張麗艷 李 昂 劉建穎 楊建國(guó) 陳志德

(①中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局沈陽(yáng)地質(zhì)調(diào)查中心，遼寧沈陽(yáng) 110000； ②中國(guó)石油大慶油田勘探開發(fā)研究院，黑龍江大慶 163712)

0 引言

隨著常規(guī)油氣產(chǎn)量的不斷下降，勘探理念的不斷轉(zhuǎn)變和創(chuàng)新，頁(yè)巖油、頁(yè)巖氣勘探、開發(fā)逐漸成為油田增儲(chǔ)的熱點(diǎn)領(lǐng)域[1]。

地下介質(zhì)廣泛呈現(xiàn)各向異性，各向異性已成為影響地震數(shù)據(jù)處理精度的重要因素，特別是復(fù)雜介質(zhì)的成像精度[2-3]。裂縫儲(chǔ)層是頁(yè)巖油和頁(yè)巖氣主要儲(chǔ)層類型，為中、 強(qiáng)各向異性介質(zhì)[4]。為了利用P波或多波地震資料反演地球內(nèi)部各向異性參數(shù)或了解裂縫的分布規(guī)律，考慮介質(zhì)各向異性的反演技術(shù)得到發(fā)展和應(yīng)用[5-7]，如AVO反演、旅行時(shí)反演、偏振反演以及全波形反演等。各向異性介質(zhì)中存在橫波分裂現(xiàn)象，利用該現(xiàn)象可預(yù)測(cè)裂縫的發(fā)育特征。描述沉積地層的各向異性基本模型有兩種：一是由周期性薄互層或水平平行排列裂縫引起的具有垂直對(duì)稱軸的橫向各向同性介質(zhì)(VTI介質(zhì))；二是由構(gòu)造應(yīng)力產(chǎn)生的具有水平對(duì)稱軸的橫向各向同性介質(zhì)(HTI介質(zhì))，用來(lái)描述一組垂直排列的裂縫[8-9]。

眾所周知，地震波經(jīng)過(guò)裂縫性儲(chǔ)層時(shí)振幅、速度和旅行時(shí)都受裂縫方位和密度的影響，即在不同方向上測(cè)量到的地震速度有差別，因此利用各向異性速度差異可預(yù)測(cè)裂縫密度和方位。窄方位地震資料在某些方位內(nèi)存在資料的缺失，覆蓋次數(shù)非常低，而在有些方位覆蓋次數(shù)非常高，不同方位之間信息不均衡，勢(shì)必會(huì)影響最終的成像和后續(xù)的儲(chǔ)層預(yù)測(cè)和油氣檢測(cè)等。所以，寬方位資料有利于裂縫儲(chǔ)層的研究[10-12]。Cordsen等[13]認(rèn)為，寬方位采集的橫向不同覆蓋次數(shù)過(guò)渡帶要比窄方位角小，更容易跨越地表障礙物和地下陰影帶； 在速度分析和成像方面，Cambois等[14]認(rèn)為寬方位成像比窄方位角成像能夠提供更多有利的儲(chǔ)層信息。

近年來(lái)寬方位地震勘探在國(guó)內(nèi)外得到了廣泛的應(yīng)用?？ㄋ栁鞣絿?guó)際石油公司于2003～2004年在海上完成了中東第一塊寬方位四分量地震采集，資料具有較高的信噪比和豐富的波場(chǎng)信息，很好地識(shí)別了近垂直的小斷層和裂縫發(fā)育的低幅度背斜構(gòu)造； BP公司于2005年在墨西哥灣進(jìn)行了寬方位采集，并很好地解決了鹽丘油藏成像問(wèn)題。

在中國(guó)，很多油田都進(jìn)行了寬方位角地震資料采集，取得了較好的勘探效果。如冀東油田某區(qū)塊由于地層傾角大、斷層發(fā)育、目的層埋藏深，采用高覆蓋小面元、寬方位的采集方法獲得了成功；在準(zhǔn)噶爾盆地瑪湖凹陷總共采集了六塊高密度、寬方位三維地震數(shù)據(jù)，大幅度提升了地震資料的品質(zhì)，解決了微小斷裂識(shí)別、沉積相帶刻畫及優(yōu)質(zhì)儲(chǔ)層預(yù)測(cè)等地質(zhì)難題； 遼河油田在雷家地區(qū)采集了210km2三維滿覆蓋“兩寬一高”地震資料，橫縱比達(dá)0.91，疊前時(shí)間偏移后數(shù)據(jù)頻帶較老資料拓寬了20Hz以上，為后續(xù)應(yīng)用疊后流體活動(dòng)屬性技術(shù)進(jìn)行儲(chǔ)層含油氣性預(yù)測(cè)奠定了基礎(chǔ)。

本文以大慶油田喇嘛甸工區(qū)寬方位地震資料為基礎(chǔ)，針對(duì)方位各向異性在寬方位資料的表現(xiàn)特征及不同方位角范圍內(nèi)屬性的變化進(jìn)行詳細(xì)分析，較好地解決了寬方位處理中的問(wèn)題，取得了較好的處理效果。

1 方位各向異性表現(xiàn)特征

1.1 喇嘛甸工區(qū)寬方位采集參數(shù)及處理

大慶油田在喇嘛甸地區(qū)采集了滿覆蓋面積40km2的高密度寬方位三維三分量地震資料：采用正交24L×16S×480R觀測(cè)系統(tǒng)，炮線距為160m，接收線距為160m，接收點(diǎn)距為10m，面元尺寸為5m×5m，滿覆蓋次數(shù)為15(縱)×12(橫)。采用DSU3數(shù)字檢波器全頻帶接收，動(dòng)態(tài)范圍為120dB；采集方向?yàn)閺恼狈较蝽槙r(shí)針旋轉(zhuǎn)109°。圖1a為寬方位三維觀測(cè)系統(tǒng)玫瑰圖，圖1b和圖1c分別是原始Z分量和X分量單炮記錄，可見資料品質(zhì)較好。

由于是三分量地震采集，因此采用縱、橫波聯(lián)合處理，圖2為聯(lián)合處理的流程。其中左邊部分是縱波的處理流程，關(guān)鍵技術(shù)包括模型約束層析靜校正技術(shù)、十字交叉排列去噪技術(shù)、近地表吸收衰減補(bǔ)償技術(shù)、地表一致性反褶積技術(shù)及基于模型道方法的方位各向異性校正技術(shù)等(灰色突出部分)；中間及右邊框圖是轉(zhuǎn)換波處理技術(shù)流程，關(guān)鍵技術(shù)包括坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)、全局尋優(yōu)轉(zhuǎn)換波靜校正技術(shù)(主要是檢波點(diǎn)靜校正量求取，炮點(diǎn)靜校正量采用縱波的)、轉(zhuǎn)換波方位各向異性分析與校正、轉(zhuǎn)換波速度分析技術(shù)、轉(zhuǎn)換點(diǎn)道集抽取、轉(zhuǎn)換波疊前數(shù)據(jù)規(guī)則化技術(shù)及轉(zhuǎn)換波疊前時(shí)間偏移技術(shù)。轉(zhuǎn)換波靜校正、速度分析及轉(zhuǎn)換波疊前時(shí)間偏移都是針對(duì)R分量進(jìn)行處理。應(yīng)用百分比掃描方法進(jìn)行轉(zhuǎn)換波偏移速度分析。

圖1 喇嘛甸工區(qū)寬方位三維地震觀測(cè)系統(tǒng)玫瑰圖(a)及原始Z分量(b)和X分量(c)單炮記錄

圖2 三分量縱、橫波聯(lián)合處理流程

1.2 方位各向異性的表現(xiàn)特征

橫波經(jīng)過(guò)HTI介質(zhì)會(huì)發(fā)生分裂，可以利用橫波這一現(xiàn)象進(jìn)行裂縫檢測(cè)[15-16]。縱波經(jīng)過(guò)HTI介質(zhì)會(huì)造成多種地震屬性的變化，其動(dòng)力學(xué)特征(振幅、主頻等)和運(yùn)動(dòng)學(xué)特征(速度)隨方位角變化[17-19]，同樣可以利用縱波的地震屬性的變化進(jìn)行裂縫檢測(cè)[20-21]。圖3為該工區(qū)縱波炮檢距道集和方位道角集，該道集已進(jìn)行了靜校正和常規(guī)的動(dòng)校正處理。從炮檢距道集上能夠看出，由于方位各向異性的影響，同相軸呈現(xiàn)不平現(xiàn)象，而在方位道集上表現(xiàn)為隨方位變化的“波浪”形狀，波峰代表各向異性的主方位，波谷代表垂直于各向異性走向?？v波沿介質(zhì)的主方位傳播時(shí)(第一個(gè)波峰位置，約72°)，速度快、時(shí)間短；垂直于主方位(第一個(gè)波谷位置，約162°)傳播時(shí)，速度慢、時(shí)間長(zhǎng)；二者分別對(duì)應(yīng)著橢圓的長(zhǎng)軸和短軸。圖4為轉(zhuǎn)換波的徑向分量和切向分量的方位角道集，從圖中也可以看出，徑向分量的方位道集存在較大的方位時(shí)差，0°到360°的方位道集的同相軸同樣表現(xiàn)為波浪狀；切向分量具有較強(qiáng)的能量，切向分量上每間隔90°就會(huì)發(fā)生極性反轉(zhuǎn)現(xiàn)象(快波方向和慢波方向?qū)⒄麄€(gè)方位分割成四個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)90°，所以每隔90°就會(huì)發(fā)生極性反轉(zhuǎn)現(xiàn)象)，而且轉(zhuǎn)換波的方位道集上的各向異性的主方位與縱波具有較好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

圖5是井震聯(lián)合分析對(duì)比圖，其中圖5a是全方位地震數(shù)據(jù)沿S2層振幅屬性切片，圖中L7-S1130處于黃色振幅屬性值區(qū)，L7-PS1211處于紅色振幅屬性區(qū)； 圖5b是由鉆井插值得到的S2層砂巖厚度圖，該工區(qū)處于開發(fā)區(qū)，共有開發(fā)井兩百多口，井網(wǎng)密度非常大，井間距約50m； 圖5c為兩口井在地震剖面的投影，藍(lán)色虛線代表兩口井的位置(綠色橢圓標(biāo)記處)，藍(lán)色實(shí)線對(duì)應(yīng)的位置是S2層頂。

圖3 縱波的炮檢距道集(a)和方位角道集(b)

圖4 轉(zhuǎn)換波徑向分量(a)和切向分量(b)方位角道集

對(duì)比可以看出，圖5a和圖5b刻畫的砂巖趨勢(shì)大致一致(圖中黑色虛線描繪處)； 由圖5d兩口井的砂巖曲線上(橘色)可以看出，井L7-PS1211在S2層段含有砂巖，而井L7-S1130在該層段不含砂巖(圖5d合成記錄上，S2層段為兩條藍(lán)線之間，砂巖曲線顯示橙色為砂巖)，所以井L7-PS1211所處的紅色振幅屬性區(qū)為砂巖，而井L7-S1130所處的黃色振幅屬性區(qū)為泥巖。另外，對(duì)比兩口井合成記錄振幅及對(duì)應(yīng)的地震剖面振幅(L7-S1130井：3138；L7-PS1211：815； 差值為2322)可知，井L7-PS1211對(duì)應(yīng)地震剖面振幅值更弱，而井L7-S1130對(duì)應(yīng)的剖面振幅值強(qiáng)(圖5c)，所以整個(gè)振幅屬性圖上紅色代表砂巖，藍(lán)色代表泥巖(黃色為過(guò)渡色)。結(jié)合該地區(qū)沉積研究可知，該地區(qū)主要為三角洲前緣相，振幅屬性圖上紅色為由北向南發(fā)育的明顯曲流河道特征(圖5a中黑色虛線所示)。

方位各向異性不但影響地震波傳播速度，同相軸存在方位時(shí)差，同時(shí)導(dǎo)致地震振幅屬性隨方位角變化。將該工區(qū)分為四個(gè)方位(19°～72°、73°～110°、111°～151°、152°～199°)，分別對(duì)每個(gè)方位地震數(shù)據(jù)進(jìn)行疊前時(shí)間偏移，對(duì)四個(gè)不同方位的時(shí)間偏移數(shù)據(jù)體進(jìn)行沿S2層振幅屬性切片分析(圖6)。與砂巖厚度圖(圖5b)對(duì)比可見，不同方位振幅屬性刻畫的河道砂體整體形狀和趨勢(shì)與測(cè)井刻畫的砂體基本吻合，但存在細(xì)節(jié)差異。隨著方位的變化，不同方位屬性圖上河道砂體特征和邊界的刻畫是不同的，其中在方位角111°～151°的屬性圖上工區(qū)中部的小河道(黑色橢圓所示)最清晰。

圖7為該工區(qū)T2油層組頂界面的不同方位角的相干體屬性，可見不同方位角屬性斷層刻畫的整體趨勢(shì)一致，但由于方位各向異性的影響，不同方位角內(nèi)的斷層細(xì)節(jié)特征存在差別。具體表現(xiàn)在： 圖中北西向①號(hào)斷層在方位角111°～151°屬性圖上最連續(xù)，斷層的走向最清晰，而在其他方位角的屬性圖上該斷層不連續(xù)； 在方位角19°～72°、73°～110°、111°～151°屬性圖上②號(hào)斷層兩側(cè)的另外兩條小斷層不清晰，但在152°～199°屬性圖上能清晰刻畫出②號(hào)斷層兩側(cè)近南北走向的兩條小斷層。

圖5 井震聯(lián)合分析對(duì)比

圖6 不同方位角的振幅屬性

圖7 不同方位角的相干屬性

2 方位各向異性預(yù)測(cè)與分析

理論研究表明，在方位各向異性介質(zhì)中，縱波的AVO梯度在平行于裂縫走向和垂直于裂縫走向上存在較大差異?？v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，可以利用縱波的這些不同特征預(yù)測(cè)裂縫儲(chǔ)集層[22]。根據(jù)裂縫儲(chǔ)層的地震散射理論，地震波的衰減與裂縫密度的空間變化有關(guān)。沿裂縫走向隨炮檢距衰減慢，而垂直裂縫走向隨炮檢距衰減快，裂縫密度越大衰減越快。同樣，裂縫儲(chǔ)層的巖石物理模型實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，地震縱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[23-24]。

利用Ruger[25]提出的HTI介質(zhì)的反射系數(shù)公式，通過(guò)一定的近似和反演可以獲得各向異性強(qiáng)度和方位，進(jìn)而預(yù)測(cè)裂縫發(fā)育的密度和方位。圖8a為通過(guò)縱波疊前數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)喇嘛甸工區(qū)T2層各向異性方位和強(qiáng)度的疊合顯示，線條的方向代表各向異性方向，不同顏色代表各向異性強(qiáng)度，其中紅色代表各向異性最強(qiáng)?？梢钥闯?，該地區(qū)T2目的層的各向異性方位主要為北東向；圖8b為各向異性的強(qiáng)度，同樣，紅色代表地下各向異性最強(qiáng)，可以看出地下介質(zhì)的各向異性強(qiáng)度與地下斷裂的走向和發(fā)育有很高的相關(guān)性(圖7中的相干體)，斷裂方向?yàn)楸蔽飨颍飨虍愋苑轿粸楸睎|向，正好與斷層的走向垂直，是由斷裂的形成過(guò)程中擠壓或拉伸的應(yīng)力導(dǎo)致。圖9a為橫波分裂所引起的快、慢波時(shí)差，時(shí)差越大，表明方位各向異性越強(qiáng)，經(jīng)過(guò)分析該時(shí)差也與該地區(qū)斷裂發(fā)育程度相關(guān)。圖9b為橫波分裂預(yù)測(cè)的各向異性方位，主要集中在北東方向，約72°。

圖8 縱波預(yù)測(cè)的T2層的方位各向異性的方位(a)和強(qiáng)度(b)

圖9 T2層的橫波分裂快、慢波時(shí)差(a)和預(yù)測(cè)的各向異性方位(b)

3 方位各向異性校正處理

由以上分析可知，喇嘛甸工區(qū)地下介質(zhì)呈現(xiàn)方位各向異性。介質(zhì)方位各向異性會(huì)導(dǎo)致地震方位道集上同相軸存在一定時(shí)差，如果不進(jìn)行時(shí)差校正，會(huì)導(dǎo)致非同相疊加，降低地震資料成像分辨率，影響對(duì)薄儲(chǔ)層的識(shí)別能力。

縱波方位各向異性校正與常規(guī)動(dòng)校正的主要區(qū)別在于速度隨方位角的變化，所以進(jìn)行方位各向異性校正的關(guān)鍵是求取方位速度?？v波在HTI各向異性介質(zhì)中傳播方位速度滿足橢圓方程

v=v0+αcos2(β-φ)

(1)

式中：v為縱波隨方位角變化的速度；v0為方位速度v的平均值；α為與方位速度有關(guān)的因子；β為炮檢點(diǎn)之間的觀測(cè)方位角；φ為各向異性的主方向。

將實(shí)際觀測(cè)的地震數(shù)據(jù)至少劃分出三個(gè)方位，通過(guò)構(gòu)建最小二乘目標(biāo)函數(shù)

(2)

進(jìn)行反演即可求出v0、α和φ三個(gè)參數(shù)，可得到表示各向異性速度的橢圓方程(式(1))。根據(jù)橢圓方程計(jì)算各CDP的不同方位數(shù)據(jù)的速度值，此時(shí)的速度值反映了各向異性的速度，再利用該速度值對(duì)方位數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)校正處理[26-27]。

圖10為喇嘛甸工區(qū)縱波數(shù)據(jù)在180°內(nèi)分六個(gè)方位的速度分析結(jié)果，可以看出，同一CDP點(diǎn)在不同方位角的速度存在差別。圖11a和圖11b為常規(guī)速度分析和橢圓擬合求出的不同方位速度，方位速度刻畫出速度隨方位變化的細(xì)節(jié)； 圖11c為利用方位速度進(jìn)行方位各向異性時(shí)差校正后的方位道集，可以看出，由方位各向異性引起的道集上存在的時(shí)差(圖3b)已消除，同相軸拉平。圖12a、圖12b為縱波方位各向異性校正前、后疊加剖面的對(duì)比，可以看出，進(jìn)行方位各向異性校正后的剖面成像質(zhì)量得到了改善(綠色方框所示)，弱信號(hào)的成像得到加強(qiáng)，分辨率更高，尤其是S2油層組界面(綠箭頭所示)，為后續(xù)的高分辨率處理和解釋奠定了基礎(chǔ)。圖12c、圖12d 為轉(zhuǎn)換波方位各向異性校正前、后的ACCP疊加剖面對(duì)比，也可以看出轉(zhuǎn)換波通過(guò)方位各向異性校正后成像質(zhì)量得到了提高(綠色方框所示)。

圖10 不同方位角的速度分析結(jié)果

圖11 常規(guī)速度分析結(jié)果(a)與橢圓擬合求出的方位速度(b)的對(duì)比及方位時(shí)差校正后方位道集(c)

圖12 方位各向異性校正前、后疊加剖面對(duì)比

4 結(jié)論

本文基于大慶長(zhǎng)垣喇嘛甸地區(qū)寬方位地震資料，精細(xì)地分析了方位各向異性對(duì)寬方位地震資料的道集和屬性的影響，并利用橢圓擬合進(jìn)行了方位各向異性預(yù)測(cè)和校正，得出以下主要結(jié)論：

(1)方位各向異性對(duì)地震波傳播的速度和振幅等都有影響，尤其是寬方位地震資料，沿著方位各向異性的主方向地震波傳播快、垂直主方向傳播慢，所以方位道集上存在快慢波時(shí)差，且地震波振幅隨方位角變化；

(2)根據(jù)振幅等動(dòng)力學(xué)屬性在不同方位角范圍內(nèi)的差異，利用橢圓擬合可以預(yù)測(cè)大慶喇嘛甸地區(qū)的各向異性方位，且與利用橫波分裂預(yù)測(cè)結(jié)果一致；

(3)寬方位地震處理中應(yīng)該考慮方位各向異性的影響，利用橢圓擬合可準(zhǔn)確求出地下HTI介質(zhì)的方位速度，進(jìn)行方位速度動(dòng)校正，能夠消除方位各向異性引起的快、慢波時(shí)差，提高資料的成像質(zhì)量和分辨率，為后續(xù)開展解釋、疊前反演等奠定基礎(chǔ)。