陆上高分辨率多分量地面地震勘探的潜力和策略

1、陆上高分辨率多分量地面地震勘探的潜力和策略张山江苏南京卫岗21号，210014摘要 本文从理论分析、物理模型试验、VSP记录和地面地震记录四个方面分析了陆上高分辨率多波多分量地震勘探的潜力；分析了现行生产中影响多波多分量地震勘探分辨率的几个关键因素；提出了提高陆上多波多分量地震勘探分辨率的基本策略。认为通过努力可以把陆上多波多分量地震勘探的分辨率提高到现有纵波高分辨率地震勘探的水平。一、引言言相对于常常规的纵纵波勘探探而言，多分量量地震勘勘探增加加了有关关横波的的独特信信息，这这些信息息的增加加意味着着岩性/油气预预测和储储层描述述的可靠靠性和精精度将成成倍增加加；同时时对某些些P波不不能很好

2、好成像的的特殊层层位也可可能得到到较好的的成像。概括起起来，多多分量地地震勘探探可以解解决或有有潜力解解决以下下几个方方面的问问题：（1）综综合利用用多分量量地震资资料提供供的纵波波速度VVp、横横波速度度Vs以以及由此此导出的的泊松比比、速度度比、速速度积等等,可直直接预测测岩性和和油气，估算砂砂泥比、孔隙率率、地层层压力等等参数，评估流流体性质质；（2）改改进盐岩岩、玄武武岩下成成像，改改进气藏藏及弱PP波波阻阻抗差界界面成像像；（3）提提高储层层描述和和横向预预测的可可靠性；（4）研研究地层层的横向向各向异异性，描描述裂隙隙性储层层的发育育特征。近年来，随着海海底接收收技术的的发展，海上

3、44C地震震勘探技技术取得得了长足足的进展展，对上上述问题题大都取取得了令令人满意意的结果果。但作作为多分分量地震震勘探起起始点的的陆上多多分量地地震勘探探，虽经经多年努努力，在在解决上上述问题题上却没没能取得得多少令令人满意意的结果果。究其其原因就就是因为为分辨率率太低，所得结结果对岩岩性/油油气预测测或储层层描述意意义不大大。在现现实生产产中需要要采用多多分量信信息的地地区都是是非构造造控制油油气的隐隐蔽型圈圈闭，解解决这些些地区的的油气/岩性预预测或储储层描述述问题，必须采采用高分分辨率的的资料才才能得出出有意义义的结果果。因此此，提高高多分量量地震资资料的分分辨率，尤其是是横波分分量的

4、分分辨率，是多分分量地震震勘探能能否在陆陆上非构构造控制制油气区区推广应应用的前前提，也也是在这这类地区区能否可可靠预测测油气、精确描描述储层层的重要要方面。陆上多多分量地地面地震震勘探的的出路在在高分辨辨率。目前，我我国绝大大部分构构造控制制油气区区都已得得到了较较充分的的勘探开开发，油油气勘探探开发的的重点正正在转向向非构造造控制油油气区。因此，开展陆陆上高分分辨率多多分量地地震勘探探具有非非常现实实的意义义，也具具有相当当的紧迫迫感。我们知道道，地震震系统的的分辨率率主要取取决于地地震子波波的有效效频带宽宽度；在在现实生生产中，主要是是向高频频方向拓拓展有效效频带。具体到到多分量量地震勘

5、勘探而言言，它所所关心的的波型是是PP波波（纵波波入射产产生的纵纵波反射射）和PPS波（纵波入入射产生生的横波波反射）。大量量的多分分量地震震勘探实实践和高高分辨率率与转换换波联合合勘探试试验证明明，多分分量地震震勘探提提高分辨辨率的瓶瓶颈在PPS波方方面。鉴鉴于纵波波高分辨辨率地震震勘探已已得到了了广泛的的推广应应用，高高分辨率率多分量量地震勘勘探的核核心问题题是提高高PS波波分辨率率的问题题。只要要我们克克服了资资料采集集和处理理等各个个环节上上影响PPS波分分辨率的的各主要要因素，再结合合纵波高高分辨率率勘探的的原则、方法和和经验，高分辨辨率多分分量地震震勘探也也就基本本成功了了。因此此

6、，本文文主要从从PS波波方面，或者更更具体地地说，从从PS波波的频谱谱成分方方面，来来分析高高分辨率率多分量量地震勘勘探的潜潜力和策策略。二、提高高陆上多多分量地地震勘探探分辨率率的潜力力当初，着着眼于横横波波长长小于相相应纵波波波长，人们把把提高分分辨率作作为横波波地震勘勘探和多多波多分分量（转转换横波波）地震震勘探的的重要目目的之一一。经过过多年的的试验，人们发发现横波波或多波波地震勘勘探的分分辨率往往往低于于相应的的纵波地地震勘探探。于是是，在油油气地震震勘探中中人们不不愿再把把高分辨辨率与横横波（包包括转换换横波）联系在在一起；即使纵纵波高分分辨率地地震勘探探已然成成熟且大大面积推推广

7、的今今天也是是如此。现在，有相当当一部分分专业人人员认为为横波（包括转转换横波波）的地地震应响响应具有有低频化化倾向。然而，这种认认识是不不全面的的。就地地面人工工激发的的横波而而言，这这种认识识基本上上是正确确的；但但绝不能能套用到到PS波波上。下下面，我我们从几几个方面面加以说说明。1、理论论上地震震波在分分界面上上的转换换不具频频散性单色波在在多层介介质中传传播、转转换时，频率不不变是其其基本特特征；但但随着介介质中相相应波型型、波速速的变化化，其波波长按同同一比例例变化。纵波在在界面上上发生反反射、透透射、转转换时，能量分分配系数数不具频频散性。因此，理论上上入射纵纵波与相相应的反反射

8、纵波波、转换换横波具具有相同同的频谱谱成分。上述分析析，实际际上隐含含着一个个前提条条件，就就是不同同层位的的反射波波或转换换波不存存在互相相干涉。但在实实际资料料中，这这是不可可能的，由于薄薄互层的的综合滤滤波响应应及纵、横波的的波长不不同，总总会导致致纵波及及相应转转换横波波的频谱谱之间出出现差异异。这种种综合滤滤波作用用完全依依赖于薄薄互层的的物性差差异、层层厚和纵纵/横波波波长，它不一一定对纵纵波高频频成分有有利而对对横波高高频成分分不利；反之亦亦然；它它完全取取决于具具体的情情况，而而与波型型无关。2、物理理模型试试验证明明了理论论的正确确图1是双双层介质质中所做做的物理理模型结结果

9、，试试验中为为保证不不发生薄薄层滤波波作用，双层介介质的厚厚度远大大于所用用波长。结果表表明，PPP波与与PS波波的频谱谱特征非非常一致致。总结上述述分析，我们可可以说，理论上上转换横横波的高高频成分分不一定定比相应应纵波的的高频成成分差。也就是是说，理理论上多多波（PPP波和和PS波波）地震震勘探的的分辨率率潜力不不比纵波波的分辨辨率潜力力低。3、横波波的吸收收不一定定比纵波波严重在以往的的陆上多多波多分分量地震震勘探中中，也有有人把造造成PSS波低频频化的原原因归结结于横波波的吸收收，认为为横波的的吸收比比纵波严严重。其其实，实实际情况况可能并并非完全全如此。图2aa中箭头头区间内内的同相

10、相轴分别别是来自自同一深深度区域域的VSSP上行行纵波和和上行PPS波。我们可可以看到到，上行行纵波与与上行转转换横波波具有基基本相同同的分辨辨率，转转换波分分辨率似似乎更高高一些。图2bb上的频频谱是用用20000米深深处的记记录（右右侧）计计算的，两种波波自反射射界面（43000米到到58000米）至接收收点传播播了23300到到38000米，但纵波波与转换换波具有有基本相相同的频频谱特征征，PSS波衰减减并不比比PP波波更严重重。图33a是地地面地震震资料，左边为为径向分分量，右右边为垂垂直分量量；图33b是对对应的（同一接接收点同同一层段段上的PPS波及及PP波波，PSS波1.5-11

11、.7ss，PPP波1.1-11.3ss）频谱谱。由图图看到，在400赫兹以以前，没没有任何何迹象说说明横波波吸收更更严重；40赫赫兹以后后，横波波仍存在在足以拓拓宽有效效频带的的能量。如果我我们能够够把PSS波的有有效频带带拓宽到到666赫赫兹，则则其分辨辨率足可可与常规规纵波高高分辨率率（1001000赫兹）比拟，甚至更更高（相相对带宽宽大）。在近地地表固结结较好的的地区，横波吸吸收并不不比纵波波大多少少，可以以期望PPS波分分辨率大大于PPP波。综上所述述，无论论从理论论分析、物理试试验分析析，还是是从实际际资料分分析，都都说明转转换横波波具有提提高分辨辨率的潜潜力；如如果这一一潜力得得以

12、充分分挖掘，我们至至少可以以期望转转换横波波（进而而多波勘勘探）的的分辨率率达到现现行纵波波高分辨辨率的水水平。三、现行行多分量量地震勘勘探中影影响分辨辨率的主主要因素素然而，在在现实生生产中，陆上多多波多分分量地震震勘探的的分辨率率往往很很低（主主频为220赫兹兹），基基本上不不能达到到可靠预预测岩性性/油气气以及精精确描述述储层的的要求。也就是是说多波波勘探的的优势和和潜力没没有得到到现实的的发挥。我们认认为，造造成这种种后果的的主要原原因是，在以往往的多波波勘探中中没能正正确地对对待原始始资料中中实际存存在着的的高频PPS波成成分。下下面就影影响PSS波分辨辨率的主主要因素素进行简简略的

13、分分析。1、采集集阶段（1）组组合基距距过大，造成低低速PSS波尤其其是大偏偏移距道道上的PPS波低低频化。组合对对PS波波的低频频化作用用大于对对PP波波的低频频化作用用。（2）大大药量，随着药药量的增增加，高高频成分分的增大大不如低低频成分分增大得得多，扩扩大了高高低频能能量的差差，当这这一差超超出仪器器动态范范围时，高频成成分就没没有机会会被转换换成数字字记录。（3）组组合接收收时，检检波器不不在同一一水平面面上引起起低速PPS波以以较大的的时差被被叠合，产生低低频化。（4）由由于横波波速度与与地下水水无关，近地表表横波速速度的横横向变化化远大于于纵波的的变化，即使检检波器组组合基本本在

14、同一一水平面面上，低低速PSS波仍可可能以较较大的时时差被叠叠合，产产生低频频化；并并且组合合基距越越大，低低频化作作用越大大。2、处理理阶段（1）对对PS波波而言，静校正正问题是是一个非非常突出出的问题题。一方方面是因因为近地地表风化化层的横横波速度度远低于于纵波速速度（VVs/VVp：11/1001/55），另另一方面面是因为为潜水面面的存在在没有象象P波那那样使S波的的速度增增大并使使其横向向均匀化化。图44说明SS波比PP波存在在更为严严重的静静校正问问题。（2）同同样，PPS波的的剩余静静校正问问题也比比PP波波严重，“静校不不静”的问题题比较突突出，也也是因为为PS波波速度低低及横

15、向向变化大大等原因因引起的的。（3）横横波速度度低、PPS波偏偏移距大大使得动动校拉伸伸造成的的低频化化问题非非常突出出。图55是松辽辽南部盆盆地某区区的数字字模拟结结果，说说明动校校拉伸会会在该地地区造成成严重的的PS波波叠加结结果的低低频化。（4）多多分量地地震记录录的水平平分量（PS波波分量）上往往往存在较较强的相相干噪声声，为克克服这些些干扰波波，以往往大都采采用大窗窗口多道道滤波处处理手段段，这是是造成PPS波低低频化的的又一个个原因。（5）PPS波速速度分析析和PSS波共转转换点道道集生成成是一个个互为前前提的过过程，如如不仔细细处理，很难做做到同相相叠加，不但会会降低分分辨率，信

16、噪比比也难以以达到最最佳化。四、提高高陆上多多分量地地震勘探探分辨率率的基本本策略针对以上上影响多多分量地地震勘探探分辨率率的因素素，我们们提出以以下克服服策略：1、充分分利用多多分量地地震记录录中的矢矢量波场场特征，采用偏偏振滤波波或矢量量旋转提提取有效效波，避避免野外外大基距距组合及及室内大大窗口多多道滤波波。多分分量记录录中的主主要干扰扰波是来来自浅层层的面波波、折射射横波、侧面波波等干扰扰波，它它们在传传播方向向和偏振振方向方方面明显显不同于于来自深深部的反反射纵波波和转换换横波。这为我我们通过过偏振滤滤波分离离波场提提供了良良好的基基础。在在资料处处理过程程中，我我们必须须认识到到多

17、分量量地震记记录的矢矢量特征征，尽量量扬弃传传统的思思维模式式，用“矢量”的思维维进行处处理。2、采用用组合激激发降低低单井激激发药量量，在不不降低信信噪比的的同时提提高信号号源的高高频含量量。以往往在松辽辽南部盆盆地进行行的高分分辨率PP波与PPS波联联合勘探探中，我我们采用用6kgg的普通通炸药就就得到了了较好的的高分辨辨率P波波资料和和高质量量的PSS波资料料。预计计即使在在某些困困难地区区，3井井或2井井垂直叠叠加（药药量约为为33kkg或442kgg）就有有可能得得到较好好结果。3、利用用面波提提取近地地表横波波速度及及层位结结构，用用于PSS波静校校正。由由于近地地表风化化层的横横

18、波速度度横向变变化非常常剧烈，想通过过低速带带调查准准确掌握握横波低低速带的的变化无无论在方方法上还还是在经经济上都都是不现现实的；然而，我们可可以利用用面波速速度与横横波速度度相近并并相关的的特点，充分利利用地面面地震勘勘探中普普遍发育育的面波波提取近近地表横横波速度度及层位位结构。这样不不但解决决了技术术难题，而且也也降低了了勘探成成本。4、采用用动态剩剩余静校校正强化化PS波波的同相相性。由由于PSS波偏移移距大、速度低低等特点点，PSS波“静校不不静”的问题题远比PPP波严严重，必必须采用用“动态剩剩余静校校正”解决PPS波的的同相性性问题，即从浅浅到深建建立多个个“标准层层”进行静静

19、校正分分析，不不同层位位给出不不同的静静校正量量。5、考虑虑到PSS波振幅幅对入射射角的强强烈依赖赖性，实实际上对对PS波波进行水水平叠加加在动力力学上已已无任何何物理意意义，所所得结果果很难解解释。在在Vp、Vs已已知的情情况下，可沿PPS波时时距曲线线拟合特特定入射射角的PPS波能能量，并并映射到到零入射射角。这这样既克克服了动动校拉伸伸的低频频化作用用，又使使所得结结果更具具物理意意义和可可解释性性。6、充分分利用近近年来计计算机软软件技术术发展的的成果，建立灵灵活的PPS波处处理分析析系统，进行密密集的人人机交互互速度分分析，并并在此基基础上进进行多次次共转换换点（CCCP）抽道速度分

20、分析循环环，提高高PS波波速度分分析精度度和CCCP抽道道精度。我们相信信，在成成功施实实上述策策略的条条件下，再借鉴鉴近年来来纵波高高分辨率率地震勘勘探中有有关的成成熟方法法和经验验，高分分辨率多多分量地地震堪探探是可以以取得成成功的，从而使使高分辨辨率地震震勘探迈迈上一个个新台阶阶。五、结论论多波多分分量地震震勘探可可以提供供很多纵纵波地震震勘探不不能提供供的独特特信息，是油气气田开发发勘探的的重要手手段之一一；但是是，因其其目前在在陆上应应用中分分辨率不不高而没没能推广广。分辨辨率问题题限制了了多波多多分量地地震勘探探潜在优优势和能能力的发发挥。开开展陆上上高分辨辨率多分分量地震震勘探研研究势在在必行。现实生生产中，影响多多分量地地震勘探探分辨率率进一步步提高的的瓶颈在在PS波波方面。与传统统观点不不同，我我们认为为PS波波存在进进一步提提高分辨辨率的潜潜力；现现实生产产中多波波多分量量地震勘勘探分辨辨率不高高的关键键在于采采集、处处理等各各关键环环节上，现有处处理手段段无法正正确地对对待实际际存在着着的高频频PS波波成分，即没能能完全根根据多分分量记录录和PSS波的特特点进行行相应的的采集和和处理。我们认认为，通通过组合合激发、降低检检波点组组合基距距、采用用偏振滤滤波、基基于PSS波本身身的特点点改进