基于二维三分量资料的裂缝预测

符志国，黄建国，廖 娟，胡林辉，李亚林，李 忠

（川庆钻探工程有限公司地球物理勘探公司，四川华阳610213）

裂缝型油气藏是一种重要的油气藏，裂缝作为优质的储集空间和渗流通道，常常是油气高产的主要因素。研究裂缝系统的延伸方向、裂缝密度、分布范围等问题对于指导裂缝型油气藏开发具有很大的实用价值。利用地震资料大面积覆盖的优势，发展了非常多的裂缝预测方法，并结合在井点位置获取的裂缝信息进行裂缝预测，已得到了广泛应用［1］。按使用的地震数据类型可将这些方法大致分为叠后预测和叠前预测两类。叠后预测方法如相干方法、边缘检测方法、曲率法［2］，以及利用各种地震属性参数，如衰减属性、瞬时频率、方差属性等［3］进行裂缝预测的方法。叠前预测方法如使用方位AVO，频率、衰减等属性随方位变化进行裂缝预测的方法［4］，以及一些使用反演的方法，如利用方位AVO反演裂缝参数的方法［5］。

随着多波多分量勘探技术的发展，利用PS波资料的速度、振幅等方位变化特征进行裂缝预测已取得了一些应用成果。如犹他州Bluebell－Altamont气田的绿河组上部致密含气砂岩储层裂缝二维九分量地震预测项目，利用Alford旋转方法分离地面地震资料的快、慢横波，并用矢端图法确定裂缝方向［6］；松辽盆地北部侏罗系火成岩气田二维三分量地震预测项目，利用能量比值法确定出裂缝方向［7］。上述两个项目均通过人工解释快、慢横波剖面上的层间时差表征裂缝密集程度。四川盆地LYS构造下二叠统碳酸岩盐裂缝储层二维三分量地震预测项目则通过纵波、横波速度反演方法得到裂缝密度［8］。川西新场地区深层致密砂岩裂缝三维三分量地震预测项目采用相对时差梯度法求取了裂缝发育方向及裂缝密度［9］。科罗拉多Rulison气田进行的宽方位三维三分量地震预测项目采用了基于等效柔度张量的各向异性理论，由叠前P波、快横波S1，慢横波S2的CMP道集反演出裂缝方向和裂缝密度［10］。

综上可见，利用多波资料进行裂缝预测的方法研究和实际应用正处于发展和逐步深化阶段。本文论证了二维三分量地面地震资料上的裂缝响应特征，综合应用分量旋转法和相关法确定裂缝方位与快、慢横波时差，建立了根据相似系数函数进行二维三分量资料裂缝预测的方法。实际储层裂缝方位预测结果与工区裂缝走向符合较好。

1 二维三分量资料裂缝检测方法原理

对于三维三分量全方位观测，可得到360°各方位的三分量记录，按R（径向），T（切向）分量排列为方位道集后，可观察到由各方位记录构成的裂缝层段反射波同相轴的正弦变化、反极性的方位响应特征。但对于二维三分量观测，则只有三维全方位观测中的一个唯一的方位三分量记录。如图1a，当地下裂缝与测线斜交时，X和Y分量分别都记录下快、慢横波的分量，记录振幅分别为

图1b至图1e分别为模型快、慢横波时差等于20，15，10，5ms时的 X，Y 分量记录，其中设正北方为0，正东方为90°，裂缝方位为60°，测线方向为90°，快波振幅为1.0，慢波振幅为0.5。（1）式和（2）式联立矩阵形式为

使用旋转算子T对X，Y分量进行旋转处理，可得X，Y 分量旋转后的记录X′，Y′

式中：α为旋转处理中使用的扫描角度。将（3）式、（4）式、（5）式展开后，可得

当扫描角度α与裂缝角度θ相等时，由（6）式可得

式中：X′为快横波；Y′为慢横波。所以，X，Y 分量旋转后的记录中含有振幅完全分离开的快横波记录和慢横波记录。当快、慢波时差较大时，通过分量旋转处理可见到在裂缝方向上快、慢波明显分离，如图2a表示的快、慢波时差为20ms时模型（图1b）的旋转结果，从第1道至第10道分别对应方位0至90°的旋转结果，间隔为10°。在第7道，即60°，可见到快、慢波明显分离。随着时差的逐渐减小，分量旋转处理不再能明显见到快、慢波能量随方位的重新分配的变化过程，如图2b所示。但却出现了与各向同性层反射波的X，Y分量旋转结果不相同的方位记录特征：对于各向同性层反射X，Y分量旋转结果为水平同相轴，而各向异性层反射因快、慢波的干涉作用，X，Y分量旋转结果呈现出一种“倾斜”同相轴的特征。

对旋转后的各方位X，Y分量记录进行一定时差范围内的互相关，可算得时差—方位上的相似系数函数

式中：α为扫描角度；τ为扫描时差。

图3为模型各方位旋转记录的互相关处理结果，其中，X，Y分量旋转后最相似（当快、慢横波极性相反时，相似系数为－1；快、慢横波极性相同时相似系数为＋1）的地方出现在时差－5ms，方位角7，即60°处。可见相似系数函数最大（小）值指示出了裂缝的时差与方位，而其它方位和时差处不是最大（小）值。表明了快、慢波方向上的X′和Y′分量记录最相似。对于其它相似性较大的点，如（X＝1.0000，Y＝3.0000，Z＝0.932 3），其时移为正，也即需要将Y分量旋转后的记录Y′在时间轴上还要往“下”时移才取得相似的对应，这不符合（7）式的快、慢横波分离原理，因为同一层的慢横波不能比快横波先被接收到，所以这些点尽管相似值较高，但只是记录波形的数学性质，不满足物理意义，应排除。由此可见，根据相似系数函数的这一特点可以检测裂缝的时差与方位。

图3 相似系数函数

另外，还需要注意一下特殊情况，即，若二维三分量测网布设方向刚好为平行于裂缝方向和垂直于裂缝方向，则Y分量均无有效反射能量，且可在两个正交方向上观察到快波和慢波成像的时差。裂缝方向就是快波所在测线的方向。因此，利用Y分量上是否出现有效反射层可判断反射波是否有各向异性效应。

2 实际资料裂缝预测

图4 二维三分量资料偏移剖面（局部）

在A气田实际二维三分量资料上，裂缝性储层转换横波的X，Y分量如图4红框所示，其中Y分量有的局部剖面段没有有效反射信号，而有的局部剖面段则有较好的反射信号。由上述分析可知，在无有效反射信号段，表明目的层为各向同性层，由纵波震源激发的入射纵波，在各向同性层产生了P－SV型转换波反射，其能量几乎都分配到Z和X分量上，没有有效信号投影到Y分量；而在有有效反射信号段，表明目的层存在各向异性，入射纵波在各向异性层段除了产生P－SV型反射，还有P－SH型反射，以及分裂的快、慢横波，这些横波的有效能量投影到了Y分量，使得Y分量的叠偏剖面有较好的成像。在各向异性CDP段，为了进一步预测其裂缝方向，首先对X，Y分量进行旋转处理，如图5，每个CDP号下显示了从0至90°，间隔为10°的各方位的旋转后的记录，可见到上述理论模型中描述的二维三分量资料在裂缝层表现出的“倾斜”同相轴特征。然后，对旋转后的X，Y分量进行相关处理，求得相似系数函数，在最大相似系数处求得裂缝方位与时差如图6所示。曲线图展示了预测段每个CDP位置处预测的裂缝方位与时差，直方图统计了方位和时差的分布。可见，此目的层段裂缝主要方向为70°～80°，时差主体为6～8ms。该区在做二维三分量试验之前已做过三维纵波勘探。将此结果与该区纵波三维数据体相干切片中反映的断层进行对比，结果见图7，可见预测的裂缝系统主方向与顺断层走向上产生的裂缝系统方向相符合，预测较为合理。

图7 用二维三分量资料预测的裂缝方位与三维纵波相干资料对比结果

3 结束语

通过研究得到如下认识：

1）应用二维三分量资料在A气田裂缝性储层预测中取得了较好效果。

2）基于相似系数函数的二维三分量资料裂缝预测方法是可行的。

在实际勘探生产中应用二维三分量资料预测裂缝既经济也有效，尽管其勘查的区域信息比不上三维三分量资料，但可作为三维三分量勘探的先导试验和用于储层重点部位的精细详查。

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