垂直地震剖面的基本概念(共20頁(yè))

1、垂直(chuzh)地震剖面法第一(dy)部分1. 垂直(chuzh)地震剖面的基本概念：垂直地震剖面(VSP)是一種地震觀測(cè)方法，它是與通常地面觀測(cè)的地震剖面相對(duì)應(yīng)的地面觀測(cè)的地震剖面是在地表附近的一些點(diǎn)上激發(fā)地震波，同時(shí)在沿地面測(cè)線布置的一些檢波點(diǎn)上進(jìn)行觀測(cè)；垂直地震剖面也是在地表附近的一些點(diǎn)上激發(fā)地震波，但它是在沿井口不同深度布置的一些檢波點(diǎn)上進(jìn)行觀測(cè)前者檢波器放在地表，測(cè)線沿地面布置，所以又稱水平（或地面）地震剖面；后者檢波器放在井中，測(cè)線沿井孔垂向布置，所以稱為垂直地震剖面在水平地震剖面中，因?yàn)闄z波器置于地面，所以除沿地表傳播的直達(dá)波和面波外，只能接受到來自地下的上行波；在垂直地震剖面

2、中，因?yàn)闄z波器通過井置于地層內(nèi)部，所以既能接受到自下而上傳播的上行波，也能接受到自上而下傳播的下行波，這或許是垂直地震剖面與水平地震剖面相比最重要的一個(gè)特點(diǎn)垂直地震剖面實(shí)際上也是一種井中觀測(cè)方法，它是早已廣泛使用的地震測(cè)井（又稱速度檢驗(yàn)放炮）方法的變革和發(fā)展地震測(cè)井和垂直地震剖面的不同在于：前者只利用記錄的初至波，后者不僅利用記錄上的初至波，也要利用記錄上的續(xù)至波；前者的觀測(cè)點(diǎn)距通常較大，后者的觀測(cè)點(diǎn)距很??；前者只利用震源在井口附近的零偏移距觀測(cè)系統(tǒng)，后者還利用震源偏離井口的偏移距觀測(cè)系統(tǒng)和多偏移距觀測(cè)系統(tǒng)；前者的目的主要是測(cè)定波速，后者主要是研究井旁地層剖面及在實(shí)際地質(zhì)介質(zhì)中研究波的形成和傳

3、播的規(guī)律除此之外，垂直地震剖面在其發(fā)展過程中已經(jīng)研制了專門的儀器系統(tǒng)，試驗(yàn)了成套的野外工作方法，并發(fā)展了解釋的理論基礎(chǔ)所以它已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出地震測(cè)井原來的范圍，而發(fā)展成為一套完整的，獨(dú)立的，新的觀測(cè)方法垂直地震剖面有一些明顯的優(yōu)點(diǎn)：地面剖面基本上是通過觀測(cè)波場(chǎng)在水平方向的分布來研究地質(zhì)剖面的垂向變化，垂直剖面是通過觀測(cè)波場(chǎng)在垂直方向的分布來研究地質(zhì)剖面的垂向變化，因此，波的運(yùn)動(dòng)學(xué)和動(dòng)力學(xué)特征更明顯，更直接，更靈敏地表觀測(cè)離開介質(zhì)內(nèi)部有意義的界面較遠(yuǎn)，與界面有關(guān)的波需要經(jīng)過一段復(fù)雜的旅程才到達(dá)地表，垂直剖面可以在介質(zhì)內(nèi)部緊靠界面附近觀測(cè)，因而可直接記錄到與界面有關(guān)的較純的地震子波的波形地面地震記錄上主

4、要的干擾波大都來自剖面上部，由于這些干擾，往往使地面記錄上波的識(shí)別和對(duì)比發(fā)生困難垂直地震剖面由于在介質(zhì)內(nèi)部點(diǎn)上直接觀測(cè)，因而有可能避免和減弱上部低降速帶的干擾，易于識(shí)別波的性質(zhì)地面觀測(cè)時(shí)，由于剖面上部的影響，地震噪聲水平較高，儀器有效靈敏度受到限制，因而很難記錄和識(shí)別強(qiáng)度低的弱波垂直剖面在介質(zhì)內(nèi)部的點(diǎn)上觀測(cè)，由于地震噪聲水平隨深度迅速衰減，因而可以大大提高儀器的有效靈敏度，并使弱波的觀測(cè)成為可能地表觀測(cè)時(shí)，不同界面的波到達(dá)地表測(cè)線上各點(diǎn)的方向都是來自下方，且彼此差異不大，垂直剖面觀測(cè)時(shí)，不同界面的波到達(dá)井內(nèi)測(cè)線上各點(diǎn)的方向可以(ky)是來自上方，也可以是來自下方，而且在界面附近發(fā)生突變，所以垂

5、直剖面可以有效地利用波的達(dá)到方向這一特點(diǎn)地表觀測(cè)時(shí)，由于低速帶和剖面上部的影響，波的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向發(fā)生畸變(jbin)垂直剖面由于能避開剖面上部和低速帶的干擾，所以(suy)能夠較準(zhǔn)確地觀測(cè)波的質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向，因而可以利用波的空間偏振（或極化）這一特別靈敏的參數(shù)來研究波的性質(zhì)和地層巖性2.VSP震源選擇的一般原則：VSP所用的震源最好與VSP井旁地面地震剖面所用的震源一致VSP各次激發(fā)的震源子波應(yīng)具有高度的一致性和重復(fù)性VSP震源的輸出強(qiáng)度應(yīng)該適中激發(fā)頻譜應(yīng)盡可能寬，以便提高分辨率除此之外，激發(fā)的干擾波能量應(yīng)該相對(duì)較小或者易于壓制，激發(fā)的波型應(yīng)該與勘探的目的相一致等等也都是選擇震源時(shí)應(yīng)該考慮的原則

6、3.垂直地震剖面所用的震源有：炸藥震源，振動(dòng)震源，氣槍，電火花震源，橫波VSP震源4.干擾波分析：VSP使人們發(fā)生強(qiáng)烈興趣的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是它可以避開地面觀測(cè)時(shí)來自地表附近的一些噪聲，但是VSP也有它自己的一些噪聲，例如電纜波，套管波，井筒波，井下儀器耦合不良的噪聲和其它噪聲等1).井筒波井筒波是VSP觀測(cè)中最討厭的一種相干噪聲，多次激發(fā)時(shí)，自身會(huì)重復(fù)出現(xiàn)，不能像壓制隨機(jī)相干那樣，通過疊加消除，它是沿井柱流體傳播的波，也可看成是井柱流體和其周圍地層的柱形分界面附近傳播的界面波VSP資料采集過程中井筒波的壓制和預(yù)防，具體來說，可以有下面一些方法：（）增加震源偏移距；（）在震源和井口之間設(shè)置障礙物；（）

7、震源組合；（）在安全和實(shí)際許可的范圍內(nèi)降低泥漿柱頂面的高度2).井下儀器和地層耦合不良引起的噪聲如同地表觀測(cè)時(shí)，因檢波器埋置不良將引起地震噪聲一樣，VSP觀測(cè)時(shí)，如果井下儀器沒有推靠到井壁上或者推靠力不夠也將引起不同程度的噪聲為了避免因井下儀器與地層耦合不好而引起的噪聲，首先必須采用有推靠裝置的井下儀器，而且推靠力要足夠大，在在裸眼井中觀測(cè)時(shí)，應(yīng)該參考井徑曲線，避開井徑過大的深度位置，并在預(yù)定深度上下移動(dòng)，選擇有可能牢固推靠井下儀器的位置3).電纜波電纜波是一種因電纜振動(dòng)引起的噪聲電纜波的速度與電纜結(jié)構(gòu)有關(guān)，對(duì)于測(cè)井中常用的多芯屏蔽電纜，加爾彼林測(cè)得的速度是2500-3500米秒電纜波在記錄淺

8、部可以成為初至波，如果將其錯(cuò)誤地識(shí)別為下行直達(dá)波，會(huì)使速度分析的結(jié)果弄錯(cuò)電纜波也可以是續(xù)至波，在VSP記錄上它將掩蓋正常的地層反射引起電纜振動(dòng)的原因包括：地表井場(chǎng)附近的機(jī)械振動(dòng)；風(fēng)搖動(dòng)井架；地滾波掃過井口等通常防止電纜波干擾的辦法是：先把井下檢波器組牢固地推靠到井壁上，而后放松電纜觀測(cè)，一般松纜長(zhǎng)2-4米，就能對(duì)電纜波的傳播產(chǎn)生足夠的阻尼；松纜太多，反而會(huì)引起電纜纏繞打結(jié)，造成遇阻的危險(xiǎn)4).套管(to un)波套管波主要是由于套管和地層膠結(jié)(jioji)不良而引起的一種干擾靠近地表的井段常常下有多層鋼套管(to un)如果每層套管以及套管和井壁之間都膠結(jié)很好，仍然可以記錄到良好的地震響應(yīng)蘇聯(lián)

9、對(duì)于淺部多層套管引起的鳴震干擾的解決辦法是，在VSP觀測(cè)井附近再鉆淺井，下套管，并很好的膠結(jié)，以代替原來VSP觀測(cè)井的淺部進(jìn)行觀測(cè)有的井內(nèi)只有單層套管如果套管和井壁地層之間膠結(jié)良好，則VSP觀測(cè)的效果可與裸眼井等價(jià)5).其它噪聲交流電感應(yīng)；柴油機(jī)等的振動(dòng)；隨機(jī)振動(dòng)第二部分同深度迭加同深度迭加類似于常規(guī)地震勘探中的垂直迭加，即對(duì)每一井下觀測(cè)深度，重復(fù)激發(fā)5到30次每次獨(dú)立地記錄，而后將這些多次記錄的起始時(shí)間對(duì)齊并相加設(shè)記錄深度為時(shí)第次激發(fā)的一道記錄為，則迭加后的記錄為：式中重復(fù)激發(fā)的次數(shù)同深度迭加的目的：（）增強(qiáng)信息能量；（）壓制隨機(jī)噪聲影響同深度迭加效果的因素包括：（）每道子波特性是否相同；（

10、）是否有相干噪聲存在；（）起始時(shí)間是否對(duì)齊初至拾取所謂初至拾取指的是確定VSP每一深度的記錄道上初至下行波的起始時(shí)間精確拾取的初至?xí)r間主要用于：建立可靠的時(shí)深關(guān)系；以較高的精度計(jì)算(j sun)層速度；對(duì)聲波測(cè)井曲線進(jìn)行(jnxng)標(biāo)定；為排齊，提取子波波形(b xn)等后面的處理提供可靠的參數(shù)初至拾取是一項(xiàng)頗為重要的基礎(chǔ)性處理，而處理是否成功關(guān)鍵在于精確法國(guó)CGG公司的兩位研究人員曾專門討論VSP初至拾取誤差的來源他們認(rèn)為，誤差的第一個(gè)來源是確定時(shí)間起點(diǎn)（即通常爆炸信號(hào)所指示的時(shí)刻）不準(zhǔn)引起的第二個(gè)來源可能是由于相鄰界面的反射，而不是由于拾取方法本身為了提高初至拾取的精度，CGG公司曾采用

11、下列方法：選取一道較好的記錄，與各道進(jìn)行互相關(guān)，然后再進(jìn)行拾??；拾取之前，先進(jìn)行帶通濾波除此之外，為了可靠地確定時(shí)深關(guān)系，計(jì)算層速度，并為了更好地與聲波測(cè)井記錄相聯(lián)系，他們認(rèn)為，在離開明顯界面的某些距離上，選擇一些點(diǎn)，對(duì)聲波測(cè)井曲線進(jìn)行標(biāo)定是非常必要的靜態(tài)時(shí)移和排齊排齊是VSP資料常規(guī)處理中必不可少的處理項(xiàng)目所謂排齊，就是通過時(shí)移將記錄上的同相軸按時(shí)間對(duì)齊對(duì)于VSP記錄，有兩類排齊，一類是下行波排齊，一類是上行波排齊，兩者是分別進(jìn)行的對(duì)于水平界面下的零偏移距VSP觀測(cè)，排齊主要通過靜態(tài)時(shí)移實(shí)現(xiàn)排齊處理的質(zhì)量影響后面幾項(xiàng)重要的處理，例如，垂直迭加（混波），走廊迭加，上行波和下行波分離，提取子波波

12、形等影響排齊效果的因素包括：初至拾取的精度；實(shí)際地層與假設(shè)是水平界面零偏移距觀測(cè)的模型的符合程度；非地表地震深度變化引起的誤差是否已作了可靠的炮點(diǎn)靜校正；爆炸信號(hào)因爆炸延遲和其它隨機(jī)因素引起的誤差是否已作了額外的補(bǔ)償震源子波整形VSP大多數(shù)的處理和解釋都以每個(gè)深度道有相同震源子波波形的假設(shè)為基礎(chǔ)例如，多道速度濾波處理模型中，假設(shè)前提是相鄰記錄道的有效波形相同，只是到達(dá)時(shí)間不同如果震源波形變化，使條件不成立，則速度濾波后的資料質(zhì)量將會(huì)變壞再如，解釋時(shí)，人們希望根據(jù)波形變化，這也以假定波形變化為前提但是，VSP實(shí)際觀測(cè)時(shí)，震源子波波形很少一致，即使利用氣槍等重復(fù)性較好的震源，并盡可能保持恒定的激發(fā)

13、條件，仍然很難得到完全一致的激發(fā)波形，如果采用炸藥，則震源波形變化更大解決這一問題的辦法是在震源附近布置震源監(jiān)控檢波器，并利用監(jiān)控檢波器記錄的波形，對(duì)每道記錄作震源子波整形濾波處理過程主要分兩步：選擇某一監(jiān)控檢波器記錄的震源子波為期望輸出，其它各深度道監(jiān)控檢波器記錄的各個(gè)震源子波作為輸入，用最小平方方法求出每一道的子波整形的濾波算子；用求出的反褶積算子，對(duì)相應(yīng)深度井下檢波器的原始記錄作反褶積，求得該深度道經(jīng)過子波整形的記錄5.頻譜分析(fnx)和帶通濾波帶通濾波的目的(md)是壓制隨機(jī)噪聲背景和某些相干噪聲為了根據(jù)有用信號(hào)，相干噪聲和隨機(jī)噪聲的頻率(pnl)選擇濾波的通帶，先要進(jìn)行頻譜分析如果

14、相干噪聲的頻帶全部或部分在有用信號(hào)的頻帶之外，濾波的效果比較明顯如果相干波的頻帶在有效信號(hào)頻帶之內(nèi)，設(shè)計(jì)只讓信號(hào)頻帶通過的濾波器，信噪比也會(huì)有部分改善6.分離上行波和下行波分離VSP記錄的上行波和下行波主要依據(jù)兩者的視速度不同在VSP中，下行波隨著記錄深度增加，旅行時(shí)增加，視速度為正號(hào)；上行波隨著記錄深度增加，旅行時(shí)減少，視速度為負(fù)號(hào)VSP波場(chǎng)分離的特點(diǎn)主要包括：下行波能量很強(qiáng)，上行波能量很弱為了從方向已充分確定的下行波中，將被掩蓋的微弱的上行波恢復(fù)出來，要求速度濾波器在非常窄的速度帶寬內(nèi)，具有極為有效的抑制能力；空間采樣點(diǎn)受井內(nèi)條件的限制，點(diǎn)距往往不規(guī)則，這個(gè)要求規(guī)則采樣的一些波場(chǎng)分離方法的

15、使用帶來困難；實(shí)際操作中，希望參加速度濾波的道數(shù)盡可能少，這一方面因?yàn)榈罃?shù)多時(shí)，傳播信號(hào)的特性容易變化，另一方面因?yàn)槭艹杀竞褪┕l件的限制總起來說，已出現(xiàn)的用于分離VSP上行波和下行波場(chǎng)的方法主要有：（）垂直迭加；（）多道速度濾波；（）濾波；（）域?yàn)V波；（）中值濾波；（）最佳組合濾波；（）最小二乘濾波7.反褶積反褶積也是VSP資料處理序列中的一項(xiàng)重要處理，其內(nèi)容主要包括：利用下行波，計(jì)算反褶積算子，對(duì)下行波列作反褶積；利用下行波提取的算子，對(duì)上行波列作反褶積；利用VSP算子提取的反褶積算子，對(duì)地表記錄作反褶積8.垂直求和或迭加為了進(jìn)一步增強(qiáng)上行波，衰減下行波，提高信噪比，并為了VSP資料更好地

16、與井旁地面地震剖面對(duì)比，常進(jìn)行垂直求和處理，有幾種稍有不同的作法，名稱也略有區(qū)別1) 局部垂直迭加和時(shí)間加權(quán)的垂直迭加這種處理類似于地面地震資料處理中的混波，首先將經(jīng)過上行和下行波場(chǎng)分離及反褶積處理的資料排齊，而后按下面公式進(jìn)行迭加：式中第個(gè)深度點(diǎn)的輸出；第個(gè)深度點(diǎn)的信號(hào)輸入；濾波(lb)函數(shù)；濾波(lb)（或混波）道數(shù)；（）當(dāng)時(shí)，混波的權(quán)系數(shù)為常數(shù)(chngsh)，迭加的輸出即輸入的平均值和的選擇取決于：信噪比的局部變化，上行波的相干程度，頻率成分，要求的空間分辨率等因素2)累積求和 這種處理稍有不同，求和按下面公式進(jìn)行：式中深度點(diǎn)的累積求和輸出；深度點(diǎn)的信號(hào)輸入；用于補(bǔ)償累積求和中同相軸數(shù)

17、目的函數(shù)，平衡輸出的幅度這種求和方法的優(yōu)點(diǎn)是：信噪比改善明顯，地下深處振幅很小的反射波能得到增強(qiáng)，可以使VSP與井旁地面地震資料更有效地聯(lián)系缺點(diǎn)是：因?yàn)榍蠛涂缭降木嚯x太大，不能反映反射波形向上傳播過程中的變化分辨率降低(3)垂直求和這種處理的方法是：先排齊上行波，再將所有道的數(shù)據(jù)按等時(shí)間線相加在一起，得到一個(gè)輸出道，輸出資料為單道記錄，但是為了便于觀察，將該單道輸出重復(fù)顯示若干次，形式上變?yōu)槎嗟?4) 限制的垂直求和 限制的垂直求和又稱前走廊迭加，走廊迭加和切除迭加9最大相干濾波為什么要設(shè)計(jì)這種最大相干濾波呢？當(dāng)放置VSP檢波器的井旁過傾角不同的反射界面時(shí)，或者當(dāng)井旁有地層中斷等繞射點(diǎn)時(shí)，記錄

18、的上行波場(chǎng)可能非常復(fù)雜，例如某些傾斜層反射波太弱，難以見到，某些繞射波太強(qiáng)，掩蓋其它同相軸的特征，另一些繞射波又可能為其它強(qiáng)波所淹沒但是這些同相軸之間有一個(gè)重要差別，就是他們各自具有不同的視速度因此，為了準(zhǔn)確的解釋這些同相軸，最好先通過速度濾波將它們分離，而后根據(jù)需要，再將各次分離的結(jié)果，經(jīng)過振幅平衡，顯示在一張圖上這就是最大相干濾波的概念最大相干濾波如何進(jìn)行呢？其實(shí)現(xiàn)的主要步驟為：(1) 分離上行和下行波場(chǎng)，采用濾波(lb)或者中值濾波等任意一種方法；(2) 對(duì)于(duy)分離后的上行波場(chǎng)，進(jìn)行多道速度濾波和掃描，即選擇一系列只增強(qiáng)某一速度范圍同相軸的圖幅設(shè)每一窄速度(sd)通帶的中心速度為

19、：式中是垂直距離，可以任意選擇，但通常選為檢波點(diǎn)深度間隔，是時(shí)間間隔，按用戶要求調(diào)整，其變化范圍為：這時(shí)幅速度濾波的通帶，用時(shí)深圖中的陡度表示，分別為：多道速度濾波的方法有很多種，可以根據(jù)情況選用(3) 為了將幅按不同速度分別增強(qiáng)的同相軸的主要特征統(tǒng)一顯示在一張圖上，先對(duì)每幅加不同的固定增益，使它們的最大振幅相同，而后用下列公式將它們合在一起：設(shè)（，）表示第幅速度濾波圖中深度和時(shí)間的樣值，則最后按時(shí)空坐標(biāo)系顯示的樣值為： K1，2，N式中取符號(hào)運(yùn)算sgn表示當(dāng)是正時(shí)取為+1，當(dāng)是負(fù)時(shí)取為-1 10傳遞函數(shù) tullos和Reid討論過傳遞函數(shù)的概念他們借用通信理論，將波通過地層剖面的透射和反射

20、看成一個(gè)輸入輸出系統(tǒng)，并用下式定義地層剖面的傳遞函數(shù)：式中I(t)輸入(shr)；O(t)輸出(shch)；N(t)不相關(guān)(xinggun)的隨機(jī)噪聲；T(t)地層剖面的傳遞函數(shù)這種傳遞函數(shù)從總體上完全描述了地層剖面的全部聲學(xué)特性，因?yàn)楫?dāng)噪聲不存在時(shí)，傳遞函數(shù)與線性系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)相同傳遞函數(shù)對(duì)地震資料解釋意義很大，因?yàn)槔盟梢员苊鈱?duì)波場(chǎng)和地層剖面之間的相互關(guān)系作仔細(xì)的錯(cuò)綜復(fù)雜的分析當(dāng)假設(shè)平面縱波法線入射到水平層狀介質(zhì)的地層剖面的條件下，如果輸入是進(jìn)入剖面頂面的入射波列，則有兩個(gè)傳遞函數(shù)，對(duì)應(yīng)的有兩個(gè)輸出：一個(gè)是從地層剖面底面出射的透射波列；另一個(gè)是經(jīng)底界面反射傳到地面的上行反射波列傳遞函數(shù)也

21、常通過傅氏變換從時(shí)間域等價(jià)地轉(zhuǎn)換到頻率域中考慮，這時(shí)時(shí)域中的褶積變?yōu)轭l域中的相乘，并且傳遞函數(shù)的振幅譜有時(shí)能更清楚地顯示地層剖面的性質(zhì)11波阻抗測(cè)井曲線的估算 利用VSP資料也可估算作為深度函數(shù)的地層波阻抗測(cè)井曲線，并且因?yàn)閂SP可以在有意義的反射層序列附近測(cè)定反射波場(chǎng)，及較準(zhǔn)確地了解震源子波，因而估算阻抗更容易，估算的結(jié)果也更精確和可靠根據(jù)VSP資料估算波阻抗可以有不同的方法，原理也很簡(jiǎn)單，實(shí)際中遇到的主要困難是測(cè)量誤差和隨機(jī)噪聲的干擾一種常用的方法是利用經(jīng)過上行和下行波分離，反褶積，垂直求和，并保持振幅的VSP上行波資料，采用與地表地震資料波阻抗反演相類似的方法，由反射振幅變化估算波阻抗考

22、慮到誤差和噪聲，人們往往采用迭代的方法，根據(jù)最小平方準(zhǔn)則，逐步修改估算的波阻抗，使其最佳逼近真實(shí)的波阻抗另一種常用的方法是通過前面描述的反射傳遞函數(shù)估算阻抗阻抗測(cè)井曲線，其要點(diǎn)是：(1)由VSP資料計(jì)算反射傳遞函數(shù)；(2)假設(shè)傳遞函數(shù)的主要波峰和波谷對(duì)應(yīng)于波阻抗的變化；(3)確定起始的波阻抗值，根據(jù)傳遞函數(shù)的幅值變化計(jì)算波阻抗的變化；(4)將每一個(gè)波阻抗變化都加到前面的波阻抗值上，得到一條通過傳遞函數(shù)估算的新的波阻抗值曲線 第三部分射線理論是研究地震波的一種古老的而又充滿青春活力的工具射線理論有多方面的用處，制作地震射線模型只是其應(yīng)用的一個(gè)方面在各種制作二維VSP模型的方法中，基于射線理論的方

23、法是目前用的最廣泛的用射線法制作三維VSP模型也有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)有兩類VSP射線模型，一類是只考慮運(yùn)動(dòng)學(xué)特征的幾何射線追蹤模型，一類是還要考慮動(dòng)力學(xué)特征的漸近射線追蹤模型前者只確定波的射線路徑(ljng)，計(jì)算波沿射線傳播的時(shí)間，后者還要確定波的振幅，波形，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向等其它動(dòng)力學(xué)特征前者一般用于聲學(xué)介質(zhì)，后者還用于彈性介質(zhì)前者適用的范圍小，后者適用的范圍大，前者可看成是后者的特例射線法的主要優(yōu)點(diǎn)是：概念明確，顯示(xinsh)直觀，運(yùn)算簡(jiǎn)便，適應(yīng)性強(qiáng)其缺陷是：應(yīng)用有一定限制條件，計(jì)算結(jié)果在一定程度上是近似的，對(duì)應(yīng)復(fù)雜構(gòu)造進(jìn)行兩點(diǎn)三維射線追蹤往往比較(bjio)麻煩射線法原來在天然地震鄰域中應(yīng)用

24、較多，近幾年，正大量涌入地震勘探鄰域，形成一股加潮另外，射線法和波動(dòng)方程理論相結(jié)合，解決地震學(xué)和地震勘探中的各種正，反演問題，也是目前發(fā)展的一種趨勢(shì)射線理論簡(jiǎn)述）基本方程（）射線級(jí)數(shù)不均勻完全彈性各向同性介質(zhì)中彈性波的運(yùn)動(dòng)方程可為：式中介質(zhì)密度；拉梅彈性常數(shù)；波函數(shù)；-哈密頓算符， 假設(shè)遠(yuǎn)動(dòng)方程的時(shí)間簡(jiǎn)諧函數(shù)解可用的負(fù)冪表示為： 式中與無(wú)關(guān)(wgun)我們(w men)稱開展式為射線級(jí)數(shù)，為相位(xingwi)函數(shù)，為射線級(jí)數(shù)的振幅系數(shù)，或簡(jiǎn)稱為射線級(jí)數(shù)的系數(shù)，運(yùn)動(dòng)著的等相位面成為波前，與波前正交的軌跡線稱為射線，每條射線在其與波前交點(diǎn)上的方向都與該點(diǎn)波前的梯度的方向一致當(dāng)然，我們假定，否則式

25、將不表示傳播著的波和都是坐標(biāo)的位置函數(shù)，如果知道某些初始條件，將代入后，可確定和基本方程組為了求相位函數(shù)和振幅系數(shù)，首先要導(dǎo)出射線理論的基本方程組假設(shè)：及其導(dǎo)數(shù)連續(xù)；及其導(dǎo)數(shù)在短距離內(nèi)不迅速變化；是解析函數(shù)，且，0將代入式得：因?yàn)閷?duì)任何都成立，所以各次冪的系數(shù)都為零因此有：（）這是一個(gè)遞推的偏微分方程組，由此方程組可以求及所有的我們稱此方程組為射線理論的基本方程）程函方程和 此兩式即程函方程(fngchng)，式描述P波傳播(chunb)的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征，是P波的速度(sd)，描述S波傳播的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征，是S波速度程函方程是求解波的運(yùn)動(dòng)學(xué)問題的基本方程，可以確定如象波前，射線，旅行時(shí)等波的運(yùn)動(dòng)學(xué)性質(zhì)

26、只有在均勻，各向同性，無(wú)限介質(zhì)中，運(yùn)動(dòng)方程才能完全分成兩種不同（P波和S波）的方程，且兩者不互相耦合在不均勻介質(zhì)中，運(yùn)動(dòng)方程不能完全分成兩種波的方程，兩種波將互相耦合，但是在高頻情況下，如果及其導(dǎo)數(shù)連續(xù)，則不均勻介質(zhì)中仍可近似認(rèn)為存在著兩組獨(dú)立的波前，一組是壓縮波（P波），按局部速度傳播，另一組是切變波（S波），按局部速度傳播并且只當(dāng)級(jí)數(shù)取零階近似時(shí)，這兩種波才不互相耦合 計(jì)算旅行時(shí)利用程函方程，我們可以計(jì)算空間任意點(diǎn)波的旅行時(shí)，引入S作為沿射線的弧長(zhǎng)因?yàn)樯渚€與波前是互相正交的，所以由程函方程可得：或式中沿射線的方向?qū)?shù)；V沿射線的波速度或波速度對(duì)沿弧長(zhǎng)積分得：如果給定的初值，則由此式可求出弧

27、長(zhǎng)為點(diǎn)上的，則式即計(jì)算波的旅行時(shí)的公式兩點(diǎn)射線追蹤確定地震波的射線路徑為了計(jì)算波沿射線的旅行時(shí)和波沿射線的振幅變化，首先(shuxin)都必須知道波的傳播路徑所謂射線追蹤狹義來說指的就是根據(jù)地震波的傳播規(guī)律確定地震波在實(shí)際地層中傳播的射線路徑在地震學(xué)中，有兩類地震射線追蹤問題：一類是一點(diǎn)射線追蹤，即已知射線初始點(diǎn)位置和初始出射方向求地震波的傳播路徑(ljng)問題；另一類是兩點(diǎn)射線追蹤，即已知射線初始點(diǎn)和另一觀察點(diǎn)的位置，不知射線初始出射方向，求兩點(diǎn)之間的射線路徑問題顯然，兩點(diǎn)問題比一點(diǎn)問題復(fù)雜用射線理論制作(zhzu)VSP模型，不論是零偏移距或非零偏移距，因?yàn)檎鹪春徒邮拯c(diǎn)不是同一點(diǎn)，遇到的

28、都是兩點(diǎn)射線追蹤問題解兩點(diǎn)射線追蹤問題，有兩種方法：第一種是試射法，即試著給初始出射方向，求射線路徑，但此射線一般不能到達(dá)預(yù)定的接收點(diǎn)，需要根據(jù)實(shí)際到達(dá)點(diǎn)和預(yù)定接收點(diǎn)之間的偏差，修改射線初始出射方向，再次追蹤射線路徑重復(fù)這些步驟，直至射線足夠接近的達(dá)到預(yù)定的接收點(diǎn)第二種是彎曲法，即固定初始出射點(diǎn)和預(yù)定觀測(cè)點(diǎn)兩端點(diǎn)不動(dòng)，不斷調(diào)整兩端點(diǎn)之間的射線路徑，使其逐步逼近真實(shí)的射線路徑這兩類方法各有特點(diǎn)：彎曲法在大多數(shù)比較簡(jiǎn)單模型情況下，花費(fèi)的計(jì)算時(shí)間較少，但是在復(fù)雜模型情況下，特別是奇點(diǎn)附近，彎曲法計(jì)算時(shí)間增加，并且難以區(qū)分追蹤失敗的原因是由于計(jì)算方法引起，還是模型本身在此觀測(cè)點(diǎn)應(yīng)該接受不到射線試射法在

29、大多數(shù)情況下，所花的計(jì)算時(shí)間較多，但是比較直觀，能可靠地確定能接收到射線的區(qū)域和不能接收到射線的區(qū)域的邊界1)試射法從上面的敘述可以看出，試射法主要包括兩方面的內(nèi)容：(1)在已知射線始點(diǎn)位置和射線出射方向的條件下，確定射線路徑；(2)給定初始出射方向，逐步修改出射方向，直至射線足夠精確地達(dá)到預(yù)定的接收點(diǎn)前一內(nèi)容是積分問題，即已知速度分析，利用程函方程，通過對(duì)微分方程作數(shù)值積分求射線路徑的問題后一內(nèi)容是試射法的核心和難點(diǎn)，它涉及到解兩個(gè)非線性方程的方程組： 式中初始入射角； 初始方位角；和計(jì)算的射線到達(dá)點(diǎn)的坐標(biāo)，它是和的函數(shù)； 和希望的射線到達(dá)點(diǎn)的坐標(biāo)1)彎曲法彎曲法依據(jù)的基本原理是費(fèi)馬時(shí)間穩(wěn)定

30、原理，即在固定兩端點(diǎn)之間，波實(shí)際傳播的路徑，是在真實(shí)射線路徑附近(fjn)變動(dòng)的路徑中，能使波的旅行時(shí)，穩(wěn)定的路徑所謂時(shí)間(shjin)穩(wěn)定就是指時(shí)間取極小或極大值在數(shù)學(xué)(shxu)上，這是用變分法求泛函極值的問題設(shè)在不均勻介質(zhì)中，地震波沿某一空間曲線由A傳播到B，空間速度分布為v(x,y,z)，則波從A到B沿曲線的旅行時(shí)為：式中是假設(shè)的在小范圍內(nèi)變動(dòng)的某一曲線，d是沿曲線的弧長(zhǎng)顯然，T依賴于，不同的對(duì)應(yīng)于不同的T，即：因此，是定義在地震波傳播路徑曲線函數(shù)類上的一個(gè)泛函根據(jù)費(fèi)馬原理，波的傳播路徑就是使泛函取極值的傳播路徑，泛函求極值問題在數(shù)學(xué)上稱為變分問題設(shè)空間曲線寫成以為參數(shù)的參數(shù)方程形式：

31、 則可寫成為： 根據(jù)歐拉定理，若泛函極值曲線存在，她必滿足歐拉方程： （，）或者 歐拉方程的解就是待求的極值曲線這里的歐拉方程是非線性方程，一般來說，不能求精確解，通常也要用迭代方法求近似解3VSP模型的制作）計(jì)算過程（）模型參數(shù)化界面形態(tài)常以一系列離散點(diǎn)的坐標(biāo)給出，允許界面彎曲和不連續(xù)，用三次(sn c)樣條函數(shù)對(duì)界面的連續(xù)段擬合，不連續(xù)點(diǎn)應(yīng)作適當(dāng)處理速度變化可以直接用坐標(biāo)的函數(shù)形式(xngsh)給出，也可以先給出一系列點(diǎn)上的離散速度值，再用樣條函數(shù)逼近；（）射線(shxin)碼cerveny等曾用射線碼表示希望研究的波的射線并約定：射線碼的數(shù)字表示射線所在的層號(hào)，層自上而下編號(hào)；射線碼的符

32、號(hào)指示波的類型，正號(hào)表示P波，負(fù)號(hào)表示S波整個(gè)射線從震源到接收點(diǎn)列一簡(jiǎn)表或數(shù)字序列，表示射線順序經(jīng)過的層和在各層中波的類型例如(1，1，1，2，2，1)指示第一層內(nèi)有多次波的射線路徑再如(1，2，-2，1)指示第二界面發(fā)生P波到S波的波型轉(zhuǎn)換；（）兩點(diǎn)射線追蹤用試射法或彎曲法：試射法：在參數(shù)連續(xù)變化的一層內(nèi)部，按已知的初值條件，用龍格庫(kù)塔方法作數(shù)值積分，計(jì)算該內(nèi)層的射線路徑；在參數(shù)不連續(xù)的界面上，利用斯奈爾定律建立新的初值條件；根據(jù)新的初值條件，再計(jì)算下一層內(nèi)的射線路徑，這樣一層一層地追蹤，直至射線按射線碼指示的經(jīng)歷過程最后與井相交，完成一條試射射線的追蹤根據(jù)射線實(shí)際出發(fā)點(diǎn)和預(yù)定接收點(diǎn)位置之差

33、，修改源點(diǎn)處的初始出射角，再追蹤下一條試射路徑這樣重復(fù)迭代，直到試射射線的出射點(diǎn)在預(yù)定接收點(diǎn)的精度范圍之內(nèi) 彎曲法：彎曲法的幾種方法前面已經(jīng)介紹，這里不再重復(fù)要說明的是，在多層介質(zhì)情況下，每一層都要給出一組按變分原理導(dǎo)出的微分方程，在不同層的分界面上還要遵循由斯奈爾定律給出的反射，折射或轉(zhuǎn)換條件；（）計(jì)算波沿射線的旅行時(shí)在兩點(diǎn)射線追蹤的同時(shí)，沿射線路徑積分，可算出旅行時(shí)；（）計(jì)算射線振幅在多層介質(zhì)情況下，考慮到界面的反射，透射和轉(zhuǎn)換，可寫出零階振幅系數(shù)的表達(dá)式：式中某個(gè)常數(shù)，由震源處的初始條件確定； 反射或透射系數(shù)； 雅可比式，用前節(jié)所述的方法或者某種近似方法確定；（）形成地震記錄每一接收點(diǎn)所

34、有到達(dá)的波按旅行時(shí)間先后構(gòu)成振幅序列；震源子波與此振幅時(shí)間序列相褶積得出該接收點(diǎn)的一道地震記錄；不同深度的地震記錄道按深度順序排列起來，就是所要制作的VSP合成地震記錄第四部分(b fen)VSP資料之所以有可能(knng)用于研究井孔附近的地層構(gòu)造細(xì)節(jié)，除VSP資料比地面地震資料可能有較高的信噪比外，主要是因?yàn)閂SP資料比地面地震資料有更高的垂直和水平分辨率所謂地震勘探分辨率即地震勘探的極限分辨能力，包括垂直分辨率和水平分辨率兩方面所謂垂直分辨率，即地震記錄沿垂直方向可能分辨的兩地層界面之間的最小厚度，或最薄地層的厚度所謂水平分辨率，即地震記錄沿水平方向可能分辨的兩地質(zhì)地(zhd)之間的最小

35、寬度實(shí)際地震記錄的分辨能力，因?yàn)槎喾N因素的影響，通常小于此分辨率分辨率是地震記錄可能達(dá)到的最大的分辨能力分辨率越高，對(duì)地層構(gòu)造的勘探就可能越詳細(xì)垂直地震剖面之所以能比地面地震觀測(cè)更詳細(xì)地研究井孔附近的構(gòu)造細(xì)節(jié)，主要就是垂直地震剖面比地面地震觀測(cè)有更高的分辨率垂直分辨率確定地震記錄垂直分辨率的方法(1) 按地震波垂直通過地層的雙層時(shí)間確定這是反射波法地面地震勘探中對(duì)地震記錄垂直分辨率的時(shí)間確定準(zhǔn)測(cè)設(shè)地震子波的延續(xù)時(shí)間為，地震波垂直通過水平層狀地層的雙層時(shí)間為，當(dāng)時(shí)，來自該層頂，底兩界面的反射可以完全分開我們可用: 表示垂向分辨率，式中為地層厚度，為該層層速度地震子波的延續(xù)時(shí)間與地震波的頻率及地震

36、子波延續(xù)時(shí)間內(nèi)應(yīng)包含的相位數(shù)有關(guān)設(shè)地震子波的延續(xù)時(shí)間等于個(gè)視周期，即則地震記錄的垂向分辨率可表示為：式中層厚，表示分辨率； 視波長(zhǎng)按地層頂?shù)捉缑鎯煞瓷涞卣鹱硬ǖ寞B合波形和相對(duì)振幅確定總起來說，地震記錄的垂直分辨率取決于地震脈沖的延續(xù)時(shí)間地震波波長(zhǎng)和地震波的波形其中最主要的是地震波波長(zhǎng)要提高分辨率就必須減小地震波波長(zhǎng)，但地震波長(zhǎng)等于波速除以頻率，因此提高地震波的頻率和降低地震波的速度都可以減小波長(zhǎng)其中，地震波的頻率又與地震波的激發(fā)頻譜，介質(zhì)對(duì)高頻能量的吸收，以及地震波在其中傳播的巖性等有關(guān)地震波的速度又與地層巖性和波的類型有關(guān)VSP比地面地震剖面垂向分辨高的原因:疏松的表層對(duì)地震波的高頻能量吸收

37、最快，地面地震剖面接受的地震波兩次通過表層，而VSP接受的地震波典型地只有一次通過表層，因此VSP的地震波可以有較高的頻率VSP接受的地震子波其波形通常比地面地震記錄簡(jiǎn)單VSP有可能比地面(dmin)地震剖面更有效地利用反褶積方法壓縮地震子波形2. 水平(shupng)分辨率地震(dzhn)記錄水平分辨率也有不同的確定方法按一級(jí)菲涅爾帶確定水平分辨率，這是最常用的確定水平分辨率的方法垂直地震剖面的之所以比地面地震觀測(cè)有更高的水平分辨率，原因之一就是前者的菲涅爾帶小于后者相應(yīng)的菲涅爾帶(1)按迭合波形確定水平分辨率公式和都基于一級(jí)菲涅爾帶中心和邊緣到觀測(cè)點(diǎn)的傳播路徑之差等于，并依次規(guī)定地震記錄的

38、水平分辨率但是根據(jù)兩子波迭合波形的畸變和時(shí)間滯后往往也能規(guī)定更實(shí)際的水平分辨率地震記錄的實(shí)際分辨能力還與信噪比，空間和時(shí)間的采樣率，地震資料經(jīng)過的處理等因素有關(guān)隨著信噪比降低，實(shí)際分辨能力降低隨著采樣間隔增大，一方面勘探的精細(xì)程度降低，一方面還可能出現(xiàn)假頻干擾反褶積處理可以改善垂直分辨力，偏移處理可以改善水平分辨力衰減巖層的衰減早就受到地球物理學(xué)家的重視，因?yàn)椴煌瑤r性的地層又不同的衰減特性，并且不同巖層之間衰減特性的差異比他們之間速度的差異更明顯，通常達(dá)1-2個(gè)數(shù)量級(jí)但是直到現(xiàn)在，巖層的衰減特性仍未被廣泛使用，因?yàn)樗p通常是一個(gè)難以測(cè)量的很小的量，同時(shí)，衰減測(cè)量還受到多種干擾因素的影響VSP因

39、為在井下不同深度直接觀測(cè)震源子波的變化，因而被認(rèn)為是能夠提供唯一有價(jià)值的地震波衰減資料的來源根據(jù)實(shí)際地層中的衰減測(cè)量，有可能直接解釋地層巖性特征，除此之外，還可利用測(cè)定結(jié)果對(duì)地震波振幅損失進(jìn)行補(bǔ)償，為地面地震資料的精細(xì)處理準(zhǔn)備條件1)視衰減和衰減 影響地震波振幅的因素很多，包括幾何擴(kuò)散，透射損失，層間多次反射，散射效應(yīng)，波型轉(zhuǎn)換，震源和接收器的方向特性，檢波器與井壁的耦合情況以及巖層的非彈性損耗等粗略地，人們把幾何擴(kuò)散以外的所有因素引起的地震波能量減小稱為視衰減，而把僅由巖層非彈性損耗引起的能量減小稱為衰減2)測(cè)量衰減的譜比值方法 用VSP資料測(cè)量衰減的方法很多，例如譜比值法，脈沖寬度法，脈沖

40、振幅法，脈沖功率法等，最常用的是譜比值法 kan等曾對(duì)這種譜比值法做過具體的描述假定地層橫向均勻，且垂直地震剖面的偏移距可忽略不計(jì)，則直達(dá)波波至的頻率響應(yīng)可寫為：式中頻率(pnl)；檢波器推靠深度(shnd)，表示(biosh)幾何擴(kuò)散；野外遠(yuǎn)震源的譜；描述層間多次反射，傳輸損失的因子； 衰減系數(shù)，描述巖層內(nèi)部損耗在估算衰減之前，先要對(duì)VSP資料作球面擴(kuò)散校正，消除因子的影響并用監(jiān)控檢波器監(jiān)測(cè)的信號(hào)校正各個(gè)深度觀測(cè)時(shí)震源信號(hào)的變化，使與無(wú)關(guān)，變?yōu)镾(f)對(duì)式兩邊取常用對(duì)數(shù)并乘以化為分貝數(shù)，得： 是巖層的品質(zhì)因數(shù)設(shè)在足夠大的深度間隔上，隨增加線性地減小，隨的變化可忽略不計(jì)，再設(shè)兩深度的值之差是頻

41、率的線性函數(shù)，則由 對(duì)的線性回歸直線的斜率可求出與頻率無(wú)關(guān)的：4.層速度1) 層速度是研究地層巖性的一個(gè)重要參數(shù) 常規(guī)地震勘探中，層速度和反射系數(shù)一樣，也是巖性勘探的一個(gè)重要參數(shù)反射系數(shù)包含有層速度信息，反射系數(shù)與巖性相聯(lián)系間接地也反映兩相鄰巖層的層速度差與巖性的關(guān)系但是層速度本身也可單獨(dú)地，直接地用于研究地層巖性 層速度除與地層巖性有關(guān)外，還與地層的空隙度有關(guān)，根據(jù)時(shí)間平均方程式：式中飽含流體的巖石速度； 孔隙(kngx)度，即空隙體積與巖石總體積的百分比；，和分別是空隙(kngx)中流體的速度和巖石基質(zhì)的速度；在，已知的條件下，可以由層速度直接(zhji)計(jì)算孔隙度這是很有意義的，因?yàn)榭紫?/p>

42、度是評(píng)價(jià)儲(chǔ)集層油氣特征的重要參數(shù)VSP資料提取層速度的技術(shù)利用VSP資料提取層速度被認(rèn)為是能精確可靠地提取層速度的有效途徑當(dāng)前有下面一些技術(shù)(1) 單一震源位于地表，檢波器位于井內(nèi)不同深度，觀測(cè)震源到不同深度檢波器的地震波旅行時(shí)之差，計(jì)算層速度(2) 地面布置不同偏移距的多個(gè)震源，檢波器固定于井內(nèi)某個(gè)深度，根據(jù)記錄的多個(gè)震源的時(shí)差曲線，計(jì)算均方根速度和層速度(3) 單個(gè)震源置于井中，地面布置檢波器排列，根據(jù)時(shí)差曲線計(jì)算層速度(4) 布置多個(gè)震源，利用類似層析成像的解析方法計(jì)算層速度利用旅行時(shí)反演的方法計(jì)算層速度由旅行時(shí)求層速度的公式(1)假設(shè)地層水平，并且從震源到檢波器地震波傳播的射線路徑是垂直的，這時(shí)可直接由旅