（地质工程专业论文）三分量三维地震数据采集、处理配套技术研究.pdf

三分量三维地震数据采集、处理配套技术研究 研究生：邹雪峰( 地质工程) 指导教师：孙成禹( 副教授) 捅要 多分量地震可为油气藏开发提供多种信息，减少储层预测的多解性， 提高钻探成功率。本研究通过两年多的技术攻关和现场试验，形成了系 统配套的三分量三维地震采集、处理技术，主要成果有：三分量三维 观测系统宜采用斜交式、小的滚动距、小的接收线距( 变检波线距、炮 线距更合适) 、小面元、大的非纵距( 较宽方位) ，并确保目的层段合理 的c c p 的覆盖次数和炮检距分布，选择比常规纵波勘探更大的炮检距， 一般选择目的层埋深的1 5 2 倍；三分量微测井是精确调查纵横波表层 结构的最有效的方法和手段。模型法在大部分地区可以较好地解决苏里 格地区的检波点横波静校正问题；通过应用全数字三分量检波器进行 采集，资料品质有明显提高，高、低频响应丰富，有利于进行岩性勘探； 利用发生在高速顶的上行转换波与纵波的初至时差可以求取准确的三 维转换波检波点静校正量，可以有效解决苏里格非常严重的转换波静校 正问题；基于共检波点叠加反射波排齐的三维转换波剩余静校正方法可 行；进行了针对转换波分量的几项关键处理技术研究，包括三分量三 维资料旋转及波场分离技术、三维转换波共转换面元求取技术、转换波 速度分析及动校正等。并通过应用这些技术组织合理的处理流程和相应 的质量控制体系，形成了相应的三分量三维地震数据处理生产能力： 进行了转换波叠前时间偏移技术的调研和相关技术的应用研究，包括等 效炮检距归位( e o m ) 方法和k i r c h h o f f 积分法偏移，在实际三分量三 维数据的处理中取得了良好的效果。利用三分量三维资料在苏罩格气田 进行储层含气性预测，提交4 口钻探并成功率为1 0 0 ，测网内与完钻井 吻合率大于8 0 。 关键词：三分量三维，转换波，三分量微测井，转换波静校正，共转换 面元( c c p ) r e s e a r c ht h et e c h n i q u e s i n3 c 3 ds e i s m i cd a t aa c q u i s i t i o n & p r o c e s s i n g z o u x u e - f e n g ( g e o l o g i c a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db ya s s o c i m ep r o f e s s o rs u n c h e n g - y u a b s t r a c t m u l t i - c o m p o n e n ts e i s m i cs u r v e yc a l lp r o v i d eav a r i e t yo fi n f o r m a t i o n f o rd e v e l o p m e n to fr e s e r v o i r s ，r e d u c et h em u l t i r e s o l u t i o no fp r e d i c t i n g r e s e r v o i r sa n di n c r e a s et h es u c c e s s f u ld r i l l i n gr a t e i nt h ep a s tt w oy e a r s ，b g p h a si m p o r t e dd i g i t a ls e i s m o g r a p ha n dg e o p h o n e st or e s e a r c ht h et e c h n i q u e si n 3 da n d3 - c o m p o n e n ts e i s m i cd a t aa c q u i s i t i o n , p r o c e s s i n ga n di n t e r p r e t a t i o n ， f o r m i n gac o m p l e t es 吼o f3 - c o m p o n e n ta n d3 ds e i s m i ct e c h n o l o g yt h a th a s s e e nav i s i b l ee f f e c ti na p p l i c a t i o nt os u l i gg a sf i e l d k e yt e c h n o l o g y ： o t h eo b l i q u ep a t t e r ns h o u l db ea d o p t e di n 3 d 3 cg e o m e t r y , s m a l lr o l l i n g i n t e r v a l ，r e c e i v i n gl i n es p a c e ( t h ec h a n g e a b l er e c e i v e ra n ds h o tl i n es p a c i n g i s p r e f e r a b l e ) a n db i n , b u tl o n g e rc r o s s l i n eo f f s e t ( w i d e ra z i m u t h ) c h o o s i n ga n o f f s e tm u c hl a r g e rt h a nt h a ti nt r a d i t i o n a ls u r v e y - g e n e r a l l y1 5 2t i m e so f t h e b u r i a ld e p t ho ft a r g e t si sn e e d e d 3 cu p h o l es u r v e yi st h em o s te f f e c t i v e m e t h o da n dm e a n st o i n v e s t i g a t et h en e a r - s u r f a c es t r u c t u r e s o fp - a n d s - w a v e sp r e c i s e l y t h em e t h o d t oc a l c u l a t et h es - w a v es t a t i c sw i t ht h e m o v e o u tb e t w e e npw a v ea n dc o n v e r t e dw a v e ”c a ns o l v et h ep r o b l e mo f s t a t i cc o r r e c t i o n sa tt h er e c e i v e ri ns u l i g ea r e a t h ea p p l i c a t i o no f3 c d i g i t a lg e o p h o n e si ns e i s m i cd a t aa c q u i s i t i o nh a si m p r o v e dd a t aq u a l i t y v i s i b l y t h ed a t aa r ea b u n d a n ti nd i f f e r e n tf r e q u e n c yr a n g e s ，w h i c ha r e f a v o r a b l ef o rl i t h o l o g i ce x p l o r a t i o n l a n d3 c 3 dd a t ap r o c e s s i n gf l o wa n d t h ec o r r e s p o n d i n gq cs y s t e mw e r ee s t a b l i s h e d ；a3 cp r e l i m i n a r yd a t a p r o c e s s i n gc a p a c i t yh a sb e e nf o r m e da n dag o o de f f e c th a sb e e na c h i e v e di n t h ep r o c e s s i n go f3 c 3 ds e i s m i cd a t ai ns u l i g ea r e a u s i n gt h e3 - c o m p o n e t d a t at op r e d i c tg a s - b e a r i n gc h a r a c t e ro fr e s e r v o i rm a d et h e4 e x p l o r a t i o n d r i l l i n g sp r e s e n t e dt o t a ls u c c e s s t h em a t c h i n gr a t i o no ft h es u r v e yg r i dw i t h t h ed r i l l i n gc o m p l e t i o ni so v e r8 0 k e yw o r d s ：3 c 3 d ，c o n v e r t e dw a v e ，c o n v e r t e d w a v es t a t i cc o r r e c t i o n s ，c c p 1 1 1 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论 文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国 石油大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作 的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了 谢意。 签名：年万月瑙i t j 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国石油大学有关保留、使用学位论文的规定，即： 学校有权保留送交论文的复印件及电子版，允许论文被查阅和借阅；学 校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手 段保存论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 学生签名： 导师签名： 加年s 月可日 磁，月彳日 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第l 章前言 第1 章前言 根据资料调研情况“m 1 ，目前国外陆地三分量三维( 简称为3 c 3 d ) 地震已应用于实际的地震勘探生产，在多个应用地区已取得了明显的效 果。主要应用于：砂泥岩岩性识别、流体检测、裂缝检测、改善p 波波 阻抗差较小的地层的成像和盐下构造成像、去除反射层之上气层的影响 及油藏监测等。国外在资料处理方面的技术也已基本成熟，已由叠后偏移 发展为叠前各向异性时间偏移啪龇。 国内在南海已进行了海上三维转换波地震，利用转换波极大地改善 了气云下反射界面和浅层的成像。然而国内陆上三分量三维地震工作刚 刚起步。而且，中国陆上油田的地质特征具有陆相沉积的特性，地层含 油气后，p 波波阻抗差减小，反射很弱。单独利用p 波资料是难以准确 预测地层含流体的情况，但综合利用纵波、转换波的信息，可以提高储 层预测的准确率，原因是p - s v 波的弹性参量不受流体的影响，只与地层 岩石骨架有关。同时由于我国油田的沉积特征及地表条件与国外相比， 有许多不同的方面渊1 ，因此，对三分量三维地震数据采集、处理及综 合研究等各方面国外先进的技术，我们可以参考和借鉴，但不能照搬。 所以，需要对中国陆上三分量三维地震进行立项研究，以促进该项技术 的进步和发展，早日为油气田的勘探开发服务。 本论文的研究内容依托中国石油集团2 0 0 4 年部署的鄂尔多斯盆地 苏里格气田l o o k m 2 = 分量三维地震工作。针对苏里格气田储层预测中存 在的难题开展三分量三维地震技术研究。主要包括以下内容：三维转换 波观测系统设计技术、横波表层结构调查技术和三维转换波静校正、三 分量资料采集及野外现场质量监控、三分量三维地震资料处理技术等。 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第2 章转换波观测系统设计 第2 章三维转换波观测系统设计方法论证分析 2 1 转换波传播特点 如图2 - i 所示，当炮点产生的下行p 波非垂直入射到各界面上产生 反射时，不仅产生反射纵波，而且产生横波。这种横波实际上是由纵波 入射到界面上，发生了波类型的转换而生成，故统称为转换波，包括p - s v 波( x 分量) 和p s h 波( y 分量) ”。 r 2 - 1 t 坳z 蜮， 唧，则。z 、 v s l 唧2 燃绷 v s 2 唧3 n 刃3 唧4 夥ii s v 弧4 c m p c c p 图2 1 转换波传播路径示意图 转换波传播具有以下特点侧： i ) 转换波由于下行波是纵波上行波是横波，其射线路径不对称， 菩， 其共转换点( c c p ) 位于再丽处，与纵波的共中心点( c m p ) 位于主处 有较大的差别，且不同深度、不同速度比的地层，其转换点各不相同， 对于同一炮检点，其c c p 偏向接收点的一方，随着地层由深至浅逐渐向 接收点靠拢。 2 ) 转换波的时距曲线不是双曲线，极小值点位置也不在炮检距中 2 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第2 章转换波观测系统设计 心点位置上。 3 ) 纵波垂直入射到分界面上，不会产生转换波，接收转换波必需 采用比常规纵波勘探更大的炮检距。 4 ) 横波的频率和波传播的速度都远低于纵波，纵、横波频率的比 值一般在1 5 - 2 5 之间变化，速度比在1 5 5 0 之间，浅层速度比相对 较大。由于横波速度小于纵波速度，故转换波的视速度小于纵波视速度。 5 ) 转换波强弱与界面两侧的岩性有着紧密的联系，通常情况下p s v 波比p - s h 波强，信噪比相对较高。只有当裂缝发育和各向异性严重时才 会产生较强的p - s h 波。 对于不同的地层深度和速度比按常规三维观测系统进行c c p 覆盖 次数计算分析( 图2 - 2 、3 ) ，可以看出，按常规三维观测系统，不同地 层深度和速度比的o c p 覆盖次数差异很大。 图2 - 2 相同纵横波速度比、不同深度c c p 覆盖次数分布图 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第2 章转换波观测系统设计 图2 - 3 相同深度、不同纵横波速度比c c p 覆盖次数分布图 同时我们建立水平和倾斜层状的深度地球物理模型进行射线追踪， 计算其实际的c c p 覆盖次数变化情况。可以看出倾斜地层的c c p 覆盖次 数变化更加严重。 】【平层状稿型脯羼状壤型 图2 4 水平、倾斜层状模型c c p 覆盖次数分布图 因此我们在三维转换波观测系统设计过程中应坚持以下原则： a ) 以c c p 、v p v s 为基础合理的设计观测系统； 4 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第2 章转换波观测系统设计 b ) 从不同地层转换点为渐近线为基础设计观测系统： c ) 以模型为基础，进行射线追踪或波场数值模拟论证观测系统； d ) 合理分析c c p 的覆盖次数和炮检距分布。 2 2 三分量三维观测系统参数设计 三分量三维参数设计主要讨论与常规三维不同的一些参数设计方 法。 2 2 1 炮检距选择 从理论计算的反射系数与排列长度的关系衄线可知，转换波在小炮检距 能量较弱，在中、远炮检距能量较强( 图2 5 ) 。从实际的处理资料分 析也可以看出( 图2 - 6 ) ，苏里格地区小于2 0 0 0 m 炮检距的转换波叠加 基本上不能成像，在中远炮检距有很好的转换波反射成像。因此在转换 波勘探时应选择比常规纵波勘探更大的炮检距，一般选择目的层埋深的 i 5 吨倍。对于最小炮检距由于考虑到z 分量纵波采集，在能避免近炮 点干扰的情况下，尽量减小最小炮检距。 反射系数与入射角度的关系 反射系数与捧列长度的关系 图2 5p p 、p s 反射系数与入射角、排列长度的关系 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第2 章转换波观测系统设计 p 1 0 0 0 m o - 2 0 0 阻 p 3 0 0 0 m o - 4 0 0 呻o _ 5 0 0 阻o - - 6 0 0 0 mo _ 7 0 0 0 m 图2 - 6 不同炮检距范围转换波叠加剖面 2 2 2 面元大小 根据转换波转换点的渐近线计算公式，c c p 面元大小计算如下： 鱼旦 “l + ax 三维道距a y 三维炮点距v 川s 纵横波速度比 可以看出c c p 面元大小与速度比有关，相比c m p 面元要大，但是在 实际资料处理过程中采用与c m p 一样的面元大小，其面元论证也采用纵 波一样的计算公式： 6s 石芒专而 由于横波的速度和频率都低于纵波，速度比和频率比一般都在2 左 右，纵波与横波的波长十分接近，因此数据采集时可以采用与纵波一样 的空间采样闻隔，如果要得到频率更高的转换波，则需要比纵波更小的 面元。 6 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第2 章转换波观测系统设计 2 2 3 观测系统类型选择 我们设计了四种观测系统类型；正交法、砖墙式、砖墙式面元细分、 斜交式，其它观测系统参数( 道距、炮点距、接收线距等) 全部一致。 我们进行了c c p 覆盖次数和炮检距分布分析，选择v p v s = 2 0 ，按渐近线 公式进行计算。从c c p 覆盖次数分布看( 图2 7 ) ，常规正交法存在覆盖次 数空白条带，砖墙式与砖墙式细分面元分布相对好些，但仍存在较大的 空白面元数量，而斜交式观测系统很大程度上避免了这种现象。而且从 炮检距分布看斜交式观测系统分布得更好( 图2 8 ) 。所以针对转换波勘 探应选择斜交式观测系统。 砖墙式面元细分斜交式 图2 7 不同观测系统类型c c p 覆盖次数分布图 7 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第2 章转换波观测墨丝塑造 图2 - 8 不同观测系统类型c c p 炮检距分布图 2 2 4 束间滚动距的选择 常规纵波勘探一般选择滚动半个排列片，而对于转换波勘探来说， 滚动距的大小对于c c p 覆盖次数和炮检距的分布影响很大，我们也作了 这方面的对比分析( 图2 - 9 ) ，设计观测系统为8 线，分别进行滚动l 、2 、 4 线的对比。可以看出减小滚动距有利于c c p 覆盖的横向分布，并使炮 检距分布得到改善。 2 2 5 接收线距的选择 对于纵波来说，接收线距一般不大于垂直入射时的菲涅尔半径对 于转换波勘探也是在此原则下，我们进行了不同线距的分析，其它观测 系统参数( 道距、炮点距、接收线距等) 全部一致，通过分析得出选择 小的接收线距有利于c c p 覆盖次数的横向分布( 图2 - 1 0 ) 。 8 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第2 章转换波观测系统设计 图2 - 9 不同滚动距c c p 覆盖次数和炮检距分布图( 自上而下为1 、2 、4 线) znl“m 图2 1 0 不同线距c c p 覆盖次数分布图 2 2 6 线束宽窄方位角对比 选择宽方位角必然加大最大非纵距，对于纵波勘探有最大非纵距的 限定，主要是为保证三维资料同一面元内不同非纵距及方位角在整个道 集内能同相叠加。对于转换波勘探，我们分析了窄方位和相对较宽方位 角的对比分析。从c c p 覆盖次数对比分析看，宽方位角有利于提供连续 的c c p 覆盖( 图2 - 1 1 ) 。 9 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第2 章转换波观测系统设计 图2 - 1 1 不同宽窄方位观测c c p 覆盖次数分布图 2 3 实际应用效果 按以上设计原则和方法，完成了苏五井区l o o k m 2 - 分量三维设计及 论证分析工作。采用的观测系统如下( 图2 - 1 2 ) ： 系统类型：l o 线x 2 4 炮x 2 8 0 道斜交观测系统 面元尺寸：2 0 m ( 纵) 2 0 m ( 横) 覆盖次数：1 0 次( 纵) 1 0 ( 横) 接收道数；2 8 0 0 道 道距：4 0 m炮点距：4 0 m 接收线距：2 4 0 m炮线距：5 6 0 m 2 最小非纵距：2 0 m最大非纵距：1 5 4 0 m 最大炮检距：6 1 7 5 1 l l m 束线滚动距离：2 8 0 m ( 滚动2 线) 纵向排列方式：5 1 8 0 - 2 0 - 4 0 - 2 0 - 5 9 8 0 1 0 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第2 章转换波观测系统设计 l o 线2 4 炮2 道斜交观舅系 c o p s 盖次教分布o 印炮检距分布 图2 一1 2 观测系统类型及属性分布 从属性分布图可以看出，c c p 覆盖次数、炮检距分布均匀合理，从而确 保得到了很好的三维转换波资料( 图2 - 1 3 ) 。此外在四川德阳新场地区 也得到了很好的应用。 图2 1 3 苏里格三分量三维p p 、p s v 叠加剖面 2 4 认识与结论 三分量三维地震勘探当前仍是一项探索和试验性的前沿技术，通过 此次室内理论论证分析和野外现场实施得到了许多有益的认识和体会， 具体有以下几点： 1 ) 转换波设计必须以c c p 、v p v s 为基础，建立精细的地球物理模 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第2 章转换波观测系统设计 1 ) 转换波设计必须以c c p 、v p v s 为基础，建立精细的地球物理模 型进行射线追踪或波场数值模拟论证，确保目的层段合理的c c p 的覆盖 次数和炮检距分布； 2 ) 在转换波勘探时应选择比常规纵波勘探更大的炮检距，一般选择 目的层埋深的1 5 2 倍。对于最小炮检距由于考虑到z 分量纵波采集， 在能避免近炮点干扰的情况下，尽量减小最小炮检距。 3 ) 三分量三维观测系统宜采用斜交式，小的滚动距、小的接收线距 ( 变线距、炮线距更合适) 、小面元，大的非纵距( 较宽方位) 。 1 2 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第3 章多波表层调查与转换波静校正 第3 章多波表层调查与转换波静校正方法 3 1 横波表层调查方法 在野外采集表层资料时，首先对采集方法进行了研究，重点在多波 小折射、多波微测井，面波法等几个方面做了大量试验对比工作，同时 对激发方式也做了针对性的试验，采用了炸药激发、雷管激发、重锤敲 击、刚体约束、空腔导向等多种纵波和横波激发方式恤。 3 1 1 多波小折射 根据试验点的低降速带厚度情况( 以往资料分析) ，确定参数如下： 接收方式：采用大仪器( 或足够道的小折射仪) 、三分量检波器接收， 接收道数3 x 4 8 道，排列长度4 3 2 m ，采样间隔0 。2 5 m s ，观测系统为单边 密：1 6 道，道距l m ；6 一l o 道，道距3 m ；1 0 一1 3 道，道距5 m ：1 3 - - 1 8 道，道距1 0 1 n ；1 8 2 3 道，1 5 m ：2 3 3 4 道，2 5 m 。 激发方式：单边放炮，三种方式( 图3 - 1 ) 。 方式一：垂直排列挖一宽槽，槽深l m ，槽宽2 m ，药量i k g ，偏移距 1 m ，钢体约束，背向激发两炮。 方式二：垂直排列打三口井，井深1 m ，药量l k g ，偏移距l m ，先激 发中间井形成空洞，然后激发旁边两炮进行接收。 方式三：枕木侧向敲击。 图3 2 是在含水比较丰富的平坦草地区做的钢体约束激发试验，从 记录可看到比较明显的横波初至。 但是在沙漠区做了同样的钢体约束试验，所得的记录如图3 - 3 ，对 于横波初至不能很好识别。为此采用激发方式二进行试验，但从得到的 记录看横波初至也不易分辨，最后采用了枕木敲击方式，以保证激发出 较纯的横波源。 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第3 章多波表层调查与转换波静校正 尚弭 垂直捧列挖一宽槽，槽深lm ，槽宽2 m ，药 1 臣盈量i k g 偏移距l m ，钢体约束背向激发 阐 两炮 2 羹， 科 垂直捧列打z n 井，井深l m ，药量l k g ，偏 移距l m 。先激发中间井形成空洞，然后激 发旁边两炮进行接收 童 3 雷 辨 枕木侧向敲击 奉 图3 - 1 横波激发的不同方式 图3 2 钢体约束激发记录( 平坦草地区) 1 4 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第3 章多波表层调查与转换波静校正 图3 - 3 钢体约束激发记录( 沙漠区) 从记录看( 图3 4 ) 在1 5 0 m 的偏移距范围内横波初至比较清晰，但 远道由于人工激发能量明显不足，造成噪音明显增强初至无法识别。图 3 5 是左右敲击y 分量相减( 第2 个排列3 5 - 6 8 道，y 方向激发接收s h 波) 的记录和解释结果。 图3 4 枕木敲击记录 图3 - 5 左右敲击y 分量相减记录及解释结果 1 5 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第3 章多波表层调查与转换波静校正 3 1 2 多波微测井 对不同横波激发源做了对比试验，单纯的钢板或枕木都不能使敲击 的能量持续而有效，根据试验结果选择了钢板结合枕木垂直井壁方向重 锤水平敲击这种较为理想的横波激发方式。该方法便于操作，灵活，效 率高，产生的横波能量能够满足表层调查的需要，通过枕木，使下传横 波能量得到加强，得到的横波初至起跳干脆，解释准确。同时垂直地面 向下敲击也产生了理想的纵波能量，得到了可用于解释的纵波初至。 具体实施过程中，在距井口2 米处，放置一块厚l o c m 、宽约4 0 c m 、 长约2 5 米的木板，上面和两端固定钢板，用大锤分别敲击木板的两端， 产生一组极性相反的剪切波( s 波) ，由于横波能量较之纵波要弱，两组 横波记录保证了资料的完整采集和随机误差的剔除。用大锤垂向敲击上 面钢板，产生压缩波( p 波) 。地面采用小地震仪( r 2 4 ) 观测，井下采 用井中三分量检波器接收( 见图3 6 ) 。采集时，先把检波器下到井底， 在一个深度点依次进行三次激发的记录，然后将检波器提升到另一个深 度再行记录。 触发卷锤 图3 - 6 多波微测井示意图 图3 7 是观测到的一个深度点的纵波和横波两个水平分量的初至信 1 6 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第3 章多波表层调查与转换波静校正 息，可以看出初至起跳干脆、清楚，x 分量和y 分量因为敲击方向相反 而呈现波峰和波谷相对，通过这样的特点可以准确的拾取横波初至，同 时也避免了某个初至遭到破坏而失去该点信息的风险。 图3 7 多波微测井记录 利用常规微测井的资料与z 分量的解释结果进行对比，非常吻合。 因此利用多波微测井的三个分量资料可同时得到纵、横波的表层结构参 数( 图3 - 8 、9 ) 。 横波测井x 分量原始记录纵波测井z 分量原始记录 图3 8 多波微测井道集记录 1 7 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第3 章多波表层调查与转换波静校正 图3 - 9 多波微测井纵横波解释结果 在解释图上横波的分层结构要比纵波多，这主要是由于横波速度与 岩石骨架有关，而纵波的传播速度受岩石骨架和孔隙流体的综合影响， 主要受潜水面的影响。 3 1 3 面波法 面波主要指瑞雷面波，其勘探方法的物理前提是基于它的以下几个 主要特性m ： a 、非均匀介质中的频散特性，即瑞雷波频率不同，其相速度也不 同； b 、同一地层中，面波速度和横波速度具有相关性； c 、波长不同的面波穿透能力不同。 因此同一波长面波的传播特性真实反映了地质条件的横向变化，不 同波长面波的传播特性真实反映了地质条件的垂向变化，据此可通过对 面波的处理分析解决地质问题。 野外施工方法基本与常规小折射相同，等道间距为4 米，偏移距2 米，道数4 8 道，采样间隔0 2 5 m s 。成果解释图见图3 一1 0 、1 1 。 1 8 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第3 章多波表层调查与转换波静校正 图3 1 0 面波f l | 【振幅谱 图3 _ 1 1 频散曲线及解释结果图 目前，面波法尚处在发展阶段，技术有待完善，水平还需提高，还 不能自动地成批进行处理，有些工作还需人工参与，如：时空域和频率 域窗口及参数的选择与确定、反演拟合参数的选择、面波和纵波之间的 速度转换等，此项技术只能作为一种尝试，而不能作为成熟的技术。 通过以上三种方法的对比试验分析，结果表明多波微测井是精确调 1 9 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第3 章多波表层调查与转换波静校正 查纵横波表层结构的最有效的方法和手段。因此转换波勘探中应推广应 用多波微测井表层调查技术 采集方式确定为多波微测井以后，对其解释方法和成果应用进行了 专门研究。纵波的调查资料显示表层为三层速度结构，横波则显示为四 层速度结构。但在解释过程中，微测井反映的速度层与实际岩性变化的 地层是一致的，即是地层界面。地震资料反映的界面是波阻抗界面，这 两者之间是有差别的。为了验证它们之间是否有相关性，在一条测线上 用纵波进行了分析对比，一个点上小折射反映的波阻抗界面比微测井显 示的地层界面要深，将小折射成果曲线和微测井成果曲线做对比，两者 的形态是一致的，只是存在着一个系统差因此，微测井调查的表层资 料应该是可以应用到地震记录上。 微测井得到的是点资料，要进行面控制，就需要对大量的点资料做 处理。基本思路就是建立数据库，在数据库中进行网格化内插，平滑， 趋势分析等一系列数据处理，经过这样处理以后，就得到了所定区域整 个表层资料的数据体，即可方便运用 具体过程是：对点资料进行解释，剔除不合理的数据，汇总为原始 数据库，确定点数据控制的空间区域( 一般取矩形) ，在该区域对资料反 映的每一速度层面进行网格化，网格化的目的就是为了空间内插。内插 时还要结合地表变化情况取一相似系数进行数据计算，所用公式是： a = ，溅+ ( 五 ，如，乃) - - z t 】) 2 t - i ( 3 1 ) i ：权系数用来控制曲面过数据点的能力 经过内插以后得到的是一定步长的空间曲面的数据体，对此数据体 必须做平滑处理，平滑的目的是为了控制主要变化趋势，降低数据的离 2 0 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第3 章多波表层调查与转换波静校正 散度( 图3 - 1 2 ) 。 已知n 个无规律的数据点： x l ，y 1 ，z l 、x 2 ，y 2 ，z 2 ，、x n ，y n ，z n 确定一个曲面f ( x ，y ) ( 用等间隔的网格点表示) 使之满足： 8 、曲面能量( 或张力) 最小 b 、已知点对该曲面有一定的控制作用 即要从一些跳动的数据点中寻找一个能反映这些点变化趋势的曲 面。 平滑因子为o平滑因子为5 0平滑因子为1 0 0 图3 一1 2 平滑因子试验 经过这样建立的数据库，就得到了表层资料的综合数据体，通过提 库程序可以方便的提取需要的表层信息资料。 3 2 三维转换波静校正方法 在野外做了大量工作的同时，室内对转换波静校正方法也进行了广 泛深入的研究，提出了多种解决问题的思路，有些方法已见到了良好的 成效呻1 。 相对于纵波勘探，转换波由于其特殊的传播过程给静校正带来了很 多新问题，现有的许多纵波静校正方法对其失效，而且国内外也没有现 2 l 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第3 章多波表层调查与转换波静校正 成的软件可以利用，因此、转换波静校正量的求取有着很大的困难，主 要表现在以下几个方面“加”； 1 ) 入射是纵波，出射是转换横波，故对炮点求的是纵波静校正量， 对检波点求得是横波静校正量，对c c p 道集施加的是一次纵波静校正量 和一次转换横波静校正量之和。 2 ) 转换横波速度低，造成在穿过近地表层时延迟时加大，因而转换 横波对静校正有一种“放大”作用，转换横波静校正量比纵波大很多， 静校正问题显得更加突出 3 ) 纵横波速度随不同层位差异很大，速度之比由深层的l ：1 7 到 浅层的l ：3 因此，横波静校正在不同层位有不同的静校正量，一个 静校正量是不足以满足所有层的静校正需要，也就是说“静校不静”的 问题客观存在、不容忽视。 4 ) 纵波和转换波的折射层并非一致，转换波表层调查比较困难。纵 波一般只要有一个稳定的高速层，它的折射层就不会发生改变，而转换 波随空间折射层常会发生变化 5 ) 原始单炮中的初至波一般是纵波面不是转换横波，转换横波初至 大多被掩埋在了“记录”中，因此，无法准确的识别和拾取转换横波初 至，使得许多常规纵波静校正方法对转换横波失效( 图3 - 1 3 ) 6 ) 地震勘探中，一般水平方向的干扰要重于垂直方向的干扰，而且 干扰的种类也比较多。同时由于投入上的考虑，多分量检波器多采用单 个或少量检波器组合，所以，转换横波的讯噪比要低于纵波讯噪比，想 通过原始单炮记录中的一些讯息来解决诸如静校正之类的问题，困难相 应加大。 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第3 章多波表层调查与转换波静校正 图3 一1 3 转换横渡初至 针对以上难点，通过攻关和技术方法研究，探索的比较成熟的三维 转换波静校正方法主要有以下几种： 3 2 1 模型法 根据多波微测井资料建立近地表模型后，就可以利用近地表模型计 算其静校正量( 图3 - 1 4 ) 。该方法在苏里格地区的大部分地区取得了满 意的效果( 图3 - 1 5 ) ，但在有些近代河道变化剧烈的地区，还存在一定 的问题。 图3 一1 3 苏里格三维横波检波点静校正量图( 模型法) 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第3 章多波表层调查与转换波静校正 图3 - 1 4 横波静校正前后共检波点叠加对比 3 2 2 延迟时分离法 由于转换波勘探中入射是纵波，出射是横波，初至时间中包含两 种不同类型波的传播时间，所以通常的基于射线理论的各种常规静校正 方法都不能拿来直接应用当下行波与上行波为同一种波时，有折射波 初至时距方程： z = s r + t s - 万 + ( 3 2 ) 广7 , s r 用此方程可以计算出炮检点的延迟时，进而建立起近地表模型，得 到静校正量。 对转换波，下行与上行不是同一类波，上式不能直接应用，需做一 些变动与约束，才能分离出上行波也就是转换波的延迟时。该思路的前 提是转换波发生在上行拐点处，滑动界面仍然是p 波，这样时距方程还 是直线”。” 变动方程如下： t ，= 五跟一毋一t ( 3 3 ) t r 是检波点延迟时，t s r 是初至时间，t s 是炮点延迟时。 我们的目的是得到检波点处横波的延迟时，为此先要单独计算出 炮点的纵波延迟时。炮点的纵波延迟时通过三分量中的纵波分量来提取， 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第3 章多波表层调查与转换波静校正 方法是常规折射波法。得到炮点延迟时后，代入上式，迭代运算即可从 转换波初至时间中分离出上行波的延迟时。计算过程中要求不能改变t s 的值，只对t r 进行迭代。有了延迟时，就可以计算出接收点处的表层厚 度，进而得到横波静校正量。”( 图3 - 1 5 ) 。 加高程静校正量剖面 加延迟时静校正量剖面 图3 一1 5 加延迟时静校正量前后剖面对比 3 2 3 共接收点相关法 基于这样的一个认识，如果纵波分量和横波分量都做了准确的静校 正以后，则其共接收点域的叠加剖面形态在空间上应该是一致的。为此， 先对纵波分量作精细处理，包括静校正和速度分析，处理后的纵波数据 用来作模型对横波资料进行约束，求取两者之间的相关时差，即可得到 所需的横波静校正量。做的过程中先在折射波初至上做，然后在反射波 上做，这样做的i i i 的是因为折射波初至信噪比相对要高，初至波比反射 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第3 章多波表层调查与转换波静校正 波更容易识别一些。先用初至波消除掉大的静校正量，然后针对不同的 目的层在反射波上做调整，这样也可以适当的解决转换波中存在的比较 突出的“静校不静”问题 具体实现过程是： 利用z 分量在共检波点和共炮点的反射同相轴作模型，消除掉一个 系统时差后，用相应道分别对x 分量的共检波点和共炮点集合中的各道 做相关，得到一个时移量，这个时移量应该是检波点和炮点共同作用的 结果，得到所有道的时移量后，也就得到了一个超定方程 组霸= 翳+ 晶，对其求解，即可得出检波点和炮点的相对静校正量( 图 3 - 1 6 ) 。 这个过程对转换波初至和转换波反射都是一样的，不同的是对初至 波要手工拾取，对反射波则根据时窗能量自动识别 反射波调整前共接收点剖面( 已加了初至模型相关静校正量) 反射波调整后共接收点剖面 图3 1 6 共接收点相关法前后剖面对比 中国石油大学( 华东) 工稃硕十学位论文第3 章多波表层调查与转换波静校正 3 2 4 迭代法 由于转换波的复杂性，利用射线理论反演转换波响应条件下的近地 表模型具有很大的困难，为此提出如下思路： 当原始记录消除掉静校正影响以后，在共炮点域和共检波点域，其 初至时距曲线在表层层状介质情况下是折线，对某一稳定高速层是直线 ( 通过偏移距范围确定) ，在连续介质情况下是曲线，而在共偏移距域， 来自同一折射层的初至波时距曲线应该是线性平直的。基于此认识，利 用外部低频模型( 横波) 或t o 时间初始模型进行初至约束，利用z 分量 数据求取炮点静校正量并通过低频模型( 纵波) 提取炮点高频分量，然 后用最d * - - 乘法在共偏移距域进行线性拟合，共炮点域进行线性或二次 曲线拟合，分别求取拟合值和加了低频分量初至时间之间的时差，该时 差因该是炮点和检波点高频静校正量共同作用的结果。由于炮点高频静 校正量已知，则从时差中减去炮点量后剩下的就是检波点高频静校正量。 整条测线的数据都进行完以后，对某一道来说应该有多个解，为了使结 果趋于稳定和准确，采用中值区间平均值方式提取检波点静校正量，将 该量和炮点高频静校正量加到初至时间上重复以上步骤，直到结果达到 设定要求为止n 5 聃1 咖。 具体实现过程如下： 8 、极性旋转 横波质点振动方向与传播路径垂直，从地下到达地面时质点的运动 方向几乎是在水平面内。与炮检方向一致的是s v 分量，垂直炮检方向的 是s h 分量。 因此转换波勘探中用两个相互垂直的水平检波器接收转换横波信 息。三维勘探中两个水平分量检波器摆放一个指向i n l i n e 方向，一个指 向c r o s s l i n e 方向。因此室内处理中需要将不同方位接受的水平分量进 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第3 章多波表层调查与转换波静校正 行旋转，得到径向分量s v 和横向分量s h 。旋转以后，每一分量记录的 相位( 时间) 一致，能量准确。 b 、炮点静校正量计算 在z 分量记录上拾取纵波初至，用折射波法计算炮点静校正量。通 过外部或原始记录本身建立纵波低频模型，用此模型从炮点静校正量中 提取高频分量( 图3 - 1 7 ) 。 图3 - 1 7 纵波炮点高低频静校正置( 局部) c 、转换波初至拾取 在x 分量记录上拾取转换波初至。此步工作量比较大，需要耐心前 后比较，确保拾取的是同一层的转换波初至。由于炮点静校正量已从z 分量得到，所以转换波初至不必每炮都拾取，可按一定间隔挑选初至清 晰，连续的记录来拾取。 d 、横波低频模型约束 低频模型约束是非常关键的环节，没有低频分量约束，直接进行初 至拟合迭代，有可能高频叠加效果很好，但区域产状或构造形态是不正 确的。如果野外有小折射或微测井横波表层调查资料，可建库提取低频 分量也可利用转换横波折射初至通过t o 时法建立表层模型，提取低频 分量( 图3 - 1 8 ) 。 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第3 章多波表层调查与转换波静校正 表层结构平面图 从库中提取低频分量 图3 - 1 8 横波低频分量提取 e 、初至曲线拟合 将以上横波低频分量应用到原始数据，在共偏移距域和共炮点域进 行线性拟合。 设炮数为m ，每炮通过速度分层确定参与计算的道为从n l 道到n 2 道，以共偏移距为例，按一定步长滑动进行直线拟合，第i 炮第j 道的 初至时间为t i j ，拟合值为h i j ，则求取时差为； t i j = h i j - - t i j ( i = i ，2 ，3 ，m ：j = n i ，n i + i ，n 2 ) ( 3 4 ) f 、检波点静校正量计算 a t i j ( i = l ，2 ，3 ，m ：j = n i ，n i + i ，n 2 ) 可以看作是第i 炮高 频静校正量和该炮第j 道检波点高频静校正量之和，由于炮点高频静校 正量已知，则该炮的检波点高频静校正量为： 中国石油大学( 华东) 工程硕士学位论文第3 章多波表层调查与转换波静校正 r t i j = k t i j - - s t i j( j = n i ，n i + i ，n 2 ) ( 3 5 ) s t i j 已知 ( i = l ，2 ，m ) 对拾取了初至时间的所有炮都进行这样的处理以后，对某一检波点来说 应该有多个解，为了避免由于初至拾取异常带来的解的不稳定和收敛缓 慢，采用中值区间平均值方法提取检波点量。对所有检波点都进行这样 的计算，将得到的高频静校正量和炮点高频静校正量一起加到初至时间 重复上面第e 、f 步，直到前后两次量的差的绝对平均值达到设定的最小 值为止。 此方法的应用效果见图3 - 1 9 、2 0 。 加高程静校正量加迭代静校正量 图3 一1 9 加迭代静校正量前后单炮对比 中国石油大学( 华东) i 稃硕士学位论文第3 章多波表层调查与转换波静校正 图3 2 0 加迭代静校正量前后剖面对比 3 2 5 利用上行透射转换波计算横波静校正的方法 与其它转换波静校正方法一样，本方法假设已经得到了精确的纵波 静校正解和近地表模型。垂直分量和径向分量的炮点静校正量应该一致， 因此只需求解接收点的静校正量。 上行纵波在穿过风化层底部的高速顶面时，由于界面上下横波速度 存在很大的差异，上行纵波的部分能量会转换为透射横波( 图3 - 2 1 ) ， 由z o e p p f i t z 方程计算可知冽，该界面的透射系数在入射角较大时可达 0 6 以上( 见图3 - 2 2 ) 。在纵波激发的三分量地震数据中，x 和z 分量的 初至时间非常接近，因此有时会被误认为是相同类型的波场。实际上， 三分量地震数据中，z 分量接收的主要是上行纵波