基于寬方位地震數據的縱、橫波速度方位各向異性對比研究

何 峰 龍 凡 韓 剛 陳曉智 李 俊 王煥弟

(①中海油研究總院有限責任公司，北京 100027；②上海波睿能源科技有限公司，上海 202150；③石油工業出版社，北京 100029)

0 引言

致密油氣勘探開發中，基于地震資料預測裂隙分布非常重要。裂隙的發育不但會改善儲層的滲透性，還有利于壓裂施工改造獲得好的增產效果。

通常認為，由于地殼中存在大量定向排列的裂隙會誘導產生各向異性微裂隙，橫波在地殼介質中傳播時會發生分裂現象[1]。大量研究表明，平行排列的垂直或高角度裂隙的發育與介質的方位各向異性關系密切。在各種彈性參數中，橫波速度的方位各向異性最強[2-8]。

在油氣勘探領域，以往地震方位各向異性研究主要基于寬方位地震數據的疊后地震屬性(包括疊加振幅、衰減、P波阻抗等)以及疊前P波振幅、AVO梯度屬性等，較少使用疊前反演橫波速度。楊勤勇等[9]利用縱波方位各向異性成功預測了塔河油田碳酸鹽巖儲層裂縫發育區；劉立民等[10]利用縱波方位各向異性在花瓦地區頁巖油地層中成功開展了裂縫檢測；陳楠等[11]使用疊后疊加振幅進行方位各向異性反演，預測了頁巖層裂縫發育區；趙思為等[12]利用方位波阻抗數據開展了各向異性反演，預測了川東北嘉陵江組二段的裂縫發育區；畢研斌等[13]利用P波方位各向異性預測了四川盆地碳酸鹽巖儲層裂縫發育區；周曉越等[14]利用疊前振幅和速度各向異性聯合反演方法預測GS1區的儲層裂縫分布；張麗艷等[15]依據橫波分裂的思想開展橢圓擬合，在大慶長垣喇嘛甸地區開展了方位各向異性和裂縫強度定量預測。

隨著計算機超算能力大幅提高及寬方位地震OVT(炮檢距向量片)域處理技術的普及，基于OVT域道集數據的疊前各向異性反演技術能更準確、更可靠地預測介質的方位各向異性，從而較準確地預測(地震分辨率可識別)規模裂隙發育區及裂縫方向。在此背景下，開展基于縱、橫波速度的方位各向異性對比研究很有必要。通過此項研究，可以厘清哪類速度對方位各向異性更敏感、識別裂隙更可靠，從而進一步確認其對各向異性反演的重要性，并推動各向異性反演的普遍應用。

研究區位于中國東部某盆地B區，區內發育一個近NNE向的背斜構造，主要目的層平均孔隙度小于10%，平均滲透率小于1mD，為低孔、低滲致密儲層。目前該構造已經完鉆2口探井(DH1和DH2)和1口評價井(DH3)。由于該區主要目的層儲層較致密，需采取壓裂改造措施提高油氣產量。為了保證壓裂改造效果，需預測裂隙方向和裂隙密度，為下一步優化水平井軌跡設計(與天然裂隙方向斜交以便形成網狀裂縫系統)和壓裂設計提供信息。

本文利用該區OVT域道集數據分別開展了縱、橫波速度方位各向異性反演，對比了反演結果與研究區目的層裂隙發育的吻合程度，以及二者對方位各向異性的敏感度。

1 縱、橫波速度方位各向異性反演

1.1 方位扇區劃分

本次研究是基于中國東部某盆地B區的OVT域道集數據，OVT域處理是寬方位地震數據疊前處理的基本流程。OVT面元是從每個CMP道集中抽取具有大致相同炮檢距和方位角的數據、重新排列形成一個小矩形面元。對OVT面元進行疊前偏移，偏移后的每一道都記錄了炮檢距和方位角信息[16-21]。

相對于常規分方位疊前地震道集，OVT域道集具有以下優點：①兼具炮檢距和方位角兩類信息；②在一個OVT域道集中，各地震道的炮檢距和方位角大致相同，對每一個OVT面元開展疊前偏移，可提高成像精度；③在近炮檢距、中炮檢距以及遠炮檢距范圍內，道集的能量一致性均較好。

由于OVT道集具有以上特點，OVT數據處理中可采用一些特殊手段實現保真處理并提高疊前道集的質量，如基于五維插值的OVT道集數據規則化，以OVT片為單位的疊前時間/深度偏移等。此外，因OVT道集偏移后能更好地還原道集方位信息、保留所有方位角的信息，經方位各向異性校正后，可消除方位各向異性對寬方位地震成像的影響，進一步提高寬方位地震勘探的成像精度[22]?？傊?，OVT域道集的最大優勢是地震成像質量高。

除了成像精度方面的優勢外，OVT道集偏移后能更好地還原道集方位信息，保留所有方位角信息。因此，OVT域道集數據能更方便地設計扇區劃分方案，有利于開展方位各向異性研究，從而有助于復雜裂縫發育帶的識別和刻畫。

利用橫波分裂思想(即快、慢橫波方法)研究介質方位各向異性，首先需要對全部方位的地震數據進行扇區劃分。方位扇區的劃分需遵循以下兩個原則：①每個扇區要保證一定的覆蓋次數(通常40次以上)，且各個扇區覆蓋次數大致相當。一般方位扇區數以5～6個為宜。扇區數太少，不能保證橢圓擬合精度；反之則不能保證足夠的覆蓋次數，導致疊前反演數據信噪比太低。總覆蓋次數很高的情況下，可考慮劃分多于6個扇區。②保證每個扇區都有近、中、遠炮檢距的道集數據，且最大遠炮檢距大致相同，可避免個別大炮檢距強各向異性的影響。

本次采集的寬方位地震數據在目的層信噪比整體較高(圖1)。數據覆蓋總次數為260，橫縱比大于0.5。為了保證每個扇區覆蓋次數不低于50，劃分為5個扇區(圖2)。這5個扇區的方位范圍和覆蓋次數分別為：#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。每個扇區最大炮檢距不超過4400m，以避免由于遠炮檢距不同造成各扇區各向異性出現差異(圖2)。

圖1 B區寬方位OVT域道集

圖2 B區OVT域道集方位分布及扇區劃分

1.2 方位扇區縱、橫波速度無井反演

基于研究區5個扇區OVT域道集數據和地震速度，開展AVO三參數反演，得到橫波速度的反射率地震體。然后，根據目的層段DH1井橫波速度的均值開展橫波速度無井反演，得到這5個扇區的橫波速度絕對值數據體。無井反演可以保證5個不同扇區的橫波速度差異更好地保留，從而更精確地確定快橫波速度的方向。其實，如果開展有井約束反演，只要給定的低頻分量參數合理(例如不超過8Hz)，有井反演結果仍然可以像無井反演結果一樣，保留不同扇區的橫波速度差異性。

無井反演的基本原理是，在一個時窗內(如200～300ms)，如果彈性參數(如速度)的低頻趨勢(如0～4Hz)變化不大，那么可將其看作一個常數。進行彈性參數反演時，補充一個固定的低頻分量即可。

圖3是無井約束橫波速度反演結果與工區內3口井(DH1、DH2、DH3)的實測橫波速度曲線對比剖面。由圖可見，無井約束橫波速度反演結果與3口井的實測橫波速度在縱向上趨勢吻合較好，表明橫波速度反演結果較可靠。圖4a～圖4e是5個扇區橫波速度反演的結果，可見不同扇區橫波速度差異非常明顯，基于這種差異可識別快/慢橫波。利用相同的思路，可開展縱波速度方位各向異性反演。

1.3 橢圓擬合及裂縫方向和裂縫密度預測

通過橢圓擬合確定裂縫方向和裂縫密度，是寬方位地震數據解釋的一個重要方法。無論疊后地震屬性或是疊前彈性體數據，都可使用該方法。通常使用5～6個不同方位扇區疊后屬性或者疊前反演的彈性參數，采用橢圓擬合方法得到一個代表疊后屬性或者彈性參數的橢圓。橢圓的長軸代表該位置方位各向異性的主方向，即裂縫方向，長軸與短軸的比值代表方位各向異性的強度，即裂縫密度。

圖4f是橢圓擬合結果，圖中標注的“a”點處，裂縫為北東向，裂縫密度(或強度)為1.2，即存在20%的方位各向異性，在裂縫處的橫波(快橫波)比垂直于裂縫方向的橫波(慢橫波)速度高20%。因為HTI介質表現為弱各向異性[2]，所以一般裂縫密度不會很大。

橫波速度方位各向異性反演方法完全適用于縱波速度。采用相同的思路開展縱波速度各向異性反演，可以得到縱波速度方位各向異性強度和主方向。

圖3 無井約束橫波速度反演剖面與3口井的實測橫波速度曲線對比

圖4 5個扇區無井約束橫波速度反演結果(a～e)及各向異性橢圓擬合結果(f)(a)12°～73°； (b)73°～140°； (c)140°～222°； (d)222°～287°； (e)287°～12°

2 縱、橫波速度方位各向異性對比

利用B區OVT域處理成果(包含方位角信息的疊前偏移后道集數據)，采用前述方法進行橫波速度各向異性反演，并開展橢圓擬合，得到目的層各向異性強度平面圖(圖5a)，并與相干屬性平面圖(圖5b)進行對比。

一般而言，裂隙方向主要受該區斷裂方向的影響，與斷裂走向大致平行或者以銳角與斷裂走向相交。基于相干屬性(圖5b)，可大體判斷研究區斷裂走向主要為北東向；基于橫波速度各向異性反演結果(圖5a)，預測裂隙方向主要為北東向，其大致平行于附近斷裂走向，與該地區成像測井解釋的裂縫方向(圖6)也保持一致，表明本文方法預測的裂隙方向合理。

圖5a表明，該區裂縫密度較大(1.14～1.20)的區域(圖5a中橢圓區域)位于背斜構造的東南翼部，且位于兩組北東向斷層的兩側。按照構造地質學理論，在背斜翼部、附近有斷層、或位于斷層走向的轉折部位，應力應較集中，易于形成裂縫。根據工區北部的三口井(DH1、DH2和DH3)資料，在目的層鉆遇的規模裂隙都不太發育，例如DH3井處裂縫密度僅0.06條/m，這與橫波速度各向異性反演預測裂縫結果基本一致(方位各向異性很弱，低于1.06)。

圖5 目的層橫波速度各向異性強度/方向(a)及相干屬性平面圖(b)對比

圖6 DH1井基于成像測井識別的高導縫(上)和高阻縫(下)走向(a)、傾向(b)、傾角(c)

圖7 目的層縱波速度各向異性反演強度/方向圖

采用同樣的方法開展縱波速度各向異性反演(圖7)。對比圖5a與圖7可見，在北部區域，反演的橫、縱波速度方位各向異性強度都很低(小于1.02)；但在三口井以南區域，縱波速度各向異性強度(小于1.05)明顯弱于橫波，且其方向既不與該區主斷裂方向大致平行，亦不與斷裂走向呈銳角相交。這表明縱波速度對方位各向異性不及橫波敏感，其預測裂隙的精度和可靠性也不及橫波速度。

3 結論

本文基于中國東部某盆地B區域的OVT域道集數據，開展橫波速度和縱波速度方位各向異性反演。橫波速度方位各向異性反演結果與區內三口井資料揭示的裂隙信息吻合，與區內構造斷裂關系匹配；而縱波速度方位各向異性強度明顯弱于橫波速度各向異性，且其各向異性方向與測井揭示信息偏差較大，既不與斷裂大致平行也不與斷裂走向呈銳角相交。因此，相比于縱波速度，橫波速度對方位各向異性更敏感，反映裂隙更可靠。