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1、第二讲:垂直地震剖面 (Vertical Seismic Profiling -VSP),油气与固体矿产新方法(地震勘探),1,专业知识,【思考题】,(1) VSP概念、走廊叠加、静态时移 (2)水平及倾斜双层模型的一次波、直达波、二次波理论时距曲线及方程 (3) VSP资料有哪些应用?,2,专业知识,一、基本原理 二、资料采集 三、资料处理 四、资料应用 五、思考题参考答案,垂直地震剖面,油气与固体矿产新方法(地震勘探),3,专业知识,一、基本原理,垂直地震剖面技术定义: 在地表设置震源激发地震波,在井内安置检波器接收地震波,即在垂直方向观测一维人工场,然后对所观测得到的资料经过校正、叠加、
2、滤波等处理,得到垂直地震剖面。,4,专业知识,一、基本原理,1VSP中的主要波动 从波的类型来分: (1)直达初至波 (2)一次反射波:反射纵波和转换波(当震源有偏移距) (3)多次反射波 从波传播到接收点的方向来分: (1)下行波:来自接收点上方的下行波(直达波和下行多次波) (2)上行波:来自接收点下方的上行波(一次反射波和上行多次波),5,专业知识,一、基本原理,1VSP中的主要波动,6,专业知识,一、基本原理,2VSP时距曲线分析 (1)均匀介质情形下的直达波时距曲线,时距曲线是双曲线,但当d很小时时距曲线是直线,随d增大视速度增大,同相轴变为双曲线。,7,专业知识,2VSP时距曲线分
3、析,(2)均匀介质情形下的一个平反射界面的上行波时距曲线 上倾方向激发(+) 下倾方向激发(-): 下式中 H=OE-EM=Zcos -dsin,8,专业知识,从时距曲线方程可看出反射波旅行时与接收点位置、激发点位置、地层倾角和速度有关 当界面水平时:时距方程为,当d=0时,时距曲线为直线;(随着检波器沉放深度h增大,走时t变小);当d0时,双曲线。 反射波视速度:,当检波器的沉放深度为H时(在反射界面处),直达波与一次反射波的传播时间相等,视速度相等,但符号相反。,0,9,专业知识,在界面处,直达波和反射波的视速度分别为,从直达波和反射波时距曲线和视速度公式可见,当检波器沉放在界面上时,两者
4、具有相同的传播时间。,10,专业知识,在界面处,直达波和反射波的视速度分别为,从上式可见:直达波与反射波视速度数值相等,符号相反,两者以相反的视速度相交,当d=0时,v*f =-v, v*d =v。,11,专业知识,2VSP时距曲线分析,(3)均匀介质情形下的一个平反射界面的二次下行波时距曲线 上倾方向激发(+) 下倾方向激发(-) 下式中 H=Zcos -dsin,12,专业知识,2VSP时距曲线分析,当界面水平时:时距方程和视速度分别为,当d=0时,二次下行波反射波同相轴近似为直线; 当d0时,二次下行波反射波同相轴双曲线。 视速度为正值。,0,13,专业知识,一、基本原理,2VSP时距曲
5、线分析 讨论: 当d=0时,直达波及二次下行波时距方程为 下行二次波走时tdn比直达波走时t d增加一个常数,且视速度相等。斜率相等,故在d较小时,下行二次波同相轴与直达波平行的,只是增加了一个系统时间值(两曲线平行)。,14,专业知识,一、基本原理,2VSP时距曲线分析 (4)均匀介质情形下的一个水平反射界面的二次上行波时距曲线,与一次上行波平行,但不与直达波相交。,0,15,专业知识,与上行波相比,同样具有随观测点深度时间变小和负视速度的性质,它和上行的一次波有平行的同相轴,而不和直达波相交。,16,专业知识,一、基本原理,3.干扰波类型 (1)套管波:沿套管传播的波 (2)电缆波:电缆振
6、动引起检波器振动。 (3)管道波:充满泥浆的井与围岩形成一个明显的波阻抗界面,由震源产生的面波传播到此界面时,好象一个新的震源,产生了沿井轴方向传播的管波,能量强,速度低(1400-1460),稳定。,17,专业知识,二、资料采集,在VSP数据采集中所用的设备主要包括井口震源、井下检波器、记录仪器、电缆、参考检波器(近场检波器),18,专业知识,1.震源,(1)震源: 类型:炸药震源、可控震源、气枪、电火花等 目前陆地上使用的多为可控震源。 对震源要求: 1)震源能激发高宽频信号,提高分辨率; 2)能量强,干扰小,多在低速层以下激发,采取多次重复激发方式,以增强能量。 3)要求震源子波一致,一
7、口井观测点上百,每个点又必须重复激发,这样一口井都要激发很多次,所以要求每次激发的子波要一致。 4)相邻道震源的标识误差应小于1ms,以保证有较高的精度。,19,专业知识,二、资料采集,深度,时 间,20,专业知识,2)偏移距:小(偏移距大小与界面成象范围有关,偏移距是指井口到震源点的距离,如地震测井一样,震源不可能就在井口,偏移距可大可小。主要考虑成像范围,一般随偏移距增加地下成像范围也随之增大,反之亦然。但偏移距过大,由于波形转换,可能造成资料质量变坏,一般把偏移距约为接收点深度十分之一时,可认为是零偏移距。 当地下界面水平时,零偏移距是不能探测井身周围地质情况的。非零偏移距可以探测震源到
8、井口一半的界面范围。当地层倾斜时,探测范围随地层倾角而变化。采用同样的偏移距,界面上倾方向的探测范围大于下倾方向,所以在生产中应将震源布设在地层的上倾方向。,21,专业知识,(3)参考检波器(近场检波器),作用:子波处理及监视震源子波 所谓近场,在海上系指不超过单个气枪水泡后单个弹性变形带的1-2m,在陆地上系值不超过以震源子波的波长为半径的范围。 近场检波器埋于地下监视震源子波,要求它尽可能与井中检波器的性能相同,它可以为子波处理提供依据。,22,专业知识,4)井中检波器,井下检波器是VSP工作中的主要设备,它应具有: (1)可伸缩的推靠臂,当检波器 沉放到某一观测点时,要求检波器推靠在套管
9、上,保证良好的接触(耦合好); (2)检波器具有较宽的通频带,有可调的动态增益 (3)形状影视两端尖直径小,以防止管道波的产生; (4)是三分量检波器,同时接收纵横波资料; (5)耐高温高压 目前井中检波器12道,23,专业知识,5)检波器点距:小于波长一半(6-15米),要求相邻检波器点距满足采样定理。点距应为二分之一的最小有效波长,点距小,对应界面上反射点的间距也越小,资料精度高,有利于小构造解释。,24,专业知识,6)记录仪器:120db,浮点放大系统。,VSP中要求仪器动态大于120db,采用浮点放大系统,15位模数转换,1/2ms采样,具有足够的地震道(一般为24道),以及保准的记录
10、格式。,25,专业知识,三、资料处理,原始的VSP资料很难进行解释,必须经过处理,原因:1)干扰强,存在随机和相干干扰,使资料的信噪比变低,必须做提高资料信噪比的处理; 2)希望从VSP资料中提取简单的理想子波,但实际的记录子波一般延续较长,不同炮的子波波形往往不一致,因此必须对子波进行整形处理; 3)下行波太强,上行波较弱尤其在靠界面附近,上行波被直达波所淹没, 而在资料解释中主要用上行波资料,所以必须通过处理来加强上行波。 4)记录中存在大量表层和层间多次波影响; 5)显示不直观难以与地面记录对比; 6)须从VSP资料中提取有关速度,振幅,频率等参数。,26,专业知识,VSP资料主要处理内
11、容,1编辑(编排)-采集记录变为计算机格式。 2垂直叠加叠加,提高信躁比。 3初至拾取:拾取初至直达波,用于求速度和静校正及处理 4频谱分析和带通滤波搞清有效和干扰波频带范围。然后进行带通滤波。提高信躁比。 5震源子波整形-使每炮的震源子波波形一样。 6静态时移(静校正和排齐) 7波场分离 8反褶积 9.走廊叠加(VSPLOG),27,专业知识,1编辑(编排),-将采集记录变为计算机格式。剔除不工作道,不正常道,并把所放炮次按深度大小,由浅而深进行编排。,28,专业知识,2垂直叠加叠加,提高信躁比。,当震源较弱时,为了加强信号能量,常采用叠加的方法,目的提高资料的信噪比, 当使用炸药时 对记录
12、很少进行叠加,一是炸药震源能量较强,二是各炮波形很难一致。,29,专业知识,3初至拾取:拾取初至直达波,用于求速度和静校正及处理,初至直达波的拾取直接影响到速度参数的精度和静校正量的大小,为了保证初至波拾取的精度一般采用了频率域滤波和互相关技术。,30,专业知识,4频谱分析和带通滤波,频谱分析:搞清有效和干扰波频带范围。然后进行带通滤波。提高信躁比。主要压制管道波和随机干扰。,31,专业知识,5震源子波整形-使每炮的震源子波波形一样。,资料的处理和解释,希望在各个深度上都具有相同的震源波形,事实上是办不到的,特别是炸药震源,所以要利用监视检波器记录震源子波波形,然后专门设计滤波器把每一炮的震源
13、监视记录波形转换为标准波形。,32,专业知识,6静态时移(静校正和排齐),对于VSP资料通过处理,使上行波和下行波的同相轴按时间分别对齐,并显示为类似地面地震剖面的形式。 对于零偏移距水平界面的VSP观测,假设井中检波器接收到直达波、上行波。下行波(二次),到达时间分别为t1、t2和t3,地面接收到的反射波旅行时为t0,它们具有如下关系: t2+t1=t3-t1=t0 如果将上行波各道都加上初至时间,相当于将检波器放在井口地面处接收反射界面的反射波,则上行波将按其从地表到界面的双程时间排齐,将加初至时间的过程叫静态时移(静校正和排齐)。与此同时,初至波也增加了一倍时间,同相轴的斜率也将增加一倍
14、,33,专业知识,6静态时移(静校正和排齐),a图射线路径图 b图排齐之前的记录 C上行波排齐后的记录 d将坐标转动90度的结果,这种显示方式便于与地表地震剖面对比。,34,专业知识,三、资料处理,6静态时移(静校正和排齐): 对于零偏移距水平界面的VSP观测,假设井中检波器都接收到直达波(t1)、上行波(t2)、下行波(二次)(t3),地面接收到的反射波(t0),有t2t1t3t1t0, 如果将上行波各道都加上初至时间,则相当于将检波器放到井口地面接收反射界面的反射波,则上行波将按其从地表到界面的双程时间排齐,把加初至时间的过程叫静态时移。 如果将下行波各道都减去初至时间,使初至波在同一时间
15、出现,则所有的下行波对齐排列。这样就出现了下行反射波。,35,专业知识,三、资料处理,7波场分离 在VSP记录中,同时记录了上、下行波,两者重叠在一起,要将两者分离。 主要依据是两者视速度不同。 方法: (1) 多道速度滤波利用视速度的差异 与常规地震资料处理中的多道滤波方法一样。,36,专业知识,2) 频率-波数域滤波(f-k滤波),,做法:对资料做二维付氏变换,将时-空域的数据变换到频率-波数域,这时下行波在正波数域,上行波在负波数域。对频率-波数域的信息做滤波处理(正半平面的数据乘以小数,使下行波衰减约60db,负半平面的上行波不受影响,最后对结果做二维反付氏变换回到时-空域,这时下行波
16、已经衰减,上行波增强。,37,专业知识,三、资料处理,8反褶积 ( 1) 预测反褶积:压制多次波,它的滤波因子是由已分离出来的下行波自相关函数逐层计算出来的,然后将因子分别应用于上、下行波。 (2) 脉冲反褶积:压缩子波长度,提高分辨率,38,专业知识,三、资料处理,九.走廊叠加(VSPLOG) 在静态时移(或静校正和排齐)的剖面上,从初至波斜同相轴到多次波终止处连线(斜线)的一个条带(通道)上,只有一次波,而切除了多次波,把一次波同相轴加到一起,形成单一的地震道,这个工作叫走廊叠加。,39,专业知识,四、资料应用,1提取准确的速度参数:利用初至时间反演 在常规地震勘探中用地震测井和声波测井来得到速度信息,受到一定的限制,地震测井点距太大,声波测井虽然分层较细,但受到井经变化和时间累积的影响,使精度降低,而VSP资料采用推靠检波器,提高了灵敏度,并且点距小,位置准确,所以用初至波测定的速度精度将会得到很大的提高。,40,专业知识,四、资料应用,2标