三维VSP技术应用和发展现状简述.doc

能源地球物理方法

----三维VSP技术应用和发展现状简述

地测学院
S06260029
孟庆鑫

前言 ………………………………………………………………………...1
一方法简介
1.1 方法特点简介………………………………………………………….1
1.2 三维VSP方法…………………………………………………………..1
1.2.1 3D VSP技术的应用现状……………………………………………...1
1.2.2 3D VSP方法可解决的地质及地球物理问题………………………...2
1.3 几种相关方法简介…………………………………………….………2
1.3.1 逆VSP(R—VSP)技术……………………………………….………..2
1.3.2 多分量VSP技术………………………………………….…………..2
1.3.3 套管井VSP技术…………………………………………….………..2
1.3.4 高频VSP与地面地震资料综合应用……………………….………..3
二. 方法应用
2.1 采集……………………………………………………………….……..3
2.1.1 井下地震信号接收系统………………………………………………3
2.1.2 三维VSP观测系统…………………………………………………...3
2.1.2.1 概述……………………………………………………………….....3
2.1.2.2 具体实施……………………………………………………………..4
2.2 处理………………………………………………………………………4
2.2.1 三维VSP数据处理关键步骤…………………………………………4
2.2.2 主要处理流程和技术…………………………………………………..5
1．选择三维VSP资料处理实际工区范围………………………………….5
2．炮点静校正采用直达波常规静校正方法………………………………..5
3．三分量合成不同类型的地震波具有不同的偏振特性…………………..6
4．波场分离与反射波信号加强……………………………………………..6
5．建立纵波与转换波地震数据体…………………………………………..6
2.2.3 具体方法………………………………………………………………6
3D VSP波场分离处理………………………………………………………..7
3D VSP参数提取……………………………………………………………..7
3D VSP成像…………………………………………………………………..8
三. 应用实例
3.1 采集方法实例……………………………………………………………..9
1.　工区概况…………………………………………………………………..9
2.　采集方法论证与设计……………………………………………………..10
3.2 处理方法实例……………………………………………………………...11
3.3 对处理问题的认识和总结………………………………………………...13
四、 结束语………………………………………………………………...….14

三维VSP技术应用和发展现状简述
前 言

垂直地震剖面(VSP)是一种井中地震观测技术。苏联学者加里别林将VSP方法作为实际介质中地震波传播的实验研究方法提出来，该方法中包括早期用于测量地震速度和解决构造问题的地震测井和井中地质勘探。加里别林对VSP方法最初的定义是“测量器件(震源或接收器)中的一种位于井中并在其中移动，而另一种位于地表或在另外一口井中进行测量的任意一种地震观测”。在后来的发展中出现了各种各样的形态，但其主要原理和研究目标基本未变。最近20多年来，从研究介质内部波场的形成过程到研究地震参数和井周围空间构造，VSP方法倍受地质学家和地球物理学家的关注。
VSP技术的产生及应用使地震勘探中地质效果有非常明显的提高，而且首先提高了地表地震勘探成果的可信度。之后，不论是开发VSP新技术还是对现有VSP技术的进一步完善，重点都是为了利用介质中记录的各种类型和级别的波对井周围空间进行详细研究。研究者不仅将精力投入到对各种波场的研究和解剖中，而且更加注重对深部目标体的可靠成像，从而解决一系列动力学和运动学反演问题。
随着技术的发展，其在复杂构造和岩性勘探及油气田开发领域发挥着越来越重要的作用。尤其是VSP井下仪器设备的快速发展和处理技术的提高，VSP技术在继续完善常规技术的基础上，其数据采集方式明显增多，施工效率明显提高，所提供的地球物理信息在数量、种类和精度方面也都有了显著的提高。为了适应不同的地质目的，可以设计出各种各样的观测系统，这些新的观测方式，为解决储层精细构造、储层描述和储层预测等提供了更大的潜力。
国内外石油工业界从2O世纪8O年代就开始了对VSP技术的大量研究开发工作，在井旁精细构造成像、井旁断层识别、井旁地层岩性描述、地震波衰减、速度各向异性等方面取得了许多实际的应用效果。进入90年代，VSP数据采集方式明显增多，3D VSP技术的研究开始于1994年，但总的来讲，国内的研究起步较晚，近几年才做了一些多方位VSP和变偏VSP实验，而3D VSP技术的研究才刚刚起步。预计今后几年将得到进一步推广，以解决目的层各向异性和特定方位井旁精细成像及地震属性问题；3D VSP技术将在进一步完善的同时获得更多的实际应用，以解决井周三维精细成像、三维地震属性和各向异性问题。

关键词：VSP；垂直地震剖面； 三维；

一.方法简介

1.1 方法特点简介
与地面地震相比，VSP资料的信噪比高，分辨率高，波的运动学和动力学特征明显。VSP技术提供了地下地层结构同地面测量参数之间最直接的对应关系，可以为地面地震资料处理解释提供精确的时深转换及速度模型，为零相位子波分析提供支持。
三维VSP资料分辨率高，可以对井眼附近区域地面地震无法成像的小构造进行成像。三维VSP资料的各向异性信息丰富，可以实现井周高分辨率三维成像，有利于岩性特征研究和井位评价。因此，尽管成本比较高，VSP技术还是成为不可缺少的勘探开发工具。进一步提高资料采集效率，降低成本，开发新的资料处理解释技术，挖掘资料所蕴潜力。

1.2 三维VSP方法
1.2.1 3D VSP技术的应用现状
3D VSP技术倍受世界地质、地球物理学界专家关注，这项技术的出现是为了克服常规VSP技术中覆盖区域有一定角度的限制。在3D VSP方法中要进行全方位观测。与地表3D地震类似，3D VSP方法可以获得详细反映井周围空间的各种切片、剖面和数据体；此外，可以对井周围小构造进行成像，研究井筒附近的地层各向异性特征，可填补地面地震成像的空白。尽管3D VSP技术近些年在国内外得到了广泛的应用和快速发展，但该项技术的应用还很不成熟，需要不断地完善。目前，在世界3D VSP的实践中检波器组合级数最大可达180级，在野外采集中应视工区的地质和地球物理特征来加大组合级数以增加叠加次数。现在尚没有较成熟的用于3D VSP资料处理解释的软件，在这方面需做大量工作，才能够保证从高品质的原始资料中提取有用信息。
1.2.2 3D VSP方法可解决的地质及地球物理问题
分析3D VSP技术的生产与实践可以看到，3D VSP与地表3D地震勘探及其它地质、地球物理方法相结合可以解决油田用户感兴趣的一系列问题。一般来说，用户提出的需借助3D VSP方法解决的地质、地球物理问题如下：①用纵波和横波研究速度规律和各种界面的反射特征；②记录的纵、横波及转换波与测井资料的详细对比与标定；③对CDP时间剖面的信号形状进行评价和对比；④详细研究井附近空间并对井底以下剖面进行预测；⑤与裂缝方向和流体分布非均质性有关的各向异性研究。总之，这些问题的解决是为了提高研究区井周围空间地震成像的精度，得到目的层纵、横向变化及波场动力学变化特征，研究储层的非均质性。目前，利用3D VSP技术可以较好解决上述问题。由于施工费用高，时间周期长，因此3D VSP的资料采集往往使用多波多分量检波器，以求得到最大的信息量。同时，为了提高工作的效率，目前还发展了一体化采集技术，即设计特殊的观测系统，对3D VSP和地面3D地震进行同时采集，这样更有利于对获得的3D VSP资料和地面3D地震勘探资料进行一体化处理解释和对比分析。

1.3 几种相关方法简介
1.3.1 逆VSP(R—VSP)技术
为了满足不同的需要，发展了逆VSP(R—VSP)技术。逆VSP技术的特点是在井中激发，地面接收，作业效率有很大的提高。井中激发，地面全方位接收，扩大了井周附近区域的覆盖范围，增加了信息量、提高了资料的应用价值，为VSP技术的发展拓宽了空间。
随钻VSP测量(利用钻头噪声作震源)作为R—VSP技术的一种，具有资料应用的实时性，可以对钻前地层进行预测，在钻头尚未钻开地层之前进行标志层识别、归位，确定层速度，对钻头周围及前方目标成像，是钻前预测的有力工具。
三维逆VSP是用与常规VsP技术相反的方法，采取井下激发地面接收的方式作业由于在地面排列阿格式检波器阵列费用低．不用在井下安置检波器，因而时效特别高，使全三维记录数据成为可能。已经有几个用钻头作为震源的实例。应用钻头噪声震源逆VSP同随钻测井联合作业．进行实时信号处理，在识别定位目标层、确定层间速度以及对井周围及钻头前地层进行成像等方面，将是非常实用的技术。
1.3.2 多分量VSP技术
九分量VSP技术,九分量VSP是指在同一个深度点应用3个互相垂直的震源(一般是两个横波震源和一个纵波震源)激发，在井中用三分量检波器接收的VSP技术。九分量VSP资料处理是针对矢量波场的各种属性(速度、时间、振幅)变化进行分析，提取资料本身所固有的各向异性信息．用来解释储层的裂缝性特征。各向异性参数有助于识别天然裂缝分布以及控制流体储集及流动的区域描述，此技术已成功应用于水平井定位等方面。直接发射的横波可以给出近于垂直的裂缝的变化标识，以及用于现场应力分析，使得小偏移距多分量VSP具有特殊价。
1.3.3 套管井VSP技术
VSP技术除了在勘探阶段裸眼井中解决地层速度问题、井眼附近构造成像问题及各向异性问题外．在开发井中也可以发挥作用。套管井中的VSP测量，除了具有常规VSP技术优势外一还具有干扰影响小，资料信噪比高等优势，不需要作岩性、子波、滤波等人为假设性处理．结果甚至比用经过编辑的测井曲线作的合成记录更好。套管井中的VSP测量，可以在任何阶段探测井周围三维空间以及井底以下地层的信息，同套管井测井孔隙度、饱和度、岩性分析等参数综合应用．可以提供同裸眼井测井一样多的信息，在老井评价或油田二次开发中发挥作用。
1.3.4 高频VSP与地面地震资料综合应用
高频VSP资料目前可以达到的最高频率为300Hz，一般为170 Hz。高频VSP的技术优点是
分辨率高，清晰度高，可信度高．可以满足高精度要求，解决特殊的地质问胚经过提高分辨率等技术改进．VSP技术的应用越来越多。特别是有偏及变偏VSP技术，在解决特殊地质问题方面有特殊的优势．越来越受到人们的关注。有偏VSP资料处理的技术之一是VSP—CDP变换，得到类似于高分辨率地震的微型CDP剖面。VSP_cDlP变换已经从其原始单程时间变成双程时间，VSP CDP变换数据同地面地震数据一样，可以进行偏移、滤波及其他处理。

二. 方法应用
2.1 采集
利用井中地震资料进行井旁构造成像及岩性分析是一种十分有效的勘探技术，二维VSP勘探已取得了很大的成功；但二维VSP资料的成像不能充分地描述大多数三维地质体。随着石油工业对油藏描述技术的要求不断提高，三维VSP技术应运而生，并迅速发展。三维VSP就是像地面三维地震一样在地面布置激发点，检波器在井中接收地震信号。三维VSP技术为解决储层精细构造、储层描述和储层预测等提供了更大的潜力。
2.1.1 井下地震信号接收系统
井下地震信号接收系统的研制一直伴随和制约着三维VSP技术的发展，井下检波器接收级数的多少直接关系到覆盖范围和覆盖次数，也影响到三维VSP的成像质量和解决问题的能力。三维VSP数据采集时，需要井下地震信号接收系统的检波器在井下高温高压的条件下长时间进行观测，这样对井下仪器的性能和生产工艺要求很高。
现在，国外已有上达180级检波器的井下地震信号接收系统，这大大地节约了三维VSP的勘探成本，提高了野外施工效率，同时也提高了地下目的层的覆盖范围和覆盖次数，可以帮助解决储层精细构造、储层描述和储层预测等问题。国内井下多级检波器的研制开发水平远远落后于国外，尤其是在高温高压元器件和生产技术工艺方面存在很大的不足，主要还是依靠引进仪器设备，但由于井下仪器设备价格昂贵，目前国内的井下地震信号接收系统最多只有32级检波器。这在一定程度上影响了三维VSP技术的发展和应用效果。
2.1.2 三维VSP观测系统
2.1.2.1 概述
三维VSP观测系统设计取决于地面炮数、井下可利用检波器数目、井源距、检波点深度、炮点分布和检波点分布等方面,设计合理的观测系统能够改善井孔附近地层的三维成像效果。通常可以通过覆盖次数和井源距等面元属性参数来衡量三维VSP观测系统设计的合理性。
三维VSP观测系统设计具有非常灵活的特点，地面激发点可以根据不同地质目标体的特征和地质目的，有针对性的灵活设计，常用的有矩形、正方型、环型和同心圆等。一般说来,对于垂直井而言,炮点布置可以采用圆环形分布(炮点等距圆环状分布是炮点变距圆环分布的特例)或束状分布;对于斜井或水平井而言,炮点布置可采用椭圆环形分布或更为复杂的炮点分布。对于检波点,主要应针对目的层情况和检波器个数,设计好检波器的深度范围。最大井源距和检波器沉放深度直接关系到目的层的成像范围，炮线距和炮点距与覆盖次数有关。三维VSP观测系统设计就是如何确定这些参数，在有限级数的井中检波器条件下，如何最大限度地得到具有较高覆盖次数和井周目的层的更大反射范围。在三维VSP观测系统设计时,一方面要确定好井源距范围、检波点深度范围以获得合适的观测面积,另一方面要确定好炮点和检波点的分布以获得较好的覆盖次数。
三维VSP观测系统的设计原则是使观测系统参数最优化，达到最小的成本获得最佳的资料品质。在实际野外数据采集之前，在室内需要模拟地质目标体进行预勘探，针对目的层深度，最优化三维VSP的震源位置。设计三维VSP观测系统的注意事项是：首先不要出现成像盲区，其次在不危及成像体和分辨率的前提下，尽可能地减少三维VSP观测的成本和对环境的影响。
2.1.2.2 具体实施
1. 井源距和检波点深度的确定
在三维VSP观测系统设计中,井源距和检波器深度范围是两个较重要的参数,它们直接决定了实际观测面积。
分别采用均匀介质模型和层状介质模型,在确定炮点分布的情况下,计算模型目的层纵波观测面积随井源距、检波点深度的变化。当检波点深度固定时,随着井源距增加,观测面积增大;当井源距固定时,随着检波点深度减小,观测面积增大。综上所述,为了获得大的观测面积,需要大井源距和小检波点深度。
临界角的确定。
2. 炮、检点分布对覆盖次数的影响
道间距变化对反射点分布的影响，在检波点个数相同的情况下,随着检波点间距的增加,反射点覆盖分布逐渐均匀。
炮点间距和炮线间距变化对反射波覆盖次数的影响，炮点间距和炮线间距相当时覆盖次数分布最为均匀。
2.2 处理
2.2.1 三维VSP数据处理关键步骤
三维VSP数据处理有三大关键：反射波波场分离、速度建模和偏移成像。VSP资料波场丰富，有上、下行的P波和P—SV转换波和其他干扰波，而且共炮点记录的道数有限(一般等于井中检波器的接收级数)，共接收点记录上波场特征接近，难以分离。做好波场分离是三维VSP数据处理关键的第一步，也是基础。速度建模处理直接关系到偏移成像的好坏。从已有的资料(如零偏VSP和声波测井等)出发，建立初始速度模型，然后根据偏移成像结果，反复迭代修改速度模型，建立最终的速度模型，为得到好的高分辨率成像打下坚实的基础。其难点是如何判别速度模型是否合适，并对三维速度模型进行编辑和修改，使速度建模和偏移成像2个关键处理步骤形成互动。
三维VSP数据的偏移成像是其处理中的一个重要环节。它与常规地面三维地震数据一样有基于射线的Kirchhoff积分方法和基于波场延拓的波动方程方法，可以进行三维VSP数据的时间偏移成像和深度偏移成像。利用Kirchhoff积分的时间偏移成像方法，在偏移成像过程中，假定成像点上方的速度没有横向变化，因此不需要利用射线追踪进行旅行时计算，所需的速度模型为时间域的均方根速度；利用Kirchhoff积分的深度偏移成像方法可以考虑地下速度的横向变化，在偏移成像过程中，需要利用射线追踪进行旅行时计算，所需的速度模型为深度域的层速度。Kirchhoff方法具有较高的计算效率，并且对各种观测系统和观测方式具有很强的适应性，但它固有的高频近似假设和射线理论在复杂介质中的缺陷(焦散和多路径等)，使它在复杂构造区难以取得理想的结果。利用波场延拓的波动方程偏移成像方法也有时间偏移成像和深度偏移成像2种。波动方程深度偏移成像是当前获取复杂构造区地下构造图像最先进的方法技术，它不仅考虑了波场在地下传播过程中的绕射效应和折射效应，而且没有Kirchhoff方法中的高频近似假设和在复杂构造区存在的焦散和多路径现象。它所要求的速度模型为深度域的层速度，获取合适的深度域层速度模型是波动方程深度偏移成像成败的关键，在复杂构造区获取时间域的层速度模型比获取一个深度域的层速度模型更容易。因此，类似于波动方程深度偏移成像的波动方程时间偏移成像，是对常规波动方程时间偏移成像方法的技术改进。
三维的主要优势是：可以提供较高分辨率的井周成像，能够清晰地反映目的层的反射细节特征；三维三分量VSP可以与三维地面地震进行同步采集，且非常具有应用价值。结果证明，这种联合勘探能探索最优化勘探目标，在经济上也是可行的，还能够解决井周三维精细成像、地震属性和各向异性等问题。
2.2.2 主要处理流程和技术
这次对3D VSP资料的处理按图1所示流程进行，主要分为4个阶段完成：
①准备阶段。主要是分析并准备三维VSP原始资料，向处理系统数据库加载数据。
②预处理阶段。完成资料的试处理与分析，选择进一步处理资料的数量，进行参数调整；对资料质量进行全面检查；完成P波的自动拾取和初至时间确定；对炮点做静校正；计算方位定向参数并将三分量记录换算(旋转)到射线平面；进行滤波处理和波的选择。
③资料的主要处理阶段。包括：对P波和s波零偏三分量VSP资料进行处理以获取近似的速度模型；按介质的水平层状各向异性模型根据反射波水平时距曲线对P波和s波的速度模型进行精化；计算合成地震记录，检验用水平记录获得的速度模型；建立P波和PS波地震数据体；目的层射线覆盖密度分析。
④解释处理阶段。主要是对所得到的数据体进行可视化并作初步分析。本次处理的基本思路是：由于3D VSP原始资料比较独特，因此应用多级质量检查，以确保资料品质；选择的资料处理区应保证能对所有炮点的直达波进行静校正；偏移数据体基于介质水平层状各向异性模型建立；数据量大，大部分工作量系统以自动方式完成。
处理技术
1．选择三维VSP资料处理实际工区范围
目前俄罗斯处理软件现有的算法只有在存在直达波的情况下才能对共炮点VSP记录做必需的静校正，而当缺少有关地震波传播速度梯度的准确信息时，对折射波的静校正过程难以实现。所以，针对所采集资料处理工区的选择，区域的最大横向尺寸应该不包括直达波折射的外部区带。
为了分析折射区，选择了18km长度区。在该区确定折射区域边界的计算结果。在这里应用了相邻道的延时，且在一4ms到0ms区间的负值和零值对应于折射的外部区域(在初至中为上行波)，而正值为分析区域的中央部位(图中用绿色表示)。因此得到分析区的横向尺寸在顶部为3-3．5km。由于静校正质量直接与初至的质量有关，所以我们为确定分析区边界，对初至资料品质进行了分析，计算了“Semblance”系数(正则系数或空间相似性系数)的空间分布，该系数是归一化的能量信噪比。得到的结果显示，在分析区边界在初至波中可见到波的干扰，将分析区域的最佳横向尺寸减小至2，5 km是合理的(图4)。在图4中选择的工区用红色表示，对应的semblance系数不小于0．9。
在对原始资料和试处理成果分析的基础上，以井为中心选择面积为5 X 5kin 的地震资料进行三维VSP处理。
2．炮点静校正采用直达波常规静校正方法
该方法是一种相对的初至静校正方法。它是根据所有炮点集合拾取结果生成的二维水准时距曲线获得的旋转双曲面(在平面情况下为双曲线)来计算炮点的静校正量的，根据共检波点直达P波旅行时与时距曲线方程进行方差计算，即可获得相对的炮点静校正量。计算炮点静校正量所用的初至信息通过自动拾取得到。图5是静校正前、后同深度妓检波点时距『忖1而存l500m的对比。
3．三分量合成不同类型的地震波具有不同的偏振特性
三分量合成通常分2步实现：①利用三分量记录中2个水平分量 、Y计算出水平偏振角，再用 、Y分量和计算出的水平偏振角分析合成出水平定向分量和水平横切分量(SH波分量)；②是利用水平定向分量和 分量计算出垂直偏振角，由水平定向分量、z分量和垂直偏振角分析合成出垂直定向分量(P波分量)和垂直横切分量(SV波分量)。
4．波场分离与反射波信号加强
采用入射干扰波迭代减除法进行上、下行波的分离。干扰波的确定是根据三分量合成过程中的横向和径向分量的结果进行自动评价，包括下行纵干扰波和横干扰波。因为在这些分量中干扰波的特征更为明显。在波场分离过程中应用了对强干扰波自动顺序计算的程序，根据对滑动时窗中指定扇区semblance系数的初步分析，利用波的慢度差，自动确定减除波参数。对反射波信号加强采用反射波加权扇形叠加，权系数根据当前叠加方向的信噪比值确定。图6是在减掉下行波并进行上行波扇形加权叠加后对反射纵波和转换波的分离结果。在减除时对下行波近似延缓给出较宽的扇区(一0．0008，0)s／m，而对于上行波叠加。
5．建立纵波与转换波地震数据体
(1)根据零偏VSP地震资料确定P波与S波速度模型
首先对可控震源获得的零偏VSP地震资料进行常规处理，通过三分量合成及上、下行波的波场分离，得到P波和s波的上行波剖面。再根据P波、s波的初至信息建立P波、s波层速度的初始模型。P波和s波速度的确定是相互独立的，借助Multi—VSP系统自动确定速度模型的专门程序对地层进行单独划分。在零偏VSP地震资料的基础上采用逐步逼近的方法，利用在walkaway记录观测到的主要反射波得到时距曲线，再利用各向异性介质模型计算得到的时距曲线与观测得到的时距曲线进行误差最小化的迭代求解。通过做合成地震记录并与实际地震记录对比来检验解的正确性。需要指出，在确定模型时有可能只给出2条实际的时距曲线：初至时距曲线及与目的层有关的“标准”强反射时距曲线。基于观测数据与计算数据误差最小化的优化程序对其进行运算。因此应将得到的模型作为“叠加模型”来应用于地震资料的处理，包括VSP—CDP转换和VSP克希霍夫偏移。
(2)利用纵波与转换渡资料建立VSP-CDP深度数据体在得到了P波与SV波的上行波数据体后，可采用VSP—CDP转换和克希霍夫偏移2种方法来建立VSP—CDP深度数据体。
VSP—CDP转换是根据从震源到接收点的成像范围，以VTI为(具有垂直对称轴的横向各向同性)介质模型做依据进行的，此时，目标数据体根据深度和层位以步长10m进行离散化。目标数据体在水平方向的大小可定为炮点最大偏移距的一半。在射线选定的同时，计算了覆盖次数。初始深度,分析切面的数量为200，目标数据体的总体尺寸。这些参数的选择是来自显示目标段的图像并根据优势波长区段确定的。VSP—CDP转换既用于纵波波场，也用于转换波波场。在后一种情况下应用了转换波V1rI精确模型参数。VSP-CDP转换不能用于绕射和弯曲界面。要处理这样的数据，必须对VSP数据进行偏移。基于偏移的原理，介质的每一个点是一个绕射源。在偏移过程的第一步，借助VTI模型范围内对离散目标体每一个角度的射线选定，使得从当前震源到每一个接收点的射线行程时相一致，然后在每一个数据体节点对信号进行聚焦。数据体的原始尺寸与VSP-CDP数据体大小类似。最终获得的三维VSP部分成果。
2.2.3 具体方法
3D VSP波场分离处理
波场分离是VSP数据处理的关键环节 高保真波场分离是高精度参数提取和高精度VSP成像的重要前提。传统的VSP波场分离方法，如中值滤波、速度滤波、F．K滤波等方法存在混波、低频化、振幅畸变等缺陷，对3D VSP成像精度和参数提取存在不利影响。为克服这些影响，不妨使用一种更新、更有效的波场分离技术方法。基本想法是：从不同波场的偏振方向和传播方向之差异着手，通过射线追踪和偏振滤波的结合，实现不同波场的高保真分离。基本过程为：①通过基于射线追踪的偏振滤波，把复杂波场(包含下行纵波、下行横波和上行纵波、上行横波)分解为简单波场(只包含下行纵波和上行横波，或只包含上行纵波和下行横波)；②根据简单波场中不同波的传播方向截然相反的特点进行方向滤波，最终达到波场分离的目的。由图l可知：定向水平分量H 中包含直达P波和SV波两者的水平分量；而与 垂直的横切水平分量中包含SH波的能量。因此，通过水平分量的定位可基本分离出SH波，但P波和SV波暂时不能分离。利用水平分量 。和垂直分量z作矢端曲线或直方图，求P波偏振方向与垂线的夹角 ，再通过坐标变换求出沿P波偏振方向的分量Pd和与P波偏振方向的垂直分量Sd。即
Sd= COS0+Zsin0 (1)
Pd=Hsin0+Zcos0 (2)
因为偏振滤波完全是在“特定采样点”上进行的，所以没有任何混波作用，波场信息完全是保真的。经偏振滤波后的简单波场中，不同波型的传播方向是截然不同的，加之方向滤波因子的特殊设计，只需很少的相邻地震道参与运算就能达到不同波场完全分离的目的。与常规波场分离方法相比，该分离大大降低了混波作用以及由此产生的波形畸变，由此可以认为是高保真的。
3D VSP参数提取
由测量结果提取地层相关参数是3D VSP勘探的重要目的之一。由于特殊的观测方式，由其所提取的参数比从地面地震资料提取的参数更精细、更可靠，也更多。
由弹性波速度、测井密度换算各弹性模量
不同的弹性模量从不同的角度反映了地层岩石的弹性特征，而各项弹性模量对油气田的开发工程都有各自独特的指导作用。由于所有弹性模量都与基本弹性模量— — 纵波速度、横波速度和密度有关，所以在已求得VSP井周纵波速度 、横波速度和测井密度P的条件下，根据经典弹性参数之间的关系式，可以比较容易地计算出如下各种弹性参数。
速度比,泊松比,剪切模量,拉梅常数,压缩模量,杨氏模量,岩性指标
泥岩、砂岩和碳酸盐岩具有不同的岩性指标； 是储层含气预测的重要指标，含气层具有明显的低or特征；从不同方面表征了地层的强度，与钻井工程和油气田开发有密切的关系。
由下行纵波、横波之初至计算地层品质因数
地层品质因数是衡量地层吸收特性的关键参数。它既是地震资料保幅处理的重要输入参数，又是油气预测的重要指标。从地面地震资料中很难准确提取这个参数，而利用VSP的初至波可以比较准确地提取。在求取品质因数之前，必须进行以下预处理工作：
① 利用初至波深度已知的特点，准确消除波前扩散对振幅的影响；
② 通过偏振滤波实现下行初至波与上行反射波的高保真分离，分离后的下行初至波，经激发能量一致性校正后，包含着只与地层吸收和透射损失有关的振幅衰减信息；
③ 根据声波测井和密度测井结果，逐层(深度点)做透射损失补偿。经过上述预处理后，可以认为VSP初至波的振幅只与地层衰减有关。假设初始深度h。处频率为的简谐波振幅为A。下一个深度h处该简谐波的振幅为A1.
在实际测量中，我们所用的波不是简谐波，而是由不同简谐波复合而成的地震脉冲。因此，在实际计算中，我们采用以下方法：① 把各接收点上的初至波变换到频率域求振幅谱，在有效频带范围内对振幅谱曲线进行适当平滑；②从浅到深，在每一个接收点上对每一个有效频率采用上式计算相邻两个接收点之间地层的品质因数；③ 在VSP测量的频率范围内，特定地层的品质因数是惟一的，与频率无关，但在实际计算中，因层间滤波效应不可能完全消除，用不同频率计算出的同一深度处的品质因数会有所不同，因此，还必须对各深度上不同频率求出的品质因数进行平均，把平均值作为该深度上地层的等效品质因数(在求平均值时，可以剔除异常值)。
根据纵横波速度估算孔隙度和砂泥比
传统上，孔隙度和砂泥比是由高分辨率地面地震速度反演剖面经回归标定后得到的。利用3D VSP资料拟采取如下方法：①利用VSP层析成像技术，建立井周围速度模型；②根据井旁VSP纵横波速度分别建立纵波速度— 孔隙度、横波速度一孔隙度、纵波速度— 砂泥比、横波速度一砂泥比之间的回归统计关系；③ 根据各回归关系，分别对纵波速度模型和横波速度模型进行标定，得到两套孔隙度、砂泥比剖面。
3D VSP可以得到井周围更为精确和可靠的纵波速度和横波速度，用这些速度估算出的孔隙度和砂泥比可以更好地描述井周围的储层特征。另外，由于横波速度不受孔隙流体的影响，可以预料孔隙度或砂泥比与横波速度的相关性更好。
提取空变(偏移距、深度)子波
3D VSP拥有大量不同偏移距、不同接收点的地震记录，这些记录的初至波包含着地震子波的空变、时变特征。正确提取、研究这些子波，可为地面地震资料的子波处理，尤其是叠前子波处理提供重要的依据。子波提取方法如下：
1、在VSP共激发点道集上，通过偏振滤波初步分离出下行波场；
2、对下行波场进行初至拾取；
3、根据初至拾取结果，沿着初至波方向进行多道移动平均(使下行初至波同相叠加)，经平均后渡场中与初至波方向不一致的其他波(如上行波)因不能同相叠加而被清除．渡场中只剩下下行初至波，也就是空变地震子波，更确切地说是特定偏移距上特定深度处观测到的子波。这个子波包含了激发响应、传播效应等多方面的综合影响。
3D VSP成像
井旁精细成像是3D VSP的优势，也是进行3DVSP勘探的重要理由。目前的成像方法有两种：一是基于射线追踪的VSP CDP变换方法；二是基于波动方程的克希霍夫深度偏移法。这两种方法各具特色：变换法对速度模型已知度和精确度要求较高，对数据量(共激发点数)要求较低；克希霍夫积分法对速度模型要求不高(只要合理就行)，但对数据量要求较高(否则会有背景“弧”出现)。现用的方法以基于射线追踪的VSP CDP变换为主。其技术方案如下：
1、 利用测井资料或VSP速度，建立井周围速度模型；
2、用射线追踪法计算激发点到反射点(CDP)的路径、走时和入射角。
3、根据入射角等于反射角的原理，用射线追踪法(目前较好的是渡前法和最小旅行时法)计算反射波与井中检波器相交的位置及走时；
4、在交点对应的地震记录道上，根据人射波走时与反射波走时之和取出反射波，并将其移至对应的CDP点；
5、重复上述步骤，直至每个CDP点都得到成像，成像结果既可以是深度剖面．也可以是时间剖面；
6、根据计算的各种信息参数进行偏移．得到最终3D vsP偏移成像结果。
建立合适的工区速度模型尤其是浅表速度模型是高精度成像的重要前提。通常，浅表地层的纵波速度和横波速度无论在纵向上还是在横向上的变化梯度都比深层的大。这种较大的速度变化会引起地震射线的严重弯曲，从而影响成像精度。恰恰在这些最需要清楚了解地层速度的部位，实际工作中我们常常没有可靠的信息来源——VSP没有接收点、声测井被忽略、地面地震嫌太浅、低速带调查嫌太深。在这些“不深不浅” 的部位(比如lO0~OOm 的深度处)，可以采用以下方法解决成像速度建模问题：
①采用低速带调查速度建立近地表速度模型；
②采用声测井、VSP或地面地震资料建立中深层速度模型；
③基于近地表速度和中深层速度，通过多项式拟合，初步建立“不深不浅”部位的速度模型；
④利用上述速度模型，通过射线追踪计算各深度点上的理论初至时间，测试理论初至时间与实际初至时间的差，当差值足够小时，速度模型即可作为成像速度模型。否则调整拟合参数，继续寻找合适的速度模型，直至满足差值足够小的条件。
三. 应用实例
3.1 采集方法实例
泌阳凹陷井地联合3D - VSP采集
1.　工区概况
泌阳凹陷井地联合3D - VSP采集,主要选择在深凹带西南部的Z51井区进行井中与地面三维联合采集施工。以Z51 井为中心,在一定范围内用该方法提高主要目的层段的分辨率,并结合地面地震资料,开展相应的井中3D-VSP与地面三维联合勘探研究工作,深入研究地震波场特征及各项物性参数,取得高精度地震剖面。并应用井地联合采集的3D-VSP剖面进行储层横向预测与追踪,提高地震剖面标定地质层位的精度以及描述地下地质构造及岩性变化情况,以满足对地质目标勘探的要求。寻找该区深层系的岩性遮挡、岩性尖灭、砂岩透镜体油气藏,为老区寻找接替储量。Z51井完钻井深2 940m,钻遇地层从核一段、核二段、核三1段到核三9段的全部地层,且钻遇多层油气显示, 2422.9 m～2 424.6 m油层投产试油,井区附近有油井与干井。根据这些情况,以Z51井井区进行井地联合3D-VSP勘探研究,搞清井区地质构造及岩性变化、储层横向变化,对寻找油气藏具有重大意义。
2.　采集方法论证与设计
地面三维观测系统设计
主要基于以往该区三维施工的成功经验,并选取南襄盆地骨干大剖面NX-03-01线资料进行地震采集参数论证。通过分析和模型论证,确定地面三维采集观测系统为: 10线35炮对称线束状,线距200m,道距40m,纵向216道接收,炮线距480m,炮点距40m,纵向中点激发,面元尺寸20m×20m,最大非纵距1580 m,最大炮检距4581 m,最小炮检距28.28m,覆盖次数9×7=63次。
　 井下3D - VSP采集方法论证
(1)设计方法:在对观测井及附近井资料分析的基础上,建立理论模型,通过对模型的理论计算,进行多分量地震响应的运动学特征和动力学,用于确定接收点位置和炮检距范围;对目的层的有效成像范围和有效反射能量分布进行分析;模拟地震波在目的层的响应,在多域考虑采集的多分量信号的可分选性,有利于后期处理中的不同波场的分离。
(2)设计结果:检波器点距应满足空间采样定理,根据主要目的层在钻井地层深度上的分布,根据不同的检波器沉放深度进行射线追踪,对目的层P波和Psv波(转换波)的覆盖次数、成像范围等进行分析和对比。得出:当检波器沉放深度越接近目的层时,目的层成像面积越小,但P波和Psv波的覆盖次数越均匀、平均覆盖次数越高,零覆盖点越少;当检波器沉放深度离目的层越远时,目的层成像面积越大,但P波和Psv波的覆盖次数越不均匀、平均覆盖次数越低,零覆盖点越多。检波点沉放深度在1250～1550m时,根据得到的不同偏移距的共炮点道集,可以看出当偏移距小于2000 m时,目的层的P波不受下行波和折射波的干扰,上行波反射较强;当偏移距