VSP地震勘探讲义.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、基本原理,1,VSP,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,1,VSP,中的主要波动,一、基本原理,2,VSP,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。,2,VSP,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（,-,）：,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。,0,一、基本原理,2,VSP,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,t,dn,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）。,一、基本原理,2,VSP,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，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,t2,t1,t3,t1,t0,，,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，就可以确定地震剖面的反射层位的地质属性。,四、资料应用,2,标定地震地质层位,-,合成记录,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。,四、资料应用,3,多次波的识别,四、资料应用,3,多次波的识别,-,凡与初至波同相轴相交的都是一次波，根据交点可以确定其界面深度。多次波中断点的深度表示了多次波的来源。,四、资料应用,4,提取反褶积因子,-,用下行波求取最佳反褶积因子。,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。,四、资料应用,5,预测井底下反射层的深度,钻井资料只能了解井中地层情况，不能预测深度大于井深的地下界面情况，,VSP,不仅可以接收来自检波器上方的信息，而且还可以取得接收点下方的信息。可以预测井底以下的地层。因为井底反射不与直达波同相轴相交，可沿直达波同相轴延长方向与反射波延长方向做两条射线相交，再结合地面地震剖面，就可以预测反射层的深度,四、资料应用,6,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。,7,计算反射界面的倾角,利用,VSP,资料确定界面的倾角一般有两种方法：一种是利用一次上行波时距方程，可得,cos,（,v2t2-h2-d2)/(4(Z-h)2-H),利用二条时距曲线，建立方程组，通过解方程组，求出界面的倾角。,另一种方法是利用未经静态时移的初至波及一次反射波时间来计算。,四、资料应用,8.,提取纵横波速度比及泊松比等参数，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。,四、资料应用,VSP,资料的应用主要包括二个方面：,一是做地质解释，它与地面地震相比，具有方法简便精度较高的特点；,二是进行地层岩性的解释。从,VSP,中可以提取丰富又比较准确的地质及岩性多种信息，是其他方法不能比拟的，这也是,VSP,得到很快发展和应用的主要原因。,VSP,相对地面地震有以下优点,（,1,）地面地震是通过观测波场在地表的分布来研究地质剖面的垂向变化，而,VSP,是通过观测波场在垂直方向的分布来研究地质剖面的垂向变化，所以波的运动学和动力学的特征更为明显。,（,2,）,VSP,有较高的信躁比，在井中观测，波前扩散、地层的吸收、低速带等波的影响和改造作用小，波的畸变小，干扰少，易于识别波的性质。,（,3,）地面地震的观测点距要探测的界面远，而垂直地震剖面的观测点就在界面上或界面附近，因而可直接记录到与界面有关的波形，有较高的分辨率。,（,4,）地面地震不能记录下行波场，而,VSP,可同时记录上、下行波，可以更有效的利用波到达方向的特点,（,5,）利用三分量观测，可对记录做定量分析，有利于地层岩性的研究。,（,6,）从,VSP,中提取的速度参数、振幅信息、岩性参数等比地面地震容易、真实，有较高的保真度。,【思考题,】,（,1,）,VSP,概念、静态时移、走廊叠加,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。,走廊叠加,:,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。,静态时移：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，该过程叫静态时移（静校正和排齐）。,【思考题,】,（,2,）水平及倾斜双层模型的直达波、一次波、二次波理论时距曲线及方程,【思考题,】,(3)VSP,资料有哪些应用？,1,提取准确的速度参数：利用初至时间反演,2,标定地震地质层位,3,多次波的识别,4,提取反褶积因子,5,预测井底下反射层的深度,6,计算吸收衰减系数：利用某层的下行波直达波谱比，算出该层以上地层的有效衰减系数。,7,计算反射界面的倾角,8.,提取纵横波速度比及泊松比等参数，岩性解释,。,