专利名称：一种利用地震资料进行检测储层裂缝发育方向的方法
技术领域：
本发明属于石油地震勘探与油气田开发领域中对储层裂缝发育方向进行检测的 方法，尤其涉及一种利用多波地震数据、正交性原理公式以及Alford旋转公式，推导出采 集系统坐标系与自然系统坐标系之间夹角的数学解析表达式，进而检测储层裂缝方向和密 度参数，对于油气开发具有重要的指导意义。
背景技术：
根据波的传播方向与振动方向，把地震波分为纵波P和横波S，纵波转换为横波称 为转换波PS。在多分量地震勘探中，利用纵波震源激发可以采集接收到纵波和转换波。储 层裂缝的方向和密度参数对于油气开发具有重要的指导意义。在裂缝发育的储层中，纵波 传播的速度和振幅随测线方向变化而变化，但这种变化量最大不到3%，在资料处理解释中 稍有误差就可能将这种方位变化掩盖。而横波进入这种介质后，一定会分裂为不同偏振方 向，通常正交的两个快慢横波。这两个横波具有不同振幅大小和快慢传播速度，一般强振幅 速度快的称之为快横波Si，反之为慢横波S2。裂缝的主方向就是快横波的方向。在多分量 地震资料采集观测系统中，沿测线方向埋置的检波器称之为X分量，垂直测线方向埋置的 检波器称之为Y分量。由X、Y分量确定的采集系统坐标与自然坐标(由Sl波和S2波定义 的裂缝系统)之间存在一个未知角度θ。开展多分量勘探的目的之一就是利用两个水平分量的资料，估算采集坐标和自然 坐标之间的夹角，从而确定裂缝发育的主方位。寻求两种坐标系之间的角度是裂缝检测技 术的关键。基于分离后快波应具有最强振幅、快慢波时差最大且波形最相似的假设下，发展 了很多方法，如能量比法、相似法准则。这些方法需要对方位角进行扫描，即从0-360度(或 至少是0-180度)，以等间隔的角度增量进行两分量旋转，在最大能量比或最大相似性准则 下，判断所用旋转角度是否为测线方向与裂缝方向的夹角。这些方法的假设有时并不符合 实际资料，如波形相似性假设，且角度扫描的方式使得计算效率大大降低。1999年DeVault等发表的“用多分量地震资料检测裂缝方法”(Method for fracture detection using multicomponent seismicdata)专利 技术(U. S. Pat. No. 5，999，486)，利用横波振幅随偏移距(AVO)变化的加权最小平方AVO分析方法，利用横 波AVO的截距和梯度反演各向异性参数。本方法是采用横波激发和接受的采集方式，利用 纯横波的AVO属性进行各向异性参数反演，近而导出裂缝参数，没有利用快慢横波分离的 重要信息。2004年Bale等发布的“确定快慢横波的偏振方向”(Determination of the fast and slow shear wave polarisation directions)专利技术(U. S. Pat. No. 6，826，485),应 用最小熵旋转法，推导出观测系统坐标与自然坐标系之间夹角的解析表达式。2005年Dariu等提出“用模拟退火方法分析双折射”技术(Birefringence analysis using simulated annealing)，该技术能够自动求取全部地层的各向异性参数， 提取的裂缝属性可靠。该方法基于快慢横波波形差异最小化的原理，这种假设与快横波具有强振幅和快速度的普遍现象具有较大的不同，可能适应于某些特殊情况，不具有普遍意 义。Horne等2005提出“转换波反射波形分层剥离检测倾斜裂缝”(Layer stripping converted reflected waveforms for dipping fractures)专利 技术(U. S. Pat. No. 6，862，531)，方法要求宽方位PS波资料，层剥离分析技术包括对第一层数据，用最小 化剩余能量法估算偏振方向，确定旋转角度；用动态互相关估算分离后快慢横波之间的时 间延迟；利用这些参数消除穿过地层对PS波分裂的影响；然后进行下一个地层的分析和校 正。该技术特点主要是分层剥离技术，对偏振方向的求取，所采用的方法是常规方法。目前所有方法只有Bale方法给出了采集坐标和自然坐标之间夹角的解析表达 式。但其解的形式有4个，它们的物理意义不明确，并且在实际应用中如何取舍角度是个问 题。
发明内容
本发明根据现有技术中存在技术问题，研发了一种利用地震资料进行检测储层裂 缝发育方向的方法。推导出能够用解析表达式表述地层裂缝发育主方向与采集系统坐标之 间夹角的解释式，表达式中角度的解具有明确的物理意义，并与野外多分量数据采集规律 相符，利用多分量地震资料和角度公式可以直接确定储层裂缝发育的方位。本发明为了解决实现上述发明目的，所采用的技术方案为，一种利用地震资料进行检测储层裂缝发育方向的方法，所述方法是建立在多分量 地震资料采集观测系统基础上，利用多波地震数据、正交性公式以及Alford旋转公式，推 导出二维三分量地震资料设置采集系统坐标系和自然系统坐标系之间的夹角；所述采集系 统坐标系将两个检波器分别埋置在炮点与检波点组成的测线方向上-χ方向和垂直于所述 测线方向-Y方向，形成采集系统坐标系；所述自然系统坐标系为实际横波进入裂缝地层发 生横波分裂，分裂为快横波Sl和慢横波S2，由快横波Sl和慢横波S2形成自然系统坐标系；所述在采集系统坐标系中，记录在水平分量X、Y的复合地震波场，包含了自然系 统坐标系中快、慢分裂横波的反射信息，快、慢横波的偏振方式满足正交偏振，利用正交性 公式以及Alford旋转公式，推导出所述采集系统坐标系与自然系统坐标系夹角的解析表 达式，根据该表达式即直接精确确定储层裂缝发育的方位。所述交角θ的解析表达式为
权利要求
1.一种利用地震资料进行检测储层裂缝发育方向的方法，所述方法是建立在多分量地 震资料采集观测系统基础上，利用多波地震数据、正交性公式以及Alford旋转公式，推导 出二维三分量地震资料设置的采集系统坐标系和自然系统坐标系之间的夹角；所述采集系 统坐标系将两个检波器分别埋置在炮点与检波点组成的测线方向上-χ方向和垂直于所述 测线方向-Y方向，形成采集系统坐标系；所述自然系统坐标系为实际横波进入裂缝地层发 生横波分裂，分裂为快横波Sl和慢横波S2，由快横波Sl和慢横波S2形成自然系统坐标系；所述在采集系统坐标系中，记录在水平分量X、Y的复合地震波场，包含了自然系统坐 标系中快、慢分裂横波的反射信息，快、慢横波的偏振方式满足正交偏振，利用正交性公式 以及Alford旋转公式，推导出所述采集系统坐标系与自然系统坐标系夹角的解析表达式， 根据该表达式即直接精确确定储层裂缝发育的方位。
2.根据权利要求1所述的一种利用地震资料进行检测储层裂缝发育方向的方法，其特 征在于，所述交角的解析表达式为Λk, ± JL2 +Ak21θ = arctg 1 1-2k2mrn式中弋, k2 = Συ,，xt、yt为野外观测到的X分量和Y分量记录。 i=l t=l
3.根据权利要求1所述一种利用地震资料进行检测储层裂缝发育方向的方法，其特征 在于，所述方法还包括①.建立多分量地震资料采集观测系统；②.检波器采集二维三分量地震资料；③.根据炮点和检波点组成的炮-检方向，即测线方向，并沿测线方向埋置的水平检波 器称之为X分量，垂直测线方向埋置的水平检波器称之为Y分量；并建立由X、Y分量确定的 采集系统坐标(XOY)；④.对地震波中横波或转换波数据进行预处理分别抽出⑶P道集、CCP道集、横波速 度分析、NMO校正和水平叠加；其中，⑶P(C0mm0n depth point)道集为共深度点道集，对于横波资料，由于下行波和 上行波射线对称，只要把共深度点的反射记录抽在一起，就形成相同深度点道集；CCP(common conversion point)道集为共转换点道集，对于转换波资料，由于下行纵 波上行横波，需将共转换点的记录抽在一起，形成共转换点道集；横波速度分析是对于横波资料，利用常规的速度分析方法，交互分析出横波速度；对于 转换波资料，需要利用转换波的速度分析方法，在已知纵波速度场的前提下，交互分析出横 波速度；NMO(normal move-out)校正为正常时差校正，由于道集中各检波器埋置在不同位置， 形成不同偏移距距离的时间差是正常时间差，利用地震波旅行时公式，计算一个道集中不 同偏移距的走时，并将各道的差值校正到零偏移距的位置上，就完成NMO校正；水平叠加是将NMO校正后的⑶P/CCP道集，进行等权相加，就实现水平叠加处理；⑤.横波在所述X、Y分量的叠加投影横波进入裂缝地层发生横波分裂，产生的Si波 和S2波在X和Y分量上分别投影并记录；⑥.推导夹角解释式设χ (t)、y(t)为η维欧氏空间中两个向量，并且是时间t的函数；11维欧氏空间两个 向量正交的定义，在内积空间中可表示为
全文摘要
本发明属于石油地震勘探与油气田开发领域中对储层裂缝发育方向进行检测的方法，尤其涉及一种利用多波地震数据、正交性原理公式以及Alford旋转公式，推导出采集系统坐标系与自然系统坐标系之间夹角的解析表达式。角度解析公式反演裂缝主方向，分析裂缝发育密度，从而进行储层裂缝发育的检测。这个角度具有明确的物理意义，反演计算简单快捷，算法不受快慢横波延迟时间的影响。即使快慢横波偏振不严格地满足正交偏振的关系，反演角度解析表达式的角度解仍然在可接受的误差范围之内。反演角度的精度随着多分量资料信噪比的提高而更接近真实的结果。
文档编号G01V1/40GK102053277SQ20091023677
公开日2011年5月11日 申请日期2009年10月30日 优先权日2009年10月30日
发明者王于静, 黄中玉 申请人:中国石油化工股份有限公司, 中国石油化工股份有限公司石油勘探开发研究院