四川盆地震旦系灯影组为巨厚碳酸盐岩地层，受两期桐湾运动影响，灯影组经受了长期的表生岩溶及埋藏溶蚀，发育了大量的溶蚀孔、洞及裂缝，其中裂缝的发育程度是判别储层有效性及评价产能的重要指标^[1-2]。灯影组裂缝主要为风化缝并伴有溶蚀扩大，且以中-高角度裂缝为主，由于埋深大、地层古老，大量裂缝在地下呈闭合或半闭合状态，并伴有大量泥质、石英、白云石等充填物，因此裂缝的有效性评价非常重要。通过电成像测井可以对裂缝的发育程度及产状进行精细分析和评价^[3-5]，但由于电成像测井探测深度较浅，无法判定裂缝是否向地层中延伸，裂缝的有效性难以判断^[5]。Sonic Scanner声波扫描测井可通过测量快、慢横波的速度来确定地层各向异性程度及方位，其探测深度最深可达井径的4倍。将Sonic Scanner声波扫描测井与电成像测井观察到的诱导缝和天然裂缝联合，来分析地层横波各向异性是否由天然裂缝导致，进而确定裂缝是否向地层中延伸^[6]；同时通过快、慢横波频散图分析，了解裂缝是否张开及其延伸情况，进而判别裂缝的有效性，以期为储层有效性评价提供依据。

Sonic Scanner声波扫描仪是由斯伦贝谢公司推出的新一代阵列声波测井仪器，采用全频率扫描信号发射，信号频率为300~9 000 Hz，对2个正交方向（x轴和y轴）均有信号发射补偿，涵盖了低频单极子、高频单极子、近源单极子及远源单极子发射。Sonic Scanner声波扫描仪有13个间隔15.24 cm的接收器组，每个接收器组上有8个不同方位的接收器，总计有104个接收器，这104个接收器组成了一个接收阵列。2个单极子声源发射器分别位于接收阵列的上、下两端，距离接收阵列顶、底各30.48 cm。远单极子声源位于接收阵列之下3.35 m处，2个相互垂直的交叉偶极子声源x和y分别位于接收阵列之下2.74 m和3.00 m处（图 1）。

图 1

Fig. 1

下载eps/tif图 图 1 Sonic Scanner声波扫描仪器示意图 Fig. 1 Diagram showing Sonic Scanner

Sonic Scanner声波扫描仪有6种测量模式：① MS1模式，上单极子发射；② MS2模式，下单极子发射；③ MS3模式，远单极子发射；④ MS4模式，斯通利波发射（低频的远单极子激发模式）；⑤ MS5模式，x偶极子声源发射；⑥ MS6模式：y偶极子声源发射^[7]。

Sonic Scanner声波扫描测井交叉偶极测量方式的目的主要是测量地层的横波各向异性。在裂缝发育地层，入射横波会分裂成平行和垂直于裂缝走向的2组横波，即横波分裂现象^[8-10]。这2组横波速度通常显示出方位各向异性，即平行于裂缝走向的横波速度比垂直于裂缝走向的横波速度快，因此平行于裂缝走向的横波被称为快横波，垂直于裂缝走向的横波被称为慢横波。横波分裂现象不仅在裂缝性地层中存在，在地应力不平衡的非裂缝性地层中也同样存在^[9]，如，当地层倾角较大且层理发育时，会表现出较强的横波各向异性。地应力差、张开裂缝、断层、高角度地层层理以及椭圆井眼均可能导致横波各向异性^[11]。衡量地层横波各向异性强弱的指标有：快、慢横波百分能量差、基于时差的各向异性指示以及基于时间的各向异性指示等。

在四川盆地震旦系碳酸盐岩储层测井评价中，首先在电成像测井图上进行裂缝及诱导缝识别；然后利用Sonic Scanner声波扫描测井进行快、慢横波各向异性分析；最后将二者成果结合开展裂缝各向异性建模，从而对电成像测井识别到的裂缝在井筒外是否发育进行评价。

为了区分引起横波各向异性的地质因素^[12-13]，利用电成像测井分析并判断横波各向异性是否由裂缝引起，即裂缝各向异性建模。若电成像测井图上识别出的裂缝在横向上有一定范围的延伸，那么这些裂缝会形成一定的横波各向异性；若电成像测井图上识别出的裂缝走向与Sonic Scanner声波扫描测井探测到的快横波方位角一致，则可以认为横波各向异性是由裂缝引起，从而可以判断这些裂缝延伸到了远井区，因此该类裂缝是有效的。由裂缝各向异性建模原理（图 2）可知，若建模结果是红色，表明由电成像测井识别的高导缝计算得到的快横波方位角与Sonic Scanner声波扫描测井探测到的快横波方位角较为接近，说明这个层段的横波各向异性是由裂缝引起；若建模结果是绿色，表明由电成像测井识别的诱导缝计算得到的快横波方位角与Sonic Scanner声波扫描测井探测到的快横波方位角较为接近，说明这个层段的横波各向异性是由地应力引起^[14]；若建模结果是黄色，表明由电成像测井识别的高导缝和诱导缝共同计算得到的快横波方位角与Sonic Scanner声波扫描测井探测到的快横波方位角较为接近，说明这个层段的横波各向异性是由裂缝或地应力引起；若建模结果是灰色，表明由电成像测井识别的高导缝或诱导缝计算得到的快横波方位角与Sonic Scanner声波扫描测井探测到的快横波方位角偏离较大，说明这个层段的横波各向异性成因较复杂；若建模结果是白色，说明电成像测井未在这个层段识别到高导缝和诱导缝。

图 2

Fig. 2

下载eps/tif图 图 2 裂缝各向异性建模原理 Fig. 2 Diagram of fracture anisotropy modeling

图 3是GS2井震旦系灯四段裂缝各向异性建模成果，图中第5道为电成像测井拾取的天然裂缝及诱导缝蝌蚪图；第6道为天然裂缝和诱导缝走向及快横波方位角；第7道为裂缝各向异性建模结果，红色层段代表是由裂缝引起的横波各向异性，绿色层段代表是由地应力引起的横波各向异性，黄色层段代表是由裂缝或地应力引起的横波各向异性。从图 3可看出，GS2井裂缝各向异性建模成果图中有多段红色，表明这些层段的裂缝较为有效，且经实际测试，该井获得88.05万m³/d的高产工业气流。

图 3

Fig. 3

下载eps/tif图 图 3 GS2井震旦系灯四段裂缝各向异性建模成果 Fig. 3 Fracture anisotropy modeling of the fourth member of Sinian Dengying Formation in well GS2

Sonic Scanner声波扫描仪发射全频率扫描波，频率信息较全，信号强度比偶极横波成像测井（DSI）的信号强度高10 dB，且横波各向异性分析结果精度更高，因此Sonic Scanner声波扫描测井的测量结果比DSI的测量结果更适合做横波频散分析。导致快、慢横波出现各向异性的原因有2种：① 由泥岩中的水平层理或地层中成组发育的裂缝导致，Sonic Scanner声波扫描测井探测到快、慢横波在频散图上出现平行分离现象；② 由水平方向上的2个主应力差导致，Sonic Scanner声波扫描测井探测到快、慢横波在频散图上出现交叉现象^{[11, 15]}。

本次研究将Sonic Scanner声波扫描测井和电成像测井结合，来建立震旦系灯影组不同类型频散与裂缝有效性关系图版（图 4）。如果切穿井眼的裂缝较为有效，那么在Sonic Scanner声波扫描测井横波频散图上就能看到快（红色实线）、慢（蓝色实线）横波平行分开，且在低频段分离量较大，在电成像测井图上观察到的裂缝以溶蚀加强缝和连续高导缝为主，横波各向异性较强；如果切穿井眼的裂缝有效性较差，那么在Sonic Scanner声波扫描测井横波频散图上就能看到快、慢横波重合或平行，但在低频段分离量较小，在电成像测井图上可以观察到少量裂缝，且以不连续高导缝为主，横波各向异性较弱；如果没有裂缝切穿井眼或切穿井眼的裂缝有效性很差，那么在Sonic Scanner声波扫描测井横波频散图上会看到快、慢横波几乎重合，在电成像测井图上未看到裂缝或只能观察到少量连续高导缝，横波各向异性很弱。从应用效果来看，一般切穿井眼的高角度裂缝有效性较好，快、慢横波常出现平行分离现象，而低角度或不连续裂缝有效性较差。

图 4

Fig. 4

下载eps/tif图 图 4 不同类型频散与裂缝有效性关系 Fig. 4 Relationship between different types of dispersion and fracture effectiveness

在川中地区MX8井震旦系灯二段顶部电成像测井图上可观察到大量类似高角度裂缝，但与诱导缝也很相似，所以难以判断是否为天然裂缝及其有效性，利用Sonic Scanner声波扫描测井在MX8井灯二段探测，可观察到明显的横波各向异性，在横波频散图上也可以看到快（红色圆圈）、慢（蓝色圆圈）横波出现平行分离现象（图 5），说明横波各向异性是由高角度天然裂缝导致。MX8井灯二段酸压后产气11.67万m³/d，证实了该段顶部发育的高角度裂缝是有效的。

图 5

Fig. 5

下载eps/tif图 图 5 Sonic Scanner声波扫描测井横波频散分析识别有效裂缝（MX8井） Fig. 5 Effective fracture identification by using S-wave dispersion of Sonic Scanner in well MX8

（1）电成像测井识别的天然裂缝走向与Sonic Scanner声波扫描测井横波各向异性方位一致时，表明电成像测井识别的裂缝引起了横波各向异性，进而可以判断天然裂缝是有效的，反之裂缝有效性较差。

（2）有效裂缝在Sonic Scanner声波扫描测井快、慢横波频散图上表现为平行分离的特征，且在低频段分离量较大；无效裂缝或裂缝不发育段频散图表现为快、慢横波在低频段分离量较小或重合的特征。

（3）通过电成像测井识别出天然裂缝，再结合Sonic Scanner声波扫描测井得到的横波各向异性方位及横波频散等特征，可以判断裂缝的有效性，进而为储层评价及试油选层提供依据。