地震数据在储层裂缝预测中的应用研究

聂 妍，范廷恩，张雨晴，刘向南

（中海油研究总院 北京 100028）

1 引言

关于储层裂缝分布预测的研究一直是石油工作者面临的一大困难和攻关难题，近年来，国内相关企业通过十余个裂缝性油藏的实际勘探开发，探索出了一套能够综合的裂缝识别和分布预测技术方案和手段，例如：基质评价方法，天然裂缝识别方法及天然裂缝分布规律预测方法。在国际上，相关研究学者把注意力集中在利用测井成像分析、多分量多波地震处理等技术进行检测裂缝，取得了较为显著的效果。但是，由于裂缝分布具有普遍复杂性和差异性，同时受到地震数据采集精度和相关设备技术的影响，目前对精度要求在10米级以上断距的断层和裂缝预测，可以实现较为清楚和精确的解释，而对于精度要求在10米左右及以下的小断裂，当前的技术还难以做到，仍然是一项技术挑战[1]。因此，相关的研究仍处在探索阶段。本文基于不同类型的地震数据，对不同裂缝分布预测方法进行探讨和研究。

2 基于叠后地震数据的裂缝预测方法

基于叠后地震数据的裂缝预测方法是一种较为有效的预测方法。

首先，应用相干属性及曲率属性相结合，可明确目的区断层解释组合的分布规律。在地层沉积原始阶段，地层结构往往是横向匀称的（或者是变化微小的），因此，两个相邻道之间的地震反射信号图谱通常是连续稳定的。即使地震反射信号有变化也应是缓和变化的。此时，我们认为相邻道结构之间是相似的。而当地层经过地质构造应力作用发生挤压或拉升后，地层结构的连续性会遭到损坏，地层构造发生变形甚至形成断层。这个过程导致地震道之间的波形属性产生变化，进而使得局部道与道之间的相关性变低。具体变化可通过相干性属性来进行分析。

其次，从构造地质学和地质力学角度出发，通过曲率分析可以有效进行微小断层和裂缝的预测。因为构造运动，岩层受到构造应力的作用，产生挤压、拉伸或扭曲。通常我们会遵循一个岩石破裂准则（如格里菲斯准则，库伦－纳维叶和莫尔剪破裂准则[2]）。如果形变程度达到或超过其形变极限阈值而遵循岩石破裂准则时，岩层就会无法承受应力强度，发生破裂并产生裂缝。以上过程可以得出，构造面曲率的大小与裂缝有一定的关系：曲率越大的岩层区域通常裂缝发育高，曲率小的区域裂缝发育程度低或不发育。

再次，蚂蚁追踪是一种数据处理技术，可以在相干体基础上提供呈现清晰断裂痕迹的数据体。由于这种技术具有噪声低特点，因此被应用于裂缝描述，对中-小尺度裂缝带精确刻画提供一种思路。尽管用地震属性预测中-小尺度裂缝存在困难，但是如果考虑到在一个中-小尺度裂缝比较集中发育的区域，裂缝间隙和内部流体使得储层原来的物性发生变化，从而影响地震波的传播和转发。依据这个理论，与裂缝不发育区相比，裂缝区域在属性体上会表现出较大不同。为更进一步的刻画断裂信息，最后在相干体的基础上，应用Petrel软件实现“蚂蚁追踪”。蚁群算法[3-5]实际上是模拟自然界群体智能寻优过程的一种最优化算法，其目的是精细刻画断裂特征。

同时，应力场数值模拟技术也是应用叠后地震数据进行裂缝预测的典型方法。应力场即为空间中应力状态的变化。通常应力场随时间变化，但在某一地质时间相对稳定。应力场主要研究应力的分布规律，需要确定应力的方向，属性，大小等。应力场在空间上可分为全球，区域及局部应力场。根据受力模式可分为抗压、抗拉及剪切应力场。应力场数值模拟技术主要预测构造缝可能发育的区域。该方法以薄板理论为基础，通过背斜构造对模型进行分析得到结论。某一点的裂缝发育程度通过该点的最大曲率值来表示，而张性裂缝可能的走向近似为最小主曲率的方向。因此，构造缝的预测转化为计算构造平面的主曲率问题。

3 基于叠前地震数据的裂缝预测方法

叠前方位角各向异性主要检测高角度裂缝储层。其理论基础是，当地震波在HTI介质中传播时，传播的方位角与一系列反射波属性有关，包括振幅，速度，频率，衰减量及其他属性。而这些属性也就间接反映了裂缝的方向及密度。

应用FRS裂缝检测是基于纵波的裂缝检测方法。当地震波经过裂缝处，不同裂缝角度形成的反射振幅能量不同，同一炮点激发，由于介质中裂缝的存在，裂缝方向，密度及流体等变化导致不同检波器接收到地震波能量不同，产生强烈的地震各向异性特征。方位各向异性分析是基于每一采样点上地震道集的椭圆拟合进行的。在岩石物理正演模拟过程中，我们首先假定高渗区是正南北方向发育，然后观察长轴和短轴方向与假定方向的一致性，来分析各向异性。如果椭圆拟合的长轴与假定方向一致，则各向异性方向为长轴方向。相反地，如果椭圆拟合的短轴与假定方向相同，则各向异性方向为短轴方向。更进一步，长轴与短轴的比反映了同一点各向异性的大小。因此，基于这个理论，可以完成方位各向异性分析。

4 结语

应用叠后地震数据得到的是定性的裂缝带分布范围，而通过叠前地震数据得到的是定量的裂缝带分布大小和趋势。针对不同油田的地质特征和地震资料基础，应用不同的方法进行地震裂缝预测。目前，全球诸多油田，尤其是碳酸盐油田都面临裂缝预测的难题，因此为该技术推广应用提供了广阔的空间，但对于更复杂的碳酸盐油藏（强注强采、复杂构造、稠油等），技术尚需深化研究。

[1]彭仕宓等.整合多尺度信息的裂缝性储层建模方法探讨.西安石油大学学报，16(4)：1-6，2011.

[2]邓攀，魏国齐，杨泳.储层构造裂缝定量预测中地质数学模型的建立与应用研究.天然气地球科学，17(4)：480-484，2006.

[3]赵伟.基于蚁群算法的三维地震断层识别方法研究.南京理工大学硕士论文，2009.