第四章---VSP.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,第四章 垂直地震剖面(VSP)技术,第一节 VSP的基本原理,第二节 VSP野外采集技术,第三节 VSP资料的数字处理,第四节 VSP资料的解释与应用,第五节 VSP技术的发展趋势,第一节 VSP的基本原理,一、VSP技术的特点,二、VSP技术在油气勘探中的作用,三、VSP技术的方法原理,直达波,入射波,反射波,透射波,VSP,包括零偏移距和非零偏移距观测两种方式；经处理后的成果分别为,VSPLOG,记录和,VSPCDP,剖面；,VSP,的特殊干扰波是管波和电缆波；,VSP,资料处理的关键内容是分离上下行波、垂直叠加等。,一、VSP技术的特点,VSP技术的特点归纳如下：,1、接收点分布在介质内部；,2、记录的地震波比较真实地反映研究对象；,3、干扰因素少；,4、可同时记录上行波和下行波；,5、使用三分量检波器可记录多分量地震信息；,6、震源可重复性容易实现。,二、VSP技术在油气勘探中的作用,1、VSP技术对油气勘探的贡献包括：,避开低速带的影响,记录的分辨率较高;,地表恶劣地区可用VSP测量替代填补地面地震的空白带;,确定地震同相轴与地质层位的对应关系;,预告钻井未钻遇地层的埋深;,提供子波、反褶积因子、速度、反射系数、衰减系数等物理参数;,正确识别多次波;,可采集到多波、多分量记录,有利于井孔周围油藏的研究;,与地面勘探资料结合,可减少地震反演的多解性;,与声波资料结合有利于薄层研究。,VSP技术存在的不足,2,、相对地面地震而言，,VSP,技术的一些缺点：,(1)、野外采集工艺比地面地震复杂;,(2)、需要井孔、电缆、电缆车、井下检波器等特殊设备;,(3)、冬季施工困难更大;,(4)、测量范围有限。,三、VSP技术的方法原理,VSP技术的方法原理,1、在垂直地震剖面中出现多种地震波，如上行波（一次反射波）、多次上下波、下行波（初至直达波）、多次下行波、井筒波、电缆波等其它干扰波。,2、VSP观测的震源可布在地面或专用的炮井中，可以是零偏移距或非零偏移距；检波器可布在井孔的任何深度上应满足关系式：,dhVmin/2fmax=,min/2,上、下行波的时距曲线方程：,三分量子波检波器,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。,第二节 VSP的野外采集技术,一、震源,二、井下检波器,三、地面记录仪器,四、VSP观测系统,VSP测井现场,一、VSP震源,1、LDZ200-10型电火花震源是由中国科学院电工研究所研制，荣获1991年国家科学技术进步奖。该震源具有能量强且稳定，激发频带宽，激发的方向性、同步性及重复性好等特点。该震源适用于陆地、海洋、沙漠等不同的激发环境，是VSP观测的理想震源。,2、对震源的要求：,（1）震源频带宽，具有丰富的高频成分；,（2）具有足够的为测量地下地质目标层所需的能量；,（3）具有良好且稳定的震源子波，即震源子波的一致性要好；,（4）与震源有关的干扰尽量少；,（5）震源类型、组合方式及各种参数选取要合理。,对震源的要求,VSP震源的种类,3、VSP震源类型有以下四种：,（1）炸药震源采用可重复性的炸药震源井：需支架、套管、井壁与套管间固有水泥、小药包(0.1-0.5 kg)、潜水面以下激发；,（2）空气枪、蒸汽枪、水枪震源用于海洋，操作简便，但能量较弱，常采用组合或叠加方法；,（3）电火花震源利用在液体中瞬间放电方法产生高温高压脉冲；,（4）可控震源节省人力物力，提高生产效力，是理想的VSP震源。,电火花震源利用在液体中瞬间放电方法产生了高温和高压脉冲。脉冲宽度达微妙或毫秒级。其工作过程是：用汽车发动机使同步发电机产生的交流电压，经调压器调压与升压变压器升压，再由硅堆整流成直流，给电容器C充电，然后放电。放电的能量为：,W=0.5CV,2,式中：W是电容器储能(J)；C为电容量(,F)；,V是充电电压(V)。,电火花震源,电火花工作原理图,如需改变能量，则可通过调节电压V的大小或改变电容量C即可实现。充电到预定电压后，则处于待发状态，一旦地震采集仪发出启动信号触发开关K，使电容器快速向换能器中的水间隙释放能量。获得极高的瞬时放电功率，从而产生强大的脉冲电压。,式中：P,max,冲击波波前最大压力；,1,是积分函数，液体介质为0.7；,0,是液体介质密度；W为放电通过单位长度上的脉冲能量；T是脉冲能量的持续时间；t,b,为波前时间。,电火花震源,二、井下检波器,1、井下检波器应具条件,两端呈流线型尖端避免Rayleigh面波；,直径要小避免井筒波，适应性更强；,配备可伸张的推靠臂便于检波器在井中移动；保证与井壁具有良好的耦合；避免电缆波的产生。耦合形式有弓型弹簧耦合、伸张臂式和推靠式耦合；耦合力来源有液压型、电动型和机械型；,长度短、重量轻既达到同相运动又不致于引起外部耦合效应；,三分量检波器的分量应可标定便于根据不同目标选择向量分布方式；,具有方位测量系统由于电缆的旋转，导致井下检波器方位的变化，必须用定向系统作标定;,三分量检波器应具各自的放大系统设计有可调增益的前置放大器，便于接收强弱不均的地震信号；,耐高温高压温度高达200,0,C，压力高达150MPa；,配备井下数字化系统和多道检波系统便于一根缆芯多路传输，提高工作效率；,具有可靠的连接头井下检波器与电缆间的可靠连接。,井下检波器应具条件,深度,时,间,2、井下检波器类型,(1)HTH-1000型三分量检波器,由地震仪器服务公司研制。主要指标是:D=92.08mm,单臂式长325.12mm,重124.74 kg;井孔直径为152.4mm时,推靠时间是10秒，松开时间为2秒；耐温430,0,F=221,0,C，耐压166.6MPa。,(2)单面推靠式系列检波器,SWC三分量检波器由美国地球资源公司研制，主要指标是：直径98mm,长149.9cm，重54kg,耐温200,0,C，耐压133.4MPa，推靠周期5秒，推靠臂长度30.5cm。,从法国CGG公司引进的S、S,3,、H,3,型井下检波器具有直径小、重量轻、易操作等特点；可用于小井径、大斜度井及全裸眼井的VSP观测。,井下检波器照片,多级三分量VSP井下检波器由法国CGG公司和法国石油学院共同研制，其特点是：多级三分量，同时可记录12道，配备井下数字化系统。该检波器的组成部分包括：井下主接收器、三个三轴向的卫星型检波器的接收器、地面接口仪和指令控制仪。,(3)多级三分量VSP井下检波器,液压式三分量推靠测井检波器(Geolock-H)由法国CGG的子公司AMG研制的，主要特点是：与井壁的耦合特别牢固，便于地层参数的确定；两支推靠臂依靠液压系统实现张开与闭合。该检波器的结构是由上端护罩、测筒与液压的联结部分、电动马达部分、液压部分、补偿部分以及地震测筒等六部分组成。,(4)液压式三分量推靠测井检波器,三、地面记录仪器,1、VSP地面采集仪器应具条件,适应野外作业，应具较高的稳定性，既可适应严寒酷暑的工作环境，又可抗颠簸；,道数纯VSP观测道数可少些，完成三维VSP或进行井中与地面联合观测时道数应尽量多；动态范围20log(A,max,/A,min,)为分贝数；分辨率垂向上可分辨相邻地层的最小厚度，要求仪器的接收频带较宽，采样率要小；现场监视系统监控采集质量，可配备现场处理机；配有适应于不同震源的接口；记录格式采用标准的SEG-Y或D记录格式。,地震勘探仪器的记录过程包括：检波器、前置放大器、多路转换开关、瞬时浮点二进制增益控制的放大器、二次采样保持器、模拟-数字转换器、格式编排器、磁记录器、监控回放系统。,2、地震勘探仪器的记录过程,四、VSP观测系统,1、VSP采集的施工设计,在进行VSP采集之前，应明确完成的任务和解决的地质问题；利用工作站进行射线轨迹的模拟，为此需收集相关资料，如固井曲线、声速曲线、井温、井径、泥浆比重、地质分层等；进行井场踏勘，在综合地质任务、井下与实际情况的基础上设计出理想的观测系统、排列方位、检波点距和仪器因素。,2、VSP观测系统类型,根据VSP观测系统的主要特点可分为以下几类：,按井源距不同可分为：固定井源距、移动井源距、多变井源距、井间观测系统；,按井下检波器布设间距不同分为：等间距、不等间距、大间距观测系统；,按震源、检波器和井三者空间位置组合关系分为：零井源距、固定非零井源距、变井源距井间VSP观测系统；,特殊VSP观测方法：斜井、浅井、连井VSP观测系统、地面地下联合观测，多次叠加采集，VSP面积观测等。,(一)零井源距VSP观测系统,激发点与井口的水平距离小于150米的称之为零偏移距。所谓的观测系统是指炮点与接收点的相对位置关系.每激发一次井下检波器由井底向上提升一次，提升间隔应满足：,零井源距观测系统的作用：求取地层速度、进行波场分析、制作VSP地震道、预告未钻遇层位、联结地面地震、测井曲线及地质剖面、为地面地震提供子波、处理与解释的各种参数等。,(二)固定非零井源距观测系统,固定非零井源距观测系统要根据钻井或地震资料，初步确定油气储层后，为了圈定其分布范围而设计的可根据预测模型来确定观测系统的相关参数。凡是使用固定井源距观测系统的都要设置近场子波检波器。,(三)变井源距观测系统,变(移动)井源距观测系统有两类：,(1)地面震源与井下检波器都在改变的变井源距观测系统适应于海上观测，采集时检波器由下向上,等间隔观测；震源点每激发一次由井口向远方移动一次；,(2)移动震源的观测系统测井检波器固定在观测井的某一深度，而震源则以一定的间距向远方(观测井的一边或两边)移动。该观测系统有利于揭示目的层的细节和复杂地质特征。,(四)斜井VSP观测系统,斜井VSP观测系统比直井的复杂，除了观测系统设计和计算处理归位的难度大外，还要考虑检波器安置及防止电缆磨损等施工中的具体技术。,(五)斜井VSP的三维观测系统,(六)反VSP或称逆VSP,反VSP是指震源在井下，检波器布置在地面接收的观测方式。,(七)VSP的三维观测系统,VSP的三维观测系统将震源布在井中，地面布置面积型检波器排列。这种观测系统能记录来自震源到地面检波器的直达透射纵波和横波，便于了解震源与地面之间的地层情况，也可记录震源以下个界面的反射，用于油田开发中的注水、注气以及人工压裂等动态监视研究，还可用来寻找震源与地面之间有意义的地质体。,由PHILLIPS(挪威)石油公司在北海的Ekofisk油田实施的常数反射角环状观测系统方案。,主要参数：,最大圆环半径2000m；对应接收点深度：3000m最小圆环半径1250m；对应接收点深度：1400m；,环间距离50m；接收点距10m,震源：三枪组合空气枪；,接收系统：12级三分量；,施工方法：震源每一圈移动50m，井下接收系统移动120m。,该方法的实施解决了原过该构造的地震剖面由于上覆气层的影响而造成相应部位显示为空白区的问题，VSP剖面清楚地构造形态以及各地层之间的接触关系。,三维VSP测井技术,挪威北海的Oseberg油田的地面地震资料,挪威北海的Oseberg油田的地面地震资料和3D VSP资料，,分辨率高，但信噪比差,(八)随钻VSP,（Seismic While Drilling,SWD）,(九)VSP多次覆盖观测系统,1用模拟地面地震勘探原理而设计的多次覆盖观测系统实现P点的三次VSP覆盖，必须进行三种井源距的观测，而且要细心计算。,2、固定井源距的三次覆盖观测系统地面激发一次，井下检波器则移动一个检波器测点。,第三节 VSP资料的数字处理,一、VSP资料数字处理概述,二、零井源距VSP资料处理流程,三、有井源距VSP资料处理流程,四、VSP和地面地震以及测井资料的综合处理,一、VSP资料数字处理概述,VSP资料处理一般分为预处理、常规处理和特殊处理。,预处理包括解编、相关、编辑、增益恢复等。,常规处理包括用于零井源距VSP资料处理的同深度叠加、初至拾取、静态时移和排齐、震源子波整形、带通滤波、振幅处理、分离上行波和下行波、垂直叠加等。,特殊处理是指满足用户特殊需要的处理或特殊的VSP资料处理。,VSP资料处理流程一般是根据观测系统、记录条件、激发因素、处理目标及地质任务，并在试验的基础上确定处理内容和安排处理顺序。,常规处理应提供的处理成果包括：各种波的频谱分析图、上行波和下行波波场、走廊叠加后的VSPLOG记录、各种滤波结果、反褶积结果、桥式对比图等。,VSP资料数字处理概述,VSP资料数字处理概述,地震资料数字处理的主要目的是,：,(,1)增强信号，压制噪音，提高信噪比；,(2)数据偏移归位；,(3)从测量数据中提取速度、振幅、频率、极性等特征信息；,(4)提供便于解释人员使用的各种显示方式。,上述目的可归结为两大任务：,(1)信息增强与处理；,(2)信息分析与提取。,二、零井源距VSP资料处理流程,1、同深度叠加,常用零井源距VSP资料处理流程如图所示。现对关键处理模块分别介绍。,同深度叠加在同一检波器深度上多次激发，而后叠加。其目的是：增强信号能量；压制随机噪音。,2、初至拾取,初至拾取是指确定VSP每一深度的记录道上初至下行波的起始时间，其主要作用是：,(1)建立可靠的时-深关系;(2)计算高精度的层速度;(3)标定声波测井曲线;(4)提供可靠的后续处理参数。,影响初至拾取精度的因素包括：(1)确定时间起跳点不准;(2)由于相邻界面的反射。,初至拾取的具体方法：(1)样值同号个数;(2)信号放大;(3)相关分析法;(4)相位分析法等。,初至拾取示例,相位法自动计算和人机联作交互解释相结合的拾取方法，使拾取的初至时间的误差小于1毫秒。,3、静态时移和排齐,排齐就是通过时移将记录上的同相轴按时间排齐，包括上行波排齐和下行波排齐。上行波到达检波器的时间等于上行波从震源经过单次或多次反射到达地表的双程时间减去从地表到检波器的单程时间。下行波到达检波器的时间等于下行波从向上反射的界面到向下反射的界面(地表或界面)的双程时间加上从地表到检波器的单程时间。,(1)静态时移,每道加下行波初至时间T,G,则上行波将按其从地表到界面的双程时间排齐；,(2)静态时移,每道减下行波初至时间T,G,则下行多次波将按其向上和向下反射的两界面之间的双程时间排齐，下行直达波将按零时间排齐。,4、震源子波整形,VSP大多数的处理和解释都以每个深度道有相同震源子波波形的假设为基础，不满足则影响处理或解释效果。,实现时通常在震源附近布置一个震源监控检波器，并用它所记录的波形对每道记录作震源子波整形滤波。分两步实现：,（1）利用最小平方法计算反褶积因子；（2）对各深度点的记录作反褶积运算,。,5、频谱分析和带通滤波,带通滤波的目的是压制随机噪音背景和某些相干噪音。带通滤波的参数由频谱分析结果确定。,带通滤波的实现步骤：,(1)对VSP记录道进行频谱分析;(2)设计合适的滤波器;(3)进行滤波运算:,频率域为Y(w)=X(w)H(w)；,时间域为y(t)=x(t)*h(t)。,6、振幅处理,1）重要性亮点技术、幅距分析(AVO)技术，利用调谐振幅研究薄层厚度等。,2）振幅衰减函数影响振幅的因素包括波前扩散、透射损失、介质的吸收、散射和入射角变化等。其中最严重的属波前扩散，必须作补偿。,3）振幅补偿在均匀介质中的补偿因子G(t)=1/D(t)=vt；D(t)=1/R。补偿因子也可用g(t)=At,n,经验公式，A和n使用最小二乘法求取。,4）介质的吸收补偿目前主要使用反Q(品质因子)滤波方法。,7、分离上行波和下行波,分离VSP记录的上行波和下行波主要依据两者的视速度不同；下行波随记录深度增加，旅行时增加，视速度为正号；上行波随记录深度增加，旅行时减少，视速度为负号。,VSP波场分离的特点主要包括：,下行波能量弱，上行波能量强，要求窄带速度滤波器；不规则点距给要求规则采样的波场分离方法带来困难；要求参加速度滤波的道数尽量少。,分离上行波和下行波的方法：,1）多道速度滤波视速度滤波,上行波和下行波分离方法,f,K,f1,f2,V=f/k,2）F-K滤波实现步骤包括：,利用二维傅立叶变换把时间-空间域的记录变换到频率-波数域，此时下行波在正半平面，波数维正，上行波在负半平面，波数维负；,作滤波处理，正半平面的数据乘以小数，如0.001，使下行波衰减约60分贝，负半平面的上行波不受影响；,对滤波结果作二维傅立叶逆变换回到,时间-空间域，衰减了下行波，增强了上行波。,上行波和下行波分离方法,3）,-p域滤波由于上、下行波视速度符号相反，即时距图中斜率相反，在-p域内(和p分别是(z,t)平面中t=+pz的截距和斜率)它们分别成像于上,半平面和下半平面，并且对于z-t域内的直线同相轴，能量可聚焦到一点。如果选择,-p平面中的一部分称为窗(如平面上部或下部)，作逆Radon变换，就可使上行波和下行波分别重建,达到波场分离的目的。,上行波和下行波分离方法,4）,中值滤波它是一种非线性滤波，假设有一个数据序列X,i,，I=1，2，m，如果中值滤波的时窗长度为n，则第j点的中值滤波过程是：,取以第j点为中心的n个样值作为输入；对这n个样按数值大小顺序重排；取重排后n个数据中心位置的样值作为该点的滤波输出。一般n取为奇数。,上行波和下行波分离方法,中值滤波分离波场的步骤,1、将初始VSP资料按下行波沿垂直方向排齐；,2、将排齐后的数据沿固定时间，即沿垂直方向作中值滤波，使垂直排齐的下行波能量得到加强，而倾斜的上行波相对削弱；,3、将中值滤波后的结果按原来的时移时间作反向时移，得到只是下行波的波场；,4、从初始VSP资料中减去下行波波场，得到上行波波场。,5）最佳组合滤波另一种速度滤波方法。设最佳组合滤波的组合道数为N，即每次N道组合，而后逐次向下滑动，直至所有道处理完。,上行波和下行波分离方法,8、反褶积,反褶积的主要内容：,1）利用下行波计算反褶积算子，对下行波列作反褶积；,2）利用下行波计算反褶积算子，对上行波列作反褶积；,3）利用VSP资料提取的反褶积算子，对地面地震资料作反褶积。,反褶积的基本概念,在地震勘探中，震源产生一个尖锐的脉冲，由于地层介质具有滤波作用，称为大地滤波器，因此由震源发出的尖脉冲经大地滤波器作用后，变成一个具有一定时间延续的波形b(t)，称之为地震子波，此时的地震记录x(t)是反射系数R(t)与地震子波b(t)的褶积。为了提高地震记录的分辨率，需要设计一个反滤波因子，对地震记录作反褶积，使之变成反射系数。,地震子波的求取方法1）直接观测法,2）自相关法,3）多项式求根法,4）对数分解法,反褶积方法,1）最小平方法反褶积把地震记录中的子波压缩为尖脉冲；,2）预测反褶积根据地震记录一次反射波和干扰的信息预测出纯干扰部分，再从实际记录中减去纯干扰部分，得到消除干扰后的一次反射信号。,3）同态反褶积通过对地震记录的频谱取对数，把地震子波和反射系数分离开来，原则上可同时求取地震子波和反射系数，达到反褶积目的。,VSP资料的反褶积,1、下行波列反褶积的实现过程：,1）计算VSP记录的自相关,2）作预测反褶积,目的是改善整个下行波记录的外貌，消除长周期的多次波。,2、下行波提取的算子对上行波作反褶积；,3、由VSP资料提取的算子对地面地震资料进行反褶积处理。,9、垂直求和或叠加,垂直求和处理的目的是：增强上行波能量，衰减下行波能量，提高信噪比；更好地与井旁地震剖面对比。垂直求和处理的各种做法：,局部垂直叠加和时间加权的垂直叠加相当于地面地震中的混波，先将经过上行波和下行波波场分离及反褶积处理后的资料排齐，再按下式叠加：,累积求和按如下公式求和：,式中S,J,(t)为深度点J的累积求和输出；S,i,(t)为深度点I的信号输入；A,J,(t)用于补偿累积求和中同相轴数目的函数,平衡输出的幅度。,垂直求和或叠加,垂直求和先排齐上行波，再将所有道的数据按等时间线相加在一起，得到单个输出道。,限制的垂直求和即为走廊叠加。为使垂直求和的VSP资料只含有上行一次反射波，把VSP剖面用一条线分割开来，图左下方的区域主要是一次波，而图的右上方区域含有大量的多次波。切除分割线右上部分的资料，只对分割线左下部分的资料作垂直求和，就得到走廊叠加结果。,垂直求和或叠加,VSP走廊叠加得到VSPLOG剖面,三、有井源距VSP资料处理流程,1、地下反射点的分布,给定震源偏移距和井下检波器深度，并且已知地下模型，则通过射线追踪可确定地下反射点的分布。可看到随着界面埋深的增加,反射点非线性地从井柱离开,最后趋于震源和井之间的中线位置。如果界面倾斜，构造复杂，则反射点的分布更复杂；位于井底以下的部分存在一个盲区；震源和检波器同时移动，且保持震源总位于接收点正上方，此时反射点轨迹是互相平行的一系列过检波点的直线；,2、VSPCDP叠加,为了消除偏移距的影响和减少多解性，应将每一样点校正到与其对应的反射点位置，这相当于作一次变换，即将每个深度道每个记录的样值从深度时间坐标的空间(z,t)变换到反射点偏移距反射点深度或双程垂直时的坐标空间(x,y)或(x,T)。其中从t到T相当于地面地震的正常时差校正。,VSPCDP叠加,(,)样点对应反射点位置(x,y)是速度V、检波器深度z和震源偏移距x,0,的函数，平均速度可由直达波旅行时计算。转换公式为：,从(z,t)空间转换到(x,T)的公式为：,连续使用一个点的转换公式，可以将整个VSP数据转换到(x,y)或(x,T)空间。,VSPCDP叠加,从上面的讨论中可看到：由于反射点轨迹线弯曲,转换后波形将受到拉伸或压缩而发生畸变。图2.74为转换后的多道记录，清楚的显示了主要反射同相轴，但数据点的密度很不均匀。为此要做VSPCDP叠加，其基本原理是：假设变换的结果是(x,T)空间，对此网格化，T方向取采样间隔,t；如果,(z,t)空间的多个样点经转换后落入某个CDP，组成CDP样集，叠加之作为该CDP点的叠加结果；每个CDP点样集都这样叠加，就得到VSPCDP叠加剖面。,插入到地震剖面中的VSPCDP叠加剖面,3、偏移处理,VSPCDP叠加类似于地面地震的水平叠加，都是以水平地层的模型假设为前提，当倾角较大时，成像构造发生畸变，作偏移处理可使构造正确成像。VSPCDP叠加后成图的界面，水平界面已正确成像，倾斜界面的成像位置向界面的下倾方向移动，只有与井相交的位置是准确的，利用这一特点可对偏移作控制。,偏移处理方法,1、射线追踪方法已知地质模型和速度剖面，利用射线追踪方法确定(z,t)域内每一样值对应的双程垂直旅行时和CDP点偏移距。,2、人机交互制作地层模型的叠代方法先根据测井资料或地面地震资料建立一个初始模型，而后利用射线追踪方法作VSPCDP转换，根据原来记录上同相轴的波至时间和模型射线追踪所求的波至时间间的差异，对模型作修改，反复这一过程，直到二者满意地一致为止上述方法都是以单道为基础的，不是真正意义上的多道偏移。,基于波动方程的偏移方法,基于波动方程的偏移方法用于VSP资料必须克服下列的特殊困难：,穿过VSP检波器排列的垂向速度剖面变化剧烈，因而使偏移算子的设计和应用复杂化；,VSP的震源和检波器不重合，也不在一条线上，因而偏移处理需要同时考虑入射波场和反射波场；,VSP资料数据量少，利用统计效应有困难。,目前主要使用克希霍夫积分法。实现分两步：先将假设波场从地表向下延拓到检波器所在的深度，再进行偏移成像。,4、三分量VSP资料的处理,水平分量定向方法：,1、矢端曲线和能量准则顺序地从两水平分量取一对样值(x,i,y,i,)，将这些样值绘制在xy坐标中，连成曲线，就得到矢端曲线。偏振角,可据能量准则解析求出，能量达到最大的方位角即位偏振角。,2、能量加权的瞬时方位直方图根据落在哪一方位的点子最多，确定那个方位为偏振角方位。,三分量VSP资料波场分离,三分量VSP资料波场分离，先在三维空间通过最小平方回归方法确定纵波的偏振方向，而后将三分量VSP资料分别投影到P波，SV波，SH波的方向，即实现了波场分离。,四、VSP、地面地震和测井资料的综合处理,VSP、地面地震和测井资料的各自特点归纳为：,VSP与地面地震资料除观测位置、观测系统不同外，其它机理十分类似；,地面地震和测井资料差异比较大，例如：激发频率相差颇大；分辨率相差甚远；波及介质空间相差甚远；波的类型不同；数据量相差甚远。,三种资料各具优缺点，综合处理的目的就是互相取长补短，更加真实地揭示地下地质情况。,三种资料综合处理,桥式对比图地面地震剖面与垂直地震剖面道连接起来，垂直地震剖面与钻井地质柱状图的连接，还可以将各种测井曲线、速度、层速度等资料以同样的比例尺绘制在一起，以便解释综合地下地质现象。综合显示的方式有多种多样。,深度域井曲线,排齐后的VSP上行波,VSPLOG剖面,合成记录,地面地震剖面,桥式对比图,第四节 VSP资料的解释与应用,一、提高地面地震资料的解释精度,二、研究井孔附近的构造细节,三、研究井周围的地层岩性变化,四、VSP资料的应用,五、存在的问题及技术难点,一、提高地震资料的解释精度,利用VSP资料改善或提高地面地震资料的解释精度主要体现在下列诸方面：,1、识别地面地震剖面上的多次波,利用VSP剖面上多次波同相轴的主要特征(如:,多次波同相轴与相应的一次波同相轴大致平行,但旅行时要大些;层间多次波的同相轴与一次下行波同相轴不相交;多次波同相轴终止的深度位置指示形成多次波的来源)识别出的多次波，通过连井地震剖面，即可识别地面地震剖面上的多次波。,VSP中一次波与多次波传播示意图及其波场特征,下行多次波,上行多次波,产生下行多次波的界面深度,产生上行多次波的界面深度,2、提高地面地震资料的分辨率,利用VSP下行波可提取单纯的地震子波和较理想的反褶积算子，利用这种反褶积算子对地面地震资料作反褶积处理，可衰减多次波，压缩子波波形，进而提高地面地震资料的垂向分辨率。,下行波只受到地层等因素的单程影响，信号的特征与强度等都优于上行波，所以可以利用VSP资料的下行波提取最佳的反褶积因子。,3、可靠地识别地震反射层的地质层位,利用高分辨率和高精度的VSP资料，可很好地建立井中地质界面和地震反射之间的可靠联系，解释人员对下述问题可作出解答：,与地质界面相对应的是波峰还是波谷，反射波对应的是岩性分界面还是地质时代分界面，提供准确的时深关系；地震反射振幅的强弱与岩性、物性差异的关系；合成地震记录与井旁地震记录不对应的原因。,标定地震地质层位,地质层位标定的深度误差小于10米。通过桥梁连接方式将地震与地质、测井资料联系起来，可用于综合对比分析。,图中,A、B、C、D,表示四个一次反射波，它们与下行波的交点指示着界面的埋藏深度。,层位标定：,充分发挥VSPLOG的“桥梁”作用，将过井地震剖面上的主要反射层位标定为地质层位，标定深度误差小于10米。,合成地震记录与VSP的比较,合成地震记录与VSP比较谁更可信？答案是VSP记录!,因为:,(1)VSP是实际测量的地震记录,而合成地震记录是借用测井资料换算所得,因此VSP更精确；,(2)VSP测量反映井周围一级菲涅尔带内即地震子波半波长范围内的地下横向变化,而合成记录只反映紧靠井壁的地层情况；,(3)VSP可测量到井孔浅部,而浅部是形成多次波的主要部位,缺少浅部资料对分辨地面地震资料中的一次反射波和多次波及识别形成一次反射波的地质层位发生困难。,查清地面资料品质差的原因,利用VSP资料可帮助分析地面地震资料得不到良好反射的原因，为改善地面地震资料观测指明方向。这是因为VSP观测在介质内部进行，所得的波场信息反映了介质内部性质的变化。,提供处理和解释的相关参数,为地面地震资料的处理和解释提供的相关参数包括：,(1)根据下行直达波初至换算的时-深关系曲线，进而可计算平均速度和层速度；,(2)根据下行直达波可提取可靠的地震子波和反褶积算子;,(3)对VSP资料作频谱分析,可获取滤波参数;,(4)利用VSP资料可估计地层的吸收衰减参数;,(5)利用VSP的多波多分量资料可估计地层的各向异性参数等。,层速度：,采用抛物线加权法计算的层速度参数可与声波测井速度对比分析，同时校正泥浆浸泡、井径变化等造成的声波测井异常。,二、研究井孔附近的构造细节,1、垂直分辨率,2、水平分辨率,3、利用VSP资料确定井旁小断层,4、利用VSP资料解释特殊地质体,5、利用VSP资料求界面的倾角,6、综合利用直井和斜井VSP资料查明井旁构造细节,1、垂直分辨率,地震勘探的分辨率包括垂直分辨率和水平分辨率。垂直分辨率是指地震记录沿垂直方向可分辨的两相邻地层间的最小厚度；水平分辨率是指地震剖面沿水平方向可分辨的两相邻地质体间的最小宽度。,地震记录的垂直分辨率取决于地震脉冲的延续时间、波长、波形等，而波长又与速度和频率有关，地震勘探中影响波速和频率的因素很多，如岩性、流体性质、地质年代、构造复杂程度，界面埋深、介质对能量的吸收等。,2、水平分辨率,水平分辨率通常用一级菲涅尔带的半径来度量，对反射波法地震勘探来说，第一菲涅尔带内的任意绕射点发出的子波与菲涅尔带中心点发出的子波在观测点是互相加强的，距离第一菲涅尔带的相邻地质体在地震剖面上不能分辨。理论推导可知，VSP第一菲涅尔带半径小于地面观测相应的第一菲涅尔带半径，所以VSP的水平分辨率高于地面地震的。,3、利用VSP资料确定井旁小断层,地面地震的三维观测，通常取道间距为50米，而VSP观测时，井下检波点间距一般比较小，如20米，经VSPCDP变换后，间距为10米，这就大大提高了水平分辨率，有可能分辨井旁小断层。,4、利用VSP资料解释特殊地质体,利用VSP的优越性可对地面地震剖面上疑难现象作出准确可靠的解释。,5、利用VSP资料求界面的倾角,在简单的情况下，可用解析法或图解法确定地层的倾角。,h,i,为观测深度，H为激发点到界面的法线深度，,l,为井源距，,是地层倾角，V是平均速度。,l,h,i,H,S,R,6、综合利用直井和斜井VSP 资料查明井旁构造细节,斜井VSP的最大特点是井下检波器在垂直和水平两个方向移动，垂直方向移动类似于直井，用于识别和分离上行波和下行波波场，水平方向移动增加勘探地下界面横向覆盖的范围。利用直井和斜井VSP资料可研究所圈定范围内的地质细节。海上钻井平台就属这种情况。,井周围研究：,非零井源距VSP的成像结果可用于研究井孔周围细微地质现象，包括小断层识别，砂体追踪及地层组合关系研究等。,非零井源距VSPCDP剖面、过井三维剖面与非零井源距VSPLOG（四川洛带）,纵波,转换横波,地面地震,地面地震,非零井源距纵波（右）与转换横波（左）VSPCDP剖面,纵亮横不亮现象,气层,非零井源距纵波VSPCDP剖面,非零井源距转换波VSPCDP剖面,三、研究井周围的地层岩性变化,利用VSP资料可能提取的地震波运动学和动力学信息包括：旅行时、传播方向、振幅、频率、相位、极性、偏振等。这些信息反映了岩层的波阻抗、反射系数、衰减、层速度、泊松比、各向异性等地球物理特征。根据岩层的地球物理特征可推断岩层的岩石成分、岩相、孔隙度、流体成分、裂缝发育程度、过压带等，从而为勘探非构造油藏，直接找油找气，以及为油藏工程和油田开发等服务。,提取高精度地震信息,VSP资料提取的地震信息比地面地震的精度高得多，这是因为：,(1)VSP资料比常规地震资料有更高的信噪比，更高的分辨率和更大的穿透深度；(2)VSP便于通过井孔进行三分量观测，有利于矢量场的矢量观测和分析；(3)VSP资料可分别利用上下行波场、纵横波、转换波等。,地震属性的研究方向是：地震属性的精确提取；地震属性于地质信息的相关性。,地震属性与岩性关系,反映地层岩性的地震属性参数包括：振幅、反射系数、透射系数、衰减系数(估计方法有:谱比值方法、Q测井、波形特征分析方法等)、层速度。,计算,吸收衰减系数,：利用某层的下行波与直达波波谱比，算出该层以上地层的有效衰减系数。,提取,纵横波速度比及泊松比,等参数进行岩性解释：VSP可得到三分量地震记录（纵、横波资料），可以得到纵横波的波形、速度等多种信息，进而可提取纵横波速度比，泊松比等参数，这些参数是进行地层岩性解释和储层预测的重要信息。,改进岩性油藏成像的质量,浊积河道砂岩储层，,主河道长,9km宽,1.5km,，,厚,100m,P,波无法对储层顶、底成像，,对,OWC,反映明显,波对储层顶、底成像好，,对,OWC,反映差,P-波,PS-波,改进岩性油藏成像的质量,lba油田，North Sea,油藏底,油藏顶,高分辨率横波技术的高分辨率储层成像,纵横波振,幅比剖面,气层,四、VSP资料的应用,1、钻头前方目的层和地层岩性的预测,2、利用井筒波探测地下裂缝,3、二次采油过程监测,1、钻头前方目的层预测,利用VSP资料预测钻头前方目的层的主要步骤：,(1)波场分离，分别获取上行波和下行波波场；(2)对上、下行波波场进行预测反褶积，消除多次波；(3)综合显示上、下行波场，利用两个波场同相轴相交点确定,钻头前方目的层的埋藏深度。,预测钻头前方地层岩性,预测钻头前方地层岩性所采用的方法是对VSP资料进行波阻抗反演，利用波阻抗与岩性的关系实现岩性预测。工作步骤是：(1)对VSP资料作球面扩散补偿；(2)作波场分离；(3)通过下行波求取的反褶积算子衰减上行波波场中的多次波；(4)垂直求和得叠加道；(5)用叠加道进行波阻抗反演。,钻前预测：,以钻前地层速度变化不大为前提，依据井底底部VSP记录道的直达波变化趋势，对钻前地震反射进行深度预测,2、利用井筒波探测地下裂缝,当震源发出的纵波沿法线入射到裂缝带上时，裂缝带发生形变，裂缝中的流体发生移动，当流体脉冲由裂缝注入到井内时，在井与裂缝相交处引起井内流体扰动，形成沿井内流体柱同时向上和向下传播的井筒波。因此考证井筒波发源地的位置可确定裂缝带的位置。探测地下裂缝为目的的VSP观测，采用悬浮在井内流体中的水听器接收井筒波的压力振幅。,裂缝发育特征,裂缝带,3,、二次采油过程监测,适用于油田开发阶段，二次采油过程监测的主要步骤是：(1)二次采油过程之前，在几口井中用三分量检波器测量P波和S波，作为基础资料；(2)二次采油期间，按一定时间间隔进行重复观测，保持每次观测的野外观测系统参数一致；(3)时间延迟观测的资料与基础资料作对比，根据差异分布推测流体的流动情况或热采前沿。,五、存在的问题及技术难点,VSP技术已商业化多年，并对许多地区提供了油藏描述和储层预测参数，但目前的应用并没有达到预期的效果。存在的问题及难点是：VSP方法的分辨率一直没有突破，尤其是非零偏移距的资料，其分辨率甚至不如常规三维地震资料。没有多级接收系统。工作效率低，生产成本高；无法进行三维VSP，解决油藏与地质任务的难度较大。,观测系统的设计问题。非零偏移距的观测系统设计如何保证成像剖面的精度和信噪比；观测方式仍是常规方法。3D-VSP、多井源距VSP、WALK-AWAY VSP等方面差距很大。非零偏移距的VSP数据处理中的模型建立与速度分析问题没有得到很好的解决，成像方法不完善。VSP-CDP转换方法难以满足复杂地震地质条件的成像。如何利用三分量资料，获取横波信息，提取岩性、油气藏信息，确定裂缝走向与密度等。,