各向異性裂縫

1、疊前各向異性（方位P波）裂縫檢測(cè)5.2.5.1疊前方位P波裂縫方法原理目前已經(jīng)發(fā)展起來(lái)的裂縫性油氣藏勘探技術(shù)有：橫波勘探、P-S轉(zhuǎn)換波、多分量地震、多方位VSP、縱波AVAZ等。其中最有效的方法當(dāng)屬橫波分裂技術(shù)。但橫波采集和處理的費(fèi)用極高，油田投資風(fēng)險(xiǎn)大，因此不能成為常用技術(shù)。多分量地震、多方位VSP、P-S轉(zhuǎn)換波技術(shù)有不錯(cuò)的效果，但要么勘探成本高，要么是非常規(guī)地震采集項(xiàng)目，在國(guó)內(nèi)現(xiàn)階段難于廣泛應(yīng)用。因此AVAZ發(fā)展成為商業(yè)化技術(shù)。 FRS裂縫檢測(cè)方法是基于縱波的一種地震檢測(cè)方法，當(dāng)?shù)卣餚波在遇到裂縫地層產(chǎn)生反射時(shí)，由于P波與裂縫的方位角不同，產(chǎn)生的反射就不同，如圖7-1，利用三維地震資料寬方

2、位角的特點(diǎn)，提取不同方位角的地震P波響應(yīng)特征，就可以用于檢測(cè)裂縫發(fā)育的相對(duì)程度，該方法尤其對(duì)開(kāi)啟的高角度裂縫效果明顯。方位圖7-1 垂直裂縫儲(chǔ)層與三維地震方位數(shù)據(jù)采集示意圖AVAZ（或AVOZ）：即3D地震資料的振幅隨偏移距（入射角）和方位角變化關(guān)系。 沈鳳教授等的研究表明，地震頻率的衰減和裂縫密度場(chǎng)的空間變化有關(guān)。沿裂縫走向方向隨offset衰減慢,而垂直裂縫走向方向隨offset衰減快,裂縫密度越大衰減越快。據(jù)Thomsen的研究，AVO梯度較小的方向是裂縫走向，梯度最大的方向是裂縫法線(xiàn)方向，并且差值本身與裂縫的密度成正比，因此裂縫的密度可以標(biāo)定出來(lái)。Gray等的研究描述了AVAZ分析法并

3、表明AVO隨方位角的變化關(guān)系(即AVO梯度)反映了巖石硬度的變化。Ramos等的研究表明，縱波垂直于裂縫帶傳播會(huì)有明顯的旅行時(shí)延遲和衰減，并有反射強(qiáng)度降低和頻率變低等現(xiàn)象。 賀振華等通過(guò)巖石物理模型實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，地震P波沿垂直于裂縫方向的傳播速度小于沿平行于裂縫方向的傳播速度。并且地震波的動(dòng)力學(xué)特征如振幅、主頻、衰減等比運(yùn)動(dòng)學(xué)特征如速度對(duì)裂縫特征的變化更為敏感。 這些研究為AVAZ的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。并且表明，利用疊前地震資料提取方位地震屬性如振幅、速度、主頻、衰減等檢測(cè)裂縫型儲(chǔ)層是完全可行的，比基于疊后地震資料的裂縫檢測(cè)技術(shù)有更大的優(yōu)越性。根據(jù)圖7-2所示的裂縫方位檢測(cè)示意圖，可以得出如下的裂

4、縫檢測(cè)計(jì)算流程：方位角道集地震方位屬性值azimuthR擬合橢圓長(zhǎng)軸短軸圖7-2 裂縫方位檢測(cè)方法圖示1.在CMP道集中抽選方位道集并進(jìn)行疊加。計(jì)算的方位角個(gè)數(shù)可選36個(gè)，要求基本均勻地分布在0°-180°范圍；2.地震屬性可以采用經(jīng)過(guò)標(biāo)定的振幅數(shù)據(jù)，如相對(duì)波阻抗數(shù)據(jù)。對(duì)每一個(gè)方位疊加道集計(jì)算相對(duì)波阻抗。這一過(guò)程實(shí)質(zhì)是量綱的標(biāo)定；3.對(duì)儲(chǔ)層的每個(gè)CDP點(diǎn)，使用上述各方位角的時(shí)窗統(tǒng)計(jì)屬性值進(jìn)行橢圓擬合，計(jì)算出3個(gè)特征值：橢圓長(zhǎng)軸長(zhǎng)度、短軸長(zhǎng)度、及其與X軸的夾角。然后獲得橢圓扁率（長(zhǎng)軸/短軸）；4.根據(jù)所選地震屬性對(duì)裂縫方位的響應(yīng)關(guān)系，以及在正演模擬中的結(jié)果，判定該夾角如何指示

5、裂縫方向。橢圓扁率通常指示裂縫密度分布；5.裂縫方位分析可以選擇其它屬性的數(shù)據(jù)。裂縫預(yù)測(cè)流程見(jiàn)圖7-3，其關(guān)鍵步驟分述如下。圖7-3 FRS模塊結(jié)構(gòu)和工作流程FRS裂縫檢測(cè)方法是基于縱波的一種地震檢測(cè)方法，當(dāng)?shù)卣餚波在遇到裂縫地層產(chǎn)生反射時(shí)，由于P波與裂縫的方位角不同，產(chǎn)生的反射就不同，利用三維地震資料寬方位角的特點(diǎn)，提取不同方位角的地震P波響應(yīng)特征，就可以用于檢測(cè)裂縫發(fā)育的相對(duì)程度，該方法尤其對(duì)開(kāi)啟的高角度裂縫效果明顯。地震衰減和裂縫密度場(chǎng)的空間變化有關(guān)。沿裂縫走向方向衰減慢,而垂直裂縫走向方向衰減快,裂縫密度越大衰減越快。裂縫不僅產(chǎn)生地震衰減，還產(chǎn)生地震波的干涉,瞬時(shí)頻率被用來(lái)研究地震波場(chǎng)

6、干涉現(xiàn)象。瞬時(shí)頻率可用來(lái)分析裂縫儲(chǔ)層中相干波的時(shí)變頻譜屬性和刻劃地震波的衰減屬性。垂直裂縫走向方向衰減快, 并出現(xiàn)強(qiáng)非均質(zhì)性,含氣裂縫較含油裂縫表現(xiàn)出更強(qiáng)的非均質(zhì)，如圖7-4。圖7-4 不同方位角的地震P波響應(yīng)特征示意圖在相同的孔隙度條件下，細(xì)小的裂縫比圓形的孔隙對(duì)速度的影響更大，在砂巖中小于0.01%裂縫孔隙度能導(dǎo)致縱波和橫波速度降低10%以上，如圖7-5(Kuster and Toksoz, 1974)。圖7-5 不同孔隙條件下裂縫發(fā)育程度與速度的影響因此, 裂縫的方向、密度和所含流體變化會(huì)對(duì)縱波和橫波速度產(chǎn)生很大影響并產(chǎn)生較強(qiáng)的地震各向異性, 裂縫對(duì)振幅隨方位角變化特征的影響力是隨偏移距

7、的增加而增加，較大的偏移距可使由裂縫引起的振幅隨方位角的變化變得明顯, 因此, 方位振幅隨偏移距變化 ( AVO ) 屬性可用來(lái)檢測(cè)裂縫。含油氣的儲(chǔ)層裂縫密度越大，同一偏移距下振幅的方位角變化就越大。由此可見(jiàn), 裂縫引起的地震各項(xiàng)異性特征很明顯, 利用疊前地震資料研究裂縫是切實(shí)可行的。5.2.5.2方位各向異性巖石物理正演模擬通過(guò)巖石物理正演模型的研究，可以幫助我們建立儲(chǔ)層巖石物性的理論模型以及理論上該模型所產(chǎn)生的地震各向異性響應(yīng)特征。建立地震各向異性巖石物理模型的主要目的是建立起巖石彈性模量與裂縫參數(shù)（密度、所含流體、裂縫寬度/長(zhǎng)度比）之間的關(guān)系。根據(jù)等效介質(zhì)理論，我們將含裂縫巖石的等效柔度

8、張量定義為巖石骨架的柔度張量和裂縫引起的附加柔度張量之和。如果裂縫的排列具有軸對(duì)稱(chēng)性（即平行發(fā)育的裂縫），那么裂縫總體柔度張量可視作兩部分之和(Hudson and Li,1999;Liu and Li,2000)，即裂縫法向柔度張量和切向柔度張量。這兩個(gè)張量可與Hudsons裂縫模型建立理論關(guān)系(Hudson,1981;Hudson et al.,1996，Shen et al.,2002)。得到了裂縫的總?cè)岫葟埩烤涂梢赃M(jìn)行彈性系數(shù)的反演，由反演得到的彈性系數(shù)可以計(jì)算各種彈性模量，如巖石的體變模量，切變模量和拉梅系數(shù)等。我們首先要計(jì)算研究區(qū)域內(nèi)的理論地震反射振幅。計(jì)算反射振幅的方法之一是依據(jù)

9、精確的反射和透射系數(shù)公式（Fryer and Frazer,1984），另外也可以根據(jù)基于弱各向異性和弱反射界面的假設(shè)下得到的近似公式（Lietal.，1996；Rüger，1996，1998）。水平層狀介質(zhì)的成層構(gòu)造易形成具有垂直對(duì)稱(chēng)的側(cè)向各向同性介質(zhì)(VTI), 而垂直排列的裂縫組成的巖石可形成水平對(duì)稱(chēng)軸的側(cè)向各向同性介質(zhì)(HTI)，對(duì)這種TI介質(zhì)，它們需要5個(gè)獨(dú)立的彈性系數(shù)來(lái)描述它們的各向異性特征。當(dāng)構(gòu)造引起巖層傾斜后，這些介質(zhì)將不再是VTI和HTI介質(zhì)，而是任意各向異性介質(zhì)，它們需要21個(gè)彈性系數(shù)來(lái)描述它們的各向異性。而巖層傾斜是常見(jiàn)的構(gòu)造現(xiàn)象。因此，我們還開(kāi)發(fā)了能計(jì)算任意各

10、向異性介質(zhì)的巖石物理模型，它能準(zhǔn)確地給我們提供具有構(gòu)造特征的各向異性介質(zhì)的地震響應(yīng)。在疊前正演模擬研究中，我們要建立裂縫儲(chǔ)層的地質(zhì)模型和彈性介質(zhì)模型。要建立裂縫巖石的巖石物理模型，我們需要知道巖石的縱橫波速度和密度。得到了井中的縱橫波速度和巖石密度資料后，我們要根據(jù)巖石物理模型計(jì)算井中的含有裂縫的儲(chǔ)層段的巖石的彈性張量和各向異性等效的Thomsen指數(shù)，從而了解裂縫對(duì)各向異性的巖石物理參數(shù)的影響。通過(guò)得到的井中的裂縫各向異性的參數(shù)，計(jì)算疊前地震反射在各個(gè)方位角的響應(yīng)，并計(jì)算各向異性的地震反射振幅與裂縫定向的關(guān)系。這一計(jì)算給我們提供了裂縫在井旁地震道的地震響應(yīng)，包括疊前AVO特征和疊前各方位角的

11、AVO特征，以及在裂縫影響下的AVO特征隨方位角的變化規(guī)律。通常，巖石中裂縫的密度，裂縫的寬度和所含流體的成份都是影響地震各向異性的因素。地震各向異性的幅度隨著裂縫密度的增加而增加，不同流體對(duì)地震各向異性的響應(yīng)也有不同的影響。對(duì)于含氣和含水的裂縫儲(chǔ)層而言，由于水和氣的彈性體變模量相近，因此，裂縫密度的影響會(huì)明顯。疊前正演模擬可以幫助我們了解各向異性的地震響應(yīng)特征與裂縫的密度、空間定向及所含流體的關(guān)系。這為我們利用地震資料的分析結(jié)果提取裂縫的信息提供了理論依據(jù)。通過(guò)對(duì)JM1井、LG61井資料（鉆井和測(cè)井）的分析，進(jìn)行層位標(biāo)定，并進(jìn)行了疊前正演模擬分析。在疊前正演模擬研究中，我們必須首先建立儲(chǔ)層裂

12、縫的地質(zhì)模型和彈性介質(zhì)模型，這樣就為我們建立巖石物理模型提供了所需的數(shù)據(jù)。為了研究劍閣地區(qū)鮞粒灘儲(chǔ)層裂縫地震響應(yīng)，我們利用JM1井的資料，制作了4個(gè)不同裂縫密度的正演模擬記錄，其裂縫的體密度依次是0%，1%，2%，3%，利用不同裂縫密度的不同方位角角道集正演結(jié)果，分析不同裂縫密度情況下，不同方位角的地震記錄隨入射角的變化規(guī)律。圖7-6為不同裂縫密度的正演結(jié)果。（a）裂縫體密度3%（b）裂縫體密度2%（c）裂縫體密度1%（d）裂縫體密度0%圖7-6 不同裂縫體密度下地震各向異性特征利用正演得到的角道集，對(duì)JM1井鮞粒灘儲(chǔ)層段，繪制不同方位角的AVO曲線(xiàn)，分析不同方位角的地震反射的差異，判斷裂縫對(duì)地震反射的影響。下圖是不同入射角的地震各向異性強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)，從圖7-7中可以看出不同裂縫體密度地震各向異性強(qiáng)度有規(guī)律變化，當(dāng)裂縫體密度小于1%的情況下，裂縫的地震各向異性強(qiáng)度較小，當(dāng)裂縫體密度大于1%后，裂縫的地震各向異性強(qiáng)度迅速增大。同時(shí)，從不同方位角的AVO曲線(xiàn)上看，裂縫的地震各向異性強(qiáng)度隨著入射角的增大而迅速增大，零入射角沒(méi)有地震各向異性響應(yīng)，說(shuō)明裂縫對(duì)垂直入射的地震反射沒(méi)有影響，只有存在一定入射