通南巴地区碳酸盐岩储层裂缝及含气性预测

地震属性裂缝预测技术~

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

油气成藏理论与勘探开发技术（五）

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

油气成藏理论与勘探开发技术（五）

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

油气成藏理论与勘探开发技术（五）

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

油气成藏理论与勘探开发技术（五）

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：

油气成藏理论与勘探开发技术（五）

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

油气成藏理论与勘探开发技术（五）

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

油气成藏理论与勘探开发技术（五）

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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刘 炯 魏修成 陈天胜（中国石化石油勘探开发研究院，北京 100083）
摘 要 缝洞型碳酸盐岩储层作为当今最重要的储层类型之一，一直是油气勘探开发领域的研究重点。但是这类储层往往结构比较复杂，因而地震预测比较困难。本文利用裂缝等效介质理论和随机介质理论建立了在定向裂缝介质中含有随机分布孔洞的各向异性随机模型来描述碳酸盐岩缝洞型储层，并采用伪谱法模拟地震波在模型中的传播。模拟结果显示：由于定向裂缝的作用地震波在缝洞型储层中传播时，地震波会出现横波分裂的现象；此外地震波会因储层中的孔洞发生散射，使得空间波场变得复杂。
关键词 裂缝 孔洞 各向异性 随机介质
Wavefield Simulation in Carbonate Karst Reservoirs
LIU Jiong，WEI Xiucheng，CHEN Tiansheng（SINOPEC Exploration ＆ Production Research Institute，Beijing 100083，China）
Abstract Carbonate karst reservoir is one of the most important reservoir types in the world，and it has been a research center in oil and gas exploration and development.Because of the complex structure，karst reservoir is difficult to be predicted by traditional seismic exploration technology.Based on fracture equivalent media theory and random media theory，the anisotropic random model is set up to depict carbonate karst reservoir，in which caves and aligned fractures are common.Then pseudospectral method is used to simulate seismic wave propagation in this type of reservoir.Results show that when seismic wave propagate in karst reservoir shear waves will split because of aligned fractures.And on the surfaces of caves，seismic wave will scatter，which makes the wavefield complicated in space.
Key words fracture；cave；anisotropy；random media
随着勘探程度的提高，大型构造型油气藏越来越少，勘探目标开始转向复杂储层，如向含裂缝型储层以及裂缝、孔洞结构并存的碳酸盐岩介质转移。
裂缝作为一种复杂的空间结构，大量存在于岩石、地层中。大量的油气勘探实践表明，在储存空间中的裂缝是流体运移的通道，直接关系到油气的产量，同时裂缝在许多储层中也是油气储层的空间，影响储层的油气含量。许多学者对裂缝进行了大量的研究。20世纪80年代，Crampint［1］通过研究发现，地震波在定向裂隙介质中传播时和波在各向异性介质中的传播等效，都会出现快横波和慢横波分裂的现象，并将含定向裂隙的介质称为广泛扩容性各向异性EDA（extensive dilatancy anisotropy）介质。对于一般岩石EDA介质中的众多小裂缝，Hudson［2，3 ］将它们看成是一个个非常扁的椭球体，并用弹性扰动理论推导出裂缝等效各向异性介质的弹性系数与各向同性背景介质的弹性系数、裂缝参数之间的关系，还给出了裂缝中不同充填物对弹性常数的影响。Schoenberg和Sayers［4］将裂缝看成是具有线性滑动边界条件的柔性边界，推导出了裂缝等效各向异性介质的柔性矩阵。随后很多学者运用这两种等效介质理论研究了地震波在裂缝介质中的传播特点。在这些研究中，人们主要从裂缝角度来考虑对地震波的影响，然而实际地层不仅包含裂缝，还可能含有大量尺度不等的其他结构，如孔、洞等。
地层中的孔洞作为区别于背景介质的不均匀结构，往往使得地震波在界面上发生散射、衰减，从而使得波场变得复杂。许多学者对地层中不规则孔洞做了许多工作，研究了它们对地震波传播的影响［5，6］。在以往的孔洞研究中，学者往往用确定性的方法来描述孔洞在空间中的位置，然而对于实际中大量存在的尺度比波长小很多的孔洞，用空间随机分布的方法去表述更为合理。随机模型起源于20世纪60年代。Aki［7］提出了地下介质的随机不均匀性引起的尾波是导致地下振动长久持续的主要原因。Berteusen［8］将随机介质中标量波散射理论应用于大孔径台阵远震P波记录的相位、振幅涨落问题研究。Frankel和Clayton［9］的方法是用数值研究随机弹性介质中纵波的散射衰减。Liu［10］等运用孔隙介质理论和随机理论建立了随机孔隙介质模型，并研究了地震波在其间传播的能量衰减。
前人对单独的裂缝结构和孔洞结构储层已经做了许多研究。然而在实际地层中，地质结构往往不是单一的，如海相碳酸盐岩储层中，由于地质作用，裂缝、孔洞同时存在。为此本文运用Hudson裂缝等效介质理论和随机介质理论建立裂缝介质中含有空间分布小孔洞的各向异性随机介质模型，并采用伪谱法来模拟地震波在该模型中的传播，以此来认识地震波在含微小裂缝和宏观小孔洞的碳酸盐岩储层中的传播规律。
1 各向异性随机介质模型的原理和方法
本部分首先介绍裂缝等效各向异性介质的Hudson理论，然后对弹性波在二维方位各向异性介质中的传播方程做了推导，最后阐述了空间随机介质的建模方法。
1.1 Hudson裂缝等效介质理论
20世纪80年代，Hudson在长波近似、地震波场范围内裂纹位置分布均匀、裂纹在岩石空间中稀疏且彼此不连通的假设前提下，得到了小纵横比扁球体裂缝性质同岩石整体宏观性质之间的关系。在Hudson理论中，含小裂缝的岩石等效弹性常数 可以表示成如下形式：

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式中： 是各向同性背景介质的弹性常数； 是由于裂缝存在而产生的一阶、二阶修正。
对于垂直裂缝组，裂缝介质显示出横向各向同性的对称性，其总体弹性参数矩阵可以表示为

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在Hudson理论中，式（2）的各弹性常数的表达式如下：

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式中：λ、μ是各向同性背景介质的拉梅常数；ε表示裂缝密度；参数可以表示成

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垂直裂缝弹性常数表达式中的U1、U3依赖于裂缝内的充填，本文考虑裂缝干燥含气时的状态，表达式如下：

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1.2 二维方位各向异性介质中地震波的传播
裂缝介质总体弹性系数矩阵（2）是在自身本构坐标系下的表达形式。当裂缝在地质构造作用下发生变化，如层位发生倾斜，即裂缝所在的本构坐标系和观测坐标系存在一定的倾角时，观测坐标系下的弹性矩阵形式会有变化，可以由本构坐标系下的弹性矩阵通过Bond变换获得，其关系如下：

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式中：C、C′分别是裂缝介质在本构坐标系和观测坐标系下的弹性系数矩阵；M是坐标转换的Bond矩阵，M′是M的转置。
由式（12）得到裂缝方位各向异性介质的弹性矩阵，其元素一般都不为0。在此基础上，运用弹性介质理论，将应变-位移关系代入关于C′的本构方程中，并将е/еy取为0，可以得到x-z平面内的应力-位移关系如下：

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式中：σx、σz分别是介质沿x、z方向的正应力；τyz、τxz、τxy是介质的剪应力；ux、uz是空间质点沿x、z轴的位移分量； 是一般方位各向同性介质的弹性常数。
一般方位各向同性介质中，x-z面内质点的运动方程如下：

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式中：ρ表示介质的密度。
方程（13）～（20）构成了方位各向同性介质x-z平面内弹性波传播的控制方程。
1.3 随机介质理论
以往波传播问题的研究多考虑均匀或分层均匀的情况，而实际介质往往是非均匀的。对于实际地下大量存在而且分布不规则的异常介质往往用随机介质模型来描述更接近真实情况。
根据随机过程理论，任意二维空间随机分布量f可以表示成如下平均值和扰动量之和的形式［11］：

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式中：f0表示f的空间平均值，它是常数；γ（x，z）是在点（x，z）处f相对于平均值的扰动。为了数学上的处理方便，假设空间随机扰动γ（x，z）是均值为0的空间平稳随机过程，即：

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除了均值，人们还往往用方差σ2和自相关函数φ来描述平稳随机过程，它们的表达式如下：

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上述方程中〈·〉 表示空间平均算子。
根据随机过程理论，γ（x，z）的功率谱就是其自相关函数φ（x，z）的傅立叶变换，所以可以用随机过程的自相关函数用谱展开的方法来构建γ（x，z）空间随机分布。在构建随机介质的过程中自相关函数φ（x，z）的选择有多种，如高斯型、指数型、VonKarman型，本文采用指数型自相关函数，其形式如下：

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其中a和b分别是随机介质在x和z方向上的自相关长度。
对于均匀背景介质中含孔洞随机分布的模型，可以按以下的方法建立：首先选取指数型函数（25）作为某空间分布量的自相关函数，并选取自相关函数中相关长度，然后用谱展开方法得到函数值的空间随机分布。选取某值作为阈值，当空间某点的分布量大于阈值时认为该点为背景介质区域，否则就是孔洞区域。
2 平面各向异性随机模型的建立和地震波的数值模拟
本节首先建立同时反映裂缝、孔洞性质的各向异性随机模型，并通过地震波波动方程数值模拟的方法，来直观认识地震波在含裂缝、孔洞复杂碳酸盐岩储层中的传播规律。然后建立含碳酸盐岩储层随机各向异性介质的两层地质模型，通过记录地表地震的方法来认识随机各向异性介质模型在地震反射记录上的特点。为了方便认识裂缝、孔洞对地震波的作用，我们对两种模型对应的只含裂缝的情况也做了相应的数值模拟。
2.1 二维各向异性随机模型及其波场模拟
根据前面介绍的Hudson理论建立含微小裂缝的等效各向异性介质，然后以等效的各向异性介质为背景，用谱展开理论建立了含孔洞的各向异性随机介质模型。
为了描述孔洞空间的大小，本文借用孔隙度的概念定义孔洞孔隙度φ如下：

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式中：Vc表示孔洞的体积；Vt是整个模型空间的体积。
2.1.1 二维各向异性随机模型
取自相关函数（25）中的相关尺寸a＝b＝15m，建立二维各向异性随机模型。如图1所示，背景是含裂缝的等效各向异性介质，其中裂缝主轴水平，偏离观测坐标系x轴-45°。在含裂缝的介质中，背景各向同性介质的密度ρ ＝2510kg/m3，拉梅常数 λ ＝7.7351 ×109Pa，μ＝23.044×109Pa，裂缝体积密度ε＝0.05，其内部假设为干的状态。图1中散布的点代表小尺度孔洞，孔洞中包含物设定为各向同性的泥浆，密度ρc＝1580kg/m3，其弹性参数为λc＝0.5432×109Pa，μc＝1.3665×109Pa，孔洞所占总空间的孔隙度为0.1％。

图1 各向异性随机模型

2.1.2 各向异性随机模型的波场模拟
伪谱法作为波动方程数值模拟的方法之一，主要通过傅立叶变换的方法把物理变量对空间的微分转化为空间频率域中的代数运算，然后再把结果通过傅立叶逆变换转换到物理空间，从而求得对应量的空间微分值［12，13］。理论上其精度可以和有限差分、空间差分精度达到无穷时的情况相当［14］。在本文研究中我们采用伪谱法来模拟地震波在各向异性随机模型中的传播。
首先对图1所示的二维各向异性随机介质空间采用dx＝dz＝15m的正方形网格进行离散，然后采用伪谱法数值求解。模拟中时间步长取为dt＝0.5ms，震源采用心频率取为50Hz的雷克子波，以x方向集中力源的形式安置在模型的中心点。图2是地震波在各向异性随机模型中传播0.325 s时x、y、z3个方向位移分量的波场快照。为了更好地显示孔洞结构对整体波场的影响，我们对只含方位水平裂缝介质的情况也进行了模拟，对应时刻的三分量位移快照如图3所示。

图2 各向异性随机介质中的位移波场快照

从图2、图3的波场快照可以看出准纵波qP、快横波qS1、慢横波qS2的传播，这表明伪谱法可以很好地模拟地震波在各向异性随机介质和裂缝介质中的传播。模拟的结果也表明，由于不同偏振方向的横波传播速度不同，像在裂缝介质中一样，横波在各向异性随机介质中也会产生分裂的现象。与在裂缝介质中不同的是，地震波在各向异性随机模型传播过程中还会出现很多杂乱的散射波。这是因为波遇到孔洞会发生散射，此时每一个小孔洞等效于次生震源，并以此为中心产生与均匀各向异性介质中相似的次生波场。由于模型中含有多个孔洞，多个孔洞产生的次生波场与原波场相互叠加，导致空间总波场变得复杂。

图3 裂缝介质的位移波场快照

2.2 碳酸盐储层各向异性随机模型的地震记录模拟
为了观测缝洞型碳酸盐岩储层在地震记录上的特点，我们设计了含碳酸盐岩储层的两层地质模型，通过伪谱法来模拟地震波在其间的传播，并在地表布置检波器来接收三分量地震位移记录。
2.2.1 含碳酸盐储层的各向异性随机模型
设计含孔洞型碳酸盐岩储层的两层介质模型如图4所示。其中，第一层从0至960m的深度，为碳酸盐岩的各向异性随机介质，其裂缝的对称轴水平，偏离观测坐标系-45°夹角。背景介质的密度ρ1＝2400kg/m3，λ1＝3.287×109Pa，μ1＝17.496×109Pa，裂缝体积密度ε＝0.05，孔洞内物质参数同2.2中的各向异性模型，但随机孔洞的孔隙度取为0.05％。第二层从690m至1755m深度，为均匀各向同性介质，其密度ρ2＝2650kg/m3，λ2＝6.731×109Pa，μ2＝32.463×109Pa。

图4 含碳酸盐岩储层的两层地质模型


图5 各向异性随机两层模型的三分量地震记录

2.2.2 碳酸盐储层各向异性随机模型的地震记录模拟
用伪谱法对地震波的传播进行数值模拟。模拟中用dx＝dz＝15m的正方形网格进行空间离散，时间步长dt＝0.5ms；纵波震源采用50Hz的雷克子波，其中心位于x＝870m，z＝150m的空间点上。在地表每隔15m布置一个检波器接收位移三分量地震记录。整个模拟时间取为0.7s。为了消除人工边界的影响，在模型四周加了完全匹配层吸收边界条件。得到的位移地震记录如图5所示。为了更好地显示各向异性随机模型的反射特征，我们对同样两层模型但第一层是不含孔洞的裂缝各向异性介质的情况也做了模拟，其地震记录如图6所示。

图6 各向异性两层模型的三分量地震记录

从图5、图6的直达准纵波记录qP和直达准横波qS可以看出，虽然在模拟中采用纵波震源激发，但激发的纵波也会产生横波，这是由于在方位裂缝各向异性介质中不同方向的运动是相互耦合的。从模拟结果还可以看出各向异性模型记录中出现了反射准纵波qPqP、反射快横波qPqS1和反射慢横波qPqS2，而碳酸盐岩各向异性随机模型的地震记录上也出现了同样的现象。这是因为准纵波在向下传播时遇到不同介质的分界面，一部分准纵波发生反射并向上传播至地表形成反射准纵波qPqP，一部分准纵波在下行传播过程中遭遇界面时会发生波型转换产生反射横波。由于裂缝结构的作用，反射的横波会分裂成快横波qPqS1和慢横波qPqS2，并先后被地表检波器所接收。从模拟结果还可以看出，在各向异性随机介质的地震记录中出现明显散射现象，而裂缝各向异性介质的地震波记录却没有出现这种现象。这是因为准纵波在传播遭遇到孔洞时，会发生反射和波型转换，产生反射准纵波和反射准横波，这些叠加在裂缝介质的地震记录上，形成各向异性随机介质的复杂地震记录。当孔洞的反射很强时，孔洞的反射波可能会掩盖其他的反射波，如在图5的z方向位移记录上，由于孔洞的影响，反射慢横波变得不明显。
3 结 论
本文运用Hudson裂缝等效介质理论和随机介质理论建立裂缝介质中含有空间分布小孔洞的各向异性随机介质模型来描述海相碳酸盐岩储层中尺度比波长小很多的裂缝和宏观孔洞，采用伪谱法来模拟地震波在该模型中的传播波场；并建立了含碳酸盐岩储层各向异性随机介质的两层模型，模拟了地震波在该模型中的地震反射记录。为了方便认识，同时对不含孔洞的裂缝各向异性模型也做了相应模拟。
两种数值结果都表明，由于介质中定向裂缝的存在，地震波在各向异性随机模型中传播时，会发生横波分裂的现象；地震波会在空间随机分布的孔洞上发生散射，使得整个空间的波场变得复杂，当孔洞的反射很强时，这种散射波可能会在地表记录干扰其他的反射波型，实际解释时要特别加以注意。
参考文献
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［9］Frankel A，Clayton R W.Finite-difference simulations of seismic scattering implications for the propagation of short-period seismic waves in the crust and models of crustal heterogeneity.Journal of Geophysics Research，1986，91，6465 ～6489.
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［11］姚姚，奚先.随机介质模型正演模拟及其地震波场分析.石油物探，2002，41（1）：31～36.
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［14］Forberg B.The pseudospectral method：Comparisons with finite differences for the elastic wave equation.Geophysics，1987，52（4）：483～501.

毕研斌　龙胜祥　刘彬

（中国石化石油勘探开发研究院，北京100083）

摘要 以岩心裂缝发育特征为依据，利用叠前地震方位各向异性技术，对通南巴构造嘉陵江组二段和飞仙关组三段储层裂缝发育密度和方向进行了区域上的预测，掌握了目的层的储层裂缝分布规律。通过已钻井录井全烃检测和频率衰减梯度剖面对比，对频率衰减梯度用于预测储层含气性的可行性进行了分析，并对研究目的层的含气性进行了全区预测。研究表明，嘉陵江组二段和飞仙关组三段储层在平面上和纵向上具有不同的含气分布特征：嘉陵江组二段气藏面积大、单一气藏发育；飞仙关组三段单一气藏面积相对较小，但纵向上具有多气藏发育和异位叠加的特征。综合裂缝预测和含气性预测成果分析，通南巴地区碳酸盐岩储层存在以裂缝-孔隙型和孔隙型为主的两种不同的储集类型。研究成果对于该地区的进一步勘探和井位部署具有较强的指导意义。

关键词 通南巴地区 碳酸盐岩 叠前地震 方位各向异性 裂缝预测 频率衰减梯度含气性预测

Prediction of Fracture and Gas Distribution in TNB Area

BI Yan-bin，LONG Sheng-xiang，LIU Bin

（Exploration ＆ Production Research Institute，SINOPEC，Beijing100083）

Abstract On the basis of investigating fracture feature in well core，areal fracture intensity and developed orientin in the 2^ndmember of Jialingjiang formation and the 3^rdmember of Feixianguan formation is predicted in TNB region，and favorable fracture developing region is discovered by means of prestack seismic anisotropic technique，which gives the guidance in ongoing well suite deployment and gas analysis in the reservoir.Aiming at the characteristics of payzone，the feasibility to forecasting gas distribution with frequency attenuation gradient is analyzed by comparison between gas logging test data and frequency attenuation gradient profile，and areal gas distribution is detected.The result shows that there is the different gas-bearing characteristic horizontally and vertically between the 2^ndmember of Jialingjiang formation and the 3^rdmember of Feixianguan formation.The T₁j²gas reservoir is characterized by single reservoir and wider area，while the T₁f³formation develops multi-reservoir superposed vertically，and each gas reservoir has smaller area.By summarizing the above predicted fracture and gas distribution result，carbonate rock reservoir are characterized by two different reservoir types，i.e porous and fractured-porous reservoir.The achievement will give an important guidance for ongoing exploration and well site deployment in TNB area.

Key words TNB structure carbonate rock prestack seismic data anisotropic technique fracture distribution prediction frequency attenuation gradient gas distribution prediction

通南巴区块位于四川盆地东北部，是中石化近期勘探的重点区块之一。尽管天然气勘探已获得了重大突破，但整体勘探程度仍较低，勘探工作仍面临着一些需要研究解决的问题：该区块面积大，钻至目的层的探井少，储层裂缝分布特征还不够清楚；目的层埋藏深，钻井成本大，在含气性预测的基础上，提高钻井成功率至关重要。本文针对以上相关问题，对目的层的储层裂缝及含气性进行了区域上的预测和分析，以期对该区块的进一步有效勘探提供一定的指导。研究范围选取通南巴地区河坝场三维地震工区，自西南向东北方向，依次发育牛羊坪、河坝场、母家梁、新场坝、丘家坪和马路背等6个局部构造。

1 储层地质特征

S82井和H1井钻井揭示，通南巴构造的主要产气层为下三叠统嘉陵江组二段和飞仙关组三段。

嘉陵江组二段属蒸发台地相的浅滩-蒸发坪沉积，在通南巴地区分布广泛，岩性由砂屑白云岩、溶孔白云岩、膏岩呈薄互层状组合而成。H1井嘉陵江组二段含气储层岩性为砂屑白云岩，气层埋深4500m左右，厚度为12.4m，平均孔隙度为3.17%。飞仙关组三段岩性主要为鲕粒灰岩、砂屑灰岩，属浅海开阔台地相和潮坪相沉积。H1井飞仙关组三段含气储层岩性为溶孔鲕粒灰岩，气层埋深5000m 左右，厚度为14m，平均孔隙度为4.93%。储层研究表明，嘉陵江组二段和飞仙关组三段储层均不同程度地经历了成岩后生作用的影响，特别是白云石化及溶蚀作用，存在粒间孔及粒间溶孔、晶间孔及晶间溶孔、铸模孔和粒内溶孔等多种储集空间类型。总体来看，该区碳酸盐岩储层具有埋藏深、厚度薄、低孔低渗和孔隙结构复杂等特征。

钻井岩心和野外露头观察表明，通南巴构造总体上裂缝比较发育。裂缝产状以斜交缝及垂直缝为主，水平缝相对较少。裂缝中既有充填缝，也有半充填缝和未充填缝，其中，以充填缝占绝大部分。由于在地质历史时期中，通南巴地区经历了多期构造运动影响，由此也形成了与各期活动相对应的局部构造及裂缝系统，表现为多期裂缝组合的分布格局。

2 储层裂缝分布预测研究

近年来，地球物理方法已成为研究储层裂缝分布的重要方法之一。基于地球物理理论预测裂缝的方法有多种^［1，2］，如多分量勘探、S波勘探、VSP地震和P波勘探等。根据地震波的传播理论，S波比P波对裂缝产生的方位各向异性具有更强的敏感性，但S波数据通常较P波数据的信噪比及分辨率低，而且S波的采集和处理成本也比P波高得多，因此，限制了S波研究裂缝的实用性。井中地震VSP作为一种特殊的“测井”手段，本身也存在探测面积小的问题。随着裂缝研究技术的不断探索，目前，人们越来越青睐于利用P波资料研究裂缝的分布，尤其是利用3D叠前地震数据已成为研究裂缝分布的一种热门技术。

2.1 地震方位各向异性方法预测储层裂缝的理论基础

地震波是一种弹性波，其传播速度主要与地层性质有关，如埋藏深度、构造发育程度、岩石的成分、物性、孔隙发育程度、流体性质和流体饱和度等。而裂缝发育带的存在会加剧地震波的吸收衰减，引起地震属性的各向异性。Maria和Bruce等曾对地震纵波资料用于裂缝密度和方位的预测问题进行了研究和探讨^［3，4］。

Mallick（1991，1996，1998）和Craft（1997）指出，利用P波反射振幅和速度随方位角和偏移距的变化函数可以检测裂缝，即利用振幅随方位角变化（RVA）和速度随方位角变化（VVA）识别裂缝的方位和密度。这种关系可以用振幅随方位角变化（RVA）和速度随方位角变化（VVA）规律来表述，如图1 所示^［5］。反射P波通过裂缝介质时，在固定炮检距的情况下，反射振幅（R）和速度（V）随方位角的变化是炮检方向与裂缝走向的夹角θ的余弦函数，反射振幅和速度随方位角的变化可用解析式表示为：

R=A_r+B_r·cos2θ （1）

V=A_v+B_v·cos2θ （2）

式中：R为反射振幅；V为方位速度；A_r，A_v分别为振幅、速度的偏置因子，即A_r为均匀介质下的振幅，A_v为均匀介质下的速度；B_r，B_v分别为振幅和速度的调制因子，即分别为定偏移距下的振幅和速度随方位角的变化量。它们都是裂缝密度的函数。

图1中的φ为裂缝走向与正北方向的夹角；α为炮检方向与正北方向的夹角，存在关系θ=φ-α。

式（1）和式（2）可近似地用一椭圆表示（图2）。当炮检方向与裂缝走向平行时，振幅和速度最大（A+B）；当炮检方向与裂缝走向垂直时，振幅和速度最小（A-B）。而（A+B）/（A-B）则反映了裂缝的密度。这是利用叠前地震资料预测储层裂缝分布的理论依据。

图1 炮检方位与裂缝方向关系示意图

图2 地震属性沿裂缝不同方向变化示意图

2.2 叠前地震储层裂缝分布预测研究

利用叠前地震预测裂缝分布的思路是：通过岩石物理正演模拟，确定裂缝介质条件下的地震属性各向异性响应特征。优选地震属性，提取相应的方位属性数据体。在方位各向异性特征分析的基础上，对目的层的裂缝密度和方向进行计算。最后，结合储层地质特征，对目的层的裂缝特征进行综合分析。

2.2.1 叠前地震资料裂缝预测的可行性

利用叠前地震信息预测裂缝分布的前提是，地震数据为全方位角地震采集，并且具有较高的叠加次数和信噪比。本次研究三维地震为宽方位角采集，面元大小为25m×25m，满覆盖次数达到90次，地震资料品质较好，信噪比和分辨率较高，保幅性好。因此，这套地震数据有利于选择合适的偏移距和方位角提取相应的角道集数据体，适合于进行叠前裂缝预测研究。

2.2.2 层位标定及时窗选取

利用声波测井曲线，制作地震合成记录，通过与井旁道地震剖面的波组对比，进行地震层位的精确标定。H1井标定后，嘉陵江组二段底界的双程时间为2004ms，飞仙关组四段底界的双程时间为2105ms；S82井标定嘉陵江组二段底界的双程时间为1884ms。在考虑储层厚度和平面稳定性因素的基础上，选取嘉陵江组二段储层的时窗为嘉陵江组二段底以上12～21ms，飞仙关组三段储层的时窗为飞仙关组四段底以下22～31ms，时窗范围均为9ms。

2.2.3 裂缝性储层各向异性岩石物理模型

图3为井-震标定后H1井嘉陵江组二段储层的岩石物理正演模型。图中右上部的关系曲线反映了归一化振幅随方位角和偏移距的变化特征，图中右下部的椭圆为含气模型、入射角30°时的方位振幅椭圆。岩石物理正演模拟结果表明，方位振幅椭圆的短轴代表了裂缝走向，为利用叠前方位地震数据预测目的层裂缝发育方向提供了依据。

图3 嘉陵江组二段岩石物理正演模型

2.2.4 频率方位角道集数据体的形成

近年来的研究和应用表明，在利用叠前地震属性开展裂缝研究时，频率属性在反映裂缝密度和流体信息方面具有较高的敏感性^［6］。沿裂缝走向方向，高频部分被吸收衰减得慢，而沿着裂缝的法向方向，高频部分被吸收衰减得快。裂缝越发育，频率沿不同方位角的变化就越明显，当裂缝含有油气时，这种差异会表现得更加明显。因此，分析由裂缝和所含流体引起的频率方位各向异性，可以有效地预测储层中具开启特征裂缝的发育状况，这对于天然气藏的勘探更有实际意义。

利用叠前地震预测裂缝分布，一个重要的环节就是方位数据体的提取。在对通南巴地区地震数据采集参数分析的基础上，本次研究利用储层裂缝综合预测软件FRS，在0～180°（180°～360°之间的采集相当于0～180°的采集）范围内，以30°为间隔，采用100m×100m的超面元，在400～3000m偏移距范围内，对叠前地震振幅数据体进行了6个等方位角的道集数据体的提取，以尽量使每个方位间隔的叠加数据体具有较均匀的覆盖次数。在此基础上，对6个方位角道集数据体进行组合，形成具有方位信息的叠后方位角振幅数据体AZI amp。

利用已提取的叠前振幅方位角道集数据体（AZI_amp），通过小波变换算法计算频率属性数据体，形成具有方位信息的频率属性数据体（AZI_FUL_FRQ）。对计算的方位角频率进行分析，得到频率的方位角椭圆在空间的变化。定义频率椭圆的扁率为长轴与短轴之比，则该值的大小反映了频率的各向异性强度，其值越大，说明与储集流体有关的开启性裂缝越发育。

2.2.5 储层裂缝分布预测及分析

本文采用的储层裂缝综合预测软件FRS中的Fracture Analysis模块，对方位频率属性数据体（AZI_FUL_FRQ）进行了计算，得到储层裂缝发育密度和方向。根据预测结果，嘉陵江组二段储层的裂缝发育密度和方向特点如下：

（1）H1井和S82井的嘉陵江组二段储层均处于裂缝比较发育的部位，这与岩心观察的结果是一致的，说明预测结果是较为可靠的。从区域预测来看，与流体有关的开启性裂缝发育程度存在一定的分区性。在通南巴背斜的长轴方向上，母家梁构造以东地区，裂缝相对发育；以西地区裂缝发育程度较差。分析其原因是，与喜马拉雅期该地区所受的构造应力作用有关，越往东北部地区，经受的构造作用强度越大；越往西南部地区，经受的构造作用强度越小。沿背斜的短轴方向，翼部的裂缝发育程度大于轴部的裂缝发育程度，这主要是由于在背斜构造的两翼出现明显的坡折带，在背斜的横剖面上呈现出箱形褶皱的特征，翼部的应变程度大于背斜的轴部地区。

（2）与局部构造匹配起来分析，裂缝相对发育区有两种情况：①在通南巴背斜构造的两翼地层较陡部位和局部构造转折端裂缝相对发育；②在断层的尾部裂缝相对发育。从构造理论分析，这些部位是构造应力比较集中的部位。

（3）裂缝方位的全区统计表明，NE-SW方向为裂缝发育的优势方位，与局部构造和断层的走向是一致的。之所以表现为单一的方向，分析认为，这是由于裂缝预测工区面积过大，预测裂缝方位的全区统计受到“平均”效应的缘故。在局部构造应力作用的影响下，不同构造部位裂缝的发育方向还是有一定的差异性的，如图4所示。S82井附近嘉陵江组二段储层的预测裂缝方向表现为NEE-SWW和NNE-SSW两组主要展布方向（圆圈内“小”玫瑰花图表示预测裂缝方位所占比例），与嘉陵江组岩心利用古地磁定向技术测得的裂缝方向是一致的（见图4中“大”玫瑰花图）。

图4 嘉陵江组二段储层裂缝预测方向与岩心古地磁定向检测方向对比

3 含气性预测研究

从地震勘探原理上说，有多种应用于油气预测的地震方法。从具体应用角度出发，可分为直接预测方法和间接预测方法两大类。直接预测方法是指以反射振幅和频率为属性信息的预测方法，包括亮点、低频效应、相位反转现象和振幅随炮检距变化（AVO）技术等。间接预测方法是指需要对地震信息做进一步的处理才能进行油气预测的方法，如频谱分析技术、聚类分析技术、模式识别技术等^［7］。这些方法均不同程度地应用于储层油气预测工作中，并收到了一定的效果。但对于研究目的层埋藏深、储层厚度薄、地质构造复杂等特殊地质条件，上述油气预测方法不同程度地受到影响，实用性降低。首先，反射振幅由于受激发接收条件、波前扩散、吸收衰减、反射界面的几何效应以及地层岩性等多种因素的影响，利用该类属性进行油气预测时，一般认为存在较强的多解性，容易产生识别上的“陷阱”；其次，油气层并不都是表现为亮点，有时甚至表现为平点或暗点，使得利用亮点技术预测油气受到影响；而AVO技术在深层油气预测中也遇到了一定的困难，尤其是对于薄层，AVO特征常常不够明显。间接预测方法亦存在算法比较复杂、属性之间有时相关性不强等实际问题。近年来的研究和应用表明，频率衰减属性在油气预测中有着较强的敏感性和应用价值。

3.1 频率衰减属性预测含气性的依据

衰减是地震波在地下介质传播中总能量的损失，是介质内在的属性。引起地震波衰减的因素是介质中固体与固体、固体与流体、流体与流体界面之间的能量耗损^［12］。理论研究和实际应用表明，在地质体中，如果孔隙发育，充填油、气、水时，会造成高频衰减加剧，地震反射吸收加大（尤其对于含气的情况）^［8～12］。

Dilay和Eastwood在研究时间滞后三维地震资料的注汽井附近部分饱和气和地震波衰减之间的关系时发现，注汽期间井周围处于高温高压环境，气饱和趋于零。在油气生产期，井况恢复正常温度和压力，此时井中气体体积比注汽期间增加了5%左右。注汽期和油气生产期，井周围的地震资料在产气层都出现明显的高频衰减，而远离井的地震资料没有出现这种高频衰减，说明这种高频衰减是一种内部衰减，是岩石孔隙中气体和周围介质相互作用、相互摩擦的结果^［13］。高频衰减程度与含气饱和度的大小是正相关的，如果定义频率衰减梯度（ATN_GRT）作为表征高频衰减程度的指标，则含气富集程度越高，频率衰减梯度（本身为负值，这里描述取绝对值，以下同）越大，相反亦然。

为了验证频率衰减梯度属性用于本区含气性预测的可行性，本文将通南巴地区H1井的全烃检测值和相应深度的频率衰减梯度值进行了对比，图5和图6分别是H1井嘉陵江组至飞仙关组录井全烃检测值与频率衰减梯度值随深度的变化图（为了充分显示各深度点全烃检测值的分布情况，对全烃检测值采用了对数刻度）。两图对比显示，全烃检测高值部位与频率衰减梯度高值部位具有很好的对应性，说明应用频率衰减梯度属性（ATNGRT）预测储层的含气性是可行的，而且是比较可靠的。

图5 H1井全烃含量随深度变化图

图6 H1井频率衰减梯度随深度变化图

3.2 含气性预测研究

3.2.1 气层频率衰减特征

在井-震精细标定的基础上，对目的层频率衰减梯度属性数据体进行了沿层提取。图7为沿H1井主测线（inline645）剖面的频率衰减梯度剖面（黄→红色为相对高值）和地震剖面对比图。从图中可以看出，产气层均很好地对应着频率衰减梯度高值，相对高频率衰减梯度分布在剖面上呈较好的成层性，反映出嘉陵江组二段气层和飞仙关组三段气层总体上表现为层状气藏。对比频率衰减梯度和地震剖面可见，产气层（对应高频率衰减梯度部位）均标定在地震反射的波谷处，而气层的上、下界面则表现为地震波的强反射（以嘉陵江组二段砂屑滩气层反射为特征）或反射轴分叉现象（以飞仙关组三段鲕粒滩气层反射为特征）。这说明，频率衰减梯度属性不仅对储层含气性有较好的反映，而且与地震反射特征也有较好的对应关系。

图7 沿H1井主测线嘉陵江组二段、飞仙关组三段

3.2.2 含气性分布预测与分析

在井-震精细标定的基础上，为了分析嘉陵江组二段和飞仙关组三段气层在平面和纵向上的分布规律，在研究中，沿标定的气层段向上和向下以5ms为间隔，进行了逐段时窗的沿层频率衰减梯度数据体的提取。图8至图10分别为飞仙关组四段底以下10～15ms和25～30ms及55～60ms时窗的沿层频率衰减梯度平面分布特征（其他时窗成果图略）。

图8 飞仙关组三段储层频率衰减梯度平面图（飞仙关组四段底向下10～15ms）

图9 飞仙关组三段储层频率衰减梯度平面图（飞仙关组四段底向下25～30ms）

图10 飞仙关组三段储层频率衰减梯度平面图（飞仙关组四段底向下55～60ms）

综合分析通南巴地区嘉陵江组二段和飞仙关组三段剖面和平面频率衰减梯度分布特征可见，目的层的气层分布具有以下特点：

（1）嘉陵江组二段储层含气有利部位分布在三维地震工区的牛羊坪、河坝场、丘家坪和马路背构造一带，成片分布，面积大。5ms等间隔时窗的频率衰减梯度值分布对比表明，在纵向上，沿H1井钻井揭示的嘉陵江组二气层段，向上和向下频率衰减梯度值均迅速减小至异常显示完全消失，这些特征说明嘉陵江组二段气层在平面上分布面积大，但纵向上气藏单一。这与储层预测成果所反映的特征是一致的，研究表明，嘉陵江组二段砂屑滩在整个通南巴构造带有着稳定的发育和分布，溶孔砂屑白云岩可作为良好储层。

（2）飞仙关组三段5ms等间隔时窗的频率衰减梯度值分布图（图8 至图10）反映出，飞仙关组三段储层含气有利部位分布在牛羊坪、河坝场和马路背构造靠近通南巴背斜构造轴部一带，但这些有利部位并不成片分布，而是在不同的层位呈局部分布，反映出飞仙关组三段具有单一气藏面积相对较小、纵向上多气藏发育和异位叠加的特征。这与储层预测成果所反映出的飞仙关组三段鲕粒滩灰岩储层只在局部构造发育的结论也是一致的。从图9来看，时窗内的飞仙关组三段气层（H1井钻井揭示气层段）分布面积较小，而向上漂移15ms左右（图8）和向下漂移30ms左右（图10）的层段处，频率衰减梯度异常区面积明显增加，这些区域应是飞仙关组三段储层勘探的有利部位。

4 结论

（1）叠前地震方位各向异性预测技术是目前预测裂缝分布比较理想的方法，它不仅能够预测区域上裂缝相对发育区的分布和裂缝的展布方向，而且与其他许多预测方法（如构造应力场模拟方法）相比，其优点还在于，利用频率属性数据体能够对“与流体有关的、具有开启特征”的裂缝发育状况进行预测。

（2）频率衰减梯度属性是一种预测储层含气性的有效而实用的属性，有着较强的研究和应用价值。研究表明，通南巴地区嘉陵江组二段和飞仙关组三段气藏在平面和纵向上具有不同的含气分布特征。井位部署不仅应考虑平面上的气藏分布特征，而且要考虑气层在纵向上的分布特点，以最大程度地钻遇有效气层；同时应考虑储层裂缝的发育情况，在储层裂缝相对发育区和含气性异常区部署井位，以最大程度地实现天然气藏的高效勘探和开发。

（3）综合储层裂缝预测和含气性预测成果分析认为，通南巴地区碳酸盐岩储层存在以裂缝-孔隙型和孔隙型为主的两种不同的储集类型，其中，河坝场构造以西地区以孔隙型储集类型为主，新场坝构造以东地区以裂缝-孔隙型储集类型为主，这对于不同储集类型气藏的勘探和分析有一定的指导意义。

致谢 研究工作得到马殿仁、冯琼、刘国萍、刘建党和李辛子等同志的帮助，表示衷心的感谢。

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