（地球探测与信息技术专业论文）地震多参数裂缝预测应用研究.pdf

摘要 裂缝识别和预测是当今地质研究的重要领域之一，裂缝引发的各种地质问题涉及到 社会生活的方方面面，查明或预测地下裂缝的分布规律是解决这些地质问题的关键。在 能源勘探领域，储层裂缝作为油气运移通道和储集空间，既可以构成油气藏也可以破坏 油气藏，既可以提高油气产量也可以降低油田采收率。随着能源的不断开采和迅速衰竭， 使得提高采收率成为油田提高产量和能源开发量的主要手段之一，而裂缝的存在严重影 响油藏的开发效果。因此，裂缝的研究已成为当今时代储层评价和预测的重要环节，对 其进行研究具有重要理论意义和现实意义。 论文在研究裂缝形成机理、地震属性分析技术、构造曲率方法和b p 神经网络原理 的基础上，编程实现了构造曲率和b p 神经网络算法的应用程序，并结合实际三维地震 资料，提取了多种地震属性参数并通过多种分析技术对其进行优化选择，应用所编程序 对该区块的裂缝分布规律进行预测。通过综合分析，认为构造曲率法在对构造缝的预测 上有一定的可靠性，但对非构造成因的裂缝的预测能力有限；在对地震属性进行有效分 析及优化选择的基础上，利用b p 神经网络对实际资料进行了储层裂缝预测，结果表明 其准确性和可靠性较高，具有较大的实用价值。 关键词：构造，裂缝预测，地震属性，曲率，b p 神经网络 a b s t r a c t t h ef r a c t u r e si d e n t i f i c a t i o na n dp r e d i c t i o ni sa ni m p o r t a n tr e s e a r c hf i e l di nw h i c ht h e g e o l o g i c a ls t u d i e s t h eg e o l o g yp r o b l o m sw h i c hr e s u l t e df r o mt h ef r a c t u r e sa r ec l o s e l yr e l a t e d w i t ho u rl i f ei n e v e r ya s p e c ta n dt o f i n do u to rt op r e d i c tt h eu n d e r g r o u n df r a c t u r e s d i s t r i b u t i o ni st h ek e yp o i n tt ot h ep r o b l e m s o l v i n g a st h ep a t h w a y so fo i la n dg a sm i g r a t i o n a n dr e s e r v o i rs p a c e ，r e s e r v o i rf r a c t u r e sm a yb e c o m et h es p a c eo fo i la n dg a sr e s e r v o i r sb u t c a l ld a m a g ei tt o o ，c a ni n c r e a s et h eo u t p u to fo i la n dg a sa n dc a nd e c r e a s et h eo i lr e c o v e r y a l s oi ne n e r g yr e s o u r c ee x p l o r a t i o n w i t ht h ec o n t i n u a le x p l o i t a t i o no fr e s o u r c ea n dt h e g r a d u a lr e d u c t i o no fr e s o u r c er e s e r v e s ，e n h a n c i n go i lr e c o v e r yb e c o m ea ni m p o r t a n tm e a n so f i m p r o v et h eo u t p u ta n de x p l o i t a t i o na m o u n to fr e s o u r c ei nt h eo i l f i e l d s ，b u tt h eo c c u r r e n c eo f r e s e r v o i rf r a c t u r e sh a ds e v e r ei n f l u e n c eo nt h ed e v e l o p m e n to fr e s e r v o i r t h e r e f o r e ，t h e r e a r c ho fr e s e r v o i rf r a c t u r e sh a v eb e c o m ei m p o r t a n tc o m p o n e n t so fr e s e r v o i re v a l u a t i o na n d p r e d i c t i o ni nt h ep r e s e n ta g e ，a n dr e s e a r c ho ni th a sg r e a ts i g n i f i c a n c ee i t h e ri nt h e o r yo ri n p r a c t i c e b a s e do nt h er e s e a r c ho ft h er e s e r v o i rf r a c t u r ef o r m i n gm e c h a n i s m ，s e i s m i ca t t r i b u t e a n a l y s i st e c h n o l o g y , s t r u c t u r i n g - c u r v a t u r em e t h o da n dt h ep r i n c i p l eo fb pn e u r a ln e t w o r k ， t h i sp a p e ri sp r o g r a m m e dt h ea p p l i c a t i o np r o g r a m so fs t r u c t u r i n g c u r v a t u r ea l g o r i t h m sa n d t h eb pn e u r a ln e t w o r ka l g o r i t h m s a tt h es a m et i m e ，t h ea u t h o rh a se x t r a c t e dm u l t i p l es e i s m i c a t t r i b u t ep a r a m e t e r su s i n gt h ea c t u a ls e i s m i cd a t aa n do p t i m i z e dt h e mw i t hm u l t i p l es e i s m i c a t t r i b u t ea n a l y s i st e c h n o l o g y , t h e nu s e dt h ep r o g r a m sw h i c hh a db e e nf i n i s h e dt op r e d i c tt h e f r a c t u r ed i s t r i b u t i o ni nt h ea r e a w i t hm u l t i f a c t o r i a la n a l y s i s ，t h ea u t h o rt h i n k st h a tt h ee f f e c t o fu s i n gs t r u c t u r i n g - c u r v a t u r em e t h o dt ot h ep r e d i c t i o no fs t r u c t u r a lf r a c t u r e si sr e l i a b l ei n s o m ee x t e n t ，b u tt ot h ep r e d i c t i o no fu n - s t r u c t u r a lf r a c t u r e si sd u b i o u s a n dt h ea u t h o r b e l i e v e st h a tt h er e l i a b i l i t ya n dt h ea c c u r a c yo fu s i n gt h ep r i n c i p l eo fb pn e u r a ln e t w o r kt o p r e d i c tt h er e s e r v o i rf r a c t u r e sa r eh i g ho nt h eb a s i so fe f f e c t i v ea n a l y s i sa n do p t i m u m s e l e c t i o nt ot h es e i s m i ca t t r i b u t e sw i t ha c t u a ls e i s m i cd a t a t h i sm e t h o dw i l lb eo fp r a c t i c a l v a l b e k e y w o r d s ：s t r u c t u r e ，f r a c t u r ep r e d i c t i o n ，s e i s m i ca t t r i b u t e ，c u r v a t u r e ，b pn e u r a ln e t w o r k 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行 研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的 研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论 文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体已经公开发表的成 果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名： 际盈叼年岁月- 6 ；e t 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归 属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请 专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的 学术论文或成果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 际之唧年歹月万日 导师签名：矽f 脯( ， 2 劬夕年多月j 一日 长安大学硕士学位论文 1 1 选题目的及意义 第一章引言 裂缝识别和预测是当今地质研究的重点领域之一，无论是国内还是国外；不管是工 程、环境、防灾减灾还是水利、国防、市政建设以及我们日常生活中的所用能源，都要 研究裂缝，而且都必须研究裂缝，可以说裂缝涉及到我们生活的方方面面。当然，不同 的人，不同的专业研究的手段、方法可能不一致，但都有一个共同的目的，即需要查明 或预测地下裂缝的分布规律。本论文的研究方向主要侧重于寻找与油气有关的裂缝，即 储层裂缝。 储层裂缝( 据r a n e l s o n ，1 9 8 5 ) 是指由构造变形作用或物理化学成岩作用形成的、 在岩石中天然存在的宏观面状不连续【。这是一个广义的定义，大到断裂、小至微裂隙 均包含在内。而作为油气运移通道和储集空间，裂缝在储层中的作用是双重的。它既可 以构成油气藏也可以破坏油气藏；既可以提高油气产量也可以降低油田采收率。因此， 对其进行研究具有重要现实和理论意义。 s e g 、s p e ( 石油工程师学会) 从8 0 年代开始，在每年的年会上，都有关于裂缝方 面的文章，且数量呈扩大趋势。到2 0 0 2 年底，裂缝性油气藏的产量占全世界石油天然 气总产量的一半以上，在我国占到百分之四十以上，目前在四川、华北、长庆、塔里 木、克拉玛依、胜利、吉林、辽河、青海、玉门等许多油田都发现了裂缝性油气田。 裂缝性油气藏勘探、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。由于对裂缝分布规律认识不清，包括我国在内的世界各国、各大油田都存在可采 储量的严重损失：哥伦比亚b e a v e rr i v e r 油田就是由于裂缝的存在而没有引起足够重 视，从而导致可采储量的重大损失；目前在国内各油田用于裂缝探测( 地震、测井) 、 研究的费用每年在5 0 亿元以上，但由于缺乏有效的预测手段，对裂缝发育分布研究不 准确而使油气井钻探和油气田开发方案达不到预期目的而造成的间接损失难以完全统 计。如克拉玛依的小拐油田，因对裂缝预测研究认识不足，油田建设投入的数十亿元 资金基本上全部落空。因此，裂缝对储层性能的影响使得对储层裂缝的预测研究在当 今时代石油行业有着特殊重要的意义。特别是现在随着以构造圈闭油气藏勘探占主导 地位的结束，实现油气的增储增产的重任主要就落在复杂性油气藏尤其是裂缝性油气 藏的勘探上。同时油藏开发的过早枯竭使人们不得不从勘探开始就注意裂缝的存在， 第一章引言 而问题是首先要找到裂缝。而且随着能源的不断开采和迅速衰竭，使得提高采收率成 为油田提高产量和能源开发量的主要手段之一，而裂缝的存在严重影响油藏的开发效 果。因此，裂缝的研究已成为当今时代储层评价和预测的重要环节1 2 引。 但是，由于裂缝分布的普遍性、复杂性和不规则性，以及深埋等条件下的弱响应性 都增加了这一研究课题的难度，成为一个世界级的难题，到目前为止，尚没有一套系统 完整的裂缝找油理论和预测方法。传统直观的研究方法是野外露头观察与分析、岩心观 察与分析等方法，通过钻井取心可以获得地下储集层某一点的详细裂隙资料，并做出相 应的预测。但是这一方法仅局限于井眼周围的情况，对于整个裂隙性油田来说，在勘探 阶段要想进行大面积或全面合理的储层裂缝预测，仅靠钻井、测井和岩芯观察等常规地 质手段是不能解决根本问题的，必须综合运用地质、物探、测井等多种方法作综合分析， 并且其中最为重要的是物探方法和技术的新突破。随着三维地震方法的不断发展和创 新，三维地震数据体中蕴含的丰富地质信息已经可以通过各种方法提取出来，裂缝的存 在，会造成多种地震属性的变化，测量这些地震属性的变化可以检测裂缝，用地震方法 进行裂缝预测将起着重要作用。因此，本论文选题具有重要的理论意义和现实意义。 1 2 裂缝研究的发展与现状【2 ，s , 4 , s l 裂缝的研究已有上百年的历史，但是，直到2 0 世纪7 0 年代国外才有专著发表。国 外在裂缝性油气藏的勘探方法研究方面，比国内起步早，而且研究进展很快。英国地质 调查局，有一个全球十多家大石油公司赞助的各项异性项目e a p ( e d i n b u r g h a n i s o t r o p y v r o j e c t ) 。他们从1 9 8 8 年开始开展各项异性研究，已有十几年的历史。2 0 世纪9 0 年代 初美国能源部( d o e ) 设立了一个研究项目，目的是从比较致密的储层中检测天然的裂 缝带，提出了到2 0 1 0 年的长期研究计划。而我国对裂缝性油气藏的研究主要是在2 0 世 纪8 0 年代以后才有所进展，主要是地质规律的深化认识，也有地质专著发表，而应用 物探手段研究裂缝是最近几年的事。从目前的研究状况来看，地质、测井、地震、信号 处理等以及各学科的综合研究是裂缝预测研究的重要手段和方向。 地质方法是传统研究和预测裂缝的方法。包括野外露头地质调查，岩心观察与分析 和构造应力数值模拟反演等。通过野外露头进行裂缝观察和成因划分，可以直观全面地 考察裂缝的发育特征，为利用地球物理资料进行裂缝预测提供了可靠的地质规律；同时 也可据此建立裂缝发育的构造力学模型，利用数值模拟方法来指导地下裂缝的认识。中 国地震局的宋惠珍教授和北京大学的钱祥麟教授在构造应力数值模拟方面有很大的成 2 长安人学硕士学位论文 果，特别是宋惠珍在塔里木盆地的工作。但是，露头与地下储层所处的地质条件和所经 历的地质过程是不尽相同的，裂缝特征也是有差异的。岩心是钻井获取的地下储层第一 手资料，但在裂缝发育段岩心收获率不高，岩心资料的局限性和随机性较大。 测井是检测裂缝的重要途径。大多测井方法对裂缝都有不同程度的响应，人们也对 此做了大量研究。常规的电阻率、声波、孔隙度测井能够取得裂缝油气藏的渗透率、孔 隙度以及裂缝产状等参数。特殊的成像测井方法如微电阻率扫描井眼成像( f m i ，f m s ) 井下声波电视( b h t ，也是识别和评价裂缝广泛采用的方法。它们可以清晰地反映井 眼天然裂缝的产状及间距，甚至是开度、充填特征等。目前测井技术结合了其他学科如 人工智能、图像处理和非线性理论的成果而有了新的发展。然而，像岩心裂缝描述一样， 测井仅能获取钻井井位处裂缝的特征和参数，对于大面积无井地区的裂缝研究，只有依 靠地质调查和接下来我们要讨论的地震方法。 用地震方法检测裂缝人们一直寄予厚望，因为地震可以获得三维空间采样最密集的 数据体。由于裂缝的存在会导致层速度的变化和弹性波的衰减，这是我们从地震资料中 直接提取裂缝信息的最初思想。近年来，地震方法预测裂缝在理论和方法上有了很大进 展，主要包括以下几大类： ( 1 ) 基于裂缝介质中纵、横波各向异性的预测方法：主要有横波勘探，p s 转换波和 基于p 波各向异性的裂缝预测方法； ( 2 ) v s p ( 垂直地震剖面) 法识别裂缝：目前，v s p 技术主要有多分量多偏移距和多 方位多偏移距及三维v s p 等方法技术； ( 3 ) 基于构造应力场数值模拟技术的裂缝预测方法； ( 4 ) 基于非线性的裂缝综合预测方法研究：分形几何( 关联维) 、混沌理论、耗散结构 和突变论等方法； ( 5 ) 基于测井约束的波阻反演的裂缝预测； ( 6 ) 基于相干数据体和边缘检测的方法； ( 7 ) 基于地震多属性参数的裂缝预测方法：由于裂缝的存在，会造成多种储层属性的 变化，在综合地质、测井、地震和油藏工程等学科研究的基础上，把所有能反映裂缝的 储层属性信息提取出来，然后运用一定的数学模型，由井孔向周围外推，寻求裂缝的分 布规律，可最终实现裂缝的平面预测。目前裂缝预测包括储层描述在内的储层预测占主 导地位的方法有模式识别法( 包括统计模式识别、模糊模式识别、神经网络模式识别) 和函数逼近法( 包括b p 网络函数逼近、完全利用样本信息( c u s i ) 和网络函数法逼近) 。 3 第一章引言 其中的b p 人工神经网络所具有的非线性特性、大量的并行分布结构以及良好的学习和 归纳能力使其在储层预测中得到广泛的应用。 从目前的研究现状来看，储层裂缝预测研究的热点还是地震方法。但是由于地震方 法自身和地质条件的局限性，传统的、经典的、单一的地球物理思维方式、方法很难解 决这一复杂的特殊的地质问题。这里，本文立足于现有的三维地震资料，应用合理的地 震处理方法，结合相干体分析技术，时域波场断棱及倾角检测技术、时频分析及相关分 析等技术，从中提取多种对裂缝敏感的地震属性参数，以神经网络方法为预测工具；同 时，结合构造曲率裂缝预测方法，对实际资料进行综合预测，以期在储层裂缝预测方面 获得一些进展。 1 3 研究内容与成果 本文的总体思路是在研究裂缝的形成机理及与裂缝关系密切的地震属性的基础上， 分析研究与裂缝有一定相关性的地震属性参数和相关的地震属性分析技术，以及相关的 裂缝综合预测技术，包括线性方法技术( 构造曲率法) 和非线性神经网络方法技术等， 对裂缝的发育程度进行综合预测。最终结合实际三维地震资料，提取多种地震属性参数， 检验预测方法的有效性和实用性。主要思路流程如图1 1 所示，主要研究内容及成果如 下： 1 3 1 主要研究内容 ( 1 ) 研究裂缝成因理论及其形成规律，并分析裂缝对地震波场的影响。 ( 2 ) 研究地震属性分析方法技术并总结与裂缝密切相关的地震属性，利用相干体分 析，时域波场断棱及倾角检测、时频分析及相关分析等技术提取并分析对裂缝敏 感的地震属性参数。 ( 3 ) 分析曲率与裂缝的发育程度的关系，编程实现曲率法预测裂缝分布的应用程序。 ( 4 ) 研究人工神经网络的原理，编程实现b p 人工神经网络应用程序，并将其运用于 储层裂缝的预测。 ( 5 ) 结合实际三维地震资料，对两种预测方法的效果进行比较和分析，并分析实际资 料的裂缝发育分布特征。 4 长安大学硕士学位论文 图1 , 1 总体思路流程图 1 3 2 主要研究成果 ( 1 ) 通过研究、分析对储层裂缝敏感的地震属性参数，提取了多种地震属性参数；并 结合多种分析技术对这些属性进行优化。 ( 2 ) 运用可视化编程语言，完成了曲率法的应用程序，并将其用于实际资料的裂缝预 测。 ( 3 ) 通过研究改进了的b p 神经网络的方法原理，运用可视化编程语言，实现了b p 神 经网络的程序设计，并将其运用在对实际资料的裂缝预测，通过结果分析，证明了程序 的实用性及有效性。 ( 4 ) 通过对实际资料的应用分析，认为：构造曲率法对构造缝的预测有一定的可信度， 但是对非构造引起的裂缝的预测能力有限；通过选择适当的参数，相干体、断棱及倾角、 信噪比、目的层结构属性、目的层分频相位等属性参数对揭示小断层及裂缝有较可靠的 指示作用；通过改进算法，b p 神经网络用于c h x 区块t 4 顶层的裂缝预测取得较好的效 果。 5 第一二章裂缝形成机理 第二章裂缝形成机理 裂缝是一种非常普遍的自然现象，a i l e v o r s e n ( 莱复生) 著的石油地质学( 1 9 5 4 ) 中阐述“几乎所有灰岩、白云岩、硅质岩中的储层，至少都具有一些裂缝孔隙 ，他认 为：地壳就是裂缝、断层及各种方式形成的破裂，特别是对于硬岩层，根据构造应力的 作用强度，造成大量一定模式的裂缝孔隙。不同学者从不同的角度对“裂缝”进行了定 义，有些是纯描述性的( d e n n i s ，1 9 6 7 ) ，有些则是从力学的角度定义( r a n a l l i 和g a l e ， 1 9 7 6 ) 。s a n t i a g o 和m o n t e j o 将裂缝定义为在任何岩石中的破裂，由于受力而产生机械 破坏，不论其是否引起位移。r a n e l s o n ( 1 9 8 5 ) 将储集层裂缝定义为：裂缝是指由 于构造变形作用或物理化学成岩作用，在岩石中形成的宏观面状不连续，是在应力作用 下岩石未发生明显位移的破裂，是低渗透油气藏的重要储集空间和运移通道。 2 1 裂缝的分类及成因【1 ，5 ，6 1 不同的学者对裂缝的分类方案不同，大多数学者的分类方案从不同的侧面体现了研 究目的，对裂缝的描述和形成机理进行研究中常使用的分类有以下几种： ( 1 ) 按力学成因可分为：张性裂缝、剪切裂缝和挤压裂缝。 张性裂缝主要指拉张裂缝，具有位移方向与破裂面垂直并远离破裂面的特点，它是 在拉张应力作用下形成的。其方向性强，延伸长度较小，间距大、裂缝宽度大小不一， 是较好的储层空间。剪切裂缝是由于剪切作用形成的，其特征延伸较远、缝壁平直。缝 面发育有擦痕、镜面、阶步、倾角大、切割深。延伸大小不一，一般呈共轭产出。挤压 性裂缝又称扩张裂缝，是当三个主应力都为挤压状态时形成的，经常与剪切缝共生。 ( 2 ) 按照裂缝的开度可分为： 超显微裂缝( s 0 1 0 优) ；显微裂缝( o 1 - - 一1 0 肛朋) ；微裂缝( 1 0 1 0 0 珑) ；宏 观裂缝( 1 0 0 m ，包括小缝( 1 0 0 1 0 0 0 p m ) 、中缝( 1 0 5 o m m ) 和大缝( 5 o m m ) ) 。 ( 3 ) 按照裂缝的倾角可分为： 高角度：倾角 7 5 。；斜交缝：倾角为4 5 。7 5 。；低角度缝：倾角为1 5 。 4 5 。；水平缝：倾角 1 5 。 ( 4 ) 按破裂面的形态可分为：开启裂缝和变形裂缝。 开启裂缝内无成岩物质充填，是油气运移、储藏的场所之一。变形裂缝又可分为： 6 长安大学硕l ? 学位论文 断层泥充填的裂缝；有擦痕面的裂缝；被矿物充填的裂缝；溶蚀裂缝等。 ( 5 ) n e l s o n 对s t e a r n s 和f r i e d m a n 的分类进行修正。提出天然裂缝可以分为构造裂 缝、区域裂缝、收缩裂缝和与表面有关的裂缝4 种类型。下面对这四种类型的裂缝作详 细介绍。 2 1 1 区域裂缝 n e l s o n 认为：区域裂缝( r e g i o n a lf r a c t u r e s ) 是指那些在地壳上大面积发育、方 位变化相对较小、破裂面两侧无明显错断且总是垂直于主层面的裂缝。在 8 0 m i l e ( 1 m i l e = 1 6 0 9 3 4 m ) 范围内方位只变化1 5 0 一 - 2 0 0 ，裂缝间距从小于l f t ( 1 f t = 0 3 0 4 8 m ) 到大于2 0 f t 。同时他也认为：区域裂缝的成因仍不清楚。当时对区域裂缝的 成因也提出一些理论：如与板块构造和地潮( 疲劳) 有关，但都不能证明是结论性的。 不过，区域裂缝被认为是由外部力或表面力的作用形成的，运动作用的范围比局部构造 中见到的大得多的认识已为多数人所接受。 l o r e n s 提出区域裂缝是在地下一定深度内，平行于区域构造水平挤压作用方向， 缓慢的伸展作用下形成的。这种裂缝常常出现在缺乏地层挠曲和高的地层孔隙压力的环 境中。高的孔隙压力和岩石致密性脆是形成此类缝的先决条件。高的孔隙压力并未使得 岩石产生张性破裂。在远场挤压( f a r - f i e l dc o m p r e s s i o n ) 应力作用下，首先在岩石 材料有缺陷处产生张应力，然后在最大与中间主应力作用面内扩展，裂隙产生并扩展需 要的差异应力没有超过岩石的抗剪强度。 就目前的认识来看，对区域裂缝的成因尚存在争议，袁士义等人认为：区域裂缝的 成因在某种程度上与区城构造应力作用有紧密的联系，尤其是板块构造活动及其派生的 区域应力场是形成区域裂缝的主要因素川。 2 1 2 构造裂缝 构造裂缝是那些按照其方向、分布和形态可以归因子局部构造事件或与局部构造事 件相伴生的裂缝。它们是在表面力的作用下形成的，往住与褶皱和断层有特定的空间关 系。 ( 1 ) 与褶皱相关的裂缝系统 从力的作用方向来看，褶皱及其伴生的裂缝系统可以分为由水平力、垂直力或两者 的综合作用形成的三种类型。 水平挤压力形成褶皱及其伴随的裂缝系统，常见有以下几种裂缝类型： 7 第二二章裂缝形成机理 水平共扼剪裂缝系统，当岩层在水平( 侧向) 挤压力作用下，岩层发生弯曲之前 先形成一对共轭剪裂缝系统。 纵剖面共扼剪裂缝系统，在挤压力的持续作用下，最大的应变方位由原来的水平 位置转到直立位置，此时在剖面上产生另一对共扼剪裂缝系统，可称纵剪裂缝系统。 横张裂缝系统，横张裂缝系统是由于沿褶皱轴向的张应力形成，裂缝走向垂直于 构造轴向。 纵张裂缝系统，纵张裂缝的发育与背斜上拱弯曲部位的张应力作用直接有关。其 走向平行于褶皱轴向，在脆性岩石中发育较好，但沿走向延伸不远。纵张裂缝也可追踪 背斜拱弯部位的两组平面“”型剪裂缝而成锯齿状延伸。 岩层褶皱时尚可伴生由于层问滑动的剪切作用而产生的旋转剪裂缝与同心圆状 剪裂缝，前者方位大致垂直于层面，后者则平行于层面，随岩层弯曲。 在岩层褶皱形成剖面共扼剪裂缝系统时( 褶皱的轴部位) ，由于轴部位高角度张 切缝向侧冀部位产生一个挤压力。加之侧翼端部挤压力的共同作用，这样在褶皱的翼部 形成低角度的剪切缝。 垂直挤压力形成的穹隆、短轴背斜都是最常见的储油构造，在其形成过程中岩层表 面主要是张应力在起作用，通常形成两种形式的张裂缝系统： 由于张应力作用形成环形张裂缝系统。 岩层向下隆起，还伴随着同心圆的拉伸效应，也可产生放射状的张裂缝系统。 上面介绍的几种与褶皱构造伴生的裂缝类型，在野外露头上容易识别，但在地下就 很难把握了。因此对深埋地下裂缝的识别，首先要搞清地下的构造形态，然后借助不同 部位的岩心进行粗略分析，才能较好地把握不同类型的裂缝地下的赋存状态。 ( 2 ) 与断层相关的裂缝系统 断层是裂缝的宏观表现，断层与裂缝两者相互伴生，相互促进。图2 1 代表与走滑 断层及相应的应变椭球体和主应力方向相关的各种构造现象，可以看出与走滑作用伴随 出现的构造，除正断层和逆断层外，还有同向和反向走滑断层，对裂缝也同样适用。 裂缝在断裂带及其附近的分布断裂带中以伴生缝( 与构造发展具有统一应力场，具 有透入性特点) 为主，断层附近则是诱导缝( 由于构造变形过程中诱导的局部变形而形 成) 的发育部位。断裂带中裂缝分布很多学者研究证实构造缝和断裂之间不是质的区别， 而是量的区别。断裂的形成与构造缝的形成具有相似的过程，断裂与裂缝仅仅是规模大 小存在区别。在断裂带中构造缝总的分布规律是：分布方向与断层分布方向一致，与 8 长安大学硕士学位论文 主干构造以一定交角分布，这个交角取决于岩石力学性质、断层位移规模；在断层附 近出现，距离断层越近，密度越大。 图2 1 右旋走滑断层及其派生的各种构造行迹和应变椭球体示意图。 c 一挤压应力方向；e 一拉张应力方向 ( 3 ) 构造裂缝形成的控制因素b 5 ，7 】 影响构造缝发育程度的因素有变化强度、变形频数、岩性、埋深和层厚等。研究表 明，差应力大、变形强度大、变形频数多、岩性塑性程度差、埋藏深度浅、单层厚度薄 的地层有利于裂缝发育，且裂缝的密度大、间距小；反之，则密度小、间距大甚至裂缝 不发育。此外，岩层的变形速率和含流体饱和度对裂缝的密度也有一定的影响。一般来 说，构造裂缝形成的控制因素主要受构造强度( 部位和类型) 、岩性和岩层厚度控制。 构造裂缝与岩性的关系 不同岩性的岩石强度和力学性质不同，在相同构造应力场作用下，如果岩石中脆性 较强，岩石中裂缝就会更发育。岩石中裂缝的发育程度还常与其组分的粒度有关，一般 颗粒较细的岩石，其裂缝分布比较稳定，裂缝发育程度也较高。若岩石颗粒较粗，则岩 石的裂缝密度较低，且分布不稳定，沿其走向往往变化较大。同时，具相似成分和组构 的岩石，裂缝的发育程度还受岩石的孔隙度影响，随着孔隙度增加，岩石的强度较低， 具低孔隙岩石常比具高孔隙岩石的裂缝更发育些，但是低孔隙砂岩的变形剪切破裂不如 同等的高孔隙度砂岩强烈。 构造裂缝发育强度与层厚的关系 通过室内实验模拟和岩心观察、野外露头调查的统计和研究表明，若所有的岩石参 数和负载条件相同，薄层岩石比厚层岩石更容易产生密集间距的裂缝。 9 第二章裂缝形成机理 构造裂缝与构造强度的关系 不同的构造类型和构造部位控制着不同强度的裂缝。一般来说，构造部位不同，遭 受的应变强度不同，裂缝的密集程度不等。应变能越大，裂缝的密度也越大。 2 1 3 收缩裂缝 这类裂缝是与岩石总体积的减小相伴生的扩张裂缝或拉张裂缝的总称。形成这些裂 缝的原因有：干燥作用、脱水作用、热梯度和矿物的相变。相应地，形成了以下几种类 型的裂缝。 ( 1 ) 干燥裂缝：这种裂缝是在地表干燥状况下失水收缩造成的，这种拉张裂缝通常是 陡峭的楔状裂缝并经常被后期沉积物所充填。它一般发育在富含粘土的沉积物中。 ( 2 ) 脱水裂缝：即是由于水下或地下失水而造成沉积物总体积减小而形成的裂缝。 ( 3 ) 热收缩裂缝：根据埋深不同，这类裂缝可以是扩张裂缝也可以是拉张裂缝，它们 的形成一般依赖于在受热岩石中热梯度的存在。 ( 4 ) 矿物相变裂缝：这种裂缝系统由一些通常具有不规则几何形状的扩张裂缝或拉张 裂缝组成。它们的形成与沉积岩中碳酸盐和粘土组分的矿物相变引起的体积减小有关。 2 1 4 与表面有关的裂缝 这一大类包括在卸载、积聚的应力和应变的释放、自由表面或无支撑边界的产生以 及风化作用等形成的各种各样的裂缝类型。它们是由本体力( b o d yf o r c e s ) 所形成， 既有张性裂缝，也有延伸裂缝。与地表因素有关的裂缝，对油气的生产目前尚未见到它 的重要性，但有助于认识存在于岩芯或露头中的其他类型裂缝的成因。 综上所述，裂缝的成因可归为两种，即构造成因与非构造成因。凡与构造作用有关 系的裂缝，包括宏观裂缝与微观裂缝，这类裂缝在整个区域上具有致的方向性和规律 性，称为构造成因裂缝。与构造作用无关的裂缝表现出不规则的、弯曲的、不连续的裂 缝，这类裂缝没有方向上的一致性，形成这些裂缝的原因有脱水作用、热梯度、干燥作 用、矿物相变以及其他非构造地质因素，称为非构造成因裂缝( r a 纳尔逊，1 9 9 1 ； t d 范高尔夫一拉特，1 9 8 9 ) 。 总之，裂缝成因分析的目的，一方面可以从裂缝的成因本质认识裂缝形成的规律； 另一方面是在搞清裂缝构造成因后，可根据裂缝的成因选择合适的裂缝预测方法，从而 有效地预测裂缝的分布规律。 1 0 长安大学硕士学位论文 2 2 储层裂缝对地震波场的影响 在致密的储层中，尤其在其裂缝不发育的区域，由于岩性致密，孔隙度和渗透率均 较低、所包含的流体较少，地震波穿过该区域时，在地震属性方面会表现出主频较高、 反射振幅较弱、地震波衰减较小等一系列反射特征；在裂缝发育的区域，由于致密岩性 遭受破坏，孔隙度和渗透率均有所提高，地震波通过含有不同性质流体的孔隙或裂缝介 质时其速度、频率、振幅及相位等属性参数都可能出现不同程度的变化，往往表现出主 频较低、反射振幅较强、地震波能量衰减较大等一系列反射特征。因此，利用地震属性 进行识别和预测储层裂缝是可行的。但对于某一类地质目标，单属性参数往往具有多解 性，所以，必须综合地震波场的运动学和动力学信息，利用多种地震属性综合预测储层 裂缝，才具有较高的准确度。 第三章地震属性分析 第三章地震属性分析 地震属性( s e i s m i ca t t r i b u t e ) 是指由叠前或叠后地震数据，经过数学变换而导 出的有关地震波的几何形态、运动学特征、动力学特征和统计学特征的特殊测量值。地 震属性分析的目的就是以地震属性为载体，从地震资料中提取隐藏的信息并把这些信息 转换成与岩性、物性或油藏参数相关的、可以为地质解释或油藏工程直接服务的信息， 从而达到充分发挥地震资料潜力，提高地震资料在储层预测、表征和监测能力的一项技 术。2 0 世纪七、八十年代，用于石油勘探的地震属性主要是建立在振幅基础上的瞬时 属性，如亮点技术、a v o 技术、薄层厚度解释技术等。进入九十年代，地震属性技术在 许多方面取得引人注目的进展，其范围包括从单道瞬时同相轴属性计算到比较复杂的多 道窗口式地震同相轴属性提取，直至地震属性体的生成；应用也从简单的振幅异常检测 到油藏随时间推移的流体运动前缘监测。 近年来，随着地震资料储层解释技术的进步，特别是三维地震数据体分析的需要， 人们对地震属性的了解也越来越深刻，地震属性的数量突增。在常用的地震属性基础上， 不断增添新的属性：同时，用于属性计算和分析的方法手段也越来越多。地震属性分析 技术已广泛应用于地震构造解释、地层分析、岩性特征描述及油藏监测等各个领域，在 油气勘探与开发中的作用已被越来越多的人所认识。 3 1 地震属性的分类 现在可计算的地震属性多达3 0 0 多种，常用的属性也有5 0 6 0 种，如何将这些属性 进行分类，目前还没有一个公认的分类，也很难建立一个完整的地震属性列表。但是很 多学者在这方面进行了归纳和总结，概括起来主要有以下五种1 8 j ： ( 1 ) 是在我国学术界较为流行的分类方法，即从运动学与动力学的角度，将地震属 性分为振幅、频率、相位、能量、波形、相关、衰减和比率等几大类。一般来说，这些 属性均具有明确的物理意义和地质意义，也在实际生产中得到了广泛应用。 ( 2 ) 是按属性拾取的方法将地震属性分为剖面属性、时窗属性和体积属性三类。剖 面属性主要是指由特殊处理得到的剖面( 如三瞬剖面、波阻抗剖面等) 上的整体属性。时 窗属性也称为层位属性或基于同相轴的属性，它是从地震数据中提取一个与界面有关的 小时窗范围内的统计特征属性，这也是实际生产中应用得较多的一种属性提取方法。体 积属性即是从一个3 d 数据体中产生的一个完整的3 d 属性体，这类属性能提供逐道之间 1 2 长安大学硕j ：学位论文 地震信号相似性和连续性的有利信息，如目前应用广泛的3 d 相干数据体。 ( 3 ) 是由t a n e r 等人( 1 9 9 5 ) 提出的将地震属性分为几何属性和物理属性两大类。几 何属性通常与地震层位的几何形态( 如同相轴中断、连续性、协调性与杂乱性、不整合、 倾角、倾角方位、曲率等) 有关，几何属性主要用于地震地层学解释以及3 d 数据体的断 层和构造解释。物理属性包括运动学和动力学属性，主要指振幅、波形、频率及衰减等， 物理属性主要用于岩性和油藏特征的解释。 ( 4 ) 是由b r o w n ( 1 9 9 6 ) 提出的将地震属性分为时间、振幅、频率和衰减四类的分 类方法。b r o w n 认为，从时间导出的属性可以提供地下构造信息，从振幅导出的属性 可以提供地层和油藏信息，从频率导出的属性可以提供油藏的一些辅助信息，从衰减导 出的属性将可能提供一些与渗透率有关的信息。 ( 5 ) 是由陈强( q u i n c yt h e n ) 等人( 1 9 9 7 ) 提出的基于储层特征的分类方法，这种分 类方法根据地震属性对储层特征( 如亮点与暗点、不整合圈闭断块脊、含油气异常、 薄储层、地层不连续性、灰岩储层与碎屑岩储层的差异、构造不连续性和岩性尖灭) 的 预测或识别，将地震属性分为八类( 如表3 1 所示) 。该属性分类方法有利于人们根据 所要研究的对象初选地震属性，以减少属性计算的盲目性和随机性。 3 2 与裂缝关系密切的地震属性【9 】 随着地震属性应用的不断深入，越来越多的地震属性被提出来，目前，从地震数据 体中能够提取近l o 类地震特征参数，如振幅、频率、相位、极性、波阻抗( 或速度) 等几大类。每类又包含许多种参数。就裂缝预测而言，对裂缝反映比较敏感的常用参数 有： 3 2 1 振幅属性 反射波振幅特征是地震资料岩性解释和储层预测常用的动力学参数，总的来说振幅 特征是以下因素的组合：岩性变化、流体变化、物性变化、不整合面、地层调谐效应、 地层层序变化等。在裂缝预测中经常使用如下参数： ( 1 ) 均方根振幅： 在分析时窗内选择极大振幅，在其两侧追踪过零点的时间气，t ：，计算 f 2 间隔 内地震记录样点的均方根，称为均方根振幅。均方根振幅是将振幅平方的平均值开平方， 由于振幅值在平均前平方，因此，它对特别大的振幅非常敏感。 1 3 第三章地震属性分析 一 式中，t 为采样率；气，乞为时间顶底瓦值；a 为瞬时振幅。 表3 1q u i n c yc h e n 基于储层特征的地震属性分类表 ( 3 1 ) 分类属性 瞬时真振幅乘以瞬时相位的余弦、反射强度、基于分贝的反射强度、反射强 度的中值滤波能量、反射强度基丁分贝的能量、反射强度的斜率、滤波反射 强度乘以瞬时相位的余弦、平均振动能量、平均振动路径长度、振幅峰值振 亮点与暗点 幅的最大值、振幅谷值振幅的最大值、求绝对值振幅之和、复合绝对值振幅、 特定能量与有限能量之比、主功率谱、主功率谱及其密度、大于门槛值的采 样部分、小于门槛值的采样部分、振幅峰态 不整合圈闭 振幅斜率、相关k l p c i 、相关k l p c 2 、相关k l p c 3 、相关k l p c 之比、 相关长度、平均相关、集中相关、相关峰态、相关极小值、相关极大值、相 块脊 似系数 瞬时相位、瞬时相位余弦、瞬时真振幅、瞬时真振幅乘以瞬时相位的余弦、 振幅加权瞬时频率、能量加权瞬时频率、反射强度、反射强度的中值滤波能 量、反射强度基于分贝的能量、反射强度的斜率、滤波反射强度乘以瞬时相 含油气异常位的余弦、平均振动能量、平均振动路径长度、振幅峰值振幅的最大值、振 幅谷值振幅的最大值、求绝对值振幅之和、复合绝对值振幅、平均零交叉点、 第一谱峰值频率、第二谱峰值频率、第三谱峰值频率、大于门槛值的采样部 分、小于门槛值的采样部分、目标区顶一底振幅比 有限频率带宽能量、特定频率带宽能量、特定能量与有限能量之比、衰减敏 薄储层 感带宽、功率谱对称性、功率谱斜率 瞬时频率、振幅加权瞬时频率、能量加衩瞬时斜率、瞬时频率斜率、响应频 率、带宽额定值、主频额定值、中心频率额定值、心迹线频率额定值第一谱 地层不连续峰值频率、第二谱峰值频率、第三谱峰值频率、瞬时相位、瞬时相位余弦、 性视极性、响应相位、平均零交叉点、平均振动路径长度、相关k l p c i 、相关 k l p c 2 、相关l 凹( 2 3 、相关k l p c 之比、相关长度、平均相关、集中相关、 相关峰态 灰岩储层与相邻峰值振幅之比、自相关峰值振幅之比、目标区顶底振幅比、目标区顶 碎屑岩储层底频谱比 的差异 瞬时相位、瞬时相位的余弦、视极性、响应相位、平均振动路径长度、平均 构造不连续零交叉点、相关k l p c i 、相关k l p c 2 、相关k l p c 3 、相关k l p c 之比、相 性关长度、平均相关、集中相关、相关峰态、相关极小值、相关极大值、相似 系数 瞬时相位、瞬时相位的余弦、基于分贝的反射强度、反射强度的中值滤波能 岩性尖灭量、反射强度基于分贝的能量、平均振动路径长度、特定能量与有限能量之 比、第一个谱峰值频率、第二个谱峰值频率、第三个谱峰值频率 ( 2 ) 平均绝对值振幅： 设时窗内地震数据为x ( n ) ，( n = l ，2 ，m ) ，则分析时窗内平均绝对振幅为： 1 4 长安大学硕士学位论文 才；型f = 邺m m 。 ( 3 2 ) 式中，m 为时窗内采样点的个数；1 4j 为瞬时振幅绝对值。 ( 3 ) 振幅比：相临两个时窗中的极大振幅或均方根振幅的比值。 ( 4 ) 波峰振幅极大值：时窗内地震记录中波峰振幅的最大值。 ( 5 ) 波谷振幅极大值：时窗内地震记录中波谷振幅的最大值。 ( 6 ) 振幅斜度：指时窗内记录波峰振幅和波谷振幅绝对值之和。用于表征在有意义的区 段上由于岩性和烃类聚集的变化引起的横向变化。 3 2 2 瞬时属性 瞬时属性通常指三瞬属性( 包括瞬时振幅、瞬时频率、瞬时相位) 及其导出的属性， 它是建立在h i l b e r t 变换及复地震道技术的基础之上的，可以帮助确定地下沿层的岩 性、岩相变化和岩石孔隙