油气与固体矿产新方法（地震勘探）.pptx

第二讲 垂直地震剖面 VerticalSeismicProfiling 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d 0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 在界面处 直达波和反射波的视速度分别为 从直达波和反射波时距曲线和视速度公式可见 当检波器沉放在界面上时 两者具有相同的传播时间 在界面处 直达波和反射波的视速度分别为 从上式可见 直达波与反射波视速度数值相等 符号相反 两者以相反的视速度相交 当d 0时 v f v v d v 2 VSP时距曲线分析 3 均匀介质情形下的一个平反射界面的二次下行波时距曲线上倾方向激发 下倾方向激发 下式中H Zcos dsin 2 VSP时距曲线分析 当界面水平时 时距方程和视速度分别为 当d 0时 二次下行波反射波同相轴近似为直线 当d 0时 二次下行波反射波同相轴双曲线 视速度为正值 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tdn比直达波走时td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