VSP各向异性矢量波场分离方法研究及其应用

本文介绍了一种基于各向异性(TI)介质假设的非零井源距三维三分量VSP矢量波场分离方法。该方法将经过一次旋转的共炮点数据,使用非线性约束SQP算法反演求得检波点附近的各向异性Thomsen参数,根据介质的各向异性性质,计算每个波场(上、下行纵波和上、下行横波)的传播角度、慢度和极化矢量。在频率域使用正则化的最小广义逆算法求出每种波的傅里叶振幅分量,再反变换到时间域得到分离后的各种波场。通过对非零井源距三分量VSP模型试算、实际资料处理以及与各向同性参数反演矢量法结果对比分析,验证了该方法的可行性和优越性。     

三维三分量VSP数据处理方法及效果

三维三分量VSP数据处理是一项系统工程。由于观测系统的特殊性，数据处理既不能借用常规的非零井源距多分量VSP数据处理方法，也不能采用目前地面地震多分量数据的处理方法。为此，本文针对三维三分量VSP数据的特点，在三维VSP速度分析、波场分离、纵波和转换波的三维深度成像等几个方面进行了研究，摸索出一套处理方法。通过对MB2003井区VSP数据的处理，得到了纵、横波速度体；通过三分量处理及基于拉冬变换和偏振分析的联合波场分离方法，有效地分离出上行纵波和转换波；根据速度反演结果，在深度域对纵波和转换波进行成像，分别得到两个成像数据体，且具有良好的对比性，有利于资料解释。其中转换波成像显示出更高的分辨率和信噪比，具有良好的应用前景。     

利用零偏VSP数据求取横波速度——以七北101井VSP测井为例

从七北101井零偏VSP记录中的一组强波出发,通过对零偏与非零偏VSP原始波场中直达纵波和下行转换波第一波至时间的分析,证明其一为纵波震源所激发的纵波在地表某个强阻抗差界面上产生的转换横波。由于这种波具有纯横波的运动学特点,我们可以用于计算横波的速度。利用直达波初至进行三分量矢量定位,在横向垂直分量上得到了信噪比较高的直达横波,选取振幅较强的同相轴提取初至时间,进一步求取了横波速度及泊松比。     

零偏VSP在提取深层地层物性参数中的应用

对发育有转换横波的零偏VSP资料,可以通过拾取下行纵波和横波波至时间,提取出井旁地层的物性参数,供岩性识别和含油气性预测。通常在零偏VSP原始资料中,下行转换横波在浅中层地层中偶尔有发育,但在深层地层中被各种噪声所压制而不能识别。对零偏VSP资料做偏振极化处理的基础上,进行波场分离,分离掉压制转换横波的噪声,从而加强转换横波能量,提高转换波信噪比和同相轴连续性。从零偏VSP原始Z分量拾取纵波初至,从波场分离后的下行转换波中拾取横波波至时间,可以计算出深层地层精确的物性参数。     

非零井源距VSP资料的处理方法及效果分析

本文介绍苏北地区富44井非零井源距VSP资料的处理方法。主要处理过程包括:水平分量x,y的合成（H）;垂直分量Z及水平分量H的纵、横波分离（Z_p,Z_s,H_p,H_s）;纵波Z_p、H_p中的上、下行波分离;建立速度模型,并由上行的Z_pu与H_pu合成上行波 MOD,由下行的Z_pd与H_pd合成下行波TRY;利用下行波TRY提取反褶积算子对上行波MOD及其本身作反褶积;上行波VSP校正,上行波VSP-CDP变换（归位）及叠加,最终获得一小段二维井旁地震剖面。通过对VSP处理成果及各种资料进行综合对比分析,表明该处理方法对复杂地区的VSP资料的处理是正确而有效的。     

VSP多层系多波列横波速度反演

横波速度是非常重要的地球物理参数。分别从VSP上行转换波和下行转换波时距方程出发,推导出利用VSP上行转换波和下行转换波旅行时进行横波速度反演的公式。为了提高反演精度,进一步提出了多层系、多波列横波速度反演的方法,与纵波速度一起,计算出泊松比等参数。M-21井转换波资料成像处理表明,该方法反演的横波速度能够使上行转换波得到很好的成像。     

三维三分量VSP多种波场分离方法对比

 本文就VSP波场分离的有效手段问题进行了讨论,其中对比了f k滤波、逐波分离迭代优化和局部参数反演等三种波场分离方法。传统的f k滤波要求空间采样间隔足够密,而逐波迭代优化法弥补了传统的f k滤波的不足,解决了实际资料存在的空间采样不规则、子波变化等问题,该方法是一个时间域迭代的整体非线性优化方法,但其缺点是需要手工拾取各同相轴的时间。局部参数反演方法是将波场视为矢量,结合三个分量进行反演的矢量波场分离方法。本文通过对速度和偏振角度施加约束条件达到方法优化的目的,实现了上、下行纵横波快速有效反演,得到了与真实波场较好近似的波场信息。通过对A地区的实际资料进行波场分离及VSP CDP叠加处理,表明局部参数反演的矢量波场分离是一种实用、可靠的波场分离方法。     

井间地震纵横波分离方法研究及应用

以VSP 和井间地震勘探为主的井孔地震资料采集需采用三分量地震采集技术,该技术能够记录下 信息丰富的地震波场,但是纵波波场和横波波场耦合在一起,成为多分量地震资料处理的重点和难点。通 过对井孔地震资料采集观测系统的分析和研究,结合纵波波场和横波波场在不同分量上的关系,可以得 到纵波和横波的极性与视速度,以及地震波到达检波器接收排列方向之间的关系。据此在基于Cauchy 分布的高分辨率Radon 变换的基础上,得到纵波波场和横波波场的分布关系,并在τ（截距时间）-p（视慢 度或斜率）域中利用极化滤波方法,实现纵波波场与横波波场的有效分离。通过正演模拟数据试算和实 际井间地震资料处理效果分析,认为该方法能够有效地分离纵波波场和横波波场,为后续纵横波的独立 成像奠定了基础。     

三维三分量Walk-away VSP处理方法及效果分析

三维三分量Walk-away VSP数据处理是一项系统工程,由于其观测系统的特殊性,对数据处理既不能借用常规的零与非零井源距多分量VSP处理方法,也不能采用目前地面地震多分量数据的处理方法。为此,针对三维三分量Walk-away VSP数据的特点,在观测系统定义、速度分析、波场分离、纵波和转换波的一维深度域成像等多方面进行了研究,初步形成了一套处理方法。通过对垦71井区VSP数据的处理,利用三分量处理和线性滤波、F-K滤波及基于τ-P变换和偏振分析的联合波场分离方法,有效地分离出上行纵波和转换波;根据速度分析和一维速度模型,在深度域对上行纵波和转换波进行成像,分别得到两个成像剖面。其中转换波成像显示出更高的分辨率和信噪比,具有很好的应用前景。     

VSP资料矢量波场分离方法

为了提高VSP矢量波场分离时参数反演的效率、增强方法对实际资料的适用性,在零井源距层状速度模型基础上,通过射线追踪正演计算不同波场的射线参数,约束不同深度下行、上行波场的入射角和视慢度参数,使反演快速收敛,反演过程更加稳定,有效提高了反演的效率,同时也避免了反演参数局部极值引起的频率混叠现象。     

纵波源零偏VSP资料中的上行横波与纵波联合反演初探

VSP资料主要包括上、下行纵波(P波)和上、下行转换横波(SV波)4种地震波场,且其已得到普遍应用,但纵波源VSP资料中的上行横波(SS波)却鲜为人知并未得到有效应用。通过分析研究,总结了这种上行横波的成因及其特点,探索了利用纵波源零偏VSP资料中的上行横波和纵波联合反演预测井筒附近地层流体性质的基本原理和实现方法。首先分离零偏VSP上、下行纵波和上、下行横波,再对上行纵、横波进行1D/2D地震成像并将成像剖面转换成相应的属性(如振幅包络)剖面,最后计算两者的属性比(或属性差)剖面,用于储层预测和含油气分析。给出了资料处理及储层预测的详细流程,利用实际VSP资料初步显示了上述方法的应用效果。     

多方位非零偏三分量垂直地震剖面方法在阿姆河右岸裂缝检测中的应用

非零偏三分量垂直地震剖面(VSP)记录中普遍存在着由下行纵波转换而来的下行透射横波,其携带着所经过地层的裂缝信息,可以用来检测储层裂缝。在横波分裂理论和前人研究的基础上,提出了基于多方位非零偏三分量VSP资料研究储层裂缝的方法。该方法分为3个步骤:一是通过2次水平旋转和上、下行波波场分离等预处理,获得研究裂缝所需的高质量下行横波;二是进行横波分裂处理,利用能量比法和互相关法获得独立的快、慢横波记录和裂缝发育方位;三是最终获得八方位裂缝发育方位和快、慢横波时差,根据地质统计学原理评估裂缝发育方向,快、慢横波时差估算裂缝密度。土库曼斯坦阿姆河右岸W1井八方位三分量VSP资料储层裂缝检测结果与成像测井结果总体上一致,验证了该方法的可靠性。     

基于多方位非零偏三分量VSP的储层裂缝检测

非零偏三分量VSP记录中普遍存在着由下行纵波转换而来的下行横波,它们携带着所经过地层的裂缝信息,可以用来检测储层裂缝.针对多个裂缝系统同时存在的情况,在横波分裂理论和前人研究的基础上提出了基于多方位非零偏三分量VSP资料研究储层裂缝的方法.该方法分为3个步骤:一是通过水平旋转、垂直旋转和上、下行波波场分离等预处理,获得研究裂缝所需的高质量下行横波;二是进行横波分裂处理,获得独立的快、慢横波记录和初步的裂缝发育方位;三是对快、慢横波记录进行可靠性分析,剔除不合理数据,最终获得裂缝发育方位和快、慢横波时差,评估裂缝密度.辽河油田HW潜山构造带HG-2井多方位三分量VSP资料储层裂缝检测结果与成像测井结果总体上一致,且与井旁构造有着合理的对应关系,验证了该方法的可靠性.     

三分量VSP资料在裂缝检测中的应用

介绍了利用纵波震源零井源距三分量VSP资料的下行横波信息对井旁裂缝进行检测的原理和实现方法.首先采用能量最大法对水平分量检波器重新定位,获得P-SV波和SH波剖面;然后采用中值滤波法将下行横波从P-SV波和SH波剖面中分离出来,并拾取下行P-SV和SH波初至,进行下行横波拉平处理,得到下行横波拉平剖面;最后在下行横波拉平剖面上取一段时窗进行快、慢横波分裂,并进行分析,确定裂缝的发育方位和裂缝密度(以快、慢横波时差表示).实际资料处理表明,采用上述方法可以有效地确定地层裂缝的主体方位和密度,结合测井资料可以对储层进行综合分析和描述.     

三维VSP多波速度分析方法及应用

针对三维VSP多波速度分析问题,研究并实现了三维VSP上行反射纵波及转换波的速度分析方法。该方法可求取接收点以下反射层的多波速度,填补了常规VSP速度分析方法中仅依靠下行波初至求取接收点以上地层速度的缺陷。该速度分析方法包含非零偏VSP多波时距曲线公式、纵波反射点计算、转换波转换点的迭代算法及在没有横波初至信息的情况下求取检波点处横波速度的方法。在此基础上,建立了三维VSP多波速度分析流程和步骤。应用于理论VSP多波资料及实际斜井三维VSP多波资料的处理,得到了与地面地震时间坐标一致的多波叠加速度模型、多波动校正道集及叠加剖面。处理结果证明了该方法的正确性和有效性。     

VSP三分量资料处理

在 VSP 观测中采用三分量检波器接收,每个分量所记录的信息都是空间波场振动在该分量上作矢量投影的合振动,因此,VSP 资料处理的关键,就是进行波场分离。为了获得好的波场分离效果,必须确定两水平分量的定向和求取偏振角。两水平分量的定向可以借助于直达 P 波的偏振方向在水平面内的投影加以确定。偏振角可通过矢端曲线和瞬时相位法求取。两水平分量定向后,上、下行 SH 波的水平分量被分离到 H_T(t)分量中,上、下行 P 波和转换 SV波的水平分量被分离到 H_S(t)中。将 Z(t)分量和 H_S(t)分量按在垂直平面内估算的下行 P 波偏振角进行坐标转换,即可实现下行波场的初步分离。然后,再联合使用波场分离和反转投影方法对上行波场进行分离。但是,反转投影只能实现上行 P 波和 SV 波的主能量分离,不能完成全波场的分离。文中展示了在PDP-11/24计算机上使用人机交互三分量处理软件的处理效果。     

VTI介质三分量井间地震观测波场数值模拟

 文中采用波动方程交错网格有限差分数值方法模拟井间三分量地震观测到的各向异性介质中传播的波场。与只用两分量地震资料模拟相比,两分量X和Z分量剖面上只能观测到快纵波和慢纵波,观测不到Y方向偏振的快横波,也观测不到横波分裂现象,在三分量地震资料模拟中,可以在Y分量地震记录上观测到快横波和横波分裂。一般来说,在TI介质中横波速度各向异性要比纵波速度各向异性具有更明显的特征。通过对大庆油田S区野外实际观测到的井间三分量地震数据进行数值模拟,证实了快横波的存在,合理地解释了井间地震记录的各向异性介质中传播的波场,为纵、横波波场分离,纵横波速度分析、成像和纵横、波综合解释等提供了基本依据。     

转换波勘探中的低速带效应

主要讨论了3个问题:①低速带表层的纵横波速度比对多分量记录矢量性的影响;②多分量记录上折射波的类型;③形成转换折射波的条件。理论分析表明,在转换波勘探中,当低速带表层的纵横波速度比较大时多分量记录表现为标量波场,当纵横波速度比不是很大时则表现为矢量波场;模型分析表明,垂直方向记录上的折射纵波主要是下行和上行纵波,水平方向记录的转换折射横波主要是下行纵波和上行横波。文章还分析了低速带底层介质和下伏基岩不同纵横波速度对转换折射横波振幅的影响,认为形成转换折射横波的条件是低速带底层横波速度远远小于下伏介质的横波速度。     

一阶速度—胀缩—旋转弹性波方程交错网格数值模拟

弹性波正演在地震波传播机理研究以及多波地震资料采集、处理、解释和反演中发挥着重要作用。现有的弹性波方程正演模拟常常数值求解一阶速度—应力方程或二阶位移弹性波方程,只能直接得到同时包含纵波和横波的三个质点振动速度分量或位移分量,要想得到更直观的纯纵波和纯横波分量记录,还需要在模拟过程中采用波场解耦算子进行纵、横波分离,因此纵、横波模拟精度同时受制于模拟算法和波场解耦算法的精度。为此,推导了一阶速度—胀缩—旋转弹性波方程在三维交错网格空间中的高阶有限差分格式,并给出了相应的稳定性条件;推导了适应该方程的PML吸收边界条件,实现了一阶速度—胀缩—旋转弹性波方程的正演模拟;分析了模拟结果中各分量的物理意义。由于一阶速度—胀缩—旋转弹性波方程不仅包含了质点的振动速度矢量,而且显式地包含了横波振动速度矢量和纵波振动速度矢量,还包含了一个体应变和一个旋转矢量,因此应用该方程模拟除了能得到三个质点振动速度分量外,还可以直接得到解耦后的纵、横波分量,避免了解耦算法对模拟精度的影响。模型试算证明了该模拟方法的正确性和优越性。     

两种海底多分量波场分离方法的模型测试及改进

海上多分量地震勘探能够提供丰富的海底地层信息,有效降低常规纵波勘探的多解性,在气云成像和流体检测等方面具有优势。由于海上多分量资料一般由四分量海底电缆(4C-OBC)采集,可以同时记录上行和下行纵、横波,因此波场分离处理十分关键。首先介绍了SCHALKWIJK和EDME两种常用的波场分离计算公式,然后采用海底水平多层介质模型对其进行了测试,并与在波场延拓时采用亥姆霍兹算子和坡印廷矢量分离得到的上行和下行纵、横波理论记录进行了对比;最后,针对两种常用波场分离计算公式无法剥离上行微屈反射等干扰波的问题,根据海底界面波型转换关系推导得到上行声波有效反射波和PP型纵波的计算公式,可以有效剥离水检上行分量的微屈反射和上行纵波分量的转换纵波。