VSP地震勘探講義-課件

第二講：垂直地震剖面(VerticalSeismicProfiling-VSP)油氣與固體礦產(chǎn)新方法（地震勘探）VSP地震勘探講義（1）

VSP概念、走廊疊加、靜態(tài)時(shí)移（2）水平及傾斜雙層模型的一次波、直達(dá)波、二次波理論時(shí)距曲線及方程

(3)VSP資料有哪些應(yīng)用？

一、基本原理二、資料采集三、資料處理四、資料應(yīng)用五、思考題參考答案VSP地震勘探講義油氣與固體礦產(chǎn)新方法（地震勘探）VSP地震勘探講義垂直地震剖面技術(shù)定義： 在地表設(shè)置震源激發(fā)地震波，在井內(nèi)安置檢波器接收地震波，即在垂直方向觀測一維人工場，然后對所觀測得到的資料經(jīng)過校正、疊加、濾波等處理，得到垂直地震剖面。VSP地震勘探講義 1．VSP中的主要波動(dòng)從波的類型來分：

（1）直達(dá)初至波 （2）一次反射波：反射縱波和轉(zhuǎn)換波（當(dāng)震源有偏移距） （3）多次反射波從波傳播到接收點(diǎn)的方向來分：（1）下行波：來自接收點(diǎn)上方的下行波（直達(dá)波和下行多次波）（2）上行波：來自接收點(diǎn)下方的上行波（一次反射波和上行多次波）

VSP地震勘探講義 1．VSP中的主要波動(dòng)

VSP地震勘探講義2．VSP時(shí)距曲線分析（1）

均勻介質(zhì)情形下的直達(dá)波時(shí)距曲線時(shí)距曲線是雙曲線，但當(dāng)d很小時(shí)時(shí)距曲線是直線，隨d增大視速度增大，同相軸變?yōu)殡p曲線。VSP地震勘探講義（2）均勻介質(zhì)情形下的一個(gè)平反射界面的上行波 時(shí)距曲線上傾方向激發(fā)（+）下傾方向激發(fā)（-）：下式中H=OE-EM=Zcosφ-dsinφVSP地震勘探講義從時(shí)距曲線方程可看出反射波旅行時(shí)與接收點(diǎn)位置、激發(fā)點(diǎn)位置、地層傾角和速度有關(guān)

當(dāng)界面水平時(shí)：時(shí)距方程為

當(dāng)d=0時(shí)，時(shí)距曲線為直線；(隨著檢波器沉放深度h增大，走時(shí)t變小）；當(dāng)d≠0時(shí)，雙曲線。反射波視速度：當(dāng)檢波器的沉放深度為H時(shí)（在反射界面處），直達(dá)波與一次反射波的傳播時(shí)間相等，視速度相等，但符號(hào)相反。

<0VSP地震勘探講義從直達(dá)波和反射波時(shí)距曲線和視速度公式可見，當(dāng)檢波器沉放在界面上時(shí)，兩者具有相同的傳播時(shí)間。VSP地震勘探講義從上式可見：直達(dá)波與反射波視速度數(shù)值相等，符號(hào)相反，兩者以相反的視速度相交，當(dāng)d=0時(shí)，v*f=-v，v*d=v。VSP地震勘探講義（3）均勻介質(zhì)情形下的一個(gè)平反射界面的二次下行波時(shí)距曲線上傾方向激發(fā)（+）下傾方向激發(fā)（-）下式中H=Zcosφ-dsinφVSP地震勘探講義當(dāng)界面水平時(shí)：時(shí)距方程和視速度分別為

當(dāng)d=0時(shí)，二次下行波反射波同相軸近似為直線；當(dāng)d≠0時(shí)，二次下行波反射波同相軸雙曲線。視速度為正值。>0VSP地震勘探講義2．VSP時(shí)距曲線分析

討論：當(dāng)d=0時(shí)，直達(dá)波及二次下行波時(shí)距方程為

下行二次波走時(shí)tdn比直達(dá)波走時(shí)td增加一個(gè)常數(shù)，且視速度相等。斜率相等，故在d較小時(shí)，下行二次波同相軸與直達(dá)波平行的，只是增加了一個(gè)系統(tǒng)時(shí)間值（兩曲線平行）。VSP地震勘探講義2．VSP時(shí)距曲線分析（4）均勻介質(zhì)情形下的一個(gè)水平反射界面的二次上行波時(shí)距曲線

與一次上行波平行，但不與直達(dá)波相交。

<0VSP地震勘探講義與上行波相比，同樣具有隨觀測點(diǎn)深度時(shí)間變小和負(fù)視速度的性質(zhì)，它和上行的一次波有平行的同相軸，而不和直達(dá)波相交。VSP地震勘探講義3.干擾波類型(1)套管波：沿套管傳播的波(2)電纜波：電纜振動(dòng)引起檢波器振動(dòng)。(3)管道波：充滿泥漿的井與圍巖形成一個(gè)明顯的波阻抗界面，由震源產(chǎn)生的面波傳播到此界面時(shí)，好象一個(gè)新的震源，產(chǎn)生了沿井軸方向傳播的管波，能量強(qiáng)，速度低（1400-1460），穩(wěn)定。

VSP地震勘探講義在VSP數(shù)據(jù)采集中所用的設(shè)備主要包括井口震源、井下檢波器、記錄儀器、電纜、參考檢波器（近場檢波器）VSP地震勘探講義(1)震源：類型：炸藥震源、可控震源、氣槍、電火花等目前陸地上使用的多為可控震源。對震源要求：1）震源能激發(fā)高寬頻信號(hào)，提高分辨率；2）能量強(qiáng)，干擾小，多在低速層以下激發(fā)，采取多次重復(fù)激發(fā)方式，以增強(qiáng)能量。3）要求震源子波一致，一口井觀測點(diǎn)上百，每個(gè)點(diǎn)又必須重復(fù)激發(fā)，這樣一口井都要激發(fā)很多次，所以要求每次激發(fā)的子波要一致。4）相鄰道震源的標(biāo)識(shí)誤差應(yīng)小于1ms，以保證有較高的精度。VSP地震勘探講義深度時(shí)間VSP地震勘探講義偏移距是指井口到震源點(diǎn)的距離，如地震測井一樣，震源不可能就在井口，偏移距可大可小。主要考慮成像范圍，一般隨偏移距增加地下成像范圍也隨之增大，反之亦然。但偏移距過大，由于波形轉(zhuǎn)換，可能造成資料質(zhì)量變壞，一般把偏移距約為接收點(diǎn)深度十分之一時(shí)，可認(rèn)為是零偏移距。當(dāng)?shù)叵陆缑嫠綍r(shí)，零偏移距是不能探測井身周圍地質(zhì)情況的。非零偏移距可以探測震源到井口一半的界面范圍。當(dāng)?shù)貙觾A斜時(shí)，探測范圍隨地層傾角而變化。采用同樣的偏移距，界面上傾方向的探測范圍大于下傾方向，所以在生產(chǎn)中應(yīng)將震源布設(shè)在地層的上傾方向。VSP地震勘探講義作用：子波處理及監(jiān)視震源子波

所謂近場，在海上系指不超過單個(gè)氣槍水泡后單個(gè)彈性變形帶的1-2m，在陸地上系值不超過以震源子波的波長為半徑的范圍。近場檢波器埋于地下監(jiān)視震源子波，要求它盡可能與井中檢波器的性能相同，它可以為子波處理提供依據(jù)。VSP地震勘探講義井下檢波器是VSP工作中的主要設(shè)備，它應(yīng)具有：（1）可伸縮的推靠臂，當(dāng)檢波器沉放到某一觀測點(diǎn)時(shí)，要求檢波器推靠在套管上，保證良好的接觸（耦合好）；（2）檢波器具有較寬的通頻帶，有可調(diào)的動(dòng)態(tài)增益（3）形狀影視兩端尖直徑小，以防止管道波的產(chǎn)生；（4）是三分量檢波器，同時(shí)接收縱橫波資料；（5）耐高溫高壓目前井中檢波器12道VSP地震勘探講義要求相鄰檢波器點(diǎn)距滿足采樣定理。點(diǎn)距應(yīng)為二分之一的最小有效波長，點(diǎn)距小，對應(yīng)界面上反射點(diǎn)的間距也越小，資料精度高，有利于小構(gòu)造解釋。VSP地震勘探講義VSP中要求儀器動(dòng)態(tài)大于120db，采用浮點(diǎn)放大系統(tǒng)，15位模數(shù)轉(zhuǎn)換，1/2ms采樣,具有足夠的地震道（一般為24道），以及保準(zhǔn)的記錄格式。VSP地震勘探講義原始的VSP資料很難進(jìn)行解釋，必須經(jīng)過處理，原因：1）干擾強(qiáng)，存在隨機(jī)和相干干擾，使資料的信噪比變低，必須做提高資料信噪比的處理；2）希望從VSP資料中提取簡單的理想子波，但實(shí)際的記錄子波一般延續(xù)較長，不同炮的子波波形往往不一致，因此必須對子波進(jìn)行整形處理；3）下行波太強(qiáng)，上行波較弱尤其在靠界面附近，上行波被直達(dá)波所淹沒，而在資料解釋中主要用上行波資料，所以必須通過處理來加強(qiáng)上行波。4）記錄中存在大量表層和層間多次波影響；5）顯示不直觀難以與地面記錄對比；6）須從VSP資料中提取有關(guān)速度，振幅，頻率等參數(shù)。VSP地震勘探講義1．編輯（編排）-采集記錄變?yōu)橛?jì)算機(jī)格式。2．垂直疊加—疊加，提高信躁比。3．初至拾?。菏叭〕踔林边_(dá)波，用于求速度和靜校正及處理4．頻譜分析和帶通濾波—搞清有效和干擾波頻帶范圍。然后進(jìn)行帶通濾波。提高信躁比。5．震源子波整形-使每炮的震源子波波形一樣。6．靜態(tài)時(shí)移（靜校正和排齊）

7．波場分離8．反褶積9.走廊疊加（VSPLOG)VSP地震勘探講義-將采集記錄變?yōu)橛?jì)算機(jī)格式。剔除不工作道，不正常道，并把所放炮次按深度大小，由淺而深進(jìn)行編排。VSP地震勘探講義當(dāng)震源較弱時(shí)，為了加強(qiáng)信號(hào)能量，常采用疊加的方法，目的提高資料的信噪比，當(dāng)使用炸藥時(shí)對記錄很少進(jìn)行疊加，一是炸藥震源能量較強(qiáng)，二是各炮波形很難一致。VSP地震勘探講義初至直達(dá)波的拾取直接影響到速度參數(shù)的精度和靜校正量的大小，為了保證初至波拾取的精度一般采用了頻率域?yàn)V波和互相關(guān)技術(shù)。VSP地震勘探講義頻譜分析：搞清有效和干擾波頻帶范圍。然后進(jìn)行帶通濾波。提高信躁比。主要壓制管道波和隨機(jī)干擾。

VSP地震勘探講義資料的處理和解釋，希望在各個(gè)深度上都具有相同的震源波形，事實(shí)上是辦不到的，特別是炸藥震源，所以要利用監(jiān)視檢波器記錄震源子波波形，然后專門設(shè)計(jì)濾波器把每一炮的震源監(jiān)視記錄波形轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)波形。VSP地震勘探講義對于VSP資料通過處理，使上行波和下行波的同相軸按時(shí)間分別對齊，并顯示為類似地面地震剖面的形式。對于零偏移距水平界面的VSP觀測，假設(shè)井中檢波器接收到直達(dá)波、上行波。下行波（二次），到達(dá)時(shí)間分別為t1、t2和t3，地面接收到的反射波旅行時(shí)為t0，它們具有如下關(guān)系：t2+t1=t3-t1=t0如果將上行波各道都加上初至?xí)r間，相當(dāng)于將檢波器放在井口地面處接收反射界面的反射波，則上行波將按其從地表到界面的雙程時(shí)間排齊，將加初至?xí)r間的過程叫靜態(tài)時(shí)移（靜校正和排齊）。與此同時(shí)，初至波也增加了一倍時(shí)間，同相軸的斜率也將增加一倍VSP地震勘探講義a圖射線路徑圖b圖排齊之前的記錄C上行波排齊后的記錄d將坐標(biāo)轉(zhuǎn)動(dòng)90度的結(jié)果，這種顯示方式便于與地表地震剖面對比。VSP地震勘探講義6．靜態(tài)時(shí)移（靜校正和排齊）:對于零偏移距水平界面的VSP觀測，假設(shè)井中檢波器都接收到直達(dá)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，如果將上行波各道都加上初至?xí)r間，則相當(dāng)于將檢波器放到井口地面接收反射界面的反射波，則上行波將按其從地表到界面的雙程時(shí)間排齊，把加初至?xí)r間的過程叫靜態(tài)時(shí)移。如果將下行波各道都減去初至?xí)r間，使初至波在同一時(shí)間出現(xiàn)，則所有的下行波對齊排列。這樣就出現(xiàn)了下行反射波。VSP地震勘探講義

7．波場分離在VSP記錄中，同時(shí)記錄了上、下行波，兩者重疊在一起，要將兩者分離。主要依據(jù)是兩者視速度不同。方法：（1）

多道速度濾波—利用視速度的差異與常規(guī)地震資料處理中的多道濾波方法一樣。VSP地震勘探講義做法：對資料做二維付氏變換，將時(shí)-空域的數(shù)據(jù)變換到頻率-波數(shù)域，這時(shí)下行波在正波數(shù)域，上行波在負(fù)波數(shù)域。對頻率-波數(shù)域的信息做濾波處理（正半平面的數(shù)據(jù)乘以小數(shù)，使下行波衰減約60db，負(fù)半平面的上行波不受影響，最后對結(jié)果做二維反付氏變換回到時(shí)-空域，這時(shí)下行波已經(jīng)衰減，上行波增強(qiáng)。VSP地震勘探講義

8．反褶積

（1）

預(yù)測反褶積：壓制多次波，它的濾波因子是由已分離出來的下行波自相關(guān)函數(shù)逐層計(jì)算出來的，然后將因子分別應(yīng)用于上、下行波。 （2）

脈沖反褶積：壓縮子波長度，提高分辨率VSP地震勘探講義

九.走廊疊加（VSPLOG)在靜態(tài)時(shí)移（或靜校正和排齊）的剖面上，從初至波斜同相軸到多次波終止處連線（斜線）的一個(gè)條帶（通道）上，只有一次波，而切除了多次波，把一次波同相軸加到一起，形成單一的地震道，這個(gè)工作叫走廊疊加。

VSP地震勘探講義1．提取準(zhǔn)確的速度參數(shù)：利用初至?xí)r間反演在常規(guī)地震勘探中用地震測井和聲波測井來得到速度信息，受到一定的限制，地震測井點(diǎn)距太大，聲波測井雖然分層較細(xì)，但受到井經(jīng)變化和時(shí)間累積的影響，使精度降低，而VSP資料采用推靠檢波器，提高了靈敏度，并且點(diǎn)距小，位置準(zhǔn)確，所以用初至波測定的速度精度將會(huì)得到很大的提高。

VSP地震勘探講義

2．標(biāo)定地震地質(zhì)層位:可以直接建立深度與時(shí)間的關(guān)系，而不受速度的影響。VSP地震勘探講義常規(guī)地震勘探中標(biāo)定層位方法主要是:1)對過井地面地震剖面進(jìn)行時(shí)深轉(zhuǎn)換，然后與鉆井對比；2）做理論合成記錄，據(jù)測井資料做合成記錄與實(shí)際記錄對比，進(jìn)行標(biāo)定層位。這兩種方法能否得到滿意結(jié)果主要取決于所用速度的精度，如果速度存在誤差，標(biāo)定工作就不好，用VSP資料來標(biāo)定層位，可以直接建立深度與時(shí)間的關(guān)系，而不受速度的影響。VSP地震勘探講義標(biāo)定過程1）用VSP記錄直接與鉆井（井柱子）、測井資料對比，從井柱子上可知產(chǎn)生這些反射層的年代和巖性特征，然后將它與地面再對比，就可以確定地震剖面的反射層位的地質(zhì)屬性。VSP地震勘探講義

2．標(biāo)定地震地質(zhì)層位-合成記錄

VSP地震勘探講義

2．標(biāo)定地震地質(zhì)層位:可以直接建立深度與時(shí)間的關(guān)系，而不受速度的影響。VSP地震勘探講義

3．多次波的識(shí)別VSP地震勘探講義

3．多次波的識(shí)別-凡與初至波同相軸相交的都是一次波，根據(jù)交點(diǎn)可以確定其界面深度。多次波中斷點(diǎn)的深度表示了多次波的來源。VSP地震勘探講義4．提取反褶積因子-用下行波求取最佳反褶積因子。

VSP地震勘探講義下行波只受到地層等因素的單程影響，信號(hào)的特征與強(qiáng)度等都優(yōu)于上行波，所以可以利用VSP資料的下行波提取最佳的反褶積因子。VSP地震勘探講義

5．預(yù)測井底下反射層的深度鉆井資料只能了解井中地層情況，不能預(yù)測深度大于井深的地下界面情況，VSP不僅可以接收來自檢波器上方的信息，而且還可以取得接收點(diǎn)下方的信息。可以預(yù)測井底以下的地層。因?yàn)榫追瓷洳慌c直達(dá)波同相軸相交，可沿直達(dá)波同相軸延長方向與反射波延長方向做兩條射線相交，再結(jié)合地面地震剖面，就可以預(yù)測反射層的深度

VSP地震勘探講義

6．計(jì)算吸收衰減系數(shù)：利用某層的下行波與直達(dá)波波譜比，算出該層以上地層的有效衰減系數(shù)。

VSP地震勘探講義利用VSP資料確定界面的傾角一般有兩種方法：一種是利用一次上行波時(shí)距方程，可得cos?＝（v2t2-h2-d2)/(4(Z-h)2-H)利用二條時(shí)距曲線，建立方程組，通過解方程組，求出界面的傾角。另一種方法是利用未經(jīng)靜態(tài)時(shí)移的初至波及一次反射波時(shí)間來計(jì)算。VSP地震勘探講義8.提取縱橫波速度比及泊松比等參數(shù)，巖性解釋。

VSP可得到三分量地震記錄（縱、橫波資料），可以得到縱橫波的波形、速度等多種信息，進(jìn)而可提取縱橫波速度比，泊松比等參數(shù)，這些參數(shù)是進(jìn)行地層巖性解釋和儲(chǔ)層預(yù)測的重要信息。

VSP地震勘探講義VSP資料的應(yīng)用主要包括二個(gè)方面：一是做地質(zhì)解釋，它與地面地震相比，具有方法簡便精度較高的特點(diǎn)；二是進(jìn)行地層巖性的解釋。從VSP中可以提取豐富又比較準(zhǔn)確的地質(zhì)及巖性多種信息，是其他方法不能比擬的，這也是VSP得到很快發(fā)展和應(yīng)用的主要原因。VSP地震勘探講義（1）地面地震是通過觀測波場在地表的分布來研究地質(zhì)剖面的垂向變化，而VSP是通過觀測