CN102053266B - 地下裂缝预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的地下裂缝预测方法包括：获得转换横波的径向分量R(t)和横向分量T(t)；根据所述径向分量R(t)和横向分量T(t)求取快横波分量S₁(t)和慢横波分量S₂(t)之间的时差函数Δt(t)；对所述快横波分量S₁(t)和慢横波分量S₂(t)之间的时差函数Δt(t)求导，得到该时差函数的导数函数dt(t)；以及利用所述导数函数dt(t)进行裂缝发育强度预测。

Description

地下裂缝预测方法

技术领域

本发明涉及地球物理勘探技术领域，更具体地，涉及一种地下裂缝预测方法。 

背景技术

裂缝油气藏勘探在油气勘探中占有重要的位置。 

目前有关裂缝的地震研究工作主要基于下面两种思路。一种基于成因分析的预测方法：不直接针对裂缝，而是从裂缝的形成条件出发，间接预测裂缝发育规律，例如分析裂缝发育的有利构造部位、有利沉积相带、有利岩性、有利厚度等，揭示裂缝分布和发育的规律，将裂缝预测转化为构造研究、沉积相分析、岩石物性分析、储层厚度预测等。另一种基于裂缝响应属性的预测方法：分析裂缝的地震响应特征，直接预测裂缝展布特征，其关键在于选择对裂缝敏感的地震属性，如相干体、振幅、速度、波阻抗、吸收系数、地层曲率、分频属性、属性体和属性差异体等。 

多波多分量地震资料中携带了比单波分量更丰富的地层岩性信息，尤其还携带了地层裂缝信息，因此，当前正在发展的多波勘探技术为用地震方法研究地层裂缝提供了可能性。由于地震横波在通过各向异性介质(例如裂缝)时会发生分裂，质点振动沿裂缝走向时，传播速度快，而质点振动垂直裂缝走向时传播速度慢，从而形成快横波(平行于裂缝方向的横波)和慢横波(垂直于裂缝方向的横波)。由于横波仅仅与裂缝方位呈一定的角度时才会发生分裂，而分裂的快慢横波的差异程度与裂缝的发育强度密切相关，因此，利用快慢横波分裂成为研究裂缝方向及其发育程度的最直接、最可靠的方法。 

但利用横渡分裂检测裂缝是一项非常复杂的技术，目前利用横波分裂来 检测裂缝的技术，通常利用快慢波时差来表示裂缝的发育强度，但这种方法只能得到从地表至某一深度的整个上覆地层(例如从地表至地下2000米深度的整个地层)的综合情况反应，而裂缝的发育规模往往不如我们所想像的那么大，而且也并非很规则，所以利用这样的裂缝预测方法并不能精确预测某一局部范围内的裂缝强度，例如不能预测从地下1000米至地下1200米的一段地层范围内的裂缝强度，因而裂缝预测精度不高。 

发明内容

为了解决现有技术中利用横波分裂来预测裂缝只能得到整个上属地层的裂缝的综合情况反应，裂缝预测精度不高的问题，提出了一种既能够预测整个上属地层的裂缝情况又能够精确预测某一段地层范围内的裂缝方向和裂缝强度的地下裂缝预测方法。 

本发明提供的地下裂缝预测方法包括：获得横波的径向分量R(t)和横向分量T(t)；根据所述径向分量R(t)和横向分量T(t)求取快横波分量S₁(t)和慢横波分量S₂(t)之间的时差函数Δt(t)；对所述快横波分量S₁(t)和慢横波分量S₂(t)之间的时差函数Δt(t)求导，得到该时差函数的导数函数dt(t)；以及利用所述导数函数dt(t)进行裂缝发育强度预测。 

本发明求取由横波分裂得到的快横波和慢横波的时差函数Δt(t)，并利用该时差函数Δt(t)的导数函数dt(t)进行裂缝发育强度预测，该导数函数dt(t)可以反映出地下某一段具体地层范围内的裂缝发育强度，所以利用本发明所提供的地层裂缝预测方法既可以预测整个地层的裂缝发育情况，又可以将裂缝发育情况的预测精确定位到某一具体深度范围内，甚至精确到某一具体深度，从而大大提高了裂缝预测的精度。 

附图说明

图1是本发明的地下裂缝预测方法的流程图； 

图2是快横波和慢横波分裂的示意图。 

具体实施方式

下面参考附图详细描述本发明。 

如图1所示，本发明提供了一种地下裂缝预测方法，该方法包括：获得横波的径向分量R(t)和横向分量T(t)(S110)；根据所述径向分量R(t)和横向分量T(t)求取快横波分量S₁(t)和慢横波分量S₂(t)之间的时差函数Δt(t)(S120)；对所述快横波分量S₁(t)和慢横波分量S₂(t)之间的时差函数Δt(t)求导，得到该时差函数的导数函数dt(t)(S130)；以及利用所述导数函数dt(t)进行裂缝发育强度预测(S140)。 

其中，在步骤S110中，首先要对地震数据进行获取，通过检波器获取的横波地震数据可以包括径向分量R(t)和横向分量T(t)(在转换波地震勘探中，采用数字三分量检波器接收地震信号，径向分量指的是沿着炮点和检波点连线方向的分量，横向分量指的是垂直于炮点和检波点连线方向分量，径向分量和横向分量满足“右手”定则。)。 

获取横波数据可以采用常用的手段。在本发明提供的方法中，可以采用横波震源通过地层反射获得横波。 

在本发明提供的方法中，也可以通过纵波经地层反射后的转换波来实现横波，由于纵波反射产生的转换横波不垂直或者平行穿过裂缝时会和横波震源激发的横波一样发生分裂，因此能够起到与横波震源激发的横波相同的作用，而且采用这种方法获得的横波价格低廉，性能良好，因此，本发明提供的方法中，获取横波优选采用这种方法。其中，由检波器所接收的横向分量和径向分量获得所需要的径向分量R(t)和横向分量T(t)的方法在文献中作了相关的描述。(马昭军等在2008年在《新疆石油地质》第29卷第3期第376-379页上发表的《三维转换波处理技术在新场地区的应用》、刘洋等在2006年在《地质与勘探》第26卷第12期第72-74页上发表的《三维转换波地震资料 处理方法》、邢春颖等在2004年在《石油地球物理勘探》第39卷第1期第37-40页上发表的《三维三分量地震资料试处理》等)。 

本发明采用转换波处理方法分别对转换波的径向分量和横向分量进行处理，得到径向分量剖面和横向分量剖面数据，并从所述径向分量剖面和横向分量剖面数据中获取所需要的径向分量R(t)和横向分量T(t)，该径向分量R(t)和横向分量T(t)与分裂的快横波分量S₁(t)和慢横波分量S₂(t)相对应。 

在步骤S120中，根据所述径向分量R(t)和横向分量T(t)求取快横波分量S₁(t)和慢横波分量S₂(t)之间的时差函数Δt(t)。 

按照本发明的一种实施方式，如图2所示，根据波的叠加原理，转换横波分裂为快横波分量S₁(t)、慢横波分量S₂(t)，并且横波的径向分量R(t)和横向分量T(t)与所述快横波分量S₁(t)、慢横波分量S₂(t)之间的关系为： 

$\left\{\begin{array}{c}R\left(t\right)=S_1\left(t\right)\cos \mathrm{\θ}+S_2\left(t\right)\sin \mathrm{\θ}\\ T\left(t\right)=S_1\left(t\right)\sin \mathrm{\θ}-S_2\left(t\right)\cos \mathrm{\θ}\end{array}\right.---\left(1\right)$

在等式（1）中，t为时间获得横波数据的时间，θ为地下裂缝方向与测线方向（径向方向）之间的角度，即裂缝方位角。 

如果考虑噪声分量，则等式（1）可以变为 

$\left\{\begin{array}{c}R\left(t\right)=S_1\left(t\right)\cos \mathrm{\θ}+S_2\left(t\right)\sin \mathrm{\θ}+N_R\left(t\right)\\ T\left(t\right)=S_1\left(t\right)\sin \mathrm{\θ}-S_2\left(t\right)\cos \mathrm{\θ}+N_T\left(t\right)\end{array}\right.---\left(2\right)$

在等式（2）中，N_R(t)和N_T(t)分别为沿径向和横向的噪声分量。 

考虑到横波分裂后，快横波分量和慢横波分量之间存在时差Δt，快慢横波的剩余误差E(θ，Δt,t)表示为 

E(θ,Δt,t)=S₁(t)-S₂(t+Δt)                        （3） 

将等式（2）代入等式（3），可以得到 

E(θ，Δt，t)＝(R(t)cosθ+T(t)sinθ)-(R(t+Δt)sinθ-T(t+Δt)cosθ) 

                                                                    (4) 

-(N_R(t)cosθ+N_T(t)sinθ)-(N_R(t+Δt)sinθ-N_T(t+Δt)cosθ) 

[0030] 对于时窗内的n个采样点，对所述快横波分量S₁(t)和慢横波分量S₂(t)之间的剩余误差E(θ,Δt,t)进行累加，得到如下的累加函数F(θ，Δt)， 

$F(\mathrm{\θ},\mathrm{\Δt})={\left(\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}E{(\mathrm{\θ},\mathrm{\Δt},t_k)}^p\right)}^{\frac{1}{p}}---\left(5\right)$

其中，t_k为第k个采样点的时间，p为累加指数，能够取为2、3、4或5； 

对方位角θ与时差Δt的值进行扫描获得的二维曲面，并得到使该二维曲面达到最小值点的极值方位角θ_min与极值时差Δt_min，该极值方位角θ_min与极值时差Δt_min作为所述时窗的时间中点处的裂缝方位角θ与时差Δt； 

在时间轴上移动时窗，得到以时间t为变量的时差函数Δt(t)。 

其中，所述时窗长度可以任意设定，但是所述时窗内至少有一个采样点，也就是说，所述时窗内的采样点数n大于等于1。理论上讲，采样点越多，预测精度越高，但综合整体需要和成本来考虑，可以将采样间隔设定为0.1ms-20ms，优选为1ms-8ms。时窗范围是采样点个数乘以采样间隔，最佳取值等于地震波的一个周期。 

在步骤S130中，对所述快横波分量S₁(t)和慢横波分量S₂(t)之间的时差函数Δt(t)求导，得到该时差函数的导数函数dt(t)。 

在实际的地震资料获取过程中，由于各种杂波的影响以及地层各向异性的影响，上一步骤中所得到的时差函数Δt(t)可能并不是平滑的，需要对Δt(t)进行处理，这些处理包括下列至少一项：去除异常值处理、插值处理、以及平滑处理。 

在得到导数函数dt(t)之后，其中，对于导数函数dt(t)，可再次进行下列处理中的至少一项处理：去除异常值处理、插值处理、以及平滑处理。这样做的目的是为了尽量消除各种干扰的明显影响。 

在步骤S140中，利用所述导数函数dt(t)进行裂缝发育强度预测。 

时差函数Δt(t)的导数函数反映的是Δt的变化情况，Δt(t)能够反映的是所有地层的综合裂缝情况，利用导数函数则能够反映所感兴趣的目的层的裂缝情况，简单来讲，根据所述导数函数dt(t)中的一个时间点的所述导数函数dt(t) 的值，判断与该时间点对应的地层深度处的裂缝的发育强度，且所述导数函数的值越大，使所述导数函数取该值的时间点所对应的地层深度附近的裂缝发育强度越大，其中与该时间点对应的地层深度根据横波的速度和该时间点的时间值计算得到，即通过横波速度乘以从地层到地表所需要的时间计算地层深度，其中所需要的时间通过所述时间点的时间值计算得到。 

对于给定的时间，从以上的描述中，除了获得与该时间相应的地层深度处到地表之间的裂缝状况(由Δt(t₀)来反映，Δt(t₀)指的是在t₀时刻的时差)，还能够获得该地层深度附近的裂缝状况(由dt(t₀)来反映)。 

本发明通过横波分裂得到快慢波时差函数Δt(t)，并利用时差函数的导数函数进行裂缝发育强度预测，由于该导数函数可以反映出某一段具体地层范围(例如从地下1000米至地下1200米)内的裂缝发育强度，所以利用本发明所提供的地下裂缝预测方法既可以预测整个地层的裂缝发育情况，又可以将裂缝发育情况的预测精确定位到某一具体深度范围内，甚至精确到某一具体深度，从而大大提高了裂缝预测的精度。 

Claims (8)

1.一种地下裂缝预测方法，该方法包括：

获得横波的径向分量R(t)和横向分量T(t)，其中t为获得地震数据的时间；

根据所述径向分量R(t)和横向分量T(t)求取快横波分量S₁(t)和慢横波分量S₂(t)之间的时差函数Δt(t)；

对所述快横波分量S₁(t)和慢横波分量S₂(t)之间的时差函数Δt(t)求导，得到该时差函数的导数函数dt(t)；以及

利用所述导数函数dt(t)对裂缝的发育强度进行预测；

其中，在所述求取快横波分量S₁(t)和慢横波分量S₂(t)之间的时差函数Δt(t)的步骤中，通过以下步骤来求取所述时差函数Δt(t)：

a）根据下列方程计算所述快横波分量S₁(t)和慢横波分量S₂(t)之间的剩余误差E(θ,Δt,t)：

E(θ,Δt,t)=(R(t)cosθ+T(t)sinθ)-(R(t-Δt)sinθ-T(t-Δt)cosθ)

-(N_R(t)cosθ+N_T(t)sinθ)-(N_R(t-Δt)sinθ-N_T(t-Δt)cosθ)

其中，θ为裂缝的方位角，Δt为所述快横波分量S₁(t)和所述慢横波分量S₂(t)之间的时差，N_R(t)和N_T(t)分别为沿径向和横向的噪声；

b）对于一时窗内的n个采样点，对所述快横波分量S₁(t)和慢横波分量S₂(t)之间的剩余误差E(θ,Δt,t)进行累加，得到如下的累加函数F(θ，Δt)，

$F(\mathrm{\θ},\mathrm{\Δt})={\left(\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}E{(\mathrm{\θ},\mathrm{\Δt},t_k)}^p\right)}^{\frac{1}{p}}$

其中，t_k为第k个采样点的时间，p为累加指数，p=2、3、4或5；

c）对方位角θ与时差Δt的值进行扫描获得的二维曲面，并得到使该二维曲面达到最小值点的极值方位角θ_min与极值时差Δt_min，该极值方位角θ_min与极值时差Δt_min作为所述时窗的时间中点处的裂缝方位角θ与时差Δt；

d）在时间轴上连续移动所述时窗，得到以时间t为变量的时差函数Δt(t)。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述获得横波的径向分量R(t)和横向分量T(t)的步骤中，由地震勘探中的数字三分量检波器的两个水平分量接收到的地震数据得到所述横波的径向分量R(t)和横向分量T(t)。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，对时差函数求导的步骤还包括对得到的导数函数dt(t)进行下列处理中的至少一项处理：去除异常值处理、插值处理、以及平滑处理。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述采样点的个数n大于1，所述时窗的大小为采样点的个数n乘以采样间隔；

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述采样间隔是相邻的两个采样点间的时间间隔，该时间间隔为0.1ms-20ms。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述时间间隔为1ms-8ms。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，在利用所述导数函数dt(t)进行裂缝发育强度预测的步骤中，根据所述导数函数dt(t)中的一个时间点的所述导数函数dt(t)的值，判断与该时间点对应的地层深度处的裂缝的发育强度。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，与该时间点对应的地层深度根据横波的速度和该时间点的时间值计算得到。

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