优化的方位各向异性裂缝预测方法及应用

李雷涛，肖秋红，肖伟

（中国石化勘探分公司研究院，四川 成都 610041）

优化的方位各向异性裂缝预测方法及应用

李雷涛，肖秋红，肖伟

（中国石化勘探分公司研究院，四川 成都 610041）

在纵波方位各向异性裂缝预测中，传统的方位角划分方法选择保留全方位角覆盖偏移距，切除方位角覆盖不均匀的远偏数据，这种做法损失了大部分远偏数据，容易造成裂缝预测结果的不准确。文中根据研究区的数据情况对方位角划分方案进行了优化，在保留全方位角覆盖偏移距的基础上，适当保留了部分大偏移距数据，切除了部分小偏移距数据。优化的方位角划分方案在研究区应用效果精度更高，验证了该优化方案的合理性和有效性。

远偏数据；方位角道集最大偏移距；方位各向异性椭圆拟合；裂缝方向；裂缝密度

0　引言

用地震进行裂缝检测的方法经过了40多年的发展，经历了横波勘探、多波多分量勘探和纵波裂缝检测等几个发展阶段，提出的许多新颖实用的理论方法在多个地区和油田收到了良好的应用效果［1-5］。用纵横波地震资料进行裂缝预测方面在近几年取得了长足的进步，并有以下理论进展：裂缝的存在，尤其是高角度裂缝和近于垂直裂缝的存在导致了地震波传播中的各向异性特征，造成了多种地震属性随方位角的变化。测量这些地震属性的变化可以检测裂缝［6-7］。

纵波方位各向异性椭圆拟合是比较常用的检测裂缝的方法，此方法分方位角处理是基础，决定了裂缝预测结果的准确性以及合理性。然而传统的方位角划分方法，统一保留近偏数据，切除大部分方位角覆盖次数不均匀的远偏数据，不考虑方位各向异性强度的影响，这样在地震资料特殊的地区很难取得好的应用效果。本文从研究区基础数据实际情况出发，充分考虑方位角和偏移距对最终预测结果的影响，对方位角的划分方法作了多种方案的探索，对各个方案进行了详尽的对比，在研究区总结出了合理有效的划分方案。

1　基于方位各向异性叠前裂缝预测

高角度裂缝较低角度裂缝在地层重力压实作用下更容易保存下来。对于裂缝型油气藏的贡献，高角度裂缝远远大于低角度裂缝。因此，与表征高角度裂缝的HTI介质的相关研究就变得意义重大［8-9］。Ruger［10-12］在HTI介质Thomsen系数的基础上，推导出图1所示模型中纵波速度以及反射系数随方位角和入射角变化的公式，当入射角较小时，该公式的简化形式为

其中

式中：i为入射角，（°）；φ为方位角，（°）；RP（i，φ）为与入射角i和方位角φ相关的纵波反射系数；Z为纵波波阻抗，m·s-1·g·cm-3；ρ为介质密度，g·cm-3；α为纵波速度，m·s-1；为上、下地层波阻抗之差与平均波阻抗的比值；Biso为各向同性项；Bani为各向异性项。

当地震数据包含3个或3个以上不同入射角、方位角振幅信息时，结合子波可以得到对应的不同入射角、方位角的反射系数。此时，通过求解超定方程组可以得到Biso和Bani，然后再利用Biso和Bani这2项实现方位各向异性椭圆的拟合。Mallick等［13］认为，由各向同性项和各向异性项拟合出来的椭圆可以用来表征裂缝的发育特征，裂缝的发育程度由拟合椭圆的长、短轴之比来量化，裂缝的方向则由椭圆的长轴或短轴予以指示。

2　实际应用效果

2.1研究区概况

研究区位于四川盆地东北部，北邻米仓山隆起构造带，东北邻近大巴山逆冲推覆带，西邻龙门山构造带。地层相对平缓，发育多个背斜、断背斜，多呈北西向展布，构造幅度普遍较小［14-15］。目的层为须家河四段裂缝层，YL17井和YL171井的成像测井统计显示，研究区须四段裂缝的主要走向为NWW—SEE向，主要发育高导缝［16］。

研究区地震野外采集采用12线48炮216道中间放炮观测系统，满覆盖次数为72次，面元25 m×25 m。最小偏移距为9 m，最大偏移距达6 950 m。主方位角主要集中在0～40°和140～180°。

2.2传统方位角划分方案存在的问题

如图2所示，按照传统的划分方案（方案1），保留近偏数据，切除大部分方位角覆盖次数不均匀的远偏数据，将偏移距统一在0～2 850 m。方案1划分的方位角范围分别为0～33°，33～69°，69～111°，111～147°和147～180°，得到的中心方位角分别为16，51，90，129°和173°共5个方位角数据体（由于方位角的对称性，180～360°的方位角都统一到0～180°，定义正北方向为方位角为0°）。这种方案的优点是方位角道集覆盖次数均匀，缺点是方位角道集平均覆盖次数比较低，只有7.2次左右，方位各向异性强度较大的远偏数据被切除比较多。

根据属性优选结果，所有的划分方案均采用85%能量频率属性进行方位各向异性椭圆拟合。垂直裂缝方向高频衰减大，该属性值小，所以椭圆的长轴代表了裂缝的走向方向，而椭圆的扁率代表了裂缝的密度。如图3所示，方案1方位各向异性椭圆近似于圆，也就是说各方位角的各向异性强度差异很小，无法统计出主要的裂缝组系，这种预测结果与实际情况不符，传统的方位角划分方案未能达到好的应用效果。

如图2所示，方位各向异性强度随偏移距的增大而增大，远偏数据较近偏数据对方位各向异性贡献大。根据研究区叠前地震数据情况，方位角信息最大偏移距中最大值为6 000 m左右，最小值为2 850 m，二者的比值超过2。按照传统的方位角划分方案，将2 850 m以上的远偏移距全部切除，切除了大部分各向异性强度较大的远偏数据，仅保留了各向异性强度较小的近偏数据，导致分方位角数据整体方位各向异性强度都较小，利用方位属性拟合各向异性椭圆，椭圆的扁率接近于1，无法统计出主要裂缝组系。通过以上分析认为，传统的方位角划分方案不适用于开展研究区叠前裂缝预测。

2.3方位角道集划分方案优化

鉴于传统方案存在的问题，进一步的研究首先考虑如何最大化利用方位各向异性强度大的远偏数据来提高裂缝预测的精度。提出保留全部的远偏数据，切除缺失远偏信息的中部方位角数据（方案2）。该方案提取4个相对对称的方位角数据，选取的方位角范围分别为0~17°，17~40°，140~164°，164~180°，得到中心方位角为8，29，152，172°共4个方位角数据体（见图4）。这种方案提高了方位角平均覆盖次数，达到16次左右，保留了方位角异性强度较大的全部远偏数据，但中部的方位角信息全部损失。

如图4所示，优化方案预测结果裂缝方向最终统计方位为南北东西向，预测结果与实际情况不符，未能达到预期效果。分方位角道集覆盖次数较高，加之大偏移距数据各向异性强度大，但由于缺失大部分中部方位角信息，方位各向异性拟合椭圆长轴方向反映的主要是大偏移距数据的方位，裂缝方位统计不准确。通过分析认为，该方案以损失部分方位信息来增加远偏数据的使用率，虽然提高了方位各向异性强度，但无法准确预测裂缝方向，因此，此类划分方案不适用于开展研究区叠前裂缝预测。

本文从EXXON专家的研发成果中得到了启发：方位角道集最大偏移距中最大值与最小值之比大于3，各向异性椭圆拟合的方位反映的主要是采集的方位（见图5a，5b，图中炮点27°检波点117°）；该比值接近于2，各向异性椭圆拟合的方位反映的则是真实的各向异性方位（见图5c，5d）。因此，区别于传统划分方案，在保留全方位覆盖偏移距的基础上，可以适当保留部分大偏移距数据，没有必要全部切除，而具体切除多少大偏移距数据既不影响方位角道集的各向异性，又能提高裂缝预测精度，则要视研究区道集资料情况而定。

EXXON专家的研究区为中东某油田，从方位角-偏移距分析图可以看出，叠前资料品质较好，各方位角道集最大偏移距中最大值与最小值之比接近2，可以较好地预测方位各向异性。本文研究区叠前道集资料品质明显不如该中东油田，方位角最大偏移距中最小值为2 850 m，最大值为6 950 m，比值约为2.5。用比值2来预测，大偏移距数据几乎全部保留，这样会造成由于方位角道集覆盖次数差异导致的各向异性，影响最终裂缝预测的精度，因此，本次研究拟定该比值为1.5来开展裂缝预测，得出偏移距最大值为4 300 m（2 850乘以1.5），同时考虑人为因素的影响，最后我们切除了部分各向异性较小的近偏数据，将偏移距统一在了800~4 300 m。选取的方位角范围分别为0~24°，24~ 57°，57~122°，122~156°，156~180°，得到中心方位角分别为12，40，89，139，168°共5个方位角数据体 （方案3）。这种划分方案既提高了方位角平均覆盖次数，达到了10次左右，又尽可能多地保留了各向异性强度较大的远偏数据（见图6）。

方案3方位角各向异性裂缝预测方向统计结果表明（见图7），研究区须四段发育北西西向和北北东向2组裂缝组系。其中，北西西向裂缝占主导地位，表明裂缝形成受喜山期构造运动影响较大。预测结果与实际情况相符。

由图8预测结果可看出，YL171井主要发育北西向裂缝；YL17井主要发育北西向以及北西西向裂缝；预测结果与各井上的成像测井资料解释的裂缝发育方向吻合度较高，表明预测结果真实可信，本次优化方案基本取得了预期的效果。

2.4裂缝预测结果对比分析

从裂缝密度预测结果来看，传统的方位角划分方案和优化的方案在裂缝展布特征方面，存在一定的相似性，但细节差异性较大（见图9，图中红黄绿色区域为预测的裂缝发育带）。

从宏观上看，3种方案预测的裂缝展布特征基本一致，裂缝发育带与断裂体系关系明显，主要分布于主断裂附近，平面上可分辨的裂缝大多呈条带状分布于构造高部位和断裂发育带上。另外，有少量块状裂缝分布于大断裂之间，裂缝分布规律清晰，与地质以及测井认识基本一致。

在细节方面，3种方案的差异较大。在圆形a区域内，相对于方案2和方案3，方案1的裂缝分布范围明显较小，可见保留远偏数据的多少对预测结果影响较大；在图中圆形b区域内，相对于方案1和方案3，方案2的裂缝密度明显要小，可见方位角信息对预测结果影响较大。

在裂缝密度大小方面，3种方案也有较大的差异，其中方案2的裂缝密度最大，集中在1.00～1.75条/m；方案3次之，分布在1.00～1.24条/m；方案1最小，集中在1.00～1.17条/m。分析原因，远偏数据各向异性强度较大，保留远偏数据越多裂缝密度越大。

通过比较，方案1和方案2在裂缝分布范围上均有不同程度的缺失，优化的方案3在裂缝分布范围上并未见缺失，比较客观全面地反映了巴中地区裂缝的展布特征。根据优化方案最终裂缝预测结果，已测试井YL17井和YL171井预测裂缝较发育，在须四段产量较高；YL172井裂缝欠发育，在须四段产量较低。说明该预测结果与井吻合较好，预测结果真实可靠，进一步证实了优化的分方位角划分方案的正确性。

3　结论

1）方位角最大偏移距中最大值与最小值之比为1.5的方位角划分方案适用于研究区叠前裂缝预测，优化的方位角划分方案提高了研究区裂缝预测的精度。

2）叠前数据中远偏信息和方位角信息对方位各向异性的影响巨大，应根据叠前数据的实际情况确定合理的方位角划分方案，不应仅仅局限于传统的方位角划分方法。

3）研究区须四段裂缝发育带与断裂体系关系明显，主要分布于主断裂附近；主要发育北西西向和北北东向2组裂缝组系，其中北西西向裂缝占主导地位。

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（编辑赵旭亚）

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

国家科技重大专项课题“碎屑岩层系大中型油气田富集规律与勘探关键技术”（2011ZX05002-004）

TE122.3+21

A

10.6056/dkyqt201604011

2015-10-19；改回日期：2016-05-15。

李雷涛，男，1980年生，工程师，2005年毕业于中国地质大学（北京）地球物理专业，主要从事地震解释及储层预测工作。E-mail：149751556@qq.com。

引用格式：李雷涛，肖秋红，肖伟.优化的方位各向异性裂缝预测方法及应用［J］.断块油气田，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.