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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）,【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？,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）,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、滤波等处理，得到垂直地震剖面。,一、基本原
2、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）,一、基本原理,1VSP中的主要波动,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。,2VSP时距曲线分析,（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（-
3、）： 下式中 H=OE-EM=Zcos -dsin,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,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，两者具有相同的传播时间。,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
4、反的视速度相交，当d=0时，v*f =-v， v*d =v。,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,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。,0,一、基本原理,2VSP时距曲线分析 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
5、加了一个系统时间值（两曲线平行）。,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,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。,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。,二、资料采集,在VSP数据采集中
6、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）,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。,二、资料采集,深度,时 间,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
7、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。,(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
8、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。,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,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，
9、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。,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），以及保准的记录格式。,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
10、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。,VSP资料主要处理内容,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),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
11、常道，并把所放炮次按深度大小，由浅而深进行编排。,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。,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。,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。,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
12、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监视记录波形转换为标准波形。,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
13、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,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。,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
14、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出现，则所有的下行波对齐排列。这样就出现了下行反射波。,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。,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
15、对结果做二维反付氏变换回到时-空域，这时下行波已经衰减，上行波增强。,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,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。,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
16、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。,四、资料应用,2标定地震地质层位 :可以直接建立深度与时间的关系，而不受速度的影响。,常规地震勘探中标定层位方法主要是: 1)对过井地面地震剖面进行时深转换，然后与钻井对比； 2）做理论合成记录，据测井资料做合成记录与实际记录对比，进行标定层位。 这两种方法能否得到满意结果主要取决于所用速度的精度，如果速度存在误差，标定工作就不好， 用VSP资料来标定层位，可以直接建立深度与时间的关系，而不受速度的影响。,标定过程 1）用VSP记录直接与钻井（井柱子）、测井资料对比，从井柱子上可知产生这些反射层的年代和岩性特征，然后将它与地面再对比，就可以确定地震
