2015, Vol. 30
2. 海相储层演化与油气富集机理教育部重点实验室, 中国地质大学, 北京 100083;
3. 页岩气勘查与评价国土资源部重点实验室, 中国地质大学, 北京 100083
2. Key Laboratory for Marine Reservoir Evolution and Hydrocarbon Abundance Mechanism, Ministry of Education, China University of Geosciences, Beijing 100083, China;
3. Key Laboratory for Shale Gas Exploitation and Assessment, Ministry of Land and Resources, China University of Geosciences, Beijing 100083, China
泥页岩裂缝的研究意义重大，国内外大量泥页岩裂缝油气藏的不断发现和近年来北美地区在海相页岩中对天然气勘探获得的巨大成功表明，在低孔(孔隙度<5%)、低渗(渗透率<0.05 mD)的富有机质泥页岩中，当其发育有足够的天然裂缝或岩石内的微裂缝和纳米级孔隙及裂缝经压裂改造后能产生大量裂缝系统时，泥页岩完全可以成为有效的油气储集层或储集体.国外Curtis J B等学者以及国内丁文龙、张金川、董大忠、邹才能、金衍、李玉喜等学者和研究团队已在该领域进行了大量研究工作，取得了重要成果，并有效地指导了我国页岩气的勘探开发(Curtis，2002；金衍等，2006；李新景等，2007，2009；向立宏，2008；张金川等，2008，2011；董大忠等，2009；聂海宽等，2009；焦婷婷，2010；丁文龙等，2011，2013；邹才能等，2011；龙鹏宇等，2011；赵金洲等，2012；李玉喜等，2012；李建青，2012；朱贺，2012；马若龙，2013；王玉满等，2014；魏斌等，2014；董宁等，2014；曾维特等，2014).以丁文龙为代表的中国地质大学团队和以包书景为代表的中国地质调查局油气资源调查中心，在页岩储层裂缝地质识别上 形成了一套系统的研究方法，并有效的应用到我国南方页岩气勘探当中；以魏斌为代表的辽河石油勘探局和以赵文杰为代表的中石化石油工程技术研究院，解决了页岩裂缝测井识别的技术难题，并有效指导焦页HF-1井和丁页2HP井等实现地质突破；以张宇生为代表的中国石油东方地球物理公司和以董宁为代表的中国石化勘探开发研究院，在页岩储层裂缝地震识别方面实现了诸多技术突破，有效的应用到页岩储层甜点预测当中；以金衍为代表的中国石油大学团队，在页岩储层压裂理论、材料和工艺等方面攻克了多项技术难题，形成了一套完整的页岩储层压裂改造的关键技术 .
天然裂缝系统发育程度不仅直接影响到泥页岩油气藏的开采效益，而且还决定着泥页岩油气藏品质和产量的高低，有助于泥页岩产层中游离态天然气体积的增加和吸附态天然气的解析.裂缝发育程度是决定页岩气藏品质的重要因素.一般来说，裂缝较发育的气藏，其品质也相对较好.裂缝对页岩气藏具有着双重作用:一方面，裂缝为天然气和地层水提供了运移通道和聚集空间，有助于页岩总含气量的增加.页岩具有非常低的原始渗透率，如果天然裂缝发育不够充分，就需要进行压裂来产生更多的裂缝，以使有更多的裂缝与井筒相连，为天然气解析提供更大的压降和面积.另一方面，如果裂缝规模过大，可能导致天然气散失(聂海宽等，2009).裂缝和孔隙发育不仅为游离态的页岩气聚集提供了空间，同时也可以有效增加页岩的比表面积，加上较高的有机碳和粘土矿物含量，大大增加了页岩的吸附能力(徐士林和包书景，2009).
页岩微裂缝愈发育，气藏富集程度愈高.页岩储层的孔隙度和渗透率极低，非均质性极强，页岩气藏中的游离气主要储集在页岩基质孔隙和裂缝等空间中.由于页岩中矿物组成、富有机质等独特因素的存在，页岩除基质孔隙外，天然裂缝的发育、有机质经生烃演化后的消耗而增加的大量孔隙空间以及页岩层中的粉、细砂岩夹层等，均可极大地增加页岩的实际储集空间，从而提高页岩的储气能力(陈更生等，2009).
在美国正在进行商业开采的页岩气盆地，一般是在经历了区域地质构造运动后，在岩石表面形成褶皱、裂缝或是被挤压，并且经历多次的海平面变化形成有效的不整合.这些裂缝和不整合面为页岩气提供了聚集空间，也为页岩气的生产提供运移通道.
由于页岩中极低的基岩渗透率，开启的、相互垂直的或多套天然裂缝能增加页岩气储层的产量(Hill，2000).美国东部地区产气量高的井，都处在裂缝发育带内，而裂缝不发育地区的井，则产量低或不产气，说明天然气产量与裂缝发育程度密切相关.控制页岩气产能的主要地质因素为裂缝的密度及其走向的分散性，裂缝条数越多，走向越分散，气产量越高(黄龙威，2005；董谦等，2012).
1 测井技术在页岩储层裂缝研究中的应用
测井技术，由于其信息丰富、资料全面、分辨率高、可直接获得地下信息，所以是目前研究裂缝(包括火成岩、碳酸盐岩和泥页岩等裂缝性致密储层)的主要方法之一.但是由于泥页岩储层的诸多特殊性，测井技术在其中的应用又与在其他常规储层中的应用有很大差别.与国外相比，我国已在常规测井资料的分析与解释，电磁、声波测井的基础理论方面处于国际先进水平，而针对泥页岩裂缝研究的专项测井技术、仪器和方法研究等方面与国外尚有一定的差距，直接影响到了我国泥页岩储层测井评价.
测井技术在页岩储层裂缝研究中的应用可分为常规测井裂缝识别和测井新技术裂缝识别.
1.1 常规测井裂缝识别
常规测井裂缝识别包括自然伽马测井、双侧向电阻率测井、声波时差测井、补偿中子测井、补偿密度测井、自然电位测井、电阻率测井、井径测井、电磁波测井、地层倾角测井等(宋子齐，1991；张光亚等，1993；王宣龙等，1996；孙建孟等，1999；王维红，2002；邓攀等，2002；华学理，2004；谭海芳等，2004；夏文豪，2009；宋梅远，2011；朱定伟等，2013；刘之的和赵靖舟，2014；罗刚等，2014).不同产状(倾角)泥页岩裂缝发育段在常规测井上的响应特征差异明显(丁文龙等，2013)，详见表 1.上述常规测井方法对早期的裂缝分析工作起到了重要促进作用，有的仍是当前裂缝分析的重要手段.但是这些分析方法在准确确定裂缝产状、裂缝密度等方面具有很大的模糊性与局限性.
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表 1 泥页岩储层裂缝在常规测井曲线上的响应特征(据丁文龙等，2013，有修改) Table 1 Response characteristic of shale fracture in logging |
1.2 测井新技术裂缝识别
测井新技术裂缝识别主要包括高分辨率阵列感应、声电成像、交叉多极阵列声波测井等成像测井技术，以及核磁共振测井、BP神经网络和小波多尺度识别等技术和方法(傅爱兵等，2003；周灿灿，2003；舒卫国等，2005；李建良等，2006；何雨丹和魏春光，2007；陈振标等，2007；顾雯，2012；李宝华，2013).这些技术和方法为复杂储层的地质评价提供了更丰富的信息资源，可以更好地开展岩石非均质和各向异性分析、裂缝类型和储层有效性评价、流体性质识别、沉积特征和地质构造解释等.
1.2.1 高分辨率阵列感应测井识别泥页岩中的裂缝
泥页岩裂缝储层的电阻率测量往往受很多因素的影响，常规电阻率测井技术一般无法识别与校正.高分辨率阵列感应(HDIL)测井技术不仅克服了常规电阻率测井纵向分辨率低、探测深度较浅和不能解释复杂侵入剖面及划分渗透层能力较差等缺点，同时其采用多频率阵列测量、软件数字聚焦和趋肤影响、井眼、井斜影响等环境校正、储层各向异性聚焦等处理技术，极大地改善了泥页岩裂缝储层的电阻率测量精度.高分辨率阵列感应的最高纵向分辨率达1英尺(0.3048 m)，最大探测深度达120英寸(2.54 cm)，为泥页岩裂缝储层的电阻率评价提供了更可靠、更精细、更丰富的信息.
在泥页岩裂缝地层中，相同纵向分辨率的高分辨率感应曲线表现出明显的差异性，非常明确而直观地指示储层段裂缝发育，由于该类层段岩性为泥质组成，渗透性差.高分辨率感应曲线的明显差异性，从另一个侧面也反映了地层的异常高压特性，泥浆侵入对地层的影响较小.高分辨率感应曲线的明显差异也可能说明这类地层的高产能.而在非裂缝发育段，曲线表现出良好的重合性.
1.2.2 声电成像测井识别泥页岩中的裂缝由于各种地质信息在声电成像上均有其独特的成像特征，成像测井资料反映井壁形态及构造，正确识别各种地质特征有利于储层的精细描述与划分(齐宝权和甘秀娥，2007；丁文龙等，2009；王天娇，2011).
层界面与裂缝的识别:层界面总是相互平行或上下相切，但绝不能交叉，且相邻两层界面的电相相同(或相似)，而裂缝可以切割任何介质，且裂缝可以平行或相交，相邻裂缝之间电相可以不同；相互交叉的裂缝可以形成网状、树枝状等裂缝组合，而层界面不具有这种特征.各种形态裂缝在成像上的特征示意图如下(图 1).
 | 图 1 水平缝、斜交缝和垂直缝在成像图特征示意图(据顾雯，2012，有修改) Fig. 1 Characteristics of horizontal fractures，oblique fractures and vertical fractures in image logging |
层界面一般在图像上连续、完整，不能在图像上随意中断，而裂缝不一定完整，它可以随时中断；层界面常常是一组相互平行或接近平行的电导率异常，且异常宽度窄而均匀，但由于裂缝与构造运动和溶蚀相伴生，因而电导率异常一般既不平行也不规则.在一定的层段内层理和裂缝各自的倾角、倾向均有一定的规律性，即相邻层理和裂缝的走向可以互相参考.层理面或层界面与地层往往有一定的颜色过渡关系，而裂缝的颜色是变化的，与地层无颜色过渡关系.FMI全井眼地层微电阻率图像清晰显示出裂缝(第3道中的正弦曲线和第4道中的蝌蚪)和地层层理(正弦曲线和蝌蚪)(图 2).
 | 图 2 页岩中的裂缝实例；第1道显示井径、井眼方位角和自然伽马数据.第2道和第3道分别显示FMI静态和动态图像，第4道显示地层倾角的蝌蚪图像(据Schlumberger内部资料) Fig. 2 Example of fracture in shale |
缝合线与天然裂缝的鉴别: 由于缝合线是压溶作用的结果，因而两侧有近垂直于缝合面的细微的高电导率异常.当压熔作用主要来自上覆岩层压力，缝合线基本平行于层理面；当压溶作用主要来自水平方向的构造挤压作用，缝合线基本垂直于层理面.
断层面与裂缝面的鉴别: 断层面总是有地层的错动，与裂缝较容易识别.
1.2.3 交叉多极阵列声波测井识别泥页岩中的裂缝
由单极全波资料提取的高精度纵波、横波时差得到的横纵波时差比、泊松比和体积压缩系数能较好地解决气层识别的难题.全波波形既能反映各波到达接收器时间的快慢，其幅度又能反映各波能量的大小.当地层裂缝发育时，纵波、横波、斯通利波幅度发生不同程度的衰减，这种衰减特性能较好地描述非均质储层的有效性.衰减程度与裂缝的倾角、张开度及地层渗透性等有关(王海云和陈小青，2012；罗泽松，2012).
影响纵波幅度衰减的主要因素有:声波信号的发射频率、裂缝张开度、裂缝倾角.在实际测井中，得到的纵波幅度只受到裂缝倾角、裂缝张开度的影响.理论已证明，裂缝倾角越高，裂缝的张开度越大，纵波幅度衰减越明显，反之，纵波幅度衰减不明显(图 3).只有裂缝倾角小于横波临界角时，横波幅度衰减最明显(图 4)，并且受声波发射频率、裂缝开度的影响较小，甚至可忽略不计；裂缝倾角大于临界角时，横波幅度随裂缝倾角、裂缝张开度的变化有所变化，但其差别相对来讲不十分明显，只有裂缝张开度很小时，透射系数才明显减小.
 | 图 3 纵波能量的透射系数与裂缝倾角、开度的关系图(据舒卫国等，2005，有修改) Fig. 3 Relationship of transmission coefficient of P-wave with dip angle and opening degree of fractures |
 | 图 4 横波能量的透射系数与裂缝倾角、开度的关系图(据舒卫国等，2005，有修改) Fig. 4 Relationship of transmission coefficient of S-wave with dip angle and opening degree of fractures |
1.2.4 核磁共振测井识别泥页岩中的裂缝
核磁共振测井测量的对象是储层空间中的流体，因而可以直接用来划分储集层，而且能提供几乎不受岩性影响的孔隙度和渗透率等参数，同时，由于其T2分布表征了岩石的孔隙结构，所以可以根据T2的分布形态判断有效裂缝(高敏等，2000；李召成等，2001；吴海燕和朱留方，2003；谭茂金和赵文杰，2006；林振洲和潘和平，2006；毕林锐，2007；肖飞，2012；赵军龙等，2012).
氢核的动态与小的条形磁铁类似，倾向于与永磁体的磁场一致，如NMR测井仪中使用的磁体(A).在设定的等待时间(WT)内，氢核以指数生成速度T1发生极化，由多个成分(C)构成.随后，一系列RT脉冲控制氢核自旋，使其翻转90°后，往永磁场方向旋进.地层流体在连续脉冲之间形成RF回波，这些回波被NMR仪的天线所接收并测量(B).脉冲之间的时间是回波间隔(TE)(D).回波衰减幅度以指数型衰减时间(弛豫速率T2)的叠合形式进行(图 5).裂缝在核磁共振的测井响应特征表现为：以表面弛豫为主，弛豫快，T2谱呈单峰分布且多分布在T2截止线的附近(偏左).
 | 图 5 NMR基本原理(据Schlumberger内部资料) Fig. 5 Basic principles of NMR |
常规测井资料对不同特点的泥页岩裂缝都有着不同程度的识别，在使用过程中需要根据实际情况及经验进行选择.BP神经网络模型把多种常规测井的方法融合在一起，发挥各种测井方法的优势，相互补充，共同来完成泥页岩裂缝的识别任务(申辉林和高松洋，2007；汪勇，2013；赵茜等，2014).
运用神经网络来分析辨别泥页岩裂缝的具体流程为：
(1)通过测井资料的的预处理，来对测井曲线标准化处理，以此消除外界因素的不必要影响，只需保留曲线上反应地层特征的有用成分.
(2)进行样本的选取，选取时，提取出对泥页岩裂缝反应比较清晰的测井曲线，然后把测井曲线进行计算机的自动分层处理，来运算出层段曲线的异常值，再把异常值进行归一化处理，使其范围在[0，1]之间.最后建立起BP网络模型，编制BP神经网络的识别程序，针对研究区的实际情况，选取出反映泥页岩裂缝特征明显的7条测井曲线，对该7条曲线建立样本的模式，提取出曲线的异常值，再对其进行归一化处理，使其输入和输出值的范围确定在[0，1]之间(图 6).
 | 图 6 神经网络识别模型 Fig. 6 Recognition model of neural network |
1.2.6 小波多尺度识别泥页岩裂缝
小波多尺度方法识别泥页岩储层裂缝就是在小波多尺度分析的理论基础之上，把测井信号及多尺度分析的理论结合起来，构成测井多尺度分析理论方法.一般情况下，运用计算机编程方法来实现其算法，与此同时还要对常规的测井资料及全波列来进行处理，主要的目的是为了进行泥页岩裂缝研究(高伟等，2008；张文静，2009；肖大志，2011)，见图 7.
 | 图 7 小波多尺度方法技术路线图 Fig. 7 Technology roadmap of wavelet multi-scale analysis |
在用地震方法进行裂缝检测方面，前人做了很多探索，并取得了不少成就(Lynn et al.，1995，1999；Bates et al.，2001；Al-Hawas et al.，2003；Tod et al.，2007；Georgia et al.，2008)，先后经历了横波勘探、多波多分量勘探和纵波裂缝检测、微地震和多学科综合裂缝识别等几个发展阶段，探索出了多种方法和技术.
工作主要存在下面三种思路和方法: 基于对裂缝敏感的属性直接分析、基于施工过程中的裂缝响应特征分析以及基于学科综合的定量化分析预测和识别裂缝.
2.1 基于对裂缝敏感的属性直接分析裂缝
用基于常规裂缝响应属性的预测方法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、地层曲率、吸收系数、振幅、波阻抗、分频属性、属性体和属性差异体等信息(张昕和郑晓东，2005).相关的技术和方法较多，主要包括异常孔隙流体压力分析法、相干体不连续性检测法、地层曲率分析法、地震吸收系数分析法、多方位角地震资料AVA和VVA法、多方位角反演及IPVA技术、转换横波分裂技术等.
2.1.1 异常孔隙流体压力分析法
异常高压是形成裂缝的内在动力，地层中异常压力越大，则产生裂缝的可能性就越大，可以根据地层中异常压力的分布情况来推测裂缝的可能发育区，因此可以利用地震资料研究平面上地层的压力分布，进而判断裂缝的发育情况(付广等，2002；付广和康德江，2005；江涛，2007；孙伟家等，2013；王树刚和李红梅，2013).
根据Fillippone(1979)提出的利用地震层速度计算地层压力的经验公式，计算出孔隙流体压力，公式为
 | 图 8 欠压实泥页岩异常孔隙流体压力形成时期 Fig. 8 Diagram of formation time of abnormal pore-fluid pressure in undercompacted shale |
三维数据体反映地下一个规则网格的反射信息，当地下存在裂缝等不连续变化因素时，在这些不连续点的两侧，地震道会表现出不同的反射波特征，从而导致道与道之间的相干性突变.一般来说，不连续变化所反映的是弱相干，反之为较大的相干值.经过三维处理后得到一个三维相干数据体，对其进行切片解释或拾取沿层相干数据，能够有效地反映出地下断层和裂缝的发育区(苏朝光等，2001；霍凤龙，2012；张宇生等，2013；陆明华等，2013；刘财等，2013)(图 9).
 | 图 9 由裂缝引起的波形变化(何英，2011) Fig. 9 Change of wave shape caused by fracture |
该方法假定变形地层是一个完全弹性体，地层发生变形弯曲后，中性面以上的地层承受拉张应力，岩石可以形成张性裂缝，其发育程度与弯曲地层的曲率成正比.同样，中性面以下的地层受挤压应力，可以形成与挤压作用的裂缝.因此可以用地层曲率来反映裂缝的相对发育程度(蒋礼宏，2003).通过地震资料的精细层位标定和解释，计算目的层段的地层曲率，其值的大小表示裂缝发育的相对程度.
通过对地震资料的精细层位标定和解释，利用裂缝段顶面地震解释成果来计算该层的地层曲率(图 10).从图中可以看出，YCHENG1井、YCAN1井均位于曲率值相对高值区，YCAN1井曲率值为0.3，YCHENG1井为0.4，这表示YCAN1井的裂缝发育程度低于YCHENG1井.
 | 图 10 地层曲率等值图(蒋礼宏，2003，有修改) Fig. 10 Isogram of formation curvature |
岩石基质的固有粘弹性导致了地震波的吸收衰减，岩性、孔隙度和流体饱和度等因素都能影响地震波吸收衰减的程度，其中波速的影响最大且最明显.理论证明，有效吸收系数与波速的立方成反比，即当岩层波速稍有变化时，吸收衰减系数就能明显地显现出来，其灵敏度远远超过振幅、频率和速度等信息的灵敏度.一般地，孔隙度增大，吸收系数也增大；流体饱和度增加，吸收系数也随之增大.在均质介质中，相同频率反射波的吸收衰减程度与反射深度成正比，即浅层反射振幅大，深层振幅小.不同频率反射波的衰减也不同，高频衰减快，低频衰减慢.因此，对于泥页岩地层，裂缝的发育程度不同及含气性不同都会引起储层的孔隙度、饱和度、层速度和地震振幅频率等属性的变化，从而引起地震吸收系数的变化，因此可以利用地震能量吸收分析预测泥页岩裂缝的发育情况(Qu et al.，2007；魏嘉和郭全仕，2011；陈雪莲等，2014).
王秀玲等在沾化凹陷四扣洼陷的罗42井区沙三段泥页岩裂缝油藏建立了该工区的吸收系数数据体，数据体中，目的层在罗42井附近表现出强吸收，说明裂缝发育；然而数据体中目的层在罗67井附近表现出弱的吸收系数，表明裂缝不太发育.上述分析结果与两口井的实际钻井情况具有很高的吻合，证明了技术的可靠性(王秀玲等，2003).
2.1.5 多方位角地震资料AVA和VVA法
用P波资料检测地层各向异性的研究近几年来发展很快，对于定向垂直裂缝而言，在平行于裂缝的走向方向，裂缝带对P波影响很小，而在垂直于裂缝走向的方向上，裂缝带上振幅随炮检距的增加而减小，地震记录的振幅特征与方位角密切相关.各向异性的存在对NMO速度、旅行时间、泊松比、频率及信噪比等都有影响.若在野外采集施工中方位角设计较均匀，则地震资料的AVA(Amplitude variation with azimuth)和VVA(Velocity variation with azimuth)分析对检测裂隙发育带十分有效(宋建国等，2008；张璐，2009；夏晓燕，2012；马妮，2013；张广智等，2013；陈怀震等，2014).
从济阳坳陷沾化凹陷罗67井的成像分析结果中得知，该井目的层段2500~2600 ms之间的的页岩层中发育了30°和150°左右的两组裂缝.图 11是分别用AVA、VVA和IPVA计算得到的裂缝方位图.图上可以看出，目的层段2500~2600 ms之间发育两组走向分别为30°和150°左右的裂缝，与成像测井以及该位置的断裂系统走向有很好的一致性.
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图 11 罗67井旁裂缝方位图(目的层2500~2600 ms)(王延光，2006) (a)AVA;(b)VVA;(c)IPVA. Fig. 11 Fracture azimuth near Well Luo 67(The target formation between 2500~2600 ms) |
由于振幅易受噪音及采集和处理的影响，而叠前的速度又受到速度分析方法本身的局限，得到的速度在横向和垂向上，数据量都远远不能满足要求；另外，振幅信息包含了丰富的高频信息，且覆盖范围广；而叠前速度分析结果包含了低频内容，二者有机的结合得到新的地层阻抗和速度信息，应该具有对各向异性同样的反映和更强的敏感性(曲寿利等，2001；戴勇，2007；王炳章，2008；贺懿，2008；晏信飞，2009；王晓东等，2011；汪功怀等，2011；刘传虎，2012；刘军迎，2012).
波阻抗是速度与密度的乘积，对于裂缝性各向异性地层应该具有与速度类似的随方位角变化的特征.因此，通过将全三维资料处理过程中的叠前方位角速度分析结果和方位叠加结果结合进行地震反演，得到地层的波阻抗信息，再利用波阻抗随方位角变化的特征求得裂缝的发育情况，称为IPVA(the impedence variance with azimuth)技术(王延光和杜启振，2006).
2.1.7 转换横波分裂技术转换横波在裂缝介质中依其入射方位与裂隙走向的相对关系而发生不同的分裂情况：垂直时只产生慢波，平行时只产生快波，在其它方位上则观察到快慢两种横波，分裂的快慢波的强弱和时差与裂缝的强度密切相关，因此，横波分裂成为研究储层裂缝方向及其发育程度的最直接最可靠的方法之一(图 12).所以，利用多波多分量地震勘探分裂的快慢横波，采用相对时差梯度法等，可研究页岩气储集层裂缝的方向以及发育程度(王兴建，2003；张佳佳等，2011；王世明，2012；林建东等，2012；赵松，2013).
 | 图 12 转换横波分裂示意图(林建东等，2012) Fig. 12 Sketch map of converted shear wave |
2.2 基于施工过程中的裂缝响应特征分析
根据泥页岩压裂施工过程中的裂缝响应，如油气开采活动引起储层压力变化所导致周围岩石小型的破裂和裂缝所引起的扰动现象，进行微地震实时监测裂缝.
微地震监测是油气田地震开发中的一种新地震方法，用于监测气藏开采中的压裂效果.相对于初始应力条件，由油气开采活动而引起储层压力变化所导致周围岩石小型的破裂和裂缝所引起的扰动，这种运动显现为小地震，被称为微地震.在页岩层压裂施工中，可在邻井井下或者地面布置地震检波器，监测压裂过程中地下岩石破裂所产生的微地震事件(图 13)，记录在压裂期间由岩石剪切造成的微地震声波传播情况，通过处理微地震数据确定压裂效果，实时提供压裂施工中所产生的裂缝位置、裂缝方位、裂缝大小(长度、宽度和高度)、裂缝复杂程度等，评价增产方案的有效性以及优化页岩气藏多级改造方案(周婕等，2005；Maxwell，2011；Refunjol et al.，2011；张旭亮，2013；段银鹿等，2013；张晓林等，2013).
 | 图 13 微地震压裂缝监测示意图 Fig. 13 Sketch map of fracture monitoring in microseismic |
中石油东方地球物理公司率先将微地震监测技术应用到页岩储层，处于国内领先水平，图 14是其在页岩储层微地震监测中的实例.图中时间为压裂进行3小时40分钟后，西翼缝长253 m，距已知断层仅剩40余米.为防止沟通断层，立即调整施工方案：中止第二阶段压裂液II型的注入(原设计800 m3，实际注入460 m3).本次压裂过程中，根据实时裂缝监测结果，动态调整压裂方案，有效控制缝网范围，及时避免与断层沟通，达到了预期效果.
 | 图 14 微地震监测实例(据中石油东方地球物理公司内部资料) Fig. 14 Example of monitoring in microseismic |
2.3 基于学科综合的定量化分析
通过与不同学科和理论的结合，提高地震参数预测裂缝的有效性和准确性，如密度投影法和双向介质理论等.
2.3.1 密度投影法
由于单个地震属性在表征裂缝时存在多解性，因此须对适合于表征裂缝的多种地震属性进行综合分析，为此开发出密度投影技术，重点突出多种地震属性的相同特征，并保留相互间的差异，进而预测有利的裂缝发育区(张奎华，2013).
选取与裂缝储层相关的多种地震属性，如分形、混沌、伪熵、均方根、频率、相位、曲率、倾角和拟峰度等属性，通过对比，优选出与裂缝相关性较好的地震属性，进行密度投影，进而得出裂缝展布规律.密度投影技术的数学模型如下：
2.3.2 双向介质理论
Dvorikn和Nur于1993年建立了流体在纵向上的Biot流动和在横向上的喷射流动引起的频散和衰减参数与弹性参数、储层参数、流体参数和频率参数为函数的BISQ理论：
根据(4)(5)(6)(7)(8)式，速度频散和吸收衰减与弹性参数、储层参数、流体参数和频率参数的函数关系，以参数形式表示内涵.然而，由于方程参数太多且多不可测量，目前无法实现以参数形式进行描述和应用.根据用频率作自变量表示信号为频谱的定义，可以用地震偏移数据计算出以频率为自变量的速度频散谱和吸收衰减谱，以谱的形式表示其内涵.瞬时频散谱和瞬时吸收谱上的频散和衰减信息揭示流体的存在和运动，流体的存在和运动表明裂缝的存在(李煜伟等，2009，2013).
3 结论与建议
3.1 常规测井方法(GR、RT、CNL、DEN及CAL等)在泥页岩裂缝识别中起到了重要的作用，但是这些分析方法在准确确定裂缝特征参数方面具有很大的不确定性与局限性.测井新技术(HDIL、FMI及NMR等)为复杂储层的地质评价提供了更丰富的信息资源，可以更好地识别裂缝类型、裂缝产状及空间展布特征等. 3.2 随着测井仪器的改善和探测性能的提高，通过测井资料来显示泥页岩裂缝的地质信息也更加全面和丰富，而且通过各种测井技术取长补短，综合各个种类的测井信息比单一方法评价泥页岩裂缝更加准确和详细.对于一些新的测井方法和技术，还需要进一步的发展和完善，以便为泥页岩裂缝识别服务. 3.3 与其它裂缝分析的技术相比，地震资料用于裂缝的识别和预测还不够成熟，因为裂缝的变化引起的地震响应远远小于其他地质因素(如岩性和孔隙度等)引起的响应，定性和定量地描述裂缝是难点，再加上裂缝的成因复杂，所以用地震资料进行裂缝的识别、描述和预测存在较大的挑战. 3.4 应加强多学科、多属性的综合研究，提高地震裂缝预测的精度，深化各种地球物理方法间的相关性分析，建立针对我国不同地区实际地质情况和页岩储层特征的地球物理技术裂缝评价体系，综合评价、预测页岩气富集“甜点区”，为我国页岩气勘探开发提供更可靠的依据. 致 谢 感谢审稿专家和编辑的辛勤劳动和支持.| [1] | Al-Hawas K, Ameen M, Wahab M, et al. 2003. Delineation of fracture anisotropy signatures in Wudayhi Field by azimuthal seismic data[J]. The Leading Edge, 22(12): 1202-1211. |
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