基于宽方位地震数据的纵、横波速度方位各向异性对比研究

何 峰 龙 凡 韩 刚 陈晓智 李 俊 王焕弟

(①中海油研究总院有限责任公司，北京 100027；②上海波睿能源科技有限公司，上海 202150；③石油工业出版社，北京 100029)

0 引言

致密油气勘探开发中，基于地震资料预测裂隙分布非常重要。裂隙的发育不但会改善储层的渗透性，还有利于压裂施工改造获得好的增产效果。

通常认为，由于地壳中存在大量定向排列的裂隙会诱导产生各向异性微裂隙，横波在地壳介质中传播时会发生分裂现象[1]。大量研究表明，平行排列的垂直或高角度裂隙的发育与介质的方位各向异性关系密切。在各种弹性参数中，横波速度的方位各向异性最强[2-8]。

在油气勘探领域，以往地震方位各向异性研究主要基于宽方位地震数据的叠后地震属性(包括叠加振幅、衰减、P波阻抗等)以及叠前P波振幅、AVO梯度属性等，较少使用叠前反演横波速度。杨勤勇等[9]利用纵波方位各向异性成功预测了塔河油田碳酸盐岩储层裂缝发育区；刘立民等[10]利用纵波方位各向异性在花瓦地区页岩油地层中成功开展了裂缝检测；陈楠等[11]使用叠后叠加振幅进行方位各向异性反演，预测了页岩层裂缝发育区；赵思为等[12]利用方位波阻抗数据开展了各向异性反演，预测了川东北嘉陵江组二段的裂缝发育区；毕研斌等[13]利用P波方位各向异性预测了四川盆地碳酸盐岩储层裂缝发育区；周晓越等[14]利用叠前振幅和速度各向异性联合反演方法预测GS1区的储层裂缝分布；张丽艳等[15]依据横波分裂的思想开展椭圆拟合，在大庆长垣喇嘛甸地区开展了方位各向异性和裂缝强度定量预测。

随着计算机超算能力大幅提高及宽方位地震OVT(炮检距向量片)域处理技术的普及，基于OVT域道集数据的叠前各向异性反演技术能更准确、更可靠地预测介质的方位各向异性，从而较准确地预测(地震分辨率可识别)规模裂隙发育区及裂缝方向。在此背景下，开展基于纵、横波速度的方位各向异性对比研究很有必要。通过此项研究，可以厘清哪类速度对方位各向异性更敏感、识别裂隙更可靠，从而进一步确认其对各向异性反演的重要性，并推动各向异性反演的普遍应用。

研究区位于中国东部某盆地B区，区内发育一个近NNE向的背斜构造，主要目的层平均孔隙度小于10%，平均渗透率小于1mD，为低孔、低渗致密储层。目前该构造已经完钻2口探井(DH1和DH2)和1口评价井(DH3)。由于该区主要目的层储层较致密，需采取压裂改造措施提高油气产量。为了保证压裂改造效果，需预测裂隙方向和裂隙密度，为下一步优化水平井轨迹设计(与天然裂隙方向斜交以便形成网状裂缝系统)和压裂设计提供信息。

本文利用该区OVT域道集数据分别开展了纵、横波速度方位各向异性反演，对比了反演结果与研究区目的层裂隙发育的吻合程度，以及二者对方位各向异性的敏感度。

1 纵、横波速度方位各向异性反演

1.1 方位扇区划分

本次研究是基于中国东部某盆地B区的OVT域道集数据，OVT域处理是宽方位地震数据叠前处理的基本流程。OVT面元是从每个CMP道集中抽取具有大致相同炮检距和方位角的数据、重新排列形成一个小矩形面元。对OVT面元进行叠前偏移，偏移后的每一道都记录了炮检距和方位角信息[16-21]。

相对于常规分方位叠前地震道集，OVT域道集具有以下优点：①兼具炮检距和方位角两类信息；②在一个OVT域道集中，各地震道的炮检距和方位角大致相同，对每一个OVT面元开展叠前偏移，可提高成像精度；③在近炮检距、中炮检距以及远炮检距范围内，道集的能量一致性均较好。

由于OVT道集具有以上特点，OVT数据处理中可采用一些特殊手段实现保真处理并提高叠前道集的质量，如基于五维插值的OVT道集数据规则化，以OVT片为单位的叠前时间/深度偏移等。此外，因OVT道集偏移后能更好地还原道集方位信息、保留所有方位角的信息，经方位各向异性校正后，可消除方位各向异性对宽方位地震成像的影响，进一步提高宽方位地震勘探的成像精度[22]。总之，OVT域道集的最大优势是地震成像质量高。

除了成像精度方面的优势外，OVT道集偏移后能更好地还原道集方位信息，保留所有方位角信息。因此，OVT域道集数据能更方便地设计扇区划分方案，有利于开展方位各向异性研究，从而有助于复杂裂缝发育带的识别和刻画。

利用横波分裂思想(即快、慢横波方法)研究介质方位各向异性，首先需要对全部方位的地震数据进行扇区划分。方位扇区的划分需遵循以下两个原则：①每个扇区要保证一定的覆盖次数(通常40次以上)，且各个扇区覆盖次数大致相当。一般方位扇区数以5～6个为宜。扇区数太少，不能保证椭圆拟合精度；反之则不能保证足够的覆盖次数，导致叠前反演数据信噪比太低。总覆盖次数很高的情况下，可考虑划分多于6个扇区。②保证每个扇区都有近、中、远炮检距的道集数据，且最大远炮检距大致相同，可避免个别大炮检距强各向异性的影响。

本次采集的宽方位地震数据在目的层信噪比整体较高(图1)。数据覆盖总次数为260，横纵比大于0.5。为了保证每个扇区覆盖次数不低于50，划分为5个扇区(图2)。这5个扇区的方位范围和覆盖次数分别为：#1，12°～73°，53次；#2，73°～140°，52次；#3，140°～222°，51次；#4，222°～287°，54次；#5，287°～12°，50次。每个扇区最大炮检距不超过4400m，以避免由于远炮检距不同造成各扇区各向异性出现差异(图2)。

图1 B区宽方位OVT域道集

图2 B区OVT域道集方位分布及扇区划分

1.2 方位扇区纵、横波速度无井反演

基于研究区5个扇区OVT域道集数据和地震速度，开展AVO三参数反演，得到横波速度的反射率地震体。然后，根据目的层段DH1井横波速度的均值开展横波速度无井反演，得到这5个扇区的横波速度绝对值数据体。无井反演可以保证5个不同扇区的横波速度差异更好地保留，从而更精确地确定快横波速度的方向。其实，如果开展有井约束反演，只要给定的低频分量参数合理(例如不超过8Hz)，有井反演结果仍然可以像无井反演结果一样，保留不同扇区的横波速度差异性。

无井反演的基本原理是，在一个时窗内(如200～300ms)，如果弹性参数(如速度)的低频趋势(如0～4Hz)变化不大，那么可将其看作一个常数。进行弹性参数反演时，补充一个固定的低频分量即可。

图3是无井约束横波速度反演结果与工区内3口井(DH1、DH2、DH3)的实测横波速度曲线对比剖面。由图可见，无井约束横波速度反演结果与3口井的实测横波速度在纵向上趋势吻合较好，表明横波速度反演结果较可靠。图4a～图4e是5个扇区横波速度反演的结果，可见不同扇区横波速度差异非常明显，基于这种差异可识别快/慢横波。利用相同的思路，可开展纵波速度方位各向异性反演。

1.3 椭圆拟合及裂缝方向和裂缝密度预测

通过椭圆拟合确定裂缝方向和裂缝密度，是宽方位地震数据解释的一个重要方法。无论叠后地震属性或是叠前弹性体数据，都可使用该方法。通常使用5～6个不同方位扇区叠后属性或者叠前反演的弹性参数，采用椭圆拟合方法得到一个代表叠后属性或者弹性参数的椭圆。椭圆的长轴代表该位置方位各向异性的主方向，即裂缝方向，长轴与短轴的比值代表方位各向异性的强度，即裂缝密度。

图4f是椭圆拟合结果，图中标注的“a”点处，裂缝为北东向，裂缝密度(或强度)为1.2，即存在20%的方位各向异性，在裂缝处的横波(快横波)比垂直于裂缝方向的横波(慢横波)速度高20%。因为HTI介质表现为弱各向异性[2]，所以一般裂缝密度不会很大。

横波速度方位各向异性反演方法完全适用于纵波速度。采用相同的思路开展纵波速度各向异性反演，可以得到纵波速度方位各向异性强度和主方向。

图3 无井约束横波速度反演剖面与3口井的实测横波速度曲线对比

图4 5个扇区无井约束横波速度反演结果(a～e)及各向异性椭圆拟合结果(f)(a)12°～73°； (b)73°～140°； (c)140°～222°； (d)222°～287°； (e)287°～12°

2 纵、横波速度方位各向异性对比

利用B区OVT域处理成果(包含方位角信息的叠前偏移后道集数据)，采用前述方法进行横波速度各向异性反演，并开展椭圆拟合，得到目的层各向异性强度平面图(图5a)，并与相干属性平面图(图5b)进行对比。

一般而言，裂隙方向主要受该区断裂方向的影响，与断裂走向大致平行或者以锐角与断裂走向相交。基于相干属性(图5b)，可大体判断研究区断裂走向主要为北东向；基于横波速度各向异性反演结果(图5a)，预测裂隙方向主要为北东向，其大致平行于附近断裂走向，与该地区成像测井解释的裂缝方向(图6)也保持一致，表明本文方法预测的裂隙方向合理。

图5a表明，该区裂缝密度较大(1.14～1.20)的区域(图5a中椭圆区域)位于背斜构造的东南翼部，且位于两组北东向断层的两侧。按照构造地质学理论，在背斜翼部、附近有断层、或位于断层走向的转折部位，应力应较集中，易于形成裂缝。根据工区北部的三口井(DH1、DH2和DH3)资料，在目的层钻遇的规模裂隙都不太发育，例如DH3井处裂缝密度仅0.06条/m，这与横波速度各向异性反演预测裂缝结果基本一致(方位各向异性很弱，低于1.06)。

图5 目的层横波速度各向异性强度/方向(a)及相干属性平面图(b)对比

图6 DH1井基于成像测井识别的高导缝(上)和高阻缝(下)走向(a)、倾向(b)、倾角(c)

图7 目的层纵波速度各向异性反演强度/方向图

采用同样的方法开展纵波速度各向异性反演(图7)。对比图5a与图7可见，在北部区域，反演的横、纵波速度方位各向异性强度都很低(小于1.02)；但在三口井以南区域，纵波速度各向异性强度(小于1.05)明显弱于横波，且其方向既不与该区主断裂方向大致平行，亦不与断裂走向呈锐角相交。这表明纵波速度对方位各向异性不及横波敏感，其预测裂隙的精度和可靠性也不及横波速度。

3 结论

本文基于中国东部某盆地B区域的OVT域道集数据，开展横波速度和纵波速度方位各向异性反演。横波速度方位各向异性反演结果与区内三口井资料揭示的裂隙信息吻合，与区内构造断裂关系匹配；而纵波速度方位各向异性强度明显弱于横波速度各向异性，且其各向异性方向与测井揭示信息偏差较大，既不与断裂大致平行也不与断裂走向呈锐角相交。因此，相比于纵波速度，横波速度对方位各向异性更敏感，反映裂隙更可靠。