CN115061194A - 一种裂缝发育状态的识别方法、装置、电子设备 - Google Patents

一种裂缝发育状态的识别方法、装置、电子设备 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种裂缝发育状态的识别方法、装置、电子设备，方法包括：从裂缝性储层对应三分量的VSP地震波中提取慢度矢量和偏振矢量，所述裂缝性储层具有两个裂缝组。建立包含所述两个裂缝组的单斜介质模型，基于所述慢度矢量和所述偏振矢量反演所述单斜介质模型的弱各向异性参数，并确定所述弱各向异性参数对应的刚度系数矩阵。基于所述两个裂缝组的对称轴方位与所述刚度系数矩阵的线性方程组，以及，所述两个裂缝组的裂缝密度与所述刚度系数矩阵的线性方程组，确定所述两个裂缝组的裂缝方位和裂缝密度。基于所述两个裂缝组的裂缝方位和裂缝密度，确定所述裂缝性储层的裂缝发育状态。

Description

一种裂缝发育状态的识别方法、装置、电子设备
技术领域
本申请涉及地震勘探技术领域，尤其涉及一种裂缝发育状态的识别方法、装置、电子设备。
背景技术
由于褶皱挤压、深部地层抬升等构造运动，地层可以发育出竖直裂缝。这种裂缝不但可以作为储层的储集空间，也可以改善储层的渗透率，从而增加储层的经济可采性。
通常情况下，深部油气储层往往会发育两组或者更多组不同发育程度的裂缝，此类储层模型更接近于多组多尺度裂缝模型。单斜介质模型是对多组多裂缝模型的最为逼近的近似，而目前关于单斜介质的参数反演的研究不多。
发明内容
本申请实施例目的是提供一种裂缝发育状态的识别方法、装置、电子设备，能够对包含两个裂缝组的裂缝性储层进行单斜介质的参数反演，从而预测裂缝发育状态。
为了实现上述目的，本说明书实施例是这样实现的：
第一方面，提供一种裂缝发育状态的识别方法，包括：
从裂缝性储层对应三分量的VSP地震波中提取慢度矢量和偏振矢量，所述裂缝性储层具有两个裂缝组；
建立包含所述两个裂缝组的单斜介质模型，基于所述慢度矢量和所述偏振矢量反演所述单斜介质模型的弱各向异性参数，并确定所述弱各向异性参数对应的刚度系数矩阵；
基于所述两个裂缝组的对称轴方位与所述刚度系数矩阵的线性方程组，以及，所述两个裂缝组的裂缝密度与所述刚度系数矩阵的线性方程组，确定所述两个裂缝组的裂缝方位和裂缝密度；
基于所述两个裂缝组的裂缝方位和裂缝密度，确定所述裂缝性储层的裂缝发育状态。
第二方面，提供一种裂缝发育状态的识别装置，包括：
提取模块，用于从裂缝性储层对应三分量的VSP地震波中提取慢度矢量和偏振矢量，所述裂缝性储层具有两个裂缝组；
反演模块，用于建立包含所述两个裂缝组的单斜介质模型，基于所述慢度矢量和所述偏振矢量反演所述单斜介质模型的弱各向异性参数，并确定所述弱各向异性参数对应的刚度系数矩阵；
计算模块，用于基于所述两个裂缝组的对称轴方位与所述刚度系数矩阵的线性方程组，以及，所述两个裂缝组的裂缝密度与所述刚度系数矩阵的线性方程组，确定所述两个裂缝组的裂缝方位和裂缝密度；
确定模块，用于基于所述两个裂缝组的裂缝方位和裂缝密度，确定所述裂缝性储层的裂缝发育状态。
第三方面，提供一种电子设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行：
从裂缝性储层对应三分量的VSP地震波中提取慢度矢量和偏振矢量，所述裂缝性储层具有两个裂缝组；
建立包含所述两个裂缝组的单斜介质模型，基于所述慢度矢量和所述偏振矢量反演所述单斜介质模型的弱各向异性参数，并确定所述弱各向异性参数对应的刚度系数矩阵；
基于所述两个裂缝组的对称轴方位与所述刚度系数矩阵的线性方程组，以及，所述两个裂缝组的裂缝密度与所述刚度系数矩阵的线性方程组，确定所述两个裂缝组的裂缝方位和裂缝密度；
基于所述两个裂缝组的裂缝方位和裂缝密度，确定所述裂缝性储层的裂缝发育状态。
第四方面，提供一种算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如下步骤：
从裂缝性储层对应三分量的VSP地震波中提取慢度矢量和偏振矢量，所述裂缝性储层具有两个裂缝组；
建立包含所述两个裂缝组的单斜介质模型，基于所述慢度矢量和所述偏振矢量反演所述单斜介质模型的弱各向异性参数，并确定所述弱各向异性参数对应的刚度系数矩阵；
基于所述两个裂缝组的对称轴方位与所述刚度系数矩阵的线性方程组，以及，所述两个裂缝组的裂缝密度与所述刚度系数矩阵的线性方程组，确定所述两个裂缝组的裂缝方位和裂缝密度；
基于所述两个裂缝组的裂缝方位和裂缝密度，确定所述裂缝性储层的裂缝发育状态。
本申请能够对包含两个裂缝组的裂缝性储层进行裂缝发育状态预测。具体地，从裂缝性储层对应三分量的VSP地震波提取慢度矢量和偏振矢量，并建立包含两个裂缝组的单斜介质模型后，使用慢度矢量和所述偏振矢量反演单斜介质模型的弱各向异性参数，从而确定刚度系数矩阵；之后，基于两个裂缝组的对称轴方位与所述刚度系数矩阵的线性方程组，以及，两个裂缝组的裂缝密度与所述刚度系数矩阵的线性方程组，进一步计算裂缝性储层中两个裂缝组的裂缝方位和裂缝密度，并根据两个裂缝组的裂缝方位和裂缝密度确定出裂缝性储层的裂缝发育状态。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请实施例中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的裂缝发育状态的识别方法的第一种流程示意图。
图2为本申请实施例提供的单斜介质模型的图像示意图。
图3为观测系统及炮点分布的示意图。
图4为本申请实施例提供的裂缝发育状态的识别方法的第二种流程示意图。
图5为测线L000的初至拾取的示意图。
图6为测线L000的共炮点走时曲线的示意图。
图7为测线L000的慢度矢量的垂直分量的示意图。
图8为测线L000的偏振矢量的示意图。
图9为裂缝性储层中第一个裂缝组的裂缝方位的示意图。
图10为裂缝性储层中第二个裂缝组的裂缝方位的示意图。
图11为本申请实施例提供的裂缝发育状态的识别装置的结构示意图。
图12为本申请实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本说明书中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本说明书一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本说明书中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本说明书保护的范围。
如前文所述，通常情况下，深部油气储层往往会发育两组或者更多组不同发育程度的裂缝，此类储层模型更接近于多组多尺度裂缝模型。单斜介质模型是对多组多裂缝模型的最为逼近的近似，而目前关于单斜介质的参数反演的研究不多，目前尚没有相关应用。
为此，本申请旨在提出一种可以对包含两个裂缝组的裂缝性储层进行单斜介质的参数反演的方案，能够预测裂缝性储层的裂缝发育状态。
一方面，本申请实施例提供裂缝发育状态的识别方法，图1是该识别方法的流程图，包括如下步骤：
S102，从裂缝性储层对应三分量的VSP地震波中提取慢度矢量和偏振矢量，所述裂缝性储层具有两个裂缝组。
应理解，三分量的VSP地震波是指基于X、Y、Z三轴坐标系所表达的VSP地震波。
本步骤将VSP地震波中的X分量和Y分量校正至同一方位，以基于矫正后的VSP地震波确定新的水平面上的R分量和T分量，并对处于同一垂直面上的Z分量和R分量进行旋转定位后，进行上下波分离，得到Z’分量、R’分量、T’分量的下行波；
之后，从Z’分量、R’分量、T’分量的下行波中拾取qP波初至，将qP波初至按照共炮点组成走时曲线，并从所述走时曲线中提取不同深度检波点的慢度矢量；
同时，从Z’分量、R’分量、T’分量的下行波中拾取qP波的振幅，建立qP波对应振幅的协方差矩阵，并对所述协方差矩阵进行特征向量编码，得到所述VSP地震波的偏振矢量。
S104，建立包含两个裂缝组的单斜介质模型，基于所述慢度矢量和所述偏振矢量反演所述单斜介质模型的弱各向异性参数，并确定所述弱各向异性参数对应的刚度系数矩阵。
具体地，本步骤首先构建所述单斜介质模型的反演公式，所述反演公式表征有所述慢度矢量、所述偏振矢量和所述单斜介质模型的弱各向异性参数之间数学关系；之后，按照所述慢度矢量和所述偏振矢量的的计算方程，对所述单斜介质模型的弱各向异性参数进行反演。
其中，作为一种可行的方案，所述单斜介质模型的反演公式为：
Figure BDA0003677768240000071
上式中，其中，α和β分别表示VSP地震波在各向同性参考介质中qP波和qS波的速度，η(3)表示各向同性参考介质中qP波慢度矢量的垂直分量，Δη(3)是观测到的qP波的慢度矢量垂直分量的扰动值，B13和B33为弱各向异性矩阵中元素，
Figure BDA0003677768240000072
为接收点i的各向同性参考介质中沿P波入射的单位矢量，
Figure BDA0003677768240000073
表示接收点的一个偏振矢量，
Figure BDA0003677768240000074
ni表示波前法向，
Figure BDA0003677768240000075
Figure BDA0003677768240000076
c-1表示qP波的慢度矢量。
S106，基于两个裂缝组的对称轴方位与刚度系数矩阵的线性方程组，以及，两个裂缝组的裂缝密度与刚度系数矩阵的线性方程组，确定两个裂缝组的裂缝方位和裂缝密度。
具体地，所述两个裂缝组的对称轴方位与所述刚度系数矩阵的线性方程组为：
Figure BDA0003677768240000081
Figure BDA0003677768240000082
所述两个裂缝组的裂缝密度与所述刚度系数矩阵的线性方程组为：
Figure BDA0003677768240000083
Figure BDA0003677768240000084
其中，
Figure BDA0003677768240000085
表示所述两个裂缝组中一者的对称轴方位的角度，
Figure BDA0003677768240000086
表示所述两个裂缝组中另一者的对称轴方位的角度，g为各向同性介质的纵横波速度平方比，
Figure BDA0003677768240000087
H＝(-1+g)A-(-1+2g)(D1+c33(gE1-2(1+g)))，
Figure BDA0003677768240000088
B＝c16+c26-2c36，D1＝c11+c22，D2＝-c11+c22，
Figure BDA0003677768240000089
cmj表示刚度系数矩阵C中第m行第j列的取值，
Figure BDA00036777682400000810
S108，基于两个裂缝组的裂缝方位和裂缝密度，确定裂缝性储层的裂缝发育状态。
本申请实施例的方法能够对包含两个裂缝组的裂缝性储层进行裂缝发育状态预测。具体地，从裂缝性储层对应三分量的VSP地震波提取慢度矢量和偏振矢量，并建立包含两个裂缝组的单斜介质模型后，使用慢度矢量和所述偏振矢量反演单斜介质模型的弱各向异性参数，从而确定刚度系数矩阵；之后，基于两个裂缝组的对称轴方位与所述刚度系数矩阵的线性方程组，以及，两个裂缝组的裂缝密度与所述刚度系数矩阵的线性方程组，进一步计算裂缝性储层中两个裂缝组的裂缝方位和裂缝密度，并根据两个裂缝组的裂缝方位和裂缝密度确定出裂缝性储层的裂缝发育状态。
下面对本申请实施例的方法进行详细介绍。
此本申请针对发育两个裂缝组的裂缝性储层，提出了一种利用三分量VSP地震走时反演两组裂缝方位和密度的方法。首先，基于线性滑动理论，建立了含两组裂缝储层的等效单斜介质模型，该模型有13个独立的刚度系数；之后，基于一阶扰动法，利用实际观测中qP波的慢度矢量和偏振矢量反演单斜介质的弱各向异性矩阵，进而得到其刚度系数矩阵。在实际油气勘探中，刚度系数的地质意义不明确，因此最后建立了用单斜介质刚度系数描述两组裂缝的对称轴方位和裂缝密度的线性方程组，获得了裂缝方位和裂缝密度。本申请实施例的方法应用于塔河油田托甫台地区，可有效预测了目的层段两组裂缝的方位与裂缝密度，并通过地质分析，验证了反演结果的可靠性。
一、包含两个裂缝组的单斜介质模型
目前被认为最接近多组多尺度裂缝介质的地球物理模型为单斜各向异性(Monoclinic Anisotropy，MA)介质模型，又称单斜介质模型。单斜各向异性介质有一个对称面，它的弹性特征可以由13个独立的刚度系数矩阵元素来描述。这里，将裂缝视为无限延伸且非常松软的平面，根据线性滑动理论，将具有多组裂缝的地层的柔度矩阵等效为背景介质的柔度矩阵和多组裂缝产生的柔度矩阵之和。对总的柔度矩阵求逆得到其刚度系数矩阵。
Figure BDA0003677768240000101
其中，Sb是背景各向同性介质的柔度矩阵，Sfi代表i组裂缝产生的柔度矩阵。
这里，将发育两组裂缝的储层等效为在各向同性背景介质下，含两组斜交裂缝诱导形成的单斜介质模型。如图2所示，该单斜介质模型的坐标系为x-y-z三个分量，设z轴正方向垂直向下，水平面内x和y轴分别保持与垂直传播的快慢横波的偏振矢量方向一致，两组裂缝的法向与垂直传播快慢横波的偏振方向也就是x轴形成的夹角分别为
Figure BDA0003677768240000102
和
Figure BDA0003677768240000103
通常情况下，各向异性介质的刚度系数矩阵是在以介质为研究对象的坐标系坐标系下给出的，自然坐标系在实际地层中的分布是客观的。在反演裂缝的参数时，需要对刚度系数矩阵进行坐标变换，将自然坐标系下的刚度系数矩阵变换到观测坐标系下的弹性系数矩阵。本申请所采用单斜介质模型只具有一个水平对称面，此时可以认为自然坐标系和观测坐标系方向一致，整体坐标系统一为观测坐标系。
Grechka等人推导发现如果设定的水平坐标x轴和y轴与垂直传播的快慢横波偏振方向重合，那么在这个坐标系中刚度系数c45消失了，这时候描述地震波传播具有最简单形式。独立的弹性参数从13个减少到12个，其刚度系数矩阵为：
Figure BDA0003677768240000111
二、弱各向异性参数反演
基于观察到在实际地层中许多地壳岩石为弱各向异性介质，
Figure BDA0003677768240000118
采用一阶扰动法归纳了任意弱各向异性介质中qP波相速度和偏振矢量扰动的近似表达式。在弱各向异性介质中，qP波的慢度矢量c-1和偏振矢量gi可以表示为：
Figure BDA0003677768240000112
Figure BDA0003677768240000113
公式(2.1)和(2.2)中，α和β分别表示地震波在各向同性参考介质中qP波和qS波的速度；pk(k＝1，2，3)是弱各向异性介质的慢度矢量，pkek＝c-2；ei (1)，ei (2)和ei (3)(i＝1，2，3)分别为接收点的各向同性参考介质中沿P波入射的3个相互垂直的的单位矢量；ni是波前面法线；ei (1)和ei (2)可以在垂直于ni的平面内任意选取，它们与波前面法线n关系如下：
Figure BDA0003677768240000114
公式(2.3)中D在分母上，为了避免当D＝0或者非常接近于零时出现分母为零的情况，设波前面法线
Figure BDA0003677768240000115
其中
Figure BDA0003677768240000116
是方位角，θ是波传播方向与z轴的夹角
Figure BDA0003677768240000117
则D＝sinθ。公式(2.3)中e(1)和e(2)改写成：
Figure BDA0003677768240000121
公式(2.1)和(2.2)中的B13、B23和B33被称为弱各向异性矩阵元素，是关于各向异性介质刚度矩阵元素的函数。Jech和
Figure BDA0003677768240000125
给出了一般弱各向异性矩阵Bmn的表达式：
Bmn＝(aijkl-a0 ijkl)ninjej (m)ek (n) (2.5)
其中，
Figure BDA0003677768240000122
为各向同性参考介质的密度归一化弹性参数，aijkl是各向异性介质刚度系数矩阵元素cijkl的密度归一化表达式，aijkl＝cijkl/ρ。如同各向异性介质的刚度矩阵元素cijkl具有对称性，可用Voigt矩阵形式将aijkl压缩为6×6矩阵amn(i，j＝1，2，...6)。
基于一般弱各向异性矩阵表达式，这里将单斜介质模型刚度系数矩阵C带入公式(2.5)中，那么公式(2.1)和(2.2)中的B13、B23和B33可以展开为：
Figure BDA0003677768240000123
Figure BDA0003677768240000124
Figure BDA0003677768240000131
Figure BDA0003677768240000132
公式(2.6)、(2.7)和(2.8)是由单斜介质密度归一化弹性参数作为代求量的线性方程组。方程的左侧是弱各向异性矩阵元素，与qP波的慢度矢量和偏振矢量有关。在实际观测中利用地震波走时数据提取慢度矢量和偏振矢量，就能够获得弱各向异性矩阵元素B13、B23和B33，进而可以获得单斜介质模型的刚度系数矩阵。
很多实际地震观测受到观测条件的限制，往往不能得到慢度矢量的所有分量。郑需要等人消去了qP波慢度矢量的两个水平分量，建立了qP波在已知偏振矢量和慢度矢量的垂直分量的情况下，反演介质弱各向异性参数的一般公式：
Figure BDA0003677768240000133
其中，η(3)是各向同性参考介质中qP波慢度矢量的垂直分量，Δη(3)是观测到的qP波的慢度矢量垂直分量的扰动值。
公式(2.6)、(2.7)和(2.7)中包含12个密度归一化弹性参数，若是完全确定这12个元素，需布设多条Walkaway VSP剖面。观测坐标系选定为XYZ，X轴和Y轴分别与地理北和地理东方向一致，Z轴代表井轴，垂直向下为正向。如果仅使用一条Walkaway VSP剖面，优选剖面和井所构成的平面与(X，Z)平面相同的测线，qP波在这个平面内传播时，慢度矢量在n2方向(Y轴)的投影为零，公式(2.9)中有4个密度归一化弹性参数，它们分别是a11、a13、a33和a55，利用qP波可以反演得到4个密度归一化弹性参数。如果可选取两条Walkaway VSP剖面，优选第一个剖面位于(X，Z)平面，第二个位于(Y，Z)平面，构成两个相互正交的Walkaway VSP剖面，每个剖面都可得到4个密度归一化弹性参数，其中有一个共同参数a33。对这两个剖面进行联合反演，可得到a11、a13、a33、a55、a22、a23和a44共7个密度归一化弹性参数。其他密度归一化弹性参数可任意选取方位反演。大多数地震数据服从高斯分布，符合最小二乘目标函数法的应用条件，而奇异值分解(Singular Value Decomposition，SVD)法是解决最小二乘问题的重要工具，且奇异值分解法适用于数值型数据，具有简化数据和去除噪声的优点。因此这里采用SVD法求解上述方程组，获得单斜介质的密度归一化弹性参数。
在实际油气勘探中，刚度系数的地质意义不明确，因此考虑用比刚度系数更具有明确地质意义的裂缝有关的岩石物理参数。Bakulin指出当两组裂缝的法向弱度和切向弱度都远远小于1，也就是单斜介质为弱各向异性介质时，采用单斜各向异性介质的Thomsen参数求解裂缝的方位对称轴和qP波垂直速度等。基于两组裂缝的弱各向异性近似，这里建立了用单斜介质刚度系数矩阵计算两组裂缝的对称轴方位和裂缝密度的线性方程组。
两组裂缝对称轴方位的表达式为：
Figure BDA0003677768240000141
Figure BDA0003677768240000142
两组裂缝的裂缝密度表达式为：
Figure BDA0003677768240000151
Figure BDA0003677768240000152
其中，
Figure BDA0003677768240000153
g为各向同性介质的纵横波速度平方比；A、B、D1、D2、E1、E2、F和H是单斜介质的刚度系数矩阵的组合形式。
三、VSP地震波的慢度矢量和偏振矢量提取
3.1慢度矢量
地震波在弱各向异性介质中传播时，其慢度矢量的近似表达式为：
Figure BDA0003677768240000154
其中，
Figure BDA0003677768240000155
为各向同性参考介质中的慢度矢量，Δpi是它的扰动；ii、ji、ki分别为沿着X、Y和Z轴的单位矢量的第i个分量。ξ＝v0 -1n1、ζ＝v0 -1n2和η＝v0 -1n3分别表示慢度矢量
Figure BDA0003677768240000156
的两个水平分量和一个垂直分量，Δξ，Δζ和Δη是它们的扰动。对于qP波v0＝α。
慢度矢量可以通过走时曲线获得。通常，Walkaway VSP走时曲线可分成两种：一是共检点的(检波器)走时曲线。基于地震波的走时互易原理，当介质的横向非均匀性比较弱时，就可将检波点看成炮点；如果介质是横向均匀的，可以将炮点到检波点的走时看成是接收点到炮点的走时；但如果介质的横向非均匀性很强时，就无法获取水平分量的慢度矢量。这时如果需要得到水平分量的慢度矢量，则需要依靠相临近井中的地震数据。二是共炮点走时曲线，也就是把炮点当作震源，井中不同深度处的检波器为接收点。一般情况取横坐标作为深度，纵坐标作为地震波的走时。在许多情况下，实际地震观测中受到多种原因限制。当只有一个钻井存在的情况下，只能获得慢度矢量的垂直分量。
这里，利用共炮点走时曲线的斜率，获得检波点处慢度矢量的垂直分量。沿不同测线可以获得多条共炮点的走时曲线，每条测线上的炮点数量和共炮点走时曲线数量是一致的。具体做法是，通过Walkaway VSP临近2个检波器时差dt和深度差dh的比值获得慢度矢量垂直分量：
Figure BDA0003677768240000161
当Walkaway VSP三分量记录的共炮点曲线并不光滑，一阶导数均不连续甚至不存在时，需要对共炮点走时曲线进行相应的光滑处理，使用最小二乘三次样条函数对共炮点的走时数据进行拟合，进而获得较为可靠的慢度矢量垂直分量。
3.2偏振矢量
地震波传播过程中，质点空间振动被视为椭球运动，其运动轨迹可以认为是空间点的集合，这里利用协方差矩阵统计其空间运动规律，矩阵的特征向量与特征值能够有效的确定偏振椭球各个轴的大小和椭球的空间坐标及其标准的椭球方程，进而获得质点运动轨迹偏振矢量。该方法获得的qP波偏振矢量较为简单、便捷、稳定，且不存在奇异问题。
对于Walkaway VSP三分量记录，首先计算其数学期望，选取三分量记录中N个采样点作为一个时窗T(t1，t2)，对应时窗内三个分量值xi、yi、zi的数学期望分别为：
Figure BDA0003677768240000171
那么协方差矩阵为：
Figure BDA0003677768240000172
其中，∑为
Figure BDA0003677768240000173
A＝xi-mx，B＝yi-my，C＝zi-mz。
通过对公式(3.4)协方差矩阵求解，可以计算出特征向量与特征值。一般可获得三个特征值：λ1、λ2、λ3，这三个特征值均分别对应三组特征向量，其中，最大特征值对应的特征向量就是qP波的偏振矢量。
四、实际应用
4.1观测系统
将该方法应用于三分量Walkaway VSP数据，采用了26级等间距检波器，其所在深度为3500～3750米，间距为10米，采样间隔是1毫秒。如图3所示，由四条测线组成一个Walkaway VSP观测系统，其中，测线L000、L030、L090和L120上分别布设有164个、166个、167个、163个炮点，它们分布在井两侧-4.1～4.1千米范围内。四条测线方位角分别为0°，30°，90°和120°。测线L000与坐标轴X重合，测线L090与坐标轴Y重合，井轴向下为Z轴正方向。
4.2数据处理
VSP数据处理流程分为4个大步骤，如图4所示。第一步是波场分离；第二步慢度矢量提取；第三步偏振矢量提取；第四步是两组裂缝的裂缝密度和对称轴方位角反演。
第一步是波场分离，波场分离又分为检波器方位旋转、ZR旋转和上下行波分离。由于井中每一级三分量检波器之间是软连接，不同检波点的水平分量在X、Y轴的方位是随机的，无法直接提取慢度矢量和偏振矢量，因此需要先把检波器的X、Y分量校正到同一方位，形成新的水平分量R和T(后文简称R分量和T分量)。为了完全将P波分离出来，对处于同一垂直面上的Z分量和R分量再次进行旋转定向，得到新的Z’和R’分量。ZR旋转后各分量中的上行波和下行波仍混叠在一起，接着将上下行波进行分离，得到分离后的Z’、R’、T’三个分量的下行波。
第二步是慢度矢量拾取，首先是在波场分离后的Z’分量记录中拾取P波初至，将初至按照共炮点组成走时曲线，根据前述慢度矢量计算方法，对不同深度检波点的地震波提取了其慢度矢量的垂直分量。如图5所示以测线L000为例，从波场分离后的地震剖面上拾取该测线上炮点号46(图5a)和100(图5b)的P波初至(图5椭圆线框处)。
进一步参考图6，图6绘制了测线L000上炮点号46(图6左边部分)和炮点号100(图6右边部分)的共炮点走时曲线。横坐标为检波点到井口的距离，纵坐标为地震波走时，可以看出共炮点走时曲线随着深度增大而增大。图中散点为不同深度拾取的实际走时数据，可以看出共炮点走时曲线是不光滑的，一阶导数不连续甚至不存在，不利于后续慢度矢量的计算。因此采用最小二乘三次样条函数对共炮点走时数据进行拟合，对应的绿色线段为拟合趋势线。
进一步参考图7，图7给出了由测线L000共炮点走时曲线斜率计算得到的检波点5(图7a)和检波点20(图7b)处慢度矢量的垂直分量。qP波的慢度矢量曲线比较光滑，可信度较高。
第三步是偏振矢量提取。根据前述偏振矢量提取方法，以L000测线为例，选取15～20个样点作为一个时窗，分别拾取波场分离后的VSP三分量初至的振幅值，计算每个样点的数学期望，然后建立协方差矩阵，对该矩阵求解特征值及其特征向量，确定qP波的偏振矢量。参考图8，根据计算结果绘制了一个时窗内不同深度的偏振矢量三分量图，散点分别代表偏振矢量的两个水平分量(图8a和图8b)和垂直分量(图8c)，对应的线段为拟合趋势线。可以看出，一个时窗内不同深度的qP波偏振矢量近似二次曲线形式，偏振矢量异常点较多，曲率变化较为剧烈。
经过上述步骤得到不同测线的慢度矢量垂直分量与偏振矢量带入公式(2.9)中，获得弱各向异性矩阵元素B13和B33，然后采用SVD法求出不同测线上单斜介质模型的密度归一化弹性参数，再将其带入两组裂缝的对称轴方位和裂缝密度的线性方程组公式(2.10)至(2.13)中，最终得到两组裂缝的裂缝密度和方位角。
对于测线L000，令测线沿x方向，方位角
Figure BDA0003677768240000201
则有
Figure BDA0003677768240000202
公式(2.6)和(2.8)改写成：
Figure BDA0003677768240000203
对于测线L090，令测线沿y方向，方位角
Figure BDA0003677768240000204
则有
Figure BDA0003677768240000205
Figure BDA0003677768240000206
公式(2.6)和(2.8)改写成：
Figure BDA0003677768240000207
对于测线L030和L120，方位角
Figure BDA0003677768240000208
分别为30°和120°，公式(2.6)和(2.8)改写成：
Figure BDA0003677768240000209
Figure BDA0003677768240000211
4.3反演结果分析
利用公式(2.12)和(2.13)，可以得到了两组裂缝的裂缝密度和方位角，如表1所示。
表1两组裂缝的裂缝密度和方位统计
Figure BDA0003677768240000212
根据表1中统计的不同深度接收点的裂缝方位，绘制了裂缝方位以及相应检波点分布的玫瑰花图。如图9所示，第一组裂缝方位主要集中在NNE向，顺时针从N到SE向，黑色小三角为对应检波点出现的次数，分别为6次、6次、4次、8次和1次。
如图10所示，第二组裂缝方位主要集中在NNW向，逆时针从N到W向，黑色小三角为对应检波点出现的次数，分别为9次、6次、6次、6次和4次。
可以看出，本申请针对发育两个裂缝组的裂缝性储层，提出了一种利用三分量VSP地震走时反演两组裂缝方位和密度的方法。建立了发育两组裂缝储层的等效裂缝模型，获得了其刚度系数矩阵元素表示两组裂缝参数的线性方程组，最后反演得到目的层段的裂缝方位和密度。将该方法应用于三分量Walkaway VSP资料取得了一定的成功，结合地质分析，验证了反演出的两个裂缝组主要裂缝方位(NNE向和NNW向)的可靠性。因此，可以认为利用三分量VSP地震走时反演两组裂缝方位和密度的方法有可能成为预测深部油气储层中多组多尺度裂缝系统的发育特征的一种可行的技术。
另一方面，本申请实施例还提供一种裂缝发育状态的识别装置。图11是该识别装置的结构示意图，包括：
提取模块1110，用于从裂缝性储层对应三分量的VSP地震波中提取慢度矢量和偏振矢量，所述裂缝性储层具有两个裂缝组；
反演模块1120，用于建立包含所述两个裂缝组的单斜介质模型，基于所述慢度矢量和所述偏振矢量反演所述单斜介质模型的弱各向异性参数，并确定所述弱各向异性参数对应的刚度系数矩阵；
计算模块1130，用于基于所述两个裂缝组的对称轴方位与所述刚度系数矩阵的线性方程组，以及，所述两个裂缝组的裂缝密度与所述刚度系数矩阵的线性方程组，确定所述两个裂缝组的裂缝方位和裂缝密度；
确定模块1140，用于基于所述两个裂缝组的裂缝方位和裂缝密度，确定所述裂缝性储层的裂缝发育状态。
本申请实施例的装置能够对包含两个裂缝组的裂缝性储层进行裂缝发育状态预测。具体地，从裂缝性储层对应三分量的VSP地震波提取慢度矢量和偏振矢量，并建立包含两个裂缝组的单斜介质模型后，使用慢度矢量和所述偏振矢量反演单斜介质模型的弱各向异性参数，从而确定刚度系数矩阵；之后，基于两个裂缝组的对称轴方位与所述刚度系数矩阵的线性方程组，以及，两个裂缝组的裂缝密度与所述刚度系数矩阵的线性方程组，进一步计算裂缝性储层中两个裂缝组的裂缝方位和裂缝密度，并根据两个裂缝组的裂缝方位和裂缝密度确定出裂缝性储层的裂缝发育状态。
可选地，反演模块1120基于所述慢度矢量和所述偏振矢量反演所述单斜介质模型的弱各向异性参数，包括：构建所述单斜介质模型的反演公式，所述反演公式表征有所述慢度矢量、所述偏振矢量和所述单斜介质模型的弱各向异性参数之间数学关系；按照所述反演公式，对所述单斜介质模型的弱各向异性参数进行反演。
可选地，所述单斜介质模型的反演公式为：
Figure BDA0003677768240000231
其中，α和β分别表示VSP地震波在各向同性参考介质中qP波和qS波的速度，η(3)表示各向同性参考介质中qP波慢度矢量的垂直分量，Δη(3)是观测到的qP波的慢度矢量垂直分量的扰动值，B13和B33为弱各向异性矩阵中元素，
Figure BDA0003677768240000241
为接收点i的各向同性参考介质中沿P波入射的单位矢量，
Figure BDA0003677768240000242
表示接收点的一个偏振矢量，
Figure BDA0003677768240000243
ni表示波前法向，
Figure BDA0003677768240000244
c-1表示qP波的慢度矢量。
可选地，所述两个裂缝组的对称轴方位与所述刚度系数矩阵的线性方程组为：
Figure BDA0003677768240000245
Figure BDA0003677768240000246
所述两个裂缝组的裂缝密度与所述刚度系数矩阵的线性方程组为：
Figure BDA0003677768240000247
Figure BDA0003677768240000248
其中，
Figure BDA0003677768240000249
表示所述两个裂缝组中一者的对称轴方位的角度，
Figure BDA00036777682400002410
表示所述两个裂缝组中另一者的对称轴方位的角度，g为各向同性介质的纵横波速度平方比，
Figure BDA00036777682400002411
H＝(-1+g)A-(-1+2g)(D1+c33(gE1-2(1+g)))，
Figure BDA00036777682400002412
B＝c16+c26-2c36，D1＝c11+c22，D2＝-c11+c22，
Figure BDA00036777682400002413
cmj表示刚度系数矩阵C中第m行第j列的取值，
Figure BDA0003677768240000251
e1表示所述两个裂缝组中一者的裂缝密度，e2表示所述两个裂缝组中另一者的裂缝密度。
可选地，提取模块1110从裂缝性储层对应三分量的VSP地震波中提取慢度矢量和偏振矢量，包括：将VSP地震波中的X分量和Y分量校正至同一方位，以基于矫正后的VSP地震波确定新的水平面上的R分量和T分量，对处于同一垂直面上的Z分量和R分量进行旋转定位后，对所述VSP地震波进行上下波分离，得到Z’分量、R’分量、T’分量的下行波；从Z’分量、R’分量、T’分量的下行波中拾取qP波初至，将qP波初至按照共炮点组成走时曲线，并从所述走时曲线中提取不同深度检波点的慢度矢量；以及，从Z’分量、R’分量、T’分量的下行波中拾取qP波的振幅，建立qP波对应振幅的协方差矩阵，并对所述协方差矩阵进行特征向量编码，得到所述VSP地震波的偏振矢量。
可选地，所述单斜介质模型用于在一个水平对称面上以刚度系数矩阵描述单斜介质的弹性参数。
图12是本说明书的一个实施例电子设备的结构示意图。请参考图12，在硬件层面，该电子设备包括处理器，可选地还包括内部总线、网络接口、存储器。其中，存储器可能包含内存，例如高速随机存取存储器(Random-Access Memory，RAM)，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少1个磁盘存储器等。当然，该电子设备还可能包括其他业务所需要的硬件。
处理器、网络接口和存储器可以通过内部总线相互连接，该内部总线可以是ISA(Industry Standard Architecture，工业标准体系结构)总线、PCI(PeripheralComponent Interconnect，外设部件互连标准)总线或EISA(Extended Industry StandardArchitecture，扩展工业标准结构)总线等。所述总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图12中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
存储器，用于存放程序。具体地，程序可以包括程序代码，所述程序代码包括计算机操作指令。存储器可以包括内存和非易失性存储器，并向处理器提供指令和数据。
其中，处理器从非易失性存储器中读取对应的计算机程序到内存中然后运行，在逻辑层面上形成上述裂缝发育状态的识别装置。对应地，处理器，执行存储器所存放的程序，并具体用于执行以下操作：
从裂缝性储层对应三分量的VSP地震波中提取慢度矢量和偏振矢量，所述裂缝性储层具有两个裂缝组。
建立包含所述两个裂缝组的单斜介质模型，基于所述慢度矢量和所述偏振矢量反演所述单斜介质模型的弱各向异性参数，并确定所述弱各向异性参数对应的刚度系数矩阵。
基于所述两个裂缝组的对称轴方位与所述刚度系数矩阵的线性方程组，以及，所述两个裂缝组的裂缝密度与所述刚度系数矩阵的线性方程组，确定所述两个裂缝组的裂缝方位和裂缝密度。
基于所述两个裂缝组的裂缝方位和裂缝密度，确定所述裂缝性储层的裂缝发育状态。
上述如本说明书图1所示实施例揭示的方法可以应用于处理器中，由处理器实现。处理器可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，CPU)、网络处理器(NetworkProcessor，NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本申请实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本申请实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。
应理解，本申请实施例的电子设备可以使业务处理装置实现对应于图1所示方法中的步骤和功能。由于原理相同，本文不再赘述。
当然，除了软件实现方式之外，本说明书的电子设备并不排除其他实现方式，比如逻辑器件抑或软硬件结合的方式等等，也就是说以下处理流程的执行主体并不限定于各个逻辑单元，也可以是硬件或逻辑器件。
此外，本申请实施例还提出了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质存储一个或多个程序，该一个或多个程序包括指令。
其中，上述指令当被包括多个应用程序的便携式电子设备执行时，能够使该便携式电子设备执行图1所示方法的步骤，包括：
从裂缝性储层对应三分量的VSP地震波中提取慢度矢量和偏振矢量，所述裂缝性储层具有两个裂缝组。
建立包含所述两个裂缝组的单斜介质模型，基于所述慢度矢量和所述偏振矢量反演所述单斜介质模型的弱各向异性参数，并确定所述弱各向异性参数对应的刚度系数矩阵。
基于所述两个裂缝组的对称轴方位与所述刚度系数矩阵的线性方程组，以及，所述两个裂缝组的裂缝密度与所述刚度系数矩阵的线性方程组，确定所述两个裂缝组的裂缝方位和裂缝密度。
基于所述两个裂缝组的裂缝方位和裂缝密度，确定所述裂缝性储层的裂缝发育状态。
本领域技术人员应明白，本说明书的实施例可提供为方法、系统或计算机程序产品。因此，本说明书可采用完全硬件实施例、完全软件实施例或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本说明书可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
上述对本说明书特定实施例进行了描述。其它实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
以上仅为本说明书的实施例而已，并不用于限制本说明书。对于本领域技术人员来说，本说明书可以有各种更改和变化。凡在本说明书的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本说明书的权利要求范围之内。此外，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本文件的保护范围。

Claims (10)

1.一种裂缝发育状态的识别方法，其特征在于，包括：
从裂缝性储层对应三分量的VSP地震波中提取慢度矢量和偏振矢量，所述裂缝性储层具有两个裂缝组；
建立包含所述两个裂缝组的单斜介质模型，基于所述慢度矢量和所述偏振矢量反演所述单斜介质模型的弱各向异性参数，并确定所述弱各向异性参数对应的刚度系数矩阵；
基于所述两个裂缝组的对称轴方位与所述刚度系数矩阵的线性方程组，以及，所述两个裂缝组的裂缝密度与所述刚度系数矩阵的线性方程组，确定所述两个裂缝组的裂缝方位和裂缝密度；
基于所述两个裂缝组的裂缝方位和裂缝密度，确定所述裂缝性储层的裂缝发育状态。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
基于所述慢度矢量和所述偏振矢量反演所述单斜介质模型的弱各向异性参数，包括：
构建所述单斜介质模型的反演公式，所述反演公式表征有所述慢度矢量、所述偏振矢量和所述单斜介质模型的弱各向异性参数之间数学关系；
按照所述反演公式，对所述单斜介质模型的弱各向异性参数进行反演。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，
所述反演公式为：
Figure FDA0003677768230000021
其中，α和β分别表示VSP地震波在各向同性参考介质中qP波和qS波的速度，η(3)表示各向同性参考介质中qP波慢度矢量的垂直分量，Δη(3)是观测到的qP波的慢度矢量垂直分量的扰动值，B13和B33为弱各向异性矩阵中元素，
Figure FDA0003677768230000022
为接收点i的各向同性参考介质中沿P波入射的单位矢量，
Figure FDA0003677768230000023
表示接收点的一个偏振矢量，
Figure FDA0003677768230000024
ni表示波前法向，
Figure FDA0003677768230000025
c-1表示qP波的慢度矢量。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，
所述两个裂缝组的对称轴方位与所述刚度系数矩阵的线性方程组为：
Figure FDA0003677768230000026
Figure FDA0003677768230000027
其中，
Figure FDA0003677768230000028
表示所述两个裂缝组中一者的对称轴方位的角度，
Figure FDA0003677768230000029
表示所述两个裂缝组中另一者的对称轴方位的角度，g为各向同性介质的纵横波速度平方比，
Figure FDA00036777682300000210
H＝(-1+g)A-(-1+2g)(D1+c33(gE1-2(1+g)))，
Figure FDA00036777682300000211
B＝c16+c26-2c36，D1＝c11+c22，D2＝-c11+c22，
Figure FDA00036777682300000212
cmj表示刚度系数矩阵C中第m行第j列的取值，
Figure FDA00036777682300000213
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，
所述两个裂缝组的裂缝密度与所述刚度系数矩阵的线性方程组为：
Figure FDA0003677768230000031
Figure FDA0003677768230000032
其中，e1表示所述两个裂缝组中一者的裂缝密度，e2表示所述两个裂缝组中另一者的裂缝密度。
6.根据权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于，
从裂缝性储层对应三分量的VSP地震波中提取慢度矢量和偏振矢量，包括：
将VSP地震波中的X分量和Y分量校正至同一方位，以基于矫正后的VSP地震波确定新的水平面上的R分量和T分量，并对处于同一垂直面上的Z分量和R分量进行旋转定位后，进行上下波分离，得到Z’分量、R’分量、T’的下行波；
从Z’分量、R’分量、T’的下行波中拾取qP波初至，将qP波初至按照共炮点组成走时曲线，并从所述走时曲线中提取不同深度检波点的慢度矢量；以及，从Z’分量、R’分量、T’的下行波中拾取qP波的振幅，建立qP波对应振幅的协方差矩阵，并对所述协方差矩阵进行特征向量编码，得到所述VSP地震波的偏振矢量。
7.根据权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于，
所述单斜介质模型用于在一个水平对称面上以刚度系数矩阵描述单斜介质的弹性参数。
8.一种裂缝发育状态的识别装置，其特征在于，包括：
提取模块，用于从裂缝性储层对应三分量的VSP地震波中提取慢度矢量和偏振矢量，所述裂缝性储层具有两个裂缝组；
反演模块，用于建立包含所述两个裂缝组的单斜介质模型，基于所述慢度矢量和所述偏振矢量反演所述单斜介质模型的弱各向异性参数，并确定所述弱各向异性参数对应的刚度系数矩阵；
计算模块，用于基于所述两个裂缝组的对称轴方位与所述刚度系数矩阵的线性方程组，以及，所述两个裂缝组的裂缝密度与所述刚度系数矩阵的线性方程组，确定所述两个裂缝组的裂缝方位和裂缝密度；
确定模块，用于基于所述两个裂缝组的裂缝方位和裂缝密度，确定所述裂缝性储层的裂缝发育状态。
9.一种电子设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行：
从裂缝性储层对应三分量的VSP地震波中提取慢度矢量和偏振矢量，所述裂缝性储层具有两个裂缝组；
建立包含所述两个裂缝组的单斜介质模型，基于所述慢度矢量和所述偏振矢量反演所述单斜介质模型的弱各向异性参数，并确定所述弱各向异性参数对应的刚度系数矩阵；
基于所述两个裂缝组的对称轴方位与所述刚度系数矩阵的线性方程组，以及，所述两个裂缝组的裂缝密度与所述刚度系数矩阵的线性方程组，确定所述两个裂缝组的裂缝方位和裂缝密度；
基于所述两个裂缝组的裂缝方位和裂缝密度，确定所述裂缝性储层的裂缝发育状态。
10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如下步骤：
从裂缝性储层对应三分量的VSP地震波中提取慢度矢量和偏振矢量，所述裂缝性储层具有两个裂缝组；
建立包含所述两个裂缝组的单斜介质模型，基于所述慢度矢量和所述偏振矢量反演所述单斜介质模型的弱各向异性参数，并确定所述弱各向异性参数对应的刚度系数矩阵；
基于所述两个裂缝组的对称轴方位与所述刚度系数矩阵的线性方程组，以及，所述两个裂缝组的裂缝密度与所述刚度系数矩阵的线性方程组，确定所述两个裂缝组的裂缝方位和裂缝密度；
基于所述两个裂缝组的裂缝方位和裂缝密度，确定所述裂缝性储层的裂缝发育状态。
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