李雷濤，肖秋紅，肖偉

（中國石化勘探分公司研究院，四川 成都 610041）

優(yōu)化的方位各向異性裂縫預(yù)測方法及應(yīng)用

李雷濤，肖秋紅，肖偉

（中國石化勘探分公司研究院，四川 成都 610041）

在縱波方位各向異性裂縫預(yù)測中，傳統(tǒng)的方位角劃分方法選擇保留全方位角覆蓋偏移距，切除方位角覆蓋不均勻的遠(yuǎn)偏數(shù)據(jù)，這種做法損失了大部分遠(yuǎn)偏數(shù)據(jù)，容易造成裂縫預(yù)測結(jié)果的不準(zhǔn)確。文中根據(jù)研究區(qū)的數(shù)據(jù)情況對方位角劃分方案進(jìn)行了優(yōu)化，在保留全方位角覆蓋偏移距的基礎(chǔ)上，適當(dāng)保留了部分大偏移距數(shù)據(jù)，切除了部分小偏移距數(shù)據(jù)。優(yōu)化的方位角劃分方案在研究區(qū)應(yīng)用效果精度更高，驗(yàn)證了該優(yōu)化方案的合理性和有效性。

遠(yuǎn)偏數(shù)據(jù)；方位角道集最大偏移距；方位各向異性橢圓擬合；裂縫方向；裂縫密度

0　引言

用地震進(jìn)行裂縫檢測的方法經(jīng)過了40多年的發(fā)展，經(jīng)歷了橫波勘探、多波多分量勘探和縱波裂縫檢測等幾個(gè)發(fā)展階段，提出的許多新穎實(shí)用的理論方法在多個(gè)地區(qū)和油田收到了良好的應(yīng)用效果［1-5］。用縱橫波地震資料進(jìn)行裂縫預(yù)測方面在近幾年取得了長足的進(jìn)步，并有以下理論進(jìn)展：裂縫的存在，尤其是高角度裂縫和近于垂直裂縫的存在導(dǎo)致了地震波傳播中的各向異性特征，造成了多種地震屬性隨方位角的變化。測量這些地震屬性的變化可以檢測裂縫［6-7］。

縱波方位各向異性橢圓擬合是比較常用的檢測裂縫的方法，此方法分方位角處理是基礎(chǔ)，決定了裂縫預(yù)測結(jié)果的準(zhǔn)確性以及合理性。然而傳統(tǒng)的方位角劃分方法，統(tǒng)一保留近偏數(shù)據(jù)，切除大部分方位角覆蓋次數(shù)不均勻的遠(yuǎn)偏數(shù)據(jù)，不考慮方位各向異性強(qiáng)度的影響，這樣在地震資料特殊的地區(qū)很難取得好的應(yīng)用效果。本文從研究區(qū)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)實(shí)際情況出發(fā)，充分考慮方位角和偏移距對最終預(yù)測結(jié)果的影響，對方位角的劃分方法作了多種方案的探索，對各個(gè)方案進(jìn)行了詳盡的對比，在研究區(qū)總結(jié)出了合理有效的劃分方案。

1　基于方位各向異性疊前裂縫預(yù)測

高角度裂縫較低角度裂縫在地層重力壓實(shí)作用下更容易保存下來。對于裂縫型油氣藏的貢獻(xiàn)，高角度裂縫遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于低角度裂縫。因此，與表征高角度裂縫的HTI介質(zhì)的相關(guān)研究就變得意義重大［8-9］。Ruger［10-12］在HTI介質(zhì)Thomsen系數(shù)的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出圖1所示模型中縱波速度以及反射系數(shù)隨方位角和入射角變化的公式，當(dāng)入射角較小時(shí)，該公式的簡化形式為

其中

式中：i為入射角，（°）；φ為方位角，（°）；RP（i，φ）為與入射角i和方位角φ相關(guān)的縱波反射系數(shù)；Z為縱波波阻抗，m·s-1·g·cm-3；ρ為介質(zhì)密度，g·cm-3；α為縱波速度，m·s-1；為上、下地層波阻抗之差與平均波阻抗的比值；Biso為各向同性項(xiàng)；Bani為各向異性項(xiàng)。

當(dāng)?shù)卣饠?shù)據(jù)包含3個(gè)或3個(gè)以上不同入射角、方位角振幅信息時(shí)，結(jié)合子波可以得到對應(yīng)的不同入射角、方位角的反射系數(shù)。此時(shí)，通過求解超定方程組可以得到Biso和Bani，然后再利用Biso和Bani這2項(xiàng)實(shí)現(xiàn)方位各向異性橢圓的擬合。Mallick等［13］認(rèn)為，由各向同性項(xiàng)和各向異性項(xiàng)擬合出來的橢圓可以用來表征裂縫的發(fā)育特征，裂縫的發(fā)育程度由擬合橢圓的長、短軸之比來量化，裂縫的方向則由橢圓的長軸或短軸予以指示。

2　實(shí)際應(yīng)用效果

2.1研究區(qū)概況

研究區(qū)位于四川盆地東北部，北鄰米倉山隆起構(gòu)造帶，東北鄰近大巴山逆沖推覆帶，西鄰龍門山構(gòu)造帶。地層相對平緩，發(fā)育多個(gè)背斜、斷背斜，多呈北西向展布，構(gòu)造幅度普遍較?。?4-15］。目的層為須家河四段裂縫層，YL17井和YL171井的成像測井統(tǒng)計(jì)顯示，研究區(qū)須四段裂縫的主要走向?yàn)镹WW—SEE向，主要發(fā)育高導(dǎo)縫［16］。

研究區(qū)地震野外采集采用12線48炮216道中間放炮觀測系統(tǒng)，滿覆蓋次數(shù)為72次，面元25 m×25 m。最小偏移距為9 m，最大偏移距達(dá)6 950 m。主方位角主要集中在0～40°和140～180°。

2.2傳統(tǒng)方位角劃分方案存在的問題

如圖2所示，按照傳統(tǒng)的劃分方案（方案1），保留近偏數(shù)據(jù)，切除大部分方位角覆蓋次數(shù)不均勻的遠(yuǎn)偏數(shù)據(jù)，將偏移距統(tǒng)一在0～2 850 m。方案1劃分的方位角范圍分別為0～33°，33～69°，69～111°，111～147°和147～180°，得到的中心方位角分別為16，51，90，129°和173°共5個(gè)方位角數(shù)據(jù)體（由于方位角的對稱性，180～360°的方位角都統(tǒng)一到0～180°，定義正北方向?yàn)榉轿唤菫?°）。這種方案的優(yōu)點(diǎn)是方位角道集覆蓋次數(shù)均勻，缺點(diǎn)是方位角道集平均覆蓋次數(shù)比較低，只有7.2次左右，方位各向異性強(qiáng)度較大的遠(yuǎn)偏數(shù)據(jù)被切除比較多。

根據(jù)屬性優(yōu)選結(jié)果，所有的劃分方案均采用85%能量頻率屬性進(jìn)行方位各向異性橢圓擬合。垂直裂縫方向高頻衰減大，該屬性值小，所以橢圓的長軸代表了裂縫的走向方向，而橢圓的扁率代表了裂縫的密度。如圖3所示，方案1方位各向異性橢圓近似于圓，也就是說各方位角的各向異性強(qiáng)度差異很小，無法統(tǒng)計(jì)出主要的裂縫組系，這種預(yù)測結(jié)果與實(shí)際情況不符，傳統(tǒng)的方位角劃分方案未能達(dá)到好的應(yīng)用效果。

如圖2所示，方位各向異性強(qiáng)度隨偏移距的增大而增大，遠(yuǎn)偏數(shù)據(jù)較近偏數(shù)據(jù)對方位各向異性貢獻(xiàn)大。根據(jù)研究區(qū)疊前地震數(shù)據(jù)情況，方位角信息最大偏移距中最大值為6 000 m左右，最小值為2 850 m，二者的比值超過2。按照傳統(tǒng)的方位角劃分方案，將2 850 m以上的遠(yuǎn)偏移距全部切除，切除了大部分各向異性強(qiáng)度較大的遠(yuǎn)偏數(shù)據(jù)，僅保留了各向異性強(qiáng)度較小的近偏數(shù)據(jù)，導(dǎo)致分方位角數(shù)據(jù)整體方位各向異性強(qiáng)度都較小，利用方位屬性擬合各向異性橢圓，橢圓的扁率接近于1，無法統(tǒng)計(jì)出主要裂縫組系。通過以上分析認(rèn)為，傳統(tǒng)的方位角劃分方案不適用于開展研究區(qū)疊前裂縫預(yù)測。

2.3方位角道集劃分方案優(yōu)化

鑒于傳統(tǒng)方案存在的問題，進(jìn)一步的研究首先考慮如何最大化利用方位各向異性強(qiáng)度大的遠(yuǎn)偏數(shù)據(jù)來提高裂縫預(yù)測的精度。提出保留全部的遠(yuǎn)偏數(shù)據(jù)，切除缺失遠(yuǎn)偏信息的中部方位角數(shù)據(jù)（方案2）。該方案提取4個(gè)相對對稱的方位角數(shù)據(jù)，選取的方位角范圍分別為0~17°，17~40°，140~164°，164~180°，得到中心方位角為8，29，152，172°共4個(gè)方位角數(shù)據(jù)體（見圖4）。這種方案提高了方位角平均覆蓋次數(shù)，達(dá)到16次左右，保留了方位角異性強(qiáng)度較大的全部遠(yuǎn)偏數(shù)據(jù)，但中部的方位角信息全部損失。

如圖4所示，優(yōu)化方案預(yù)測結(jié)果裂縫方向最終統(tǒng)計(jì)方位為南北東西向，預(yù)測結(jié)果與實(shí)際情況不符，未能達(dá)到預(yù)期效果。分方位角道集覆蓋次數(shù)較高，加之大偏移距數(shù)據(jù)各向異性強(qiáng)度大，但由于缺失大部分中部方位角信息，方位各向異性擬合橢圓長軸方向反映的主要是大偏移距數(shù)據(jù)的方位，裂縫方位統(tǒng)計(jì)不準(zhǔn)確。通過分析認(rèn)為，該方案以損失部分方位信息來增加遠(yuǎn)偏數(shù)據(jù)的使用率，雖然提高了方位各向異性強(qiáng)度，但無法準(zhǔn)確預(yù)測裂縫方向，因此，此類劃分方案不適用于開展研究區(qū)疊前裂縫預(yù)測。

本文從EXXON專家的研發(fā)成果中得到了啟發(fā)：方位角道集最大偏移距中最大值與最小值之比大于3，各向異性橢圓擬合的方位反映的主要是采集的方位（見圖5a，5b，圖中炮點(diǎn)27°檢波點(diǎn)117°）；該比值接近于2，各向異性橢圓擬合的方位反映的則是真實(shí)的各向異性方位（見圖5c，5d）。因此，區(qū)別于傳統(tǒng)劃分方案，在保留全方位覆蓋偏移距的基礎(chǔ)上，可以適當(dāng)保留部分大偏移距數(shù)據(jù)，沒有必要全部切除，而具體切除多少大偏移距數(shù)據(jù)既不影響方位角道集的各向異性，又能提高裂縫預(yù)測精度，則要視研究區(qū)道集資料情況而定。

EXXON專家的研究區(qū)為中東某油田，從方位角-偏移距分析圖可以看出，疊前資料品質(zhì)較好，各方位角道集最大偏移距中最大值與最小值之比接近2，可以較好地預(yù)測方位各向異性。本文研究區(qū)疊前道集資料品質(zhì)明顯不如該中東油田，方位角最大偏移距中最小值為2 850 m，最大值為6 950 m，比值約為2.5。用比值2來預(yù)測，大偏移距數(shù)據(jù)幾乎全部保留，這樣會造成由于方位角道集覆蓋次數(shù)差異導(dǎo)致的各向異性，影響最終裂縫預(yù)測的精度，因此，本次研究擬定該比值為1.5來開展裂縫預(yù)測，得出偏移距最大值為4 300 m（2 850乘以1.5），同時(shí)考慮人為因素的影響，最后我們切除了部分各向異性較小的近偏數(shù)據(jù)，將偏移距統(tǒng)一在了800~4 300 m。選取的方位角范圍分別為0~24°，24~ 57°，57~122°，122~156°，156~180°，得到中心方位角分別為12，40，89，139，168°共5個(gè)方位角數(shù)據(jù)體 （方案3）。這種劃分方案既提高了方位角平均覆蓋次數(shù)，達(dá)到了10次左右，又盡可能多地保留了各向異性強(qiáng)度較大的遠(yuǎn)偏數(shù)據(jù)（見圖6）。

方案3方位角各向異性裂縫預(yù)測方向統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明（見圖7），研究區(qū)須四段發(fā)育北西西向和北北東向2組裂縫組系。其中，北西西向裂縫占主導(dǎo)地位，表明裂縫形成受喜山期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響較大。預(yù)測結(jié)果與實(shí)際情況相符。

由圖8預(yù)測結(jié)果可看出，YL171井主要發(fā)育北西向裂縫；YL17井主要發(fā)育北西向以及北西西向裂縫；預(yù)測結(jié)果與各井上的成像測井資料解釋的裂縫發(fā)育方向吻合度較高，表明預(yù)測結(jié)果真實(shí)可信，本次優(yōu)化方案基本取得了預(yù)期的效果。

2.4裂縫預(yù)測結(jié)果對比分析

從裂縫密度預(yù)測結(jié)果來看，傳統(tǒng)的方位角劃分方案和優(yōu)化的方案在裂縫展布特征方面，存在一定的相似性，但細(xì)節(jié)差異性較大（見圖9，圖中紅黃綠色區(qū)域?yàn)轭A(yù)測的裂縫發(fā)育帶）。

從宏觀上看，3種方案預(yù)測的裂縫展布特征基本一致，裂縫發(fā)育帶與斷裂體系關(guān)系明顯，主要分布于主斷裂附近，平面上可分辨的裂縫大多呈條帶狀分布于構(gòu)造高部位和斷裂發(fā)育帶上。另外，有少量塊狀裂縫分布于大斷裂之間，裂縫分布規(guī)律清晰，與地質(zhì)以及測井認(rèn)識基本一致。

在細(xì)節(jié)方面，3種方案的差異較大。在圓形a區(qū)域內(nèi)，相對于方案2和方案3，方案1的裂縫分布范圍明顯較小，可見保留遠(yuǎn)偏數(shù)據(jù)的多少對預(yù)測結(jié)果影響較大；在圖中圓形b區(qū)域內(nèi)，相對于方案1和方案3，方案2的裂縫密度明顯要小，可見方位角信息對預(yù)測結(jié)果影響較大。

在裂縫密度大小方面，3種方案也有較大的差異，其中方案2的裂縫密度最大，集中在1.00～1.75條/m；方案3次之，分布在1.00～1.24條/m；方案1最小，集中在1.00～1.17條/m。分析原因，遠(yuǎn)偏數(shù)據(jù)各向異性強(qiáng)度較大，保留遠(yuǎn)偏數(shù)據(jù)越多裂縫密度越大。

通過比較，方案1和方案2在裂縫分布范圍上均有不同程度的缺失，優(yōu)化的方案3在裂縫分布范圍上并未見缺失，比較客觀全面地反映了巴中地區(qū)裂縫的展布特征。根據(jù)優(yōu)化方案最終裂縫預(yù)測結(jié)果，已測試井YL17井和YL171井預(yù)測裂縫較發(fā)育，在須四段產(chǎn)量較高；YL172井裂縫欠發(fā)育，在須四段產(chǎn)量較低。說明該預(yù)測結(jié)果與井吻合較好，預(yù)測結(jié)果真實(shí)可靠，進(jìn)一步證實(shí)了優(yōu)化的分方位角劃分方案的正確性。

3　結(jié)論

1）方位角最大偏移距中最大值與最小值之比為1.5的方位角劃分方案適用于研究區(qū)疊前裂縫預(yù)測，優(yōu)化的方位角劃分方案提高了研究區(qū)裂縫預(yù)測的精度。

2）疊前數(shù)據(jù)中遠(yuǎn)偏信息和方位角信息對方位各向異性的影響巨大，應(yīng)根據(jù)疊前數(shù)據(jù)的實(shí)際情況確定合理的方位角劃分方案，不應(yīng)僅僅局限于傳統(tǒng)的方位角劃分方法。

3）研究區(qū)須四段裂縫發(fā)育帶與斷裂體系關(guān)系明顯，主要分布于主斷裂附近；主要發(fā)育北西西向和北北東向2組裂縫組系，其中北西西向裂縫占主導(dǎo)地位。

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（編輯趙旭亞）

An optimized method of fracture prediction based on P-wave anisotropy and its application

LI Leitao，XIAO Qiuhong，XIAO Wei
（Research Institute of SINOPEC Exploration Company，Chengdu 610041，China）

The traditional method of azimuth dividing in P-wave azimuthal anisotropy fracture prediction reserves full-angel offsets and cuts some far offsets，which has uneven coverage and causes inaccurate fracture prediction.According to the data in the study area，this paper optimizes the method of azimuth dividing.The optimized method reserves some far offsets and cuts some nearly offsets.The final fracture prediction in the study area，which was carried out by the optimized method，is more accurate.It shows this method is reasonable and applicable in the study area.

faroffsetdata；azimuthgathersmaximumoffset；azimuthalanisotropyellipsefitting；fracturedirection；fracturedensity

國家科技重大專項(xiàng)課題“碎屑巖層系大中型油氣田富集規(guī)律與勘探關(guān)鍵技術(shù)”（2011ZX05002-004）

TE122.3+21

A

10.6056/dkyqt201604011

2015-10-19；改回日期：2016-05-15。

李雷濤，男，1980年生，工程師，2005年畢業(yè)于中國地質(zhì)大學(xué)（北京）地球物理專業(yè)，主要從事地震解釋及儲層預(yù)測工作。E-mail：149751556@qq.com。

引用格式：李雷濤，肖秋紅，肖偉.優(yōu)化的方位各向異性裂縫預(yù)測方法及應(yīng)用［J］.斷塊油氣田，2016，23（4）：455-459.

LI Leitao，XIAO Qiuhong，XIAO Wei.An optimized method of fracture prediction based on P-wave anisotropy and its application［J］.Fault-Block Oil&Gas Field，2016，23（4）：455-459.