[发明专利]一种确定裂隙裂缝走向的方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及地震勘探技术领域，具体的讲是一种确定裂隙裂缝走向的方法及装置。

背景技术

裂隙裂缝是油气的储集空间和渗滤通道，也是水、煤层气富集、储存、运移的场所。探明地下裂隙裂缝走向、提高地震探测精度对于油气预测、提高油气产能以及预防瓦斯爆炸、顶/底板突水等都至关重要。

利用地震波来研究岩石的内部结构在理论上、实验室内和野外观测上都取得了显著的进步，特别是地震横波。定向裂隙裂缝对横波的影响在多年前就载入文献。介质模型由单一垂直的定向裂隙组成时，裂隙的方位各向异性具有两个主方向，分别平行和垂直裂隙走向。横波垂直入射到单一垂直定向裂隙介质时将发生波的偏振，分裂成两个正交偏振的分量快横波和慢横波，分别平行和垂直裂隙方向。相对于横波来说，纵波对介质的各向异性反应灵敏度较低，但由于横波勘探的难度大，上世纪90年代，人们又开始了纵波裂隙裂缝研究，结果表明，在裂隙裂缝引起的方位各向异性介质中，纵波振幅特征、正常时差速度及反射时差均随方位的变化而变化。

利用横波信息测量裂隙裂缝的方法有极化图法、旋转分析和协方差矩阵法等。

极化图法当横波沿z轴（垂直向下）的方向传播时，在x和y（水平面上的两个轴）两方向的质点位移一般为椭圆，椭圆形状与测线方位和裂缝走向的夹角及分裂横波间的延迟时间有关。通常我们通过检测极化图的初始线性起跳的方向确定快慢横波的极化方向和裂隙裂缝走向。极化图解释时主观性比较大，但干涉比较严重的横波分裂来说，判别快横波极化方向比较可靠。

旋转法旋转分析技术可用于二分量或四分量水平记录，最常用的是Alford旋转法。该方法从四分量的地震数据中获得只包含一个波的主时序列，即将在四分量记录剖面按矩阵形式排放，寻找一个旋转角，对四分量数据进行旋转，使非对角线上两个元素达最小，从而求得快横波和慢横波剖面。分析快横波和慢横波剖面，得到快、慢横波到时差或振幅变化，确定各向异性程度及裂隙裂缝的密度。旋转法要求双源激发，震源匹配，难度比较大。

协方差矩阵法用三分量地震记录形成协方差矩阵，协方差矩阵特征值的大小反映质点的平均运动性质，特征向量的方向决定快、慢横波的极化方向。协方差矩阵法即利用协方差矩阵最大特征值对应的特征向量确定裂隙裂缝走向。

胀缩源是目前普遍采用的多分量地震震源激发形式，难度比双源激发小的多，且数据质量好。极化图法和协方差矩阵法距均可用于胀缩源激发数据。

利用纵波信息测量裂隙裂缝的方法有方位振幅分析法、方位NMO速度椭圆法和方位旅行时差法等。

方位振幅分析法纵波在裂隙裂缝性介质中传播时，其振幅不但是偏移距的函数，也与裂隙裂缝方位与测线之间的夹角有关，当纵波在平行裂隙裂缝走向平面内传播时振幅最大，垂直裂隙裂缝走向平面内传播时振幅最小。利用不同方位上的振幅数据，确定最大振幅对应的方位即裂隙裂缝走向。

方位旅行时差在裂隙裂缝性介质中，纵波在不同方位测线上的旅行时的差或层间旅行时差是裂隙裂缝方向的函数。对于两对正交测线，其旅行时的差或层间旅行时差与两倍的方位角呈余弦关系。利用纵波在两对正交测线方向上的旅行时差的比值可以直接计算裂隙裂缝走向的方位角。

方位NMO速度椭圆法对任意非均匀各向异性介质，单一波型NMO速度的方位变化典型地描述为一个椭圆，对裂隙裂缝介质，水平反射层的纵波NMO速度受对称轴方位、垂直入射的纵波速度及两个各向异性参数控制，其NMO速度椭圆半轴与对称面一致，长半轴指示裂缝走向。

分裂的横波基本上沿同一射线路径旅行，它们的速度、反射振幅之间的差异主要与地层裂隙裂缝特征相关，而与横向非均匀性关系不大。正因为这一点，横波方法是现行地震法测量裂隙裂缝最常用方法，但横波技术通常需要在地面激发S波并用多分量观测，成本高，而且难以采集到适于作可靠的偏振及旅行时分析所需要的高质量的横波数据，于是，人们又开始研究P-S转换波。P-S转换波含有与S-S波相同的信息，但震源是纵波震源，其采集成本低，且劳动强度小，但转换横波的数据质量仍不及纵波数据，这些都直接限制了利用横波数据测量裂隙裂缝的准确度。

纵波裂隙裂缝检测方法应该说是一种有效可行的方法，但由于影响振幅的因素很多，除炮检距和方位之外，较为敏感的还有采集偏差，上覆层非均匀性等，再者，纵波方位NMO速度不但受裂隙裂缝方位的影响，也与地层倾角、倾斜界面的走向及介质的非均匀性有关，这些因素都直接影响纵波裂隙裂缝测量的精度。另一方面，纵波特征对裂隙裂缝的敏感性比较差，只利用纵波数据进行裂隙裂缝测量，结果也存在一定的不确定性。