地震玫瑰图分析在裂缝预测中的应用

张 薇,阎建国，周洪生

地震玫瑰图分析在裂缝预测中的应用

张 薇,阎建国，周洪生

裂缝储层的地球物理识别和预测是世界前沿性研究课题。对于脆性岩层来说，构造作用是控制裂缝形成的主要因素，它控制了裂缝的产状、规模，同时构造运动的期次控制着裂缝形成的期次。应用地震资料方向加权相干结果进行统计以制作地震玫瑰图，并沿层面进行有规律的分析帮助得出层面上有关裂缝方向性和发育密度的特征规律，对无井区域进行裂缝预测，并取得良好效果。

裂缝预测；方向加权相干分析；地震玫瑰图

裂缝性油气藏的勘探开发实践证实，裂缝的发育与分布规律对油气藏精细评价与开发起着至关重要的作用。搞清裂缝的分布规律，不但有利于油气藏开发方案的部署和调整，而且对油气藏的增产效果起着十分重要的作用。研究表明，地应力方向常常与有效裂缝展布方向具有十分密切的关系[1-4]。电成像FMI、声成像CBIL等成像测井资料，可以有效地进行当今最大(最小)水平地应力分析及相关方向的确定。但是其缺点主要有以下2个方面：①受尺度限制，只能显示井筒范围内的特征，不能代表地层的全部特征；②裂缝在地层中分布的非均质性使钻遇的裂缝具有不确定性。所以仅仅依靠井下资料，难以可靠预测规律性差的储层裂缝的空间分布问题。地震资料具有较高的横向分辨率，是预测深层裂缝系统空间分布的有效手段。下面，笔者在叠后地震资料方向加权相干分析基础上进行统计以制作地震玫瑰图，首先在已知井上与钻井和测井资料进行对比，然后沿地震解释的层面进行有规律的平面分析，最后得出有关裂缝方向性和发育密度的特征规律。

1 基于方向加权的相干检测

自1995年Bahorich和Farmer提出相干体算法以来，已从第一代基于互相关算法、第二代利用地震道相似性的算法发展到第三代基于特征值的算法(C3，Eigenstructure-based，基于本征结构的算法)。

基于本征值结构的相干体算法首先从数据体中提取分析时窗内的一组地震道数据生成样点向量。视倾角p和q决定的平面上，样点向量在分析时间t为中心的上下±K的垂直时窗内，组成新数据矩阵的行，不同时间位置形成数据矩阵的列,它们进行自相关和互相关后生成协方差矩阵(Covariance Matrix)。

基于方向性加权相干是在第三代本征值(C3)[5]相干算法的基础上，将结果锐化后进行进一步的方向性滤波得到的。通过对地震资料的初步处理，确定应力和断层及构造性裂缝发育带的方向,通过一定的算法检测裂缝相干值的梯度变化方向，进行定向滤波。其中切除规定方向以外的相干值,可以有效的清除采集和处理过程中带来的不规则干扰。基于方向性加权相干可用于检测由构造变形引起的大小断层和裂缝发育带。

2 地震玫瑰图

图1 地震玫瑰图示例

裂缝是油气储层特别是裂缝性储层的重要储集空间，更是良好的渗流通道，裂缝的方位角决定导流方向，而裂缝的密度反映了裂缝(裂缝发育带)的发育程度，这是2个非常重要的裂缝参数，玫瑰图能够非常直观形象的表现这2个参数。 在地质学中，裂缝方位角可以理解为从裂缝上某点的指北方向线起，依顺时针方向到裂缝走向线之间的水平角，取值为0～360°。笔者采用的玫瑰图(见图1)的表盘也采用与其相同的0°～360°的取值范围，以每5°为一个小单元进行统计，然后将统计出来的不同方位上的裂缝出现频率进行归一化处理，再分别刻画到玫瑰图表盘上，目标地区的裂缝分布就形成了一个玫瑰图。其中，表盘有2个参数坐标轴，分别为圆形角度坐标(反映裂缝的方位角)和线性密度坐标(反映裂缝的相对密度，长度等于半径的花瓣，相对密度为1)。

直观地讲，玫瑰图上花瓣的走向和该区域裂缝的走向一致，而某个方位的花瓣长度依赖于在该方位裂缝出现的频率。玫瑰图分析方法常用来描述特定线状特征的方位分布，而且结果易于理解。

笔者制作的玫瑰图是基于方向加权的地震资料相干检测的基础上来进行的，图2(a)为某地区F层的方向加权相干结果，将其进行线性加强(见图2(b))，根据测网选择目标区域(见图2(c))进行裂缝统计，然后转换成玫瑰图(见2(d))。从图2(d)上也可以观察沿层裂缝方位和分布密度。在进行玫瑰图制作时可以就选取某口井附近区域分析。

图2 基于方向加权的地震资料相干检测制作的玫瑰图

3 地震玫瑰图和基于井数据与地应力分析结果的对比

实际工作中，为了提高准确度，可以借助成像测井及生产数据进行对比验证。首先根据地质资料确定裂缝发育带的主方向，然后确定相关方向加权的方向测度(因子)，也可以选取沿基本构造应力场方向进行加权，然后在基于方向加权相干检测的结果上作出方向玫瑰图，并与测井分析的玫瑰图进行对比。如果两者相关性很好的话，就可以提高裂缝解释可信度，从而证明地震玫瑰图的结果比较可靠。

从测井解释(见图3)得到，对高导缝产状进行统计表明，高导缝走向优势方位主要为北北东-南南西向。该井高阻缝走向优势方位主要也为北北东-南南西向。从地震玫瑰图分析(见图4)得到，百泉1井附近风一段的地震裂缝检测结果统计的裂缝方向也主要是北北东-南南西向，说明结果可靠。

图3 百泉1井风城组井段测井裂缝解释图 图4 百泉1井附近风一段、风二段地震玫瑰图

图5为某地区各井点地应力方向分析图(其中箭头为最大地应力方向)，将各井点的地震玫瑰图重叠在井点位置，可以看出两者符合地质规律。

4 玫瑰图平面展布分析

为对裂缝分布规律进行更直观的认识，可以在目的层沿层切片上选取n条主测线和m条联络测线，沿其做出一系列的玫瑰图，并将地震玫瑰图分析结果投影在目的层构造图上，用来描述裂缝线性特征的走向规律和密度分布。以风一段为例(见图6)，所识别出的裂缝发育带主要有2组：一组是北东方向，与该地区主构造方向一致(工区西南部有一正南北的转向，然后再转向北东向)，另外一组是与主方向成一定夹角的裂缝发育带。玫瑰图上展示的裂缝发育密度与裂缝平面特征对应。在一些地区也存在多方向的裂缝发育，这些结果都符合断层伴生裂缝特征。根据这些结果和相关理论，能够进一步区分裂缝与干扰。

图5 某地区各井点地应力方向分析图及地震玫瑰图 图6 风一段地震玫瑰图平面分析结果(xline679-1579)

通过这种成规模的玫瑰图平面展布分析，在没有井的区域也可以初步确定裂缝的方位角及密度信息，从而为储层预测及其他工作奠定了基础。

[1]纳尔逊 R A.天然裂缝性储集层地质分析[M].柳广第,朱筱敏 译.北京：石油工业出版社，1991:1-246.

[2]Bahorich M,Farmer S.3D Seismic Discontinuity for faults and stratigraphic features: The coherence cube[J].The Leading Edge,1995,14：1053-1058.

[3]贺振华,黄德济,文晓涛.裂缝油气藏地球物理预测[M].成都：四川科学技术出版社,2007.

[4]文晓涛,唐湘蓉,贺振华.基于方向信息测度的断层检测方法[J].石油物探,2008,48(2)：310-314.

[5]Adam Gersztenkorn,Marfurt J.Eigenstructure-based coherence computations as an aid to 3-D structural and stratigraphic mapping[J].Geophysics，1999(5)：6-10.

[编辑] 洪云飞

10.3969/j.issn.1673-1409(N).2012.12.019

P618.13

A

1673-1409(2012)12-N061-03