0 引言

页岩油气、致密油气等非常规油气藏在油气生产中占有非常重要的地位。目前对此类低效产层的开发主要通过水平井钻探实现，水平井钻遇(小)断层容易发生垮塌、卡钻、套变和漏失等工程事故，严重影响开发效益。随着地震勘探技术的发展，断层预测的地震技术也越来越成熟^[1-4]，其中基于地震数据的蚂蚁追踪技术识别断层效果较好^[5-7]。随着地震数据由常规成果类发展到具有方位、偏移信息的“两宽一高”地震数据，断层的识别精度也得到进一步提升。

近年来，依据地震波在HTI介质(近似地表空间排列垂直裂隙而引起的各向异性介质)不同方向传播过程中表现的速度、振幅、走时等参数特征差异，利用垂直断裂走向的部分方位叠加数据识别断层显示出一定优势，但对于复杂构造带，断层走向亦是复杂多变的，利用常规的分方位叠加方法无法实现叠加道集方位与所有的断层都垂直^[8-11]。

为此，本文应用“两宽一高”道集数据进行OVT域偏移处理，再根据速度、振幅、走时等参数变化，自适应地提取地下每点对应的受断裂影响最大的方位道集，重构形成断裂优势方位地震数据体。此数据适用于多期次、多方向的复杂断裂发育区，可使断裂预测刻画尺度更小、细节更丰富，为水平井导向和压裂设计提供高精度、可靠基础数据。

1 优势方位地震数据的产生

“两宽一高”地震数据经OVT域偏移后的螺旋道集(OVG)能更好地保存炮检距和方位角信息^[12-15]，其中不同方位振幅和时差的变化是介质各向异性的体现，也是断裂预测的依据。通过采用合理的方位角—炮检距叠加参数，选取振幅、走时等属性表征各向异性变化可以预测多尺度断裂^[16-18]。

郝守玲等^[19]对纵波在高速裂缝介质中传播的方位各向异性特征进行了物理模型试验研究(图 1)。垂直裂缝模型由一组平行排列的有机玻璃片叠合而成，采用固定炮检距、过中心点的测线进行360°旋转采集的观测方式(图 1a)。图 1b为采集的全方位剖面，图上A、B同相轴分别对应裂缝介质顶、底界面反射。图 1c为不同方位测线反射波在裂缝体中的传播速度(v)、反射时间(t)以及反射振幅曲线。由图可见，反射波通过裂缝体后呈现方位各向异性特征, 测线方位与裂缝方向平行时，反射时间最小、振幅最大、传播速度最大；随着测线方位与裂缝方向之间夹角增大, 反射时间逐渐增大、振幅逐渐减小；当测线方位与裂缝方向垂直时, 反射时间最大、振幅最小、地震波传播速度最小。据此，定义了以下两个断裂优势方位道集。

(1) 最大反射时间方位，即道集同相轴下凹顶点所对应的方位，为HTI介质底面的断裂优势方位，该数据受断层或裂缝的影响较大，可用于断层解释。

(2) 最弱振幅方位，即道集同相轴最弱振幅所对应的方位，为高速HTI介质顶、底界面的断裂优势方位，如果为低速HTI介质，则最强振幅方位为断裂优势方位。

通过图 2所示流程实现优势方位数据自适应重构。首先对螺旋道集进行共方位叠加，然后在每个相同炮检距道集中自适应识别并自动提取最大反射时间道集、最弱(强)振幅道集等受断裂影响最大的道集，重构形成断裂检测优势方位数据体。利用此地震数据体开展相干体、曲率体以及蚂蚁体等地震属性计算，可以得到多尺度的精细断裂(或裂缝)属性体。

该项新技术弥补了分方位数据或各向异性数据对多方向断裂(或裂缝)识别的不足，使断层刻画更全面、精细、清晰，重构数据体的应用进一步提高了对断裂(或裂缝)的识别能力。

2 应用实例 2.1 研究区地质概况

L区块位于川南地区的页岩气勘探开发区，满覆盖三维地震勘探面积为300km²，目的层五峰—龙马溪组自印支早期形成以来，持续受到来自东南方向雪峰山造山带的挤压作用以及来自西北方向龙门山、川中刚性地块的阻挡作用，主要形成NE-SW走向构造。此外，受燕山晚期秦岭造山运动的南北向、喜山早期中印板块碰撞的东西向及喜山晚期大巴山造山带的北东东向等构造应力的作用^[20-22]，分别对应形成NE向、近NS向、近EW向断层以及仅零星分布的NNW向断层。

如图 3所示，研究区的断层走向复杂多变。按照垂直断距大小和对页岩气水平井的影响，把断层分为大、中、小三类尺度(表 1)。其中，大尺度断层一般垂直断距大于20m，地震同相轴错断明显，人工解释可识别，在非常规水平井设计时需要避让这类断层；中尺度断层一般垂直断距为5~20m，地震同相轴错断不明显，利用蚂蚁体、相干体等断裂敏感属性可识别，在非常规水平井钻遇时易发生垮塌、卡钻、套变和漏失等工程事故；小尺度断层一般垂直断距小于5m，仅通过地震资料不可识别，可通过岩心或成像测井识别，该尺度断层(或裂缝)有利于页岩气开发水平井形成复杂缝网，即有利于体积压裂。本文通过沿目的层提取、分析地震属性开展了针对各尺度断层的预测研究。

2.2 多尺度断裂预测 2.2.1 单一走向的大、中尺度断层

应用“两宽一高”数据开展OVT域偏移处理，经方位时差校正后，进行分方位角叠加和全方位叠加，得到相对应的叠加数据体，在此基础上开展叠后资料断层预测。根据L区块断裂方向特征，从正北方向开始向左、右各偏转15°，即每30°进行叠加，形成6个分方位角叠加数据体。图 4是L区块全方位和不同方位角叠加地震剖面，图 4b是NE向叠加剖面(15°~45°)，叠加的方位与①、②号位置断层走向一致，剖面上可见地震同相轴连续性好，断点不干脆、不清晰(蓝色箭头指示)。图 4c是NW向叠加剖面(105°~135°)，叠加的方位与①~④号位置断层走向垂直，剖面上可见地震同相轴断点干脆、清晰。与全叠加剖面(图 4a)对比，NW向叠加剖面显示断点更清晰，说明利用垂直断裂走向的部分方位叠加数据进行大、中尺度断层识别具有一定的优势。

2.2.2 走向复杂多变的大、中尺度断层

应用OVT域偏移后的道集经过炮检距—方位角域规则化处理，生成各向异性强度数据和共方位叠加数据，然后在共方位叠加数据上自适应地提取受断层影响最大的方位道集，重构形成断裂优势方位数据，在此基础上开展叠前方法的断层预测。

图 5a是基于全方位叠加数据的特征值相干属性，其中部分断裂刻画不清楚；图 5b是基于NE向(平行于断层走向)叠加数据的特征值相干属性，图中刻画的断层断点位置较宽且不清楚；图 5c是基于NW向(垂直于断层走向)叠加数据的特征值相干属性，图中刻画的NE向断层断点位置清楚；图 5d是基于自适应断裂优势方位的叠加数据提取的特征值相干属性，在东部新刻画出一组较明显的NNW向断层(蓝色箭头处)，该断层是由于喜山晚期大巴山造山运动形成的，符合地质规律，而且图 5d整体上对所有断层的刻画更清晰、尺度更小。因此，在断裂走向复杂多变的地区，利用自适应断裂优势方位数据开展断裂识别比垂直断裂走向的部分方位叠加数据更具优势。

2.2.3 走向复杂多变的中、小尺度断层(裂缝带)

应用全方位叠加地震数据、方位各向异性数据以及自适应断裂优势方位数据开展同参数蚂蚁追踪预测。从图 6可以看出，基于这三个数据体的蚂蚁追踪平面属性刻画的断裂与人工解释(图 6红色线条)或相干属性(图 5)检测结果一致性高，裂缝刻画细致且符合地质规律。进一步对比可见，自适应断裂优势方位地震数据(图 6a)和方位各向异性强度数据(图 6b)对于裂缝带的刻画更精细，裂缝条数明显增多；而图 6a与图 6b相比，前者对于裂缝带的刻画规律性更强、地质特征更丰富，对于喜山晚期大巴山造山运动形成的NNW向小断层(或裂缝带)刻画更清晰。

综上分析，基于自适应断裂优势方位数据识别走向复杂多变的大、中、小尺度断层(或裂缝带)更清晰、更全面、效果更好。

2.3 与钻井的吻合情况分析

如图 7所示，H1是L区块页岩气钻探平台，南、北各设计4个分支共8口水平井(绿色虚线)。应用自适应断裂优势方位地震数据对目的层开展多尺度裂缝预测，在井区东侧预测一条近SN向和一条NE向大尺度断裂，均与人工解释断层结果(图中红色粗线)吻合；预测中、小尺度断裂主要有12条(图中数字标号)，北支4条，南支8条。

在平台水平井井位部署阶段，根据多尺度断裂预测结果有效避开了大尺度断裂；在平台水平井钻探阶段，又根据预测结果准确预警中、小尺度断层所在位置。在先期钻探H1-2井时，预测了4处中、小尺度断层位置，实际钻遇3处，发挥了水平井地震地质导向作用。同时，对邻井H1-1待钻轨迹设计进行了优化，提前增(降)钻头斜度以避开断层影响，从而快速入层，有效避免了水平井因钻遇中、小尺度断层导致的垮塌、卡钻、漏失等工程事故，提高了储层钻遇率。

H1平台8口水平井实际钻遇中、小尺度断层或发生套变位置共计18处，与多尺度裂缝预测吻合15处(图中红字处)，预测符合率大于83%，有效降低了钻探风险，为提高水平井箱体钻遇率和后期压裂效果奠定了基础。

3 结束语

非常规油气储层受多期构造应力作用改造存在多期次、多尺度断裂，随着非常规油气资源进入规模建产阶段，对不同尺度断裂的识别、预测越来越重要。本文探索了基于自适应断裂优势方位数据的多尺度断裂识别技术，针对大尺度断裂、大部分中尺度断裂以及极少部分小尺度断裂，依靠多维数据的全方位叠加、分方位叠加及方位各向异性强度处理数据能较好地进行断层识别。该技术不仅可以提高断裂期次单一地区中、小尺度断裂的识别精度，也适用于多期次、多方向的复杂断裂发育区，可使断层的预测尺度更小、细节更丰富、预测精度更高。

在非常规油气水平井开发过程中，中、小尺度断裂对钻井工程的影响较大，对于中、小尺度断裂识别精度的要求也更高。本文综合应用自适应断裂优势分方位叠加数据和方位各向异性强度数据识别多尺度断裂，为水平井部署、轨迹优化设计、钻时预警、钻后压裂方案优化设计等提供了可靠依据。