地震属性裂缝预测技术
王兆峰1，2 王 鹏2 陈 鑫2 李 强2
（1.中国地质大学地球物理与信息技术学院，北京 100083； 2.中国石油集团东方地球物理公司研究院，河北涿州 072751）
作者简介：王兆峰，男，在读博士后，高级工程师，主要从事油气藏评价与开发工作。
摘 要：缝洞型碳酸盐岩油气藏是全球油气增储上产的重要领域之一。然而，碳酸盐岩储集体形态复杂，非均质性强，难以准确预测。本文以哈萨克斯坦A油田Pz段储集体为研究对象，采用井震协同进行精细连井 标定，提高了目的层横向上的连续性和可靠性。引入现代岩溶理论指导基底顶面构造解释，落实尖灭线及圈 闭规模，增加了研究区勘探开发的面积。利用断层建模技术将断层面立体刻画，确保断层解释的精度。利用 三维可视化技术进行古地貌分析，将研究区古地貌分为峰从洼地、峰林谷地和古侵蚀沟3种，并预测了有利 岩相带的空间展布。综合地质、测井和地震响应特征，宏微观相结合将储集体分为溶洞孔隙型、裂缝孔隙型 和裂缝型3种。综合地震属性、地震反演和蚂蚁体追踪建模技术，刻画了储集体的空间展布特征，并指出了 下一步滚动勘探开发的潜力区。
关键字：缝洞型储层；碳酸盐岩；储集体预测；A油田
The Characteristics and Prediction of Fissure-cavern Carbonate Reservoirs of PzLayer in NWKYZ Oil field in Kazakhstan
Wang Zhaofeng1，2，Wang Peng2，Chen Xin2，Li Qiang2
（1.Geophysical and Information Technology Institute of China University of Geosciences，Beijing 100083，China； 2.BGP Geophysical Research Institute，CNPC，Zhuozhou 072751，China）
Abstract：Fissure-cavern carbonate reservoirs is one of the most important areas of increasing oil and gas production in the world.It is hard to forecast because the reservoir rock has complex form and heterogeneity.Using fissure-cavern carbonate reservoirs of the Pz layer in NWKYZ oil field in Kazakhstan as the target，we demarcate the well tie with integration of well and seismic to heighten the consistence and reliability of the horizon demarcating.We draw recent karst theory to direct the structure elucidation of the top surface of the base.We define the wedge out and structural trap，and increase the exploratory development area of the region of interest.We show the fault plane audio-visual with the method of fault model technology and make sure the quality of fault interpretation.We divide the palaeogeomorphology into 3 kinds with 3D visualization：peak cluster，peak forest and fossil erosion cut.We forecast the distribution of the beneficial lithofacies.With the characteristic of geology，logging and seismic response，we divide the reservoirs into 3 kinds：vag hole，fracture pore and fracture.We clarify the distribution of the 3 types reservoirs with the method of seismic attribution，seismic inversion and ant tracking modeling，and then we point out the potential area for exploratory development.
Key words：Fissure-cavern reservoir；carbonate；reservoir prediction；NWKYZ oil field
引言
缝洞型碳酸盐岩油气藏是全球油气增储上产的重要领域之一［1～2］。由于该储集体形态复杂，非均质性强，钻探成功率一直不高，使得缝洞型碳酸盐岩油气藏的勘探开发成为一项世界级难 题［3～7］。多学科综合应用进行储集体的预测是解决这项难题的有效途径［8～9］。本文以哈萨克斯坦 A油田Pz层的缝洞型碳酸盐岩储集体为例，探索综合应用地质、地震、测井及生产动态资料来预 测缝洞型碳酸盐岩储集体特征的方法，希望能抛砖引玉，促进多学科在缝洞型碳酸盐岩储集体预 测中的广泛应用。
图1 A油田位置（据胡向红，2011［7］，有修改）
1 区域地质概况
A油田位于哈萨克斯坦共和国境内南图尔盖盆地南部的Aryskum凹陷的aksay凸起上（图1）［1］。A 油田主要在M-Ⅱ层、侏罗系层和基底Pz层发现了工业油气流。本次研究的基底Pz层主要为灰岩和白 云质灰岩（Kz43、Kz47井），部分井含少量硬硅酸岩和软硅酸岩（Kz51），是典型的缝洞型碳酸盐岩储 集体。
南图尔盖盆地基底固结于早古生代末，根据基底组成及变质程度的差异，可进一步将其划分为 两套构造层，即前元古宇-下古生界深变 质褶皱基底，为盆地之真正基底，另一套 为泥盆-石炭系碳酸盐岩-基底Pz，为盆 地过渡性质基底，研究区的基底属于碳酸 盐岩过渡性基底［1]。基底之上主要发育侏 罗系、白垩系、第三系（古近-新近系） 和第四系，上覆地层与基底间以大角度不 整合接触（表1）。
南图尔盖盆地位于哈萨克斯坦中南部，处于乌拉尔-天山缝合线转折端剪切带，是 在海西期基底隆起上发育的中生代裂谷盆 地［10］。按地层构造标志序列，可将其中新 生界划分出反映区域构造演化特征的5个阶 段，即初始张裂阶段、断陷发育阶段、断坳 转换阶段、坳陷发育阶段和后期隆起阶 段［10]。研究区目的层基底Pz固结于古生代 末，并且遭受了抬升和强烈的剥蚀。A油田 基岩岩性复杂，据岩心、录井、镜下资料分 析，储层主要岩性可以分为4类：灰岩、白 云质灰岩、角砾岩和硅质岩。测井曲线特征 表现为高电阻率、高速度、低中子、高密度的特征。
表1 南图尔盖盆地地层简表
2 精细构造解释
2.1 井震联合连井精细标定
精细的地震地质层位标定是地震构造解释的基础，在标定时确保每一个地质界面和地震同相轴相对 应，匹配好储层段的每个同相轴，使时间域地震资料和深度域的测井资料能够正确地结合［11］。本次层 位标定采用“井震结合连井精细标定” 方法，即综合利用研究区29口完钻井的钻井、录井和测井资料 在进行了精确地层划分与对比的基础上，进行层位的连井标定与对比。通过多井合成地震记录的制作及 研究区纵横向联井剖面的对比验证，保证了层位标定横向上的连续性和可靠性（图2）。在标定过程中 根据测井曲线在纵向上的变化规律来确定标准层。其中白垩系阿雷斯库姆组泥岩段在工区内分布相对稳 定，可作为标准层。
图2 NWKYZYJIA50-58-54-48-57-32-51-31联井标定剖面
2.2 引入现代岩溶理论指导基底顶面构造解释
利用现代岩溶形成的喀斯特地貌特征（图3-A）和研究区的地震剖面（图3-B）进行对比来指导地 震解释，将古地貌复杂的上覆地层与基底的接触关系分为U形、V形和楔形3种，并对研究区古地貌复杂 的研究区进行重新解释。重新落实MII、J3ak尖灭线及构造26.1km2、落实碳酸盐古潜山构造52.7km2。
图3 引入现代岩溶指导缝洞型碳酸盐岩的基底顶面构造解释
2.3 断裂模型确保断层解释精度
在运用相干、地层倾角、时间切片、三维可视化等多种方法进行断层识别的基础上，进行断层建 模，利用断裂模型来确保断层解释精度（图4）。全区共解释断层50条，穿过基底断层30条，其中10 条延伸距离在1.5km以上（图5）。
图4 A油田断面模型
图5 A油田Pz层顶面断裂平面分布图
2.4 构造落实与古地貌的三维可视化展现
在精细解释Pz顶面反射层的基础上，利用研究区29口井的时深关系建立三维速度场，对层位进行 时深转换，然后对井进行校正，得到了目的层顶面构造图（图6）。基底Pz顶面主要分为东、西两个隆 起，局部发育一些小背斜圈闭，本次研究共落实圈闭16个，面积17.88km2。
图6 A油田Pz层顶面构造图
在构造落实的基础上，进行古地貌恢复，并利用三维可视化技术展现研究区的古地貌特征（图7）。研究区的古地貌可分为峰从洼地、峰林谷地和古侵蚀沟3种类型。
图7 A油田Pz层古地貌分析图
3 储集体特征及预测
3.1 储层岩相特征
岩心、薄片及录井资料显示基底Pz主要岩性为灰岩、白云质灰岩、硅质岩和角砾岩4类。由单井 岩相分析图（图8）可以看出，基底岩性的电测特征主要分为两类：一类灰岩和白云质灰岩为低伽马、 中高电阻率、低声波时差、高密度；另一类硅质岩和角砾岩刚好相反，中高伽马、低电阻率、高声波时 差、低密度。同类岩性的曲线形态基本一致，多为线型。从接触关系上看，灰岩和白云质灰岩与上覆碎 屑岩的测井曲线接触关系为突变，硅质岩和角砾岩与上覆碎屑岩的接触关系为渐变。储层岩相在横向和 纵向上都具有很强的非均质性，角砾岩、硅质岩和白云质灰岩呈块状分布，利用属性建模技术能够很好 地将岩相的空间展布形态直观地展示（图9）。
3.2 储层分类特征
A油田Pz段的缝洞型碳酸盐岩储集体次生孔隙较为发育，非均质性强，储层物性好，是该区的主 力产层。根据岩心、测井及地震响应特征，研究区的储集体主要可以分为溶洞孔隙型、裂缝孔隙型和裂 缝型3种类型（表2）。
（1）溶洞孔隙型储集体。溶洞被硅质岩、角砾岩全充填，储集空间以溶洞充填物之间的孔隙为主。一般具有一定的构造背景，地震响应呈透镜状异常强反射，下部呈凹形的不连续强反射。测井响应呈箱 形或漏斗形，中低GR、高DT和低密度。
图8 A油田NWKYZYJIA49井Pz段岩相分析综合柱状图
图9 A油田Pz段岩相模型
表2 A油田Pz段储层分类特征
（2）裂缝孔隙型储集体。裂缝和基质孔隙比较发育，是典型的双重介质型储集体。地震响应上常 呈不连续反射，特征不明显，多与缝洞和较大的断裂相邻。测井曲线变化较小，低GR、低DT和高 密度。
（3）裂缝型储集体。储集空间主要是微裂缝。在地震响应上主要表现为连续强振幅界面，测井曲 线变化较小，低GR、中高DT和中高密度。
3.3 地震属性进行储层预测
地震属性分析是预测碳酸盐岩孔洞缝分布的重要技术手段。孔洞缝体系的规模和充填程度不同均会 引起地震响应细微的变化，而这种变化靠肉眼从地震同相轴的变化上来识别是非常困难的［12］。但是，在地震属性的差异中可能隐含了这种变化，每一种地震属性都从不同的侧面反映地下的变化，不同的属 性对缝洞的敏感程度是不同的。反射振幅包含了单个界面的速度、密度及其厚度信息，用它预测横向的 岩层变化和碳氢化合物存在的可能性，利用振幅类的属性可以帮助识别缝洞储层的分布［13］。频率是地 震脉冲的特性，它和地质因素如反射层的厚度或速度的横向变化及气体的存在有关：通常低频更多反映 厚的特征，高频对薄的特征敏感，油气和储层的变化会引起高频的吸收衰减。由于缝洞型碳酸盐岩储层 在大套的碳酸盐岩地层中相对而言是微观的，因此，在碳酸盐岩缝洞型储层的预测中，分频信息对刻画 储层的非均质性是很有帮助的［14］。反射连续性和地层连续性有密切的关系，是评价地震同相轴横向延 伸能力的物理参数，通常用相位类的属性来刻画。
（1）分频属性。分频解释技术是一种新的地震资料解释方法，它是以傅里叶变换、最大熵法及小 波变换等为核心算法的频谱分解技术［14-15］。分频属性结合三维可视化，是精细描述非均质储层的有力 手段。该方法在对三维地震资料时间厚度、地质不连续性成像和解释时，可在频率域内对每一个频率所 对应的振幅进行分析，这种分析方法排除了时间域内不同频率成分的相互干扰，从而可得到高于传统分 辨率的解释结果。通过对分频数据体的过井点剖面分析，总结研究区储层的分频响应有以下规律：有利 储层的分频响应为相对高（暖色）的调谐振幅，差储层分频属性响应往往表现为较低（冷色）调谐振 幅（图10）。通过该方法研究，认为基底碳酸盐岩有利储层主要分布于研究区中部，以侵蚀沟谷为界东 西分布的两大古岩隆周围面积约20km2。
图10 NWKYZYJIA地区基底50Hz分频属性可视化效果图
（2）振幅类属性。振幅是岩性界面阻抗差异的响应，上下地层阻抗差异越大，形成的反射振幅越 强［16］。研究区基底碳酸盐岩表现为弱振幅特征，当内部出现孔、洞、缝的时候，相当于在其内部出现 新反射界面，容易表现出振幅异常，形成局部强反射。
在NWKYZYJIA地区基底反射强度交流分量平面图上（图11），中部反射强度较强（橙、黄等暖色 调）区域代表了孔洞等Ⅰ类储集体发育的地区，其周边反射强度较弱（蓝、绿等冷色调）区域则代表 孔洞不发育的地区。可以看到，强反射区域可大致分为东、西两个部分，与分频技术预测结果基本一 致。在此基础上，每部分又可分为多个沿NW-SE方向展布的条带，与研究区主要断层展布方向基本 一致，说明孔洞发育情况受区域应力和断裂影响。
图11 NWKYZYJIA地区基底反射强度交流分量平面图
3.4 用地震反演进行储层预测
地震反演技术是充分利用测井、钻井、地质资料提供的丰富的构造、层位、岩性等信息，从常规的 地震剖面推导出地下地层的波阻抗、密度、速度、孔隙度、渗透率、砂泥岩百分比、压力等信息［17］。本次反演用Jason软件中约束稀疏脉冲反演（Constraint Sparse Spike Inversion）来完成的。
根据研究区基底Ⅰ、Ⅱ类储集体发育规律，利用Jason软件的体雕刻模块（Volume View）对 距潜山顶面120m厚度范围内的Ⅰ、Ⅱ类储集体进行了雕刻（图12，图13），Ⅰ类储集体波阻抗值 界定为5000～10000g/cm3 *m/s，Ⅱ类储集体波阻抗值界定为10000～13800g/cm3 *m/s。结合研 究区的构造特征可以看出，Ⅰ类储集体主要沿古构造高部位发育，而且位置越高的地方储层厚度越 大，NWKYZYJIA56井附近，Ⅰ类储集体厚度达70m。Ⅱ类储集体发育于构造斜坡部位，其他地方 也有小范围的零星分布。
3.5 利用蚂蚁体追踪建模技术进行储层裂缝预测
裂缝预测一直是缝洞型储层研究的难点。本次裂缝预测采用蚂蚁追踪技术，该技术的原理就 是在地震数据体中播撒大量的蚂蚁，在地震属性体中发现满足预设断裂条件的断裂痕迹的蚂蚁将 “释放” 某种信号，召集其他区域的蚂蚁集中在该断裂处对其进行追踪，而其他不满足断裂条件 的断裂痕迹将不进行标注［18］。最后，获得一个低噪音、具有清晰断裂痕迹的数据体。根据研究区 Pz顶面以下0～120m蚂蚁体追踪的裂缝模型（图14）可以看出，Ⅲ类裂缝型储集体受断裂影响 明显，发育于断裂附近。
图12 NWKYZYJIA工区Pz顶面以下0～120m Ⅰ类储集体厚度图
图13 NWKYZYJIA工区Pz顶面以下0～120m Ⅱ类储集体厚度图
图14 NWKYZYJIA工区Pz顶面以下0～120mⅢ类裂缝型储层展布特征
4 结论
（1）采用井震联合技术进行精细连井标定可以增强层位标定横向上的连续性和可靠性。
（2）引入现代岩溶理论指导基底顶面构造解释，落实尖灭线及构造圈闭。研究区重新落实MII、 J3ak尖灭线及构造26.1km2，落实碳酸盐古潜山构造52.7km2，增加了勘探开发的面积。
（3）断层建模技术可以将断层面直观地展现，有利于确保断层解释的质量。
（4）利用三维可视化技术展现古地貌特征，有助于古地貌的分析。研究区的古地貌主要可以分为 峰丛洼地、峰林谷地和古侵蚀沟3种类型。
（5）综合地质、测井和地震响应特征，将研究区储集体分为溶洞孔隙型、裂缝孔隙型和裂缝型三 种类型。
（6）综合地震属性、地震反演和蚂蚁体追踪建模技术，弄清了研究区3类储集体的空间展布特征。认为Ⅰ类溶洞孔隙型储集体主要沿古构造高部位发育，而且位置越高的地方储层厚度越大；Ⅱ类裂缝孔 隙型储集体发育于构造斜坡部位，其他地方也有小范围的零星分布；Ⅲ类裂缝型储集体受断裂影响明 显，发育于断裂附近。
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在多波多分量地震勘探中，目前较为流行的是陆上二维三分量(2D3C)、三维三分量(3D3C)地震勘探和海上二维四分量(2D4C)、三维四分量(3D4C)地震勘探方法(图1.4.1)。
常用的陆上多波多分量地震勘探采用的主要是炸药震源或可控震源激发，三分量(Z，X，Y)数字检波器接收。常用的海上多波多分量地震勘探采用的是气枪震源激发，海底OBC四分量(Z，X，Y，P)数字检波器接收。海上增加了一个晶体压电检波器，记录海水压缩波，记为P分量，因而称为四分量(4C)。由于Z分量和P分量对于海底多次波而言，极性正好相反，因此处理时通过Z分量和P分量的合成，能够较好地压制海底多次波。Z分量和P分量合成后，后续的处理和研究仍然是三分量的。
目前，在三维三分量(3D3C)地震勘探中，主要采用P波激发，三分量检波器接收P-P、P-SV、P-SH三个分量的地震波。其中，垂直的Z分量记录的是P－P波，水平的X分量记录的是P－SV波，水平的Y分量记录的是P－SH波。在各向同性介质情况下，Y分量不应有明显可识别的能量。
图1.4.1 陆上3D3C(左)和海上3D4C(右)地震勘探示意图(引自美国ZOW公司采集设备介绍资料)
2000年，SEG/EAEG在美国Idaho州Boise召开了“The2000SEG/EAEGSummer Re-search Workshop”研讨会，到会的99位各国专家对多波多分量技术的用途进行了一次有趣的投票，结果见表1.4.1。从表中可见:在气云下成像、PP反射差地区的目标成像、碎屑岩岩性识别、提高浅层分辨率方面已证实有效;在裂缝特征描述方面有近一半人认为有效(已经证实有效);在区分流体、检测浅层气、断层成像方面至少有15%的人认为有效。除此之外，对诸如盐下成像、密度估计、孔隙压力预测、压力特征描述、储层检测、气层流体识别、碳酸盐岩或蒸发岩岩性识别、玄武岩下成像等认为采用多波多分量技术都有可能实现［19，60］。
多波多分量地震勘探能够获得六大类重要参数，主要包括:
表1.4.1多波多分量技术用途投票结果
(1)运动学参数
快横波(S1)速度、慢横波(S2)速度、快慢横波时差、快横波方位等。
(2)动力学参数
横波振幅、横波反射系数、横波AVO特征、横波亮点(或暗点)、纵横波振幅比、横波时频特征等。
(3)形态学参数
横波波形分类、横波相干体、横波曲率体、横波倾角及方位角体等。
(4)岩石物理参数
横波阻抗(Is)、弹性阻抗(Ie)、弹性阻抗系数(Ce)、纵横波速度比(γ0)、泊松比(σ)、拉梅常数(λ)、剪切模量(μ)等。
(5)黏滞性参数
横波吸收系数、横波黏滞系数、纵横波吸收系数比、频变特性等。
(6)储集物性参数
裂缝发育方位及发育密度、孔隙度(φ)、渗透率(κ)、密度(ρ)、流体因子、孔隙压力(ρ)及地层硬度等。
在利用三维三分量地震资料获取上述重要参数实现地质解释的过程中，主要涉及如下关键技术:
(1)纵横波联合标定技术
该技术是多波联合解释的基础。用于确定P波主要反射层的地质属性，确定转换波(PS)主要转换面的地质属性;对比分析P波反射面和PS波转换面的相关关系，确定各地层分界面的P、PS波波组和对比原则。采用的方法有两种，一是基于测井曲线的纵横波合成记录标定，二是基于正演模拟的标定，后者较前者更加可靠。
(2)纵横波匹配技术
纵横波匹配是纵横波联合解释的关键。在P波和PS波联合标定的基础上，对P波和PS波进行时间、振幅、频率及相位的匹配处理，使纵横波的PSTM道集及叠加体有很好的一致性，为后续的解释、属性分析、纵横波联合反演等奠定基础。
(3)纵横波联合反演技术
纵横波联合反演主要利用三维三分量地震资料，反演获取纵波声阻抗(Ia)、横波阻抗(Is)、弹性阻抗(Ie)、纵横波速度比(vP/vS)、泊松比(σ)、密度(ρ)、拉梅常数(λ)、剪切模量(μ)等储层、油气指示重要参数，以研究储层岩性、物性，预测有利储层分布，判别流体性质，描述油气藏富集圈闭。
(4)全波属性提取及分析技术
以传统的沿层属性和体属性分析技术为基础，在P波数据体、PS波数据体、纵横波联合反演数据体上，提取主要目的层的地震属性进行分析，也可采用数据体交汇和多数据体融合解释技术，在P波、PS波及纵横波联合反演成果中，同时提取具有某种特定规律的属性数据。通常，全波属性分析主要用于确定有利沉积相带、优质储层的展布、裂缝展布和流体性质等。
(5)裂缝检测技术
三维三分量地震勘探的最大贡献之一，就是可以同时利用P波、PS波的方位各向异性和PS波分裂现象，为更加可靠地研究和检测裂缝发育带提供了更多的信息。多波裂缝预测是一个综合的预测过程。通常，预测大尺度的断裂和破裂系统，最可靠的方法是采用P波和PS波的相干体、倾角、方位角或SVI像素处理等进行综合预测。预测小尺度裂缝网络系统的最有效方法，是采用P波方位各向异性、PS波分裂进行预测。对裂缝有效性的分析最好的方法，是采用基于地史成因的裂缝预测技术和曲率体技术。通过对构造演化史的恢复预测和研究不同期次构造运动所产生的裂缝及其连通性和有效性。通过裂缝建模建立主要目的层的裂缝网络模型，并计算裂缝渗透率和裂缝孔隙度。
总之，三维三分量地震勘探相对于纵波地震勘探而言，具有明显的优势。由于三维三分量地震勘探可以同时获得纵波和横波信息，因而有利于岩石物理参数的反演和计算，各向异性和横波分裂分析，能够联合纵横波信息解决岩性识别、储层预测、裂缝检测、含气性识别及流体性质判别等大量勘探问题。目前，三维三分量地震勘探公认的优势有:
1)成本稍高于纵波勘探，但远低于纯横波勘探，能够获得更丰富的地下信息，有利于复杂隐蔽油气藏的研究。
2)入射为纵波，反射与透射为纵波与横波(SV波)，兼顾两种波的优势，可利用纵、横波信息研究构造和岩性变化，降低多解性，提高成功率。
3)信噪比较高，频带较纯横波宽，静校正值相对较小，有较大的勘探深度，有利于深部油气藏勘探，对薄储层、小断层、小构造及地层变化等细小的地质现象有较好的表现。
4)转换横波通过各向异性地层时，将分裂为快横波(S1)和慢横波(S2)，即产生横波分裂现象，由此可以研究介质的方位各向异性、检测裂缝方位和发育密度。
霍志周 董 宁 许 杰 周 刚
（中国石化石油勘探开发研究院，北京 100083）
摘 要 随着石油天然气资源的开发利用，常规孔隙型油气藏储量日益减少，开发难度逐渐增大，石油与天然气勘探方向逐渐由浅部转向深部、由常规油气藏转向特殊油气藏，特别是裂缝型储层。国内裂缝型储集层（碳酸盐岩、致密砂岩）的分布十分广泛。裂缝型油气藏勘探、开发的最大难点，是对储层岩体中裂缝发育程度和分布范围的预测。地震属性（曲率、相干）从不同角度反映了地层受构造应力挤压时地层的变形和破裂情况。因此，通过对曲率和相干属性的计算，可以对地层中裂缝发育情况进行预测。本文利用地震属性（曲率、相干）对YB地区碳酸盐岩裂缝型储层进行了预测，精细地刻画出研究区碳酸盐岩储层中的断裂分布和展布规律，为该区裂缝的综合描述提供了依据。
关键词 裂缝预测 地震属性 曲率属性 相干属性
Seismic Attribute Fracture Prediction Techniques
HUO Zhizhou，DONG Ning，XU Jie，ZHOU Gang
（Exploration and Production Research Institute，SINOPEC，Beijing 100083，China）
Abstract With the development and utilization of oil and gas resources，reserves of oil and gas reservoirs of conventional porosity become less and less，the development becomes harder and harder，the oil and gas exploration gradually turns from shallow and conventional hydrocarbon reservoirs to those which are deep and special，especially the fractured reservoirs.Fractured reservoirs（carbonates，tight sands）are widely distributed inland.The most difficult thing in fractured reservoir exploration and development，is the prediction of fracture development and distribution in the reservoir rocks.Seismic attributes（curvature，coherence）can indicate the abruption and deformation of stratum by tectonic stress squeezing from different angles.Therefore，through the calculation of the curvature and coherence properties，we can predict the development of the formation fractures. In this paper，seismic attributes（curvature，coherent）are used to forecast the fractured carbonate reservoirs in YB area，finely depicting the fracture distribution in carbonate reservoirs and the distribution rule for the area cracks，providing a basis for the comprehensive description of fractures in this area.
Key words fracture prediction；seismic attributes；curvature attributes；coherence attributes
国内外无论是陆地还是海上，都已经在砂岩、泥质岩、碳酸盐岩和火山岩中发现了裂缝型储集层，并获得大量工业油气流。据美国能源部预测：在2030年以前，美国国内一半以上的天然气产量将来自低渗透的裂缝型储层。国内裂缝型储集层（碳酸盐岩、致密砂岩）的分布十分广泛。据统计，我国裂缝型油气藏的储量占已探明油气储量的三分之一左右。“九五” 期间，我国四分之三的可用油气储量在低渗透致密裂缝型油田中。因此，裂缝型油气藏的勘探对我国未来石油工业的发展有着十分重要的意义［1，2］。
裂缝型储层是指以裂缝为主要储集空间、渗流通道的储集层。由于缺乏有效的预测手段，人们对裂缝发育和分布规律的研究不够准确，而使油气井钻探和油气田开发方案达不到预期目的，造成的间接损失也是难以完全统计的。裂缝型油气藏勘探、开发的最大难点，是对储层岩体中裂缝发育程度和分布范围的预测。传统方法是借助岩心露头和井数据来进行裂缝检测，虽然岩心露头资料能提供直观、可靠的裂缝资料，综合各种测井资料能对裂缝进行准确识别，但岩心及测井资料控制点有限。通过理论研究和现场试验已经证明：利用地震各向异性特征和不连续性特征来识别、表征地下裂缝的走向、发育程度及分布范围是可行的。三维地震数据庞大的数据量使得三维叠后地震属性分析手段在裂缝预测方面仍然具有较为广阔的发展空间［3～10］。与精细的裂缝识别与预测相关的三维叠后属性分析是围绕地震反射波型式的突变（不连续性）而开展的，倾角/方位角分析、曲率分析、相干分析、频谱分解等技术［11～20］是近年来业界的研究亮点。
目前在断裂解释及裂缝预测中，曲率和相干属性已经得到广泛的应用。本文将详细论述曲率和相干属性的原理，并将该方法应用于塔里木YB地区碳酸盐岩储层的裂缝预测中，可以更客观、更精细地刻画碳酸盐岩油气藏的裂缝型储集体，从而达到寻找裂缝型油气藏的目的。
1 曲率技术原理
曲率用来描述曲线（或曲面）上任一点的弯曲程度，曲率越大曲线越弯曲。曲率的数值及其变化，不仅能够提供一个比较清晰的地质体形态特征，而且还对裂缝的判别有很好的指导作用。从几何地震学的角度看，反射点集合可以视为一个时间标量场，该标量场某一反射面的梯度反映的是该反射面的起伏变化率，即单位反射时间内反射面沿不同方向的变化增量，它表示的是反射曲面沿方向矢量所在法截面截取曲线的一阶导数——视倾角的大小；而该方向上的曲率定义为该曲线上密切圆半径的倒数，亦即为该方向上该曲线的二阶导数。由此可见，看似复杂的地震几何属性系列不过是沿不同方向计算的一阶、二阶导数体。但是，要准确地获取地震数据的曲率信息也是非常困难的。
通常，地震的曲率属性反映了地层受构造应力挤压时层面弯曲的程度。裂缝在曲率较大的地方容易发育，裂缝方向平行于最小曲率方向。在诸多曲率属性之中，最大正曲率和最小负曲率被认为对裂缝识别最有价值。最近几年较为突出的进展是Marfurt、Chopra等在三维曲率体计算、构造倾角滤波、多尺度曲率分析等方面的研究成果［21～23］。
1.1 曲率的计算公式
曲率作为描述曲线（或曲面）上任一点的弯曲程度的数学参数［24，25］，与曲线y＝f（x）的二阶导数密切相关，其数学表达式为
油气成藏理论与勘探开发技术（五）
对于三维地震数据体的曲率计算，首先，要在选取的时窗中，在一定范围内按一定步长同时扫描倾角和方位角，求取相应倾角和方位角的相干系数，扫描得到的相干系数形成了一个关于倾角和方位角的曲面。然后，通过曲面拟合，找出曲面上最大的相干系数所对应的倾角和方位角，则认为它是真实的倾角和方位角。在此计算地震数据倾角、方位角方法的基础上，使用高阶逼近的方式，可以比较准确地拟合出待估点附近的曲面。
具体的做法是，以待估点为中心，其所在的小面元可近似地看成是一个二维曲面，曲面方程可以由下式表示：
油气成藏理论与勘探开发技术（五）
式（2）中的系数可由以下表达式求得：
油气成藏理论与勘探开发技术（五）
1.2 各种曲率的定义
根据式（2）中的系数，可以算出地震层位的各种曲率属性［19，21，24～26］。
1.2.1 平均曲率km
平均曲率是空间曲面上某一点任意两个相互垂直的正交法向曲率的平均值。如果一组相互垂直的正交法向曲率可表示为k1、k2，那么平均曲率km表示为
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1.2.2 最大曲率kmax和最小曲率kmin
过曲面上某一点的无穷多个正交法向曲率中存在一条曲线，使得该曲线的曲率绝对值为最大，这个曲率称为该曲面的最大曲率kmax，垂直于最大曲率的曲率称为最小曲率kmin，这两个曲率属性为主曲率，计算表达式为
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1.2.3 高斯曲率kg
两个主曲率的乘积即为高斯曲率，又称总曲率，反映某点总的弯曲程度。高斯曲率kg被定义为主曲率的乘积
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1.2.4 最大正曲率kpos和最小负曲率kneg
在所有法向曲率中的最大正值和最小负值即分别为最大正曲率kpos和最小负曲率kneg，其计算表达式为
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1.2.5 倾向曲率kd与走向曲率ks
在最大倾角方向求取的曲率定义为倾向曲率，在走向上求取的曲率叫做走向曲率。倾向与走向曲率的计算公式分别为
油气成藏理论与勘探开发技术（五）
1.3 曲率属性的解释［21，25，26］
曲率用来反映几何体的弯曲程度。在构造解释中，如果我们根据层位的解释数据计算曲率，自然就可以定量来描述其构造特征，图1给出了背斜、单斜、向斜、平层和断层的曲率描述。其中，背斜的曲率为正，向斜的曲率为负，而且褶皱越厉害，曲率值越大；平层和单斜层的曲率为零；断层在平滑后可近似认为其曲率有由正到负或由负到正的变化。显然，上述曲率对于单斜和水平地层的区分是无能为力的，对于平行断层、水平面上或沿层面上有方向变化的复杂构造，也是无能为力的，必须要借助于以二维曲面分析为基础的曲率属性。在刻画断裂、地质体方面，最大正曲率、最大负曲率是最容易计算也是最常用的曲率属性［2，21，25，26］。
图1 2D曲率属性示意图［27］
2 相干技术原理
相干分析技术主要用于描述地震数据的空间连续性，通过对地震波形纵向和横向相似性的判别，得到地震相干性的估计值。相似地震道有较高的相干系数，对应于连续性较好的地质体，而较低的相干系数对应于连续性较差的地质体，如断层、褶皱等［28，29］。
Bahorich和Farmer在1995年首次提出了地震相干体技术，其方法是在经典的归一化互相关基础上建立的，算法效率高，但抗噪能力较差，适用于高信噪比的地震数据，称为第一代相干算法［30，31］（简称C1算法）。Marfurt等在1998年提出了沿倾角（方位角）、基于多道相似性的第二代相干算法［32］（简称C2算法），该算法提高了抗噪能力和计算结果的垂向分辨率，但是计算道数的增加降低了侧向分辨率和计算时间。1999年，Gersztenkorn和Marfurt提出了基于本征结构的第三代相干算法［33］（简称C3算法），是通过计算协方差矩阵的特征值来得到相干属性的方法。该算法克服了第一代、第二代算法的一些缺点，虽然具有最佳的横向分辨率，但对大倾角敏感性稍差，而且计算耗时较大。
此后又有一些新的、改进的第三代相干算法，如Randen等［34］提出的几何结构张量方法，这种几何结构张量算法包含了反射界面的倾角和方位角信息，可以稳健地估算时窗内分析点的反射界面的倾角和方位角。张军华等［35］将小波多分辨率分析应用到本征值结构的相干计算中，提高了相干体的分辨率，增强了抗噪声的能力。宋维琪［36］等在本征值结构的基础上，提出了地震多矢量属性相干数据体的计算方法。该算法在属性提取方面，既考虑了方位，又考虑了倾向，即计算地震矢量属性。通过计算综合相干值，提高了地质体边界的检测能力。
2.1 第三代相干算法的计算公式
假设在一个分析窗口中有j道地震数据，N个采样点，用矩阵D表示三维地震数据体：
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式中：dnj为第j道的第n个采样点值。
矩阵D中的第n行向量 表示数据体的第n个采样点的集合。假设每个计算窗口中数据的平均值为零，则第n个采样点的协方差矩阵为
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如果dn是个非零向量，则协方差矩阵 是一个秩的半正定对阵矩阵，有一个不为零的特征值。整个数据体的协方差矩阵为
油气成藏理论与勘探开发技术（五）
油气成藏理论与勘探开发技术（五）
协方差矩阵C的秩可以表示分析窗口中地震数据的自由度，而特征值的大小可以定量地描述数据体的变化程度。通常，对于J×J的协方差矩阵，如果有J个独立的本征值，那么J表示空间分析时窗内地震道的道数。另一方面，矩阵的本征值是按降阶排列的，本征向量之间是斯密史正交的，任何2个本征向量的内积为零，第一本征值和第一本征值向量代表了矩阵的主要变化量，其他的依次类推，所起的作用逐渐降低。一般地只需少数几个本征值和本征向量就能代表整个数据体95％的信息量。事实上，本征值结构的相干体估算只用了第一本征值，即
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式中：分母代表了分析时窗内的所有能量；λ1表示协方差矩阵的第一本征值。如果分析时窗内的所有道的波形都一致，则本征值相干系数Ec等于1。
第三代相干技术的最大优点是抗噪能力和分辨率更高，但需要消除地层倾角的影响，首先需要求出各道之间的倾角和方位角值，拟合成一个光滑的曲面，由此构建地震子体矩阵D，从而提高了该算法的精度。
2.2 相干属性的解释
相干属性是基于局部地震波的不连续性，运用相关性原理突出相邻道之间地震信号的不连续性，进而达到检测断层和反映地质异常特征展布的目的。根据相关值高低的空间变化，能快速识别出断层与裂缝的发育带。地层不连续性越强，相邻地震数据道的相关程度越低，对应的相关值也就越小。
由于地震反射不连续性特征相应于地质异常具有多尺度性。Partyka等［37］提出了谱分解方法，利用不同频带的地震数据识别不同尺度的地质体。Zeng等［38］利用分频地震数据研究地质沉积体时发现，某些单频数据体对地质体边界、范围的刻画比常规有限带宽的地震数据体更清楚，反映的地质细节也更丰富，从而为频率域的地震地质解释提供了一条很好的思路。通过生成不同频率数据体，利用纵横向上时频点或时频段上的频谱差、频谱比、频谱下降率等描述不同尺度的地震波衰减特征，可以识别断层和裂缝，揭示裂缝发育带，乃至对其含油气性进行检测［39］。
3 应用效果分析
塔里木盆地YB地区奥陶系碳酸盐岩储层受多期构造运动、岩相、成岩、古地貌等多重因素控制，储层空间非均质性强。钻探表明，该区奥陶系碳酸盐岩胶结作用强烈，原生孔隙几乎消失殆尽，宏观储集空间以裂缝与溶洞为主。本区储集层多位于断裂带裂缝发育区，表明裂缝对本区的岩溶储集层发育具有重要的建设性作用。岩心与薄片分析表明，本区奥陶系鹰山组风化壳裂缝开启程度高，裂缝不仅大大提高了储集层的渗流性能，而且沿裂缝溶蚀作用普遍发育，甚至形成溶蚀缝洞体。因此该区的断裂对油气的富集起重要作用，裂缝发育的强度与方向等要素对有效储层分布有重要的意义。
对该区三维地震数据分别进行了曲率属性和相干属性计算，主要研究的储层为奥陶系鹰山组的碳酸盐岩。图2为YB地区奥陶系储层的曲率属性裂缝检测结果，可以看出该区的断裂及与之伴生的微裂缝发育区在曲率属性上表现为线条状或网团状的异常。图2（a）中的最大正曲率属性对界定断裂和断裂的几何形态非常有效，以该属性表示的断裂表现为正曲率值。图2（b）中的最大负曲率同最大正曲率具有非常相似的特征。图2（c）中的高斯曲率虽然表现出与裂缝有关系，但它却没有显示出分散的断层。图2（d）中的平均曲率为最小和最大曲率的平均值，并且受最大曲率的制约。平均曲率表示出形态的高与低，给人以断层落差的感觉，通过颜色的变化可以判别出断层的落差。
图2 曲率属性检测裂缝分布
为了比较曲率属性与相干属性在裂缝检测方面的差异，沿目的层提取了相干属性。在提取相干属性时，首先对地震数据进行了谱分解，分成不同频带范围的单频数据体，然后对这些单频数据体分别计算相干属性。图3和图4分别展示了全频相干数据和40Hz单频相干数据在目的层的剖面和平面特征。对比分析发现，40Hz高频体对小断层的反映更为清晰和准确。图3和图4表明，利用分频相干数据体的多尺度分辨率特性可以识别一些常规数据难以发现的小断裂和裂缝发育带。
对比曲率属性和相干属性可以看到，曲率属性包含了更多的有关地层的不连续性信息，且其显示的断层更清晰、更容易识别，搭接关系明朗，更适合断层的快速解释和目标评价。但是曲率是一种基于二阶导数的方法，对地层中的任何噪声污染都很敏感。因此在计算曲率时，研究对象的尺度是需要重点考虑的另一个因素。同时在对曲率属性进行裂缝分析时要与相干属性等相结合，这样才能更为准确地得到裂缝空间的分布信息。
为了在一张图上反映更丰富的裂缝信息，在上述研究的基础上，选择对研究区断裂及裂缝发育特征敏感的各种属性体进行数据融合、重构，可以得到更为丰富的断层及裂缝发育带信息（图5）。
4 结论
本文利用YB地区的三维地震资料，分别计算了各种曲率属性、不同频率的相干属性，通过多属性的综合分析和研究，较好地揭示了该区奥陶系碳酸盐岩储层的裂缝分布和发育情况。通过研究可以看出：
图3 全频带相干数据剖面（a）和40Hz相干数据剖面（b）
图4 沿层全频带相干切片（a）和40Hz相干切片（b）
图5 裂缝综合预测成果图
1）曲率属性对地层的弯曲程度非常敏感，而地层的非塑性弯曲程度又与裂缝发育状况高度相关，因此曲率属性可以比较有效地识别裂缝发育带。
2）高频的相干数据体可以识别一些全频带数据难以发现的小断裂和裂缝发育带，可以得到更为丰富的断层及裂缝发育带信息。
3）针对越来越复杂的地质情况，采用单一的属性已不能很好地解决地质问题，同样不能单独判断裂缝发育带，应结合多种属性分析才能提高预测成果的精度。多种方法相互结合、相互验证，可以减少预测结果的多解性。
所有地震属性的计算都受地震资料的频带宽度和信噪比所限，对于更小尺度裂缝的预测，还需在拓展频带、提高地震分辨率等方面开展进一步研究工作。
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校试欣维： 在多波多分量地震勘探中,目前较为流行的是陆上二维三分量(2D3C)、三维三分量(3D3C)地震勘探和海上二维四分量(2D4C)、三维四分量(3D4C)地震勘探方法(图1.4.1). 常用的陆上多波多分量地震勘探采用的主要是炸药震源或...
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校试欣维： 地震地层学是把地层学和沉积学特别是岩性、岩相的研究成果,运用到地震解释工作中,把地震资料中蕴藏的地层和沉积特征的信息充分利用起来,做出系统解释的方法.地震层序 地震层序是沉积层序在地震剖面图上的反映.在地震剖面图上找...
朗县15951042322： 现在的预测地震方法都有哪些? - ？
校试欣维： 地震预测研究有3种不同的思路: ①地震地质.地震发生在地壳中上层,故认定地震应属于地质过程.研究已发生的大地震的地质构造特点,应有助于今后判定何处具备发生大地震的地质背景.但有些地震发生前,地质构造往往不甚明朗,震后...
朗县15951042322： 如何在GeoFrame中加载地震数据 - ？
校试欣维： 加载之前,首先要知道所加载的地震数据是2D,还是3D,3D相对简单,首先介绍2D的加载方法.启动GeoFrame,选择IESX,选择Segy Edit,点击New Run,打开Segy Edit模块,这一步的主要目的是检查Segy数据体是否完整,同时,翻开SP...
朗县15951042322： 三瞬属性在地震勘探中的应用 - ？
校试欣维： 用处很多,自己下文献看啊,很多文献对三瞬属性归纳的很好.瞬时振幅即信号能量,可以反应构造、岩性等信息,瞬时相位主要用于识别断层裂缝,顺时频率主要用于识别油气藏,三者中瞬时频率属性难于准确提取,所以很多文献都集中于研究瞬时频率,主要提取方法又希尔伯特黄变换(HHT),小波变换(WT)等,.
朗县15951042322： 什么是地震属性 - ？
校试欣维： 地震属性(seismic attribute)指的是那些由叠前或叠后地震数据,经过数学变换而得出的有关地震波的几何学、运动学、动力学或统计学特征.其中没有任何其他类型数据的介入. 到目前为止,还没有一个公认的地震属性分类.Quincy Chen等...
朗县15951042322： 火山岩期次及模式 - ？
校试欣维： (一)火山岩期次及识别 充分利用地质、测井和地震资料,在地层对比、气层对比及火山岩相分布研究的基础上,根据其岩性、电性、含气性及沉积旋回特征,结合气层在纵、横向上的变化、气水系统、储盖组合等配置关系,并结合精细合成地...
朗县15951042322： 地震的地质预测方法综述3000字 - ？
校试欣维： 根据所认识的地震发生规律,用科学方法对未来地震发生的时间、地点和强度作预先的估计.地震预报则是在具备一定可靠程度的前提下将地震预测的意见向公众宣布.有实用价值的地震预报必须同时报出时间、地点和强度.科学的地震预测是...
朗县15951042322： 应怎么样预测地震? - ？
校试欣维：根据对地震规律的认识,预测未来地震的时间、地点和强度.实现地震预测的基础是认识地震孕育的物理过程及在此过程中地壳岩石物理性质和力学状态的变化.地震预报是针对破坏性地震而言的,是指在破坏性地震发生前作出预报,使人们...
