而裂縫在該井周邊不發(fā)育，并且大斷裂與裂縫兩者之間的連通程度也較差，導(dǎo)致該井產(chǎn)量極低。

從圖9b可見，Well 3井在鉆井過程中有放空和漏失現(xiàn)象發(fā)生，說明該井周邊孔洞發(fā)育，這在疊后斷裂預(yù)測結(jié)果有所顯示。疊前裂縫預(yù)測結(jié)果顯示該井周邊發(fā)育有少量裂縫，鉆井資料表明該井初期產(chǎn)油量高，而后期產(chǎn)量明顯降低，則可能與溶洞—裂縫的連通性較差有關(guān)。

從圖9c 可見，鉆井顯示W(wǎng)ell 2 井也存在放空、漏失現(xiàn)象，疊后相干屬性檢測出該井周邊發(fā)育有溶洞，且大斷裂也較為發(fā)育。寬方位相位屬性顯示該井周邊發(fā)育高密度裂縫區(qū)，且與大斷裂的連通使得該井產(chǎn)量較高，而其他三種預(yù)測結(jié)果顯示裂縫發(fā)育較差。

3 結(jié)論

針對塔里木盆地深層碳酸鹽巖縫洞型儲層橫向變化快、非均質(zhì)性強(qiáng)的特點，本文研究了基于疊前—疊后地震多屬性分析的縫洞型儲層綜合預(yù)測方法，并應(yīng)用于塔河地區(qū)深層碳酸鹽巖縫洞型儲層的預(yù)測中，得到以下認(rèn)識：

（1）在斷裂和溶洞識別方面，基于疊后地震資料，通過多屬性對比分析，優(yōu)選分頻導(dǎo)向相干結(jié)果作為一種敏感屬性。

（2）在裂縫預(yù)測方面，基于疊前方位屬性各向異性理論，提出了一種基于寬方位導(dǎo)向相位屬性的各向異性強(qiáng)度表征方法，通過奇異值分解（SVD）計算不同方位導(dǎo)向相位屬性的最大奇異值與奇異值之和的比值，用于表征目標(biāo)儲層的各向異性強(qiáng)度，從而作為裂縫的預(yù)測結(jié)果。

（3）三維實際資料測試結(jié)果表明，本方法能夠更好地表征縫洞型儲層的發(fā)育情況，預(yù)測裂縫分布特征連續(xù)性好且集中分布在斷裂周邊，綜合預(yù)測結(jié)果與已鉆井情況較為吻合，提升了縫洞型儲層的預(yù)測精度，為后期油氣勘探提供更有力的指導(dǎo)。