页岩油五维地震裂缝预测技术研究

摘 要：【目的】LN洼陷近期钻探了多口页岩油探井，开启了页岩油勘探新局面。在页岩油的勘探开发中，准确地预测裂缝至关重要，因此，需要对裂缝预测技术进行研究。【方法】重点应用五维地震资料，利用OVT域叠前道集数据进行方位角-偏移距优选和道集分区部分叠加，针对页岩油分析不同各向异性裂缝预测方法，形成一套针对LN地区的页岩油五维裂缝预测技术。【结果】基于振幅方位差异的裂缝预测结果，能够明确研究区LN洼陷页岩油的裂缝发育强度和方位，指导页岩油的勘探部署工作。【结论】页岩油五维裂缝各向异性分析方法较多，针对不同工区不同地质情况，应逐步分析对比，优选适合该工区的方法，以取得最优效果。

关键词：页岩油；五维地震；方位各向异性；裂缝预测

中图分类号：P618.13" " "文献标志码：A" " "文章编号：1003-5168（2024）09-0105-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2024.09.022

Research on Five Dimensional Seismic Fracture Prediction Technology for Shale Oil

YANG Jing

（ Geophysical Exploration Research of Shengli Oilfield， Dongying 257000，China）

Abstract： [Purposes] Recently， multiple shale oil exploration wells have been drilled in LN Depression， opening up a new era of shale oil exploration. In the exploration and development of shale oil， it is crucial to accurately predict fractures.Therefore， it is necessary to study fracture prediction techniques. [Methods] This article focuses on the application of five dimensional seismic data， utilizing pre stack trace data in the OVT domain for azimuth offset optimization and partial stacking of trace zones. Different anisotropic fracture prediction methods are analyzed for shale oil， forming a set of five dimensional fracture prediction techniques for shale oil in the LN region. [Findings] Based on the difference in amplitude and orientation， the fracture prediction results can clarify the development intensity and orientation of shale oil in the LN depression of the study area， and guide the exploration and deployment of shale oil. [Conclusions] There are many methods for analyzing the anisotropy of five dimensional fractures in shale oil. For different geological conditions in different work areas， it is necessary to gradually analyze and compare them， and select the method suitable for the work area for research， in order to achieve the best effect.

Keywords： shale oil; five dimensional earthquake; azimuthal anisotropy; fracture prediction

0 引言

LN洼陷是济阳坳陷HM凹陷主要的富油洼陷，资源量为7.2亿t，已探明石油地质储量为3.75亿 t。BX、NZ、BN等富油洼陷页岩油勘探已相继取得重大突破，LN洼陷是下一步重要的页岩油风险勘探领域。LN洼陷勘探面积约为1 300 km2，主力烃源岩沙三下集中段厚40～100 m，分布面积为800 km2。LN洼陷有22口井在泥页岩段见显示，14口钻遇油层或者裂缝储层，6口井已试油，5口井获工业油流，层系均为沙三下。前期完钻的T308井在沙三下系统取心，从取心情况来看，该井油页岩纹层发育、品质好。LN洼陷作为典型的常压-弱超压体系，将成为下一步页岩油勘探的重点地区。在页岩油的勘探开发中，如何准确地预测裂缝至关重要。

1 现阶段裂缝预测技术分析

页岩油裂缝预测主要存在以下两方面难点：一是现有的裂缝预测方法精度不高；二是微断裂及裂缝对页岩油影响较大。现阶段，裂缝的特征分析和预测技术可以分为以下几大类：钻井岩心分析法；测井识别技术方法；地球物理预测方法［1］。钻井岩心分析法主要通过岩心直接观察地层裂缝的发育情况［2］，这种技术直接、高效，但取心率低，数据少，会对裂缝预测造成一定程度的不便。测井识别技术方法是利用测井曲线在裂缝中的非正常响应或者成像测井技术等探测地层裂缝，成像测井成本较高，且难以预测整个工区裂缝状态。

地球物理预测方法主要是利用地震属性预测裂缝参数［3］，包括倾角、曲率、相干体、蚂蚁体、最大似然体、OVT裂缝预测等，各种方法有各自的优缺点，适用性也各不相同。相干体的原理依据断层附近地震道之间波形相似性，突出不相似［4］。对各级断层均有较好的适用性，但对地震资料品质敏感，对10 m以下的小断层识别较差，更适用于大级别断层。曲率的原理通过曲率半径的倒数反映构造面的弯曲性。与构造变形有关的断层、较大的断层反映清晰，但与构造变形无关的小断层反映效果不好，更适用于较小级别的断层和裂缝。蚂蚁体的原理是采取类似蚂蚁活动路径的方法来进行追踪断层或者裂缝［5］，可以自动追踪。反映微小断层细节方面比其他属性有优势，但其对于参数的设置经验性较强，易出现假象和多解性。最大似然体的原理是采用数据所有采样点全局相似性算法，相较于相干体、蚂蚁体等技术获得的结果精细度更高，地质信息更加丰富，但其计算量较大且运行较慢，适用于低序级断层及裂缝。五维裂缝的原理是利用不同的方位角信息，分析地震波在各向异性介质中传播的、速度、振幅、旅行时、频率、相位等差异［6］，除了对地震资料基础要求较高外，无局限性，适用于各种裂缝预测［7］。

五维地震数据多增加了方位角和偏移距信息，包含了更加丰富的储层裂缝等各向异性信息，能够实现方位各向异性分析与研究，可以显著提高地震资料解释精度，对裂缝的识别具有明显优势。因此，本研究着重对五维数据的裂缝预测技术进行研究。

2 基于五维地震的页岩油裂缝预测

泥页岩发育多种类型的微裂缝，裂缝复杂。由于受到了不同密度、不同流体物性裂缝的影响，地震波在不同方向传播的过程中，表现出的速度、振幅、走时和频率等参数的衰减梯度特征都均不相同［8］。要充分发挥五维地震数据的优势，依据地震波在不同方向上传播过程中表现的速度、振幅、走时和频率衰减梯度等参数特征的差异性，优选方位角和偏移距，选取最合适的方法进行裂缝预测（如图1所示），提高预测精确率。

2.1 地震资料分析

本研究工区内LYB地震三维为3次单点高密度采集，覆盖次数为216次，最大炮检距4 254 m，横纵比为0.64，资料品质相对较好，可以有效发挥五维数据的优势。通过对该套资料道集各向异性进行分析，从振幅和走时切片来看，目的层各向异性特征都比较明显。拟合椭圆扁平，资料较好区域，同一井点，改变方位角叠加个数，拟合椭圆较稳定，方位变化小。因此，认为该套地震资料可以展开五维的裂缝预测。

2.2 方位角优选

基于分方位的裂缝分析，最主要的分好方位角。S549井的成像测井资料显示，该井井壁崩落方位为正北方向，代表了井旁最小水平应力方向，故本井井旁最大水平主应力方向为东—西向。根据S549井点实测裂缝方向，对井点椭圆拟合模板进行调整，使椭圆长轴方向平行于该井实测裂缝走向。

方位角叠加对于叠前地震数据处理十分重要，叠加的目的是降低干扰因素，提高地震资料的信噪比。而实际进行裂缝预测时，参与椭圆拟合数据的样点与椭圆拟合结果的稳定性具有一定矛盾。当进行叠加的方位扇区个数比较少时，各个方位的扇区地震资料品质相对更高，但参与椭圆拟合的数据样点较少，其椭圆拟合结果可信度较低。相反，当叠加方位角叠加个数较多时，资料品质相对较低，拟合结果可信度较高。因此，通过对区块优化，在固定偏移距基础上，改变方位角叠加个数，对比获得最适合LN洼陷的最佳参数组合。

2.3 偏移距划分

裂缝预测对偏移距也有一定的要求。本研究通过固定方位角叠加个数，改变偏移距来进行分析。研究区LN洼陷页岩油目的层范围分布在2 000～4 000 m内，尽管OVT道集能量较为均衡，但是小于600 m近偏移距数据信息不完整。偏移距大于3 500 m时，信息被噪声淹没，道集能量不均衡，资料无法使用。因此，根据道集剖面分析，中近偏移距道集能量均衡，远偏移距信息不完整，结合埋深和地层倾角特征优选500～3 500 m偏移距数据作为分析裂缝的输入数据，保证输入数据为全方位数据。通过结果来看，小偏移距反映的裂缝分布较为杂乱，而大偏移距数据更能够反映各向异性，显示的裂缝发育规律性较强，与断裂的发育有较好的相关性，在分析裂缝方面更有优势，因此选择偏移距 500～3 500 m进行裂缝预测。

2.4 不同属性各向异性方法效果分析

现阶段，五维裂缝预测方法主要有以下几种：基于振幅裂缝预测、基于频率裂缝预测、G（AVO）VAz裂缝预测，其原理各不相同，效果也有一定差别。本研究将通过对比分析以上方法优选最适合LN洼陷的裂缝预测方法。

2.4.1 不同各向异性分析方法原理分析。①基于振幅方位裂缝预测。研究认为，当地震波传播方向与裂缝走向平行（Φ=0°）时，反射波振幅最大，垂直（Φ=90°）时，振幅最小［9］。其两个方向振幅差的比率反映了裂缝密度的大小。该方法主要利用地质体的振幅差异来进行裂缝预测。②基于频率裂缝预测。研究认为，沿裂缝走向方向地震波频率衰减慢；沿垂直裂缝走向方向地震波频率衰减快；裂缝密度越大频率衰减越快。该方法利用了裂缝密度的差异变化来进行裂缝预测。③G（AVO）VAz裂缝预测。应用方位AVO梯度随方位角变化来进行五维裂缝预测，其原理主要是应用AVO梯度随方位角呈余弦变化特征，且随各向异性强度增大，椭圆扁率增大。可以通过分析AVO梯度随方位角的变化，预测裂缝发育强度和方向［10］。

2.4.2 不同各向异性分析方法效果对比。①基于振幅类属性各向异性裂缝预测结果对比。从两种振幅类预测结果来看，其裂缝发育方位基本一致，宏观规律相似，中心强度低，四周断裂发育处强度高，只在局部存在一定细微差异（如图2所示）。②基于瞬时振幅/频率各向异性裂缝预测结果对比。瞬时振幅预测裂缝结果与最大振幅预测结果基本相同，瞬时频率变化较大，断裂不发育处各向异性较为明显。③基于G（FVO）VAz/G（AVO）VAz各向异性叠前裂缝预测结果对比。与振幅类属性预测结果相比，这两种计算结果大趋势一致，内部裂缝方位杂乱，规律性不强，不太适合分析该研究区整体裂缝发育情况。

基于以上分析认为，现阶段应用的各向异性分析方法，其原理效果各不相同，没有一种方法能够适应于任何地区。针对不同地区不同地质条件，需选取不同方法进行试验，以获得最优的预测效果。针对研究区LN洼陷，认为振幅类各向异性分析方法，能够读取道集目的层振幅差异，对于裂缝的检测更为敏感，结果更加符合研究区大规律，预测的裂缝发育方位准确，规律性较强。

2.5 实际应用效果

基于振幅方位差异的裂缝预测结果，能够明确研究区LN洼陷页岩油的裂缝发育强度和方位。从结果来看，研究区目的层沙三下页岩油方位各向异性较强，裂缝总体分布特征较为明显，尤其在靠近大断裂处，裂缝相对更为发育，与已认识的区域构造较为一致。裂缝主要呈北西西向展布，在靠近大断裂处裂缝强度更大，靠近洼陷带中部其裂缝发育强度较弱，与地质构造呈一定相关性。结合断裂平面展布特征，确定研究区最大水平主应力方向：北西西15°（如图3所示）。

3 结论

①OVT域叠前地震道集数据，包含丰富的方位角和偏移距信息，可以更好地利用道集中地震响应信息区别识别页岩裂缝特征。

②利用OVT域叠前道集数据进行方位角-偏移距优选和道集分区部分叠加，有利于开展数据联合运算的叠前地震属性分析，在此基础上进行页岩裂缝预测，具有良好的预测效果。

③五维裂缝各向异性分析方法较多，针对不同工区不同地质情况，应逐步分析对比，优选适合该工区的方法进行研究，以取得最优效果。

④可将该技术推广至其五维地震资料，利用新技术指导低序级和走滑断层的识别。

参考文献：

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