VSP的资料处理地震资料处理的目的归结为下列四点(1)、增强信号,压制噪声,提高信噪比;(2)、数据归位(偏移);(3)、从测量数据中提取速度、振幅、频率、极性、等特性;(4)、使成果资料便于解释人员容易理解的方式进行显示这四点也可以归结为两大类:(1)、信息增强处理;(2)、信息分析与提取信息的形式既包括数据也包括图像VSP资料的处理,除了上述一般原则外,还有其本身的一些特点:(1)在VSP资料中我们主要用上行波,但是在原始的VSP资料中,上行波很弱,它被较强的下行波所掩盖而模糊不清,必须经过处理,才能分离出上行波2)我们也要利用下行波初至,希望从中提取简单理想的子波和精确地计算时—深曲线关系,但是震源子波一般延续较长,并且波形往往又逐道变化,因此必须对引起这些变化的各种原因进行补偿(处理);(3)我们期望从VSP资料得出比地面常规地震剖面更精确,或从常规地震剖面难以得出的频谱、振幅、层速度、波阻抗曲线、衰减、传递函数等易于与岩性相互关联的动力学信息,而这些也要通过更先进的处理才能有效地提取出来第一节 VSP资料处理流程总的说来,VSP资料处理的项目大致可以分为三类第一类,预备处理包括解编、相关、编辑、增益恢复等。
第二类,常规处理包括主要用于零偏移距VSP资料处理的同深度叠加、初至拾取、静态时移和排齐、震源子波整形、带通滤波、振幅处理、分离上行波和下行波、反褶积,垂直叠加等第三类,其他处理包括偏移距VSP资料处理,斜井VSP、移动震源VSP、三分量VSP资料处理因为每口井的记录条件和激发条件变化很大,希望达成的目的也不同,所以每一组VSP资料都有其单独的特点因此,不同的资料就要求不同的处理内容和不同的处理顺序第二节 常规处理1、 同深度叠加同深度叠加类似于常规地震勘探中的垂直叠加,即对每一井下观测深度,重复激发5到30次,每次独立地记录,而后将这些多次记录的起始时间对齐并相加同深度叠加的目的:(1) 增强信号能量;(2) 压制随机噪声增强信号能量实质上是要提高信噪比当噪声背景可看成不相关的白噪声时,同深度叠加使信噪比大约提高倍,J为参加叠加的次数同深度叠加可以消除随机干扰,但不能压制相干干扰反而会使相干干扰增强影响同深度叠加效果的因素包括:(1) 每道子波特性是否相同;(2) 是否有相干噪声存在;(3) 起始时间是否排齐(震源的一致性)在实际操作时,对于多次激发的各道记录,要从新选择或编辑,子波特性变化大的道不参加叠加。
为了将时间排齐(特别是非地面震源),要作静校正参加叠加的次数由实验结果确定,这取决于所用的震源和记录深度能量增强(或信噪比提高)和次数增加之间不是线形关系,次数达到某一个值后,信噪比基本上不在随J增加而增加2、 初至拾取所谓初至拾取指的是确定VSP每一深度的记录道上初至下行波的起始时间精确拾取初至的时间主要用于:(1) 建立可靠的时—深关系;(2) 以较高的精度计算层速度;(3) 对声波测井曲线进行标定;(4) 为排齐、提取子波波形等后面的处理提供可靠的参数影响初至拾取的误差主要因素:(1) 确定时间起点(即通常“爆炸”信号所指示的时刻)不准引起的2) 可能是由于相邻界面的反射,而不是由于拾取方法本身如能提出单纯的下行初至波,则拾取的精度可能明显很高,但是分离往往先要利用初至时间,将上行波或下行波排齐为了提高初至拾取的精度,我们长采用下列方法:(1) 选取一道较好的记录,与各道进行互相关,然后进行拾取;(2) 拾取之前,先进行带通滤波除此之外,为了可靠的确定时—深关系,计算层速度,并为了更好的与声波测井记录相联系,在离开明显界面的某些距离上,选择一些点,对声波测井曲线进行标定3、 静态时移和排齐所谓排齐,就是通过时移将记录上的同相轴按时间排齐。
对于VSP记录有两类排齐,一类是下行波排齐,一类是上行波排齐,两者是分别进行的对于水平界面情况下零偏移距VSP观测,排齐主要通过静态时移实现A=B—CA:上行波到达检波器的时间B:上行波从震源经过单次或多次反射到地表时间的双程时间C:从地表到检波器的单程时间 X=F+CX:下行波到达检波器的时间F:下行波从向上反射的界面到向下反射的界面的双程时间C:从地表到检波器的单程时间根据这两组公式:(1)如果静态时移,每道加下行波初至时间,则上行波将按其从地表到界面的双程时间排齐2)如果静态时移,每道减下行波初至时间,则下行多次波将按其向上和向下反射的两界面之间的双程时间排齐,下行直达波将按零时间排齐排齐处理的质量影响后面几项重要的处理,例如,垂直叠加(混波)、走廊叠加,上行波和下行波分离、提取子波波形等影响排齐效果的因素包括:(1)初至拾取的精度;(2)实际地层与假设是水平界面零偏移距观测的模型的符合程度(对于非水平界面或者对于非零偏移距观测,需要通过动校正,而不是静态时移,才能将同相轴排齐);(3)“非地表地震”(例如浅坑或浅井中激发)深度变化引起的误差是否已作了可靠的炮点静校正;(4)“爆炸”信号因“爆炸”延迟和其他随机因素引起的误差是否已作了额外的补偿。
影响初至拾取精度)如果以炮点1为参考点对其他炮点作静校正,则炮点i到检波器的直达波旅行时为 Ti=Ti:炮点i到检波器的直达波旅行时;L:井源距;H:井中检波器深度;di:炮点深度;v:炮点和井下检波器之间介质的平均速度 则校正公式为: 当H>L和H>di时,有ΔT≌ (1) 当L=0时, 有ΔT= (2)(1) 式在检波器位于浅处时使用,(2)式在检波器位于深处时使用4、 震源子波整形VSP大多数的处理和解释都以每个深度道有相同震源子波波形的假设基础例如,多道速度滤波处理模型中,假设前提是相邻记录道的有效波形相同,只是到达时间不同如果震源波形变化,使条件不成立,则速度滤波后的资料质量将会变坏解决这一问题的办法是在震源附近布置一震源监控检波器,并利用监控检波器记录的波形,对每一道记录作震源子波整形滤波(也称震源子波整形反褶积)处理过程主要分两步:(1)选择某一监控检波器记录的震源子波为标准子波,其它各深度道监控检波器记录的各个震源子波作为输入(原始子波,每次只输入一道),用最小平方法求出每一道的子波整形的滤波算子(反褶积算子);(2)用求出的反褶积算子,对相应深度井下检波器的原始记录作反褶积,求出该深度道经过子波整形的记录。
应该说明,如果某道求不出合适的子波整形滤波算子,则应考虑此道是否要切除影响子波整形效果主要有两个参数:一是滤波因子长度,一是滤波延迟这些道一般要利用所有道的样值通过反复试验来确定5、 频谱分析和带通滤波带通滤波的目的是压制随机噪声背景和某些相干噪声为了根据有用信号、相干噪声和随机噪声的频率选择滤波的通带,先要进行频谱分析如果相干噪声的频带全部或部分在有用信号的频带之外,滤波的效果比较明显如果相干噪声的频带在有效信号频带范围之内,设计只让信号频带通过滤波器,信噪比也会有部分改善6、 振幅处理1)、重要性振幅是用的最多的一种地震波动力学参数,在有利的条件下,根据精确恢复的地震波振幅变化有可能估计地层岩性以及岩石孔隙中的流体成分最近几年,“亮点”技术的发展等2)、振幅衰减引起地震子波振幅变化的因素有很多,主要包括:波前扩散、投射损失、散射、吸收和震源—接受器的方向性等在所有这些因素中,与地下岩性关系较少的波前集合扩散对地震波振幅的影响远超过其他因素影响的总和因此,利用振幅参数,首先要补偿集合扩散造成的振幅损失在固结程度较好的岩层中,压缩波和切变波的均方根速度和旅行时有下面的近似的关系式:Tc (Zg)=0.5Ts (Zg)Zg:是检波点的深度 Tc:压缩波的旅行时 Ts:切变波的旅行时压缩波和切变波振幅衰减之间的关系: Dc =和—波前传播时地层序列顶层的速度。
均方根速度和传播时间确定方法有两种:(1)利用声测井资料确定井中任意深度的均方根速度和单程传播时间,该声速测井资料已用地震测井资料校准;(2)利用VSP资料,通过初至拾取确定单程传播时间和计算均方根速度应该说明,计算曲线和实测曲线两者总趋势的差别是因为实测定中还包含有投射损失、吸收、散射和其他非波前扩散引起的能量的损失局部的异常可能是由于套管和地层耦合不良造成的根据VSP下行波实际估算振幅的方法有:第一个压缩波的波谷;第一个压缩波的波峰—峰值;均方根振幅等3)、振幅补偿确定振幅衰减函数之后,可用其逆 G(T)=1/D(T)作为增益函数来对球面扩散引起的振幅衰减作补偿或校正,恢复VSP的“真”振幅实际作振幅恢复处理时,VSP于常规地震剖面相比有些不同,其主要差别在于:VSP初至下行波的记录时间是单程的,上行反射波记录时间是单程时间和双程时间之间的某个时间;地面地震剖面记录总是双程时间F(t)=G(T), 当0≦T≦F(t)=2G∕G() 当≦T≦ 上式表示下行直达波的增益恢复,下式表示上行反射波的增益恢复 4)、最小二乘法 经验函数 g(T)=A 作增益恢复 用最小二乘法确定A、n的过程与常规地震剖面相同,即根据一系列振幅-时间数据对,作最小平方曲线拟合,数据来源是VSP下行直达波的资料。
5)、干扰VSP资料中最主要的是近地表交混回响和井筒波交混回响振幅随时间衰减的速率与直达波和反射波的速率不同,井筒波振幅基本上不随时间衰减6)、振幅处理和子波整形的关系振幅处理时,利用经过子波整形的VSP资料一般比未经过子波整形的VSP资料效果好,因此反过来,振幅分析也可以检验子波整形的效果7、 分离上行波和下行波分离VSP记录的上行波和下行波主要依据两者的视速度不同在VSP中,下行波随着记录深度的增加,旅行时增加,视速度为正号;上行波随着记录深度增加,旅行时间减少,视速度为负号VSP波场分离的特点主要包括:(1)下行波能量很强,上行波能量很弱为了从方向已充分确定的下行波中,将被掩盖的微弱的上行波恢复出来,要求速度滤波器在非常窄的速度带宽内,具有极为有效的抑制能力;(2)空间采样点受井内条件的限制,点距往往不规则,这给要求规则采样的一些波场分离方法的使用带来困难;(3)实际操作中,希望参加速度滤波的道数尽可能少,一方面因为道数多时,传播信号的特性容易发生变化,另外一方面因为受成本和施工条件的限制总的说来,已出现的用于分离VSP上行波和下行波场的方法主要有:垂直叠加、多道速度滤波、F-K滤波、p域滤波、中值滤波、最佳组合滤波、最小二乘滤波等。
1)、多道速度滤波多道速度滤波可能遇到的一个问题是波形随时间变化,以及上行波和下行波信噪比不同对滤波效果的影响可能碰到的另一个问题是为了避免假频,要求很密的空间采样间隔2)、频率-波数域滤波分离VSP的上行波和下行波也可以转换到频率-波数域中进行,并且可能有两个明显的优点:(1)当采样合适时,频率-波数域中的上行波和下行波将自动分离,互不重叠,下行波位于正波数平面,上行波位于负波数平面,因此有可能更容易地衰减下行波而不压制上行波2)利用快速傅氏变换后,计算时间可能减少将原始剖面作二维傅式变换将时-空域的数据变换到频率-波数域中,这时下行波在正半平面内,上行波在负半平面内;对变换后的图形作滤波处理,正半平面内的数据乘以小数(例如0.001)使下行波衰减,负半平面的上行波不受影响;将变换后的数据在作二维傅氏变换回到时-空域的结果,下行波已经衰减,上行波增强除分离上行波和下行波外,还要求进一步区分同是上行波的反射P波和反射S波分离上行波的反射P波和反射S波的依据是视速度的大小不同分离过程是:时-空域中原来的VSP资料,P和S分别是能量强的下行压缩波和切变波,P1和S1分别能量弱的上行压缩波和切变波,将原始资料作二维傅氏变换,将时-空域转换成频率-波数域,下行P和S波落在正波数空间,上行P1和S1波落在负波数空间;除上行压缩波P1外,其余的部分都乘以一个小数因子,目的是压制除上行波P1以外的其它的能量;将处理过的资料在变换到时-空域,除P1外,其余波都已经被压制,包括同是上行波的切变波S1。
频率-波数域中分离上行波和下行波同样要求空间采样间隔足够的密频率-波数域中分离上行波和下行波碰到的另外一个问题是混合问题这是由傅氏叶变换对的一个特性引起的,即一个傅氏叶域中的窄函数将转换为另一个域中的宽函数例如时域的尖脉冲变换为频率域中的一条直线;空间Z域的窄脉冲变换为波数域中扩展的波数谱;波数域中跨度窄的函数变换为空间Z域中宽的函数当这一特性用于F-K速度滤波时,由于F-K域因滤波而跨度变窄,再变回(Z,T)域后,速度通带内传播的每一个波将延速度方向空间混合平均,这种地震资料的空间混合就是Rieber混合空间混合对F-K域的VSP速度滤波有两个方面的作用,一方面速度通带内传播波的波形被平滑,道与道之间更加一致,因而通过相位对比追踪弱的上行波变得更容易另一方面,空间混合意味着确定VSP同相轴在地层剖面上的起始和终止位置更加困难减弱空间混合的一种有效办法是用“窄阻”滤波代替“窄通”滤波在实际操作中,常先在(Z,T)域对VSP记录作排齐处理,而后再变换到(F,K)域这时下行直达波的谱表现为零波数附近的狭窄条带,因此很容易设计窄阻滤波将其衰减这种方法,一方面滤波相应容易设计,一方面转到(Z,T)域时可以减少空间混合。
3)、p域滤波和P分别是(Z,T)平面中直线T=+PZ的截距和斜率P)域分离上行波和下行波依据的原理是:因为上行波和下行波视速度相反,在—P域他们分别成像于上半平面和下半平面,并且对于Z-T域内的直线同相轴,能量可聚焦到一点如果选择-P平面中的一部分(称为窗),譬如平面上部或下部,作逆Radon变换,就可以使上行波和下行波分别重建,达到波场分离的目的利用Radon变换在-P域内分离VSP上行波和下行波的优点是:(1)允许不均匀的检波器点距(即不等的空间采样间隔),因此,可以适应井内各种复杂的条件(例如,选择明显的波阻抗界面,避开检波器与井壁耦合不良的井段等)一般的速度滤波器要求规则的点距;(2)可以消除常规速度滤波引起的波阻抗差位移;(3)可以避免频率-波数域中可能的假频效应和速度滤波转换函数的明显的截断影响4)、中值滤波中值滤波的过程是(1)取以第j点为中心的n个样值作为输入;(2)对这n个值按数值的大小顺序重排;(3)取重排后n个数据中心位置的样值作为该点的滤波输出中值滤波是一种非线性滤波,其滤波输出不能表示为滤波系数与输入数据序列褶积的一个线性组合,也不能表示为滤波频谱与输入数据谱的相乘。
当处理过程中包含有非线性滤波时,不能忽视其次序这种非线性滤波特别适用于噪声特性不很了解或者噪声与信号频谱范围重叠中值滤波的特点可以用中值滤波对几个简单函数的滤波作用来说明:尖峰函数 :中值滤波可以绝对的消除尖峰干扰,数值按增加的顺序重新排列后,中间位置的数值绝对不可能是峰值,峰值已被移到重排时窗的末端,因此滤波结果将绝对的消除尖峰阶梯函数:中值滤波可以使阶梯函数通过,但不移动阶梯函数的位置三角形函数:中值滤波对三角函数的平滑能力与滤波的跨度有关当跨度是3点时,中值滤波只平滑三角形的顶点方波函数:中值滤波对方波函数的平滑能力也与滤波的跨度有关当方波的宽度为n时,为了完全平滑此方波脉冲,中值滤波的跨度至少需要2n+1个点中值滤波在地震资料处理中有多种应用(例如,反褶积、脉冲估计、声阻抗资料的统计编辑、多道速度滤波等),用于VSP分离上行和下行波处理的过程:第一步,将初始数据按照使初至时间校正到相等的原则进行时移,使下行波沿垂直方向排齐;第二步,沿固定时间线,亦即沿垂直方向作中值滤波,这时垂直排齐的下行波得到增强,倾斜穿过的上行波大大减弱,只要中值滤波跨度选的合适,其能量可以大大的减弱第三步,将中值滤波的结果按原来的时移时间反向时移。
第四步,从初始数据中减去下行波跨度是中值滤波一个很重要的参数当需要滤去的倾斜同相轴偏离垂直方向的斜度较小时,应该选择较大的跨度,反之,可选择较小的跨度因为前者相应于三角脉冲或方波脉冲宽度较大的情况,后者相应于宽度较小的跨度初至时间必须仔细地测定,如有可能应精确到0.5毫秒以内如果初至时间不准,时移就不准,下行波就会排不齐,对这种没有很好排齐的资料作中值滤波,可能会产生很严重的噪声另外,在从初始数据中减去下行波时,也要求他们的时间必须互相完全对准,否则所得到的上行波将主要由噪声控制,不能清楚地显示出上行波对于弯曲界面和不均匀介质,为了使下行波垂直排齐,还应考虑一些其他因素:各深度道的波形应该一致如果波形不一致,即使初至时间对准,其相位也不会相同,中值滤波同样达不到预期的效果为使各道波形一致,应先做整形处理,并应注意,所选的整形方法应使同相轴的位置保持不变深度方向检波点点距的选择,应使各道之间的波形变化不要太大深度间隔仍应遵循采样定理中值滤波之后仍要作带通滤波中值滤波的平滑作用与通常的平滑函数不同,数据经过中值滤波之后,其输出在随机的位置上仍会出现小振幅的须状峰值,使中值滤波具有某些锯齿状的外貌。
这些小振幅通常称为丁须状噪声为了消除这些噪声,在中值滤波之后仍要作带通滤波当前所有VSP波场分离方法都有两个主要缺点:(1)为了分离上行波和下行波,要求利用道间距很密的很多道例如,F-K滤波需要全部的道;(2)分离波场的同时,作了相干加强,但是相干加强应该独立的分开进行5)、最佳组合滤波设最佳组合滤波的组合道数为N,即每次N道组合,而后逐次向下滑动,直至所有道处理完,每次N道最佳组合滤波的过程:(1)在时间域内,以N道中某一道作为参考道,其余各道相对于参考道分别时移T1,T2,T2,T3,………Tn,使所有道上的希望信号排齐;(2)在频率域内作最佳滤波(时域内经过时移的信号先要变换道频率域),滤波系数F根据是使误差判断函数最小而确定3)各道滤波结果求和,作为输出转换到时间域,这时不需要信号应该被最佳压制8、反褶积(作用是消除多次波)反褶积的主要内容包括:(1)利用下行波,计算反褶积算子,对下行波列作反褶积;(2)利用下行波提取的算子,对上行波列作反褶积;(3)利用VSP提取的反褶积算子,对地表记录作反褶积1)、下行波列反褶积VSP方法的一个重要优点是利用VSP下行波可以观测到比较理想的子波,因为:(1)检波器安放在相对“安静”的井内,受噪声影响比较小;(2)记录到下行波场信号能量强,通常比地面记录到的弱的上行波能量强10-100倍,因此对地震子波估计也可能更精确;(3)VSP记录下行波的位置就是产生上行波场的界面附近,因此有可能最好的描述井旁地层剖面的多种关系。
利用VSP下行波提取子波的主要困难是表层地震能量交混回响的影响因此,下行波既不是一个脉冲,也不是一个简单的子波,而是一个复杂的波列为了衰减跟在下行直达波后面的尾巴,得到经过压缩的短的子波脉冲,从而较好的估计子波,首先计算自相关,而后作预测反褶积在操作过程中,算子长度和延迟时间是两个重要的参数,适当选择这两个参数,可以在相当的程度上改善压缩的效果下行波列传到地层中之后,因为每个相继的地层对能量的混响,波列尾巴更长,波形更复杂利用上述预测反褶积方法可以改善整个下行波记录外貌,特别是消除长周期的多次波(地表资料反褶积一般只能压制较短周期的多次波)所以这种预测反褶积又常称为下行波列反褶积而利用下行波估计子波往往和利用下行波计算反褶积相关联2)、下行波提取的算子对上行波反褶积如果下行波列预测反褶积能消除下行波后面的多次波,那么同样的算子也能消除上行波后面的多次波记录上的多次波来自不同的层,重复时间各不相同,延迟时间适于衰减某种类型多次波的算子对于具有更长延迟时间的多次波可能不起作用因此整个地层剖面上的多次波可以分别地进行研究3)、VSP提取得算子对地面地震记录的反褶积下行波列穿过产生混响的表层后变化很大,这个波列实际上可以看成是震源信号和表层混响算子(表层看成是一个滤波器)的褶积。
另外,表层对于穿过表层到达地表的反射波的影响,也可用同样的混响算子表示因此,如果我们可以从下行初至波中消除震源信号的影响,则剩下的就可以近似地作为表层混响算子这样我们就可以利用对混响的了解设计一个良好的去混响算子步骤如下:(1)计算VSP下行波的自相关;(2)通过预测反褶积,尽可能地消除海水层混响的影响;(3)对剩余的资料再作自相关;(4)计算一个可消除其他其他多次波的反褶积算子;(5)利用此算子对地面地震记录作反褶积,消除海水混响以外的多次波;(6)再作预测反褶积,消除海水层混响利用VSP提取的反褶积算子对地表记录作反褶积,除用于消除地表记录上的混响外,也能提高分辨率,使波形整形,提高整个地面地震记录的质量4)、提取反褶积算子时,VSP记录道的选择有几种不同的情况(1)当求出的算子用于VSP下行波列反褶积和上行波列反褶积时,考虑到下行多次波和上行多次波随深度的变化,希望每道都用本道求出的反褶积算子作反褶积,因此,每一道都被选择求算子;(2)当求出的算子用于地面地震资料的反褶积时,考虑到下行波随深度的变化,希望只用统一的一个反褶积算子,因此,常将经过排齐处理后的下行波全部相加,或选取较好的一段相加,利用求和道计算反褶积算子;(3)当目的是研究子波随深度的演化时,在浅部计算反褶积算子,并将此算子用于所有深度的记录。
9、垂直求和叠加为了进一步增强上行波,衰减下行波,提高信噪比,并为了VSP资料更好的与井旁的地面地震剖面对比,常进行垂直求和处理1)、局部垂直叠加和时间加权的垂直叠加这种处理类似于地面地震资料处理中的混波,首先将经过上行波和下行波场分离及反褶积处理的资料排齐,而后按下面的公式进行叠加:其中:—第J个深度点的输出; —第i个深度点的信号输入; —滤波函数; N—滤波(或混波)道数 K=J-(N+1)/2当滤波函数等于单位脉冲时,混波的权系数为常数1,叠加的输出即输入的平均值滤波函数和滤波道数的选择取决于:信噪比的局部变化,上行波的相干程度、频率成分、要求的空间分辨率等因素局部垂直叠加的输出仍为多道记录2)、累积求和 = —深度点J的累积求和输出; —深度点i的信号输出; —用于补偿累积求和中同相轴数目的函数,平衡输出的幅度这种求和方法的优点是:信噪比明显的改善,地下深处振幅很小的反射波能得到增强,可以使VSP与井旁地面地震资料更有效的联系缺点是:因为求和跨越的距离太大,不能反映反射波形向上传播过程中的变化。
分辨率降低累积求和的输出也是多道记录3)、垂直求和(又称上叠加)这种处理方法是:先排齐上行波,再将所有道的数据按等时间线相加在一起,得到一个输出道,输出资料为单道这一处理以及上面的处理都以假设地层是水平反射层为前提,并且上行波都是按双程时间排齐因该强调的说明,在排齐上行波的同时,上行多次反射波也被排齐,为了压制多次波,在垂直求和之前,应先作反褶积,消除一次波后面的尾巴4)、限制的垂直求和限制的垂直求和又称前走廊叠加、走廊叠加和切除叠加为了使垂直求和的VSP资料上只含有上行一次反射波,人们注意到,VSP剖面常可用一条线AB将整个剖面分成两个区域,区域A,主要是一次波,只有很少的多次波;区域B,含有大量的多次波,只有很弱的一次波如果只对A区域作垂直求和,叠加道中将主要包含一次波,这种与地面剖面切除类似的VSP的切除叠加就是所谓的限制的垂直叠加,亦即走廊叠加AB线位置的选择是影响求和效果的主要因素,选择的原则是一方面保留一次反射波,一方面切除掉多次波和噪声,实际操作时AB线的位置往往要通过反复试验才能确定走廊切除剖面(廊内)、走廊切除剖面(廊外)是更经常采用走廊迭加方法,参加迭加资料的区域除前走廊外,还包括剖面深处的一个走廊,从而使井底以下的反射也出现在求和道中,切除以后不求和,直接显示切除以后的多道记录,从而可同时看出原来资料的情况。
10、最大相干滤波最大相干滤波又称为跟踪滤波为什么要设计这种最大相干滤波:当放置VSP检波器的井穿过倾角不同的反射界面时,或者当井旁有地层中断等绕射点时,记录的上行波长可能非常复杂,例如某些倾斜层反射波太弱,难以见到,某些绕射波太强,掩盖其他同相轴的特征,另一些绕射波又可能为其他强波所淹没但是这些同相轴之间有一个重要的差别,就是他们各自具有不同的视速度因此,为了准确的解释这些同相轴,最好先通过速度滤波将他们分离,而后根据需要,再将各次分离的结果,经过振幅平衡,显示在一张图上,这就是最大相干滤波的概念最大相干滤波的步骤:(1)分离上行和下行波场,采用F-K滤波或者中值滤波等任意一种办法;(2)对分离后的上行波场,进行多道速度滤波和扫描,即选择一系列只增强某一速度范围同相轴的图幅多道速度滤波的方法有很多种,例如,时-空域的多道速度滤波;F-K域的滤波,统计中值滤波等,可以根据实际情况选用3)为了将N幅按不同速度分别增强的同相轴的主要特征统计显示在一张图上,先对每幅加不同的固定增益,使他们的最大振幅相同,而后将他们合在一起应该说明,这种统计显示已不反映原来资料的振幅关系,相反,会使人对反射系数的大小和绕射波强度产生假的印象。
10、传递函数传递函数从总体上完全描述了地层剖面的全部声学特征,因为噪声不存在时,传递函数与线性系统得脉冲响应相同传递函数对地震资料解释意义很大,因为利用它可以避免对波场和地层剖面之间的相互关系作仔细的错综复杂的分析当假设平面纵波法线入射到水平层状介质的地层剖面的条件下,如果输入是进入剖面顶面的入射波列,则有两个传递函数,对应的有两个输出:一个是从地层剖面地面出射的透射波列;另一个是经底界面反射传到地面的上行波列传递函数也常通过傅氏变换从时间域等价的转换到频率域中考虑,这时时域中的褶积变为频域中的相乘,并且传递函数的振幅普有时能更清楚的显示地层剖面的性质11、波阻抗测井曲线的估算利用VSP资料也可估算作为深度函数的地层波阻抗测井曲线,并且因为VSP可以在有意义的反射层序列附近测定反射波场,及较精确地了解震源子波,因而估算阻抗更容易,估算的结果也更精确和可靠根据VSP资料估算波阻抗,在实际中遇到的主要困难是测量误差和随机噪声的干扰一种常用的方法是利用经过上行波和下行波分离、反褶积、垂直求和,并保持振幅的VSP上行波资料,采用与地表地震资料波阻抗反演相类似的方法,由反射振幅变化估算波阻抗考虑到误差和噪声,人们往往采用迭代的方法,根据最小平方推测,逐步修改估算的波阻抗,使其最佳逼近真实的波阻抗。
另一种常用的方法是通过反射传递函数估算阻抗测井曲线,其要点是:(1)由VSP资料计算反射波传递函数;(2)假设传递函数的主要“波”峰和“波”谷对应于波阻抗的变化;(3)确定一起始的波阻抗值,根据传递函数的幅值变化计算波阻抗的变化;(4)将每个波阻抗变化都加到前面的波阻抗值上,得到一条通过传递函数估算的新的波阻抗曲线12、零相位反褶积零相位:能量集中在中间的子波称为零相位子波零相位子波的分辨能力较高,零相位子波的优点主要表现在:(1)在相同带宽下,零相位子波的旁瓣比最小相位子波的小,也可理解为能量集中在较窄的时间范围内,所以分辨力高2)零相位脉冲反射时间出现在零相位子波峰值处,而最小相位子波的脉冲反射时间出现在子波起跳处,后者的计时极不准确3)零相位子波对薄层的分辨能力要高于最小相位子波对薄层的分辨能力零相位反褶积:1、功能转换非零相位子波的VSP剖面为零相位子波的剖面2、原理1)、求零相位反褶积的反褶积因子在VSP记录上取一个时窗,对时窗内的地震信号作FFT,得到信号的谱的实部和虚部再由实部和虚部求得信号的振幅谱,并通过HILBERT变换由振幅谱的对数求出其相位谱相位谱与其负号相加得到零相位,从而得到零相位反褶积算子的谱,再作反FFT,得到零相位反褶积因子。
2)、作零相位反褶积信号与零相位反褶积算子褶积得到零相位子波的VSP记录的输出第三节 其他处理1、偏移距VSP资料的处理偏移距VSP、斜井VSP和移动震源VSP处理和解释为图像重建偏移距VSP(包括斜井和移动震源)相对于零偏距VSP的主要特征表现在:偏移距VSP是二维观测,它可以作为一小段地震剖面(又称局部地震剖面),用很高的垂向和横向分辨率给出井旁一段距离的构造和岩性变化;而典型的零偏移距VSP原则上是一维观测,只探测沿井柱菲涅尔带内的地层变化,不能了解井旁的构造和地层岩性变化除此之外,偏移距VSP因为震源布置灵活,因此,更便于利用透射波的动力学特征直接圈定石油储层和其他有意义的地质特征,也便于记录横波和转换波,利用多次波综合研究岩性偏移距VSP的处理和解释,对于构造解释来说,主要涉及的问题是:(1)反射点的位置不好确定,它随接受器深度和旅行时的变化而变化(垂直方向和水平方向都改变);(2)速度剖面在横向变化1)、地下反射点的分布反射射线路经和反射界面上反射的位置(反射点)如果层分的足够细,这些反射点的轨迹是一条光滑的曲线另外,随着界面深度增加,反射点非线性地从井柱离开,最后趋于震源和井之间的中间线。
随着反射界面深度的增加,一个震源-检波器对的地下反射点轨迹是一条曲线,多个震源-检波器对应的地下反射点是一簇曲线当震源和检波器的几何布置不同时,这一簇曲线有不同的分布,他们反映这种观测布置所能勘探的地下范围偏移距VSP观测的反射点,当界面随深度增加时,每一条反射点轨迹线都趋向于中间位置因而,随着深度的增加,中间地带的反射层空间采样变得越来越密(反射点密度增加)这种不规则采样可以看成是一个缺点也可以看成是一个优点,因为通过适当的震源和检波器布置,我们有可能用极精细的分辨率勘探我们所希望的地下某一特定部分从反射点曲线簇我们可以看到,直接位于井底以下的部分没有被照明,存在一个盲区因此,这种几何布置对于直接研究井底以下的构造是不合适的,其主要应用必然是对井旁的调查2)、VSPCDP叠加(又称水平叠加)为了消除偏移距的影响和减少多解性,要求将每一样值校正到与其对应的反射点位置,这相当于一个变换,即将每个深度道每个记录时间的样值从深度-时间坐标的空间(即(Z,t))变换到反射点偏移距-反射点深度(或双程垂直时间)坐标的空间(即(x,y)或(x,T)空间)其中从t到T相当于地表地震记录的动校正 式中:V-平均速度 —直达波旅行时 —反射波旅行时 —震源偏移距 Z—检波器深度 A—两倍界面深度减Z (x,y)—反射点坐标如果深度y改用双程垂直时间T代替,则有: T=这时(z,t)空间的点将转换到(x,T)空间.为了使VSPCDP变换的结果便于与通常的地震剖面对比,并为了利用采样数据的“冗余性”提高信噪比,在变换之后要作叠加,这种叠加称之为水平叠加。
其基本概念如下:假设变换的结果是(x,T)空间,我们可以按一定的间隔将其分成很多小块通常T方向的间隔可仍取采样间隔Δt,x方向的间隔则根据情况选择如果(z,t)空间的样点转换以后落在某一结点(也称为CDP点)附近,则此样点就属于此CDP点,如果若干个样点转换以后都落在该点附近,则他们一起组成共反射点样集,样集内的所有样值叠加后,就成为一个样值,作为该CDP点叠加的结果;每个CDP点样值,都这样叠加,就作出VSPCDP剖面与地面地震资料相比,这里的小块或结点范围类似于共反射点面元,但是按共反射点面元构成共反射点道集,叠加结果是一个叠加道,而这里按结点构成的是共反射点样集,叠加结果只是一个样值另外,因为反射点分布密度不均匀,落在各小块内的样点数不等,所以叠加次数不均匀,是一种变叠加次数叠加增加ΔX,叠加次数会增加,但横向分辨率随之降低,小块宽度ΔX的选择,还应考虑使块内信号之间的时差不超过1/3或1/4周期实际进行VSPCDP变换和叠加时,可以有几种不同的作法例如,可以边变换、边叠加,即逐道取每个时间的样值,算出相应得反射点坐标,并把此样值加到该反射点所在的块内再如,可以分两步进行,先逐道将每个样值换算到双程垂直时间(相当于动校正),而后再横向将每个样值换算到反射点位置,并在该反射点块内叠加。
3)、偏移处理为什么要进行偏移处理?在地面地震剖面处理中,当放射界面倾角较大时,水平叠加不能使反射层正确成像,因而要作偏移处理,使反射点归位,VSPCDP叠加和地面资料的CDP叠加一样,也是以水平地层的模型假设为前提,当倾角较大时,成像构造也会发生畸变,因此也需要作偏移处理,使构造正确地成像VSPCDP叠加后,水平界面的可以正确成像,倾斜界面的成像位置向下倾方向移动,只有与井相交的位置是准确的我们可以利用与井相交的界面位置对偏移作控制如何作偏移?利用人机联作制作地质模型的迭代方法先根据测井资料或地面地震资料假设一个初始模型,而后用射线追踪法作VSPCDP转换,根据原来记录上同相轴的波至时间和模型射线追踪所求的波至时间两者的差,对模型作修改这一过程,反复的进行,直到二者满意地一致修改模型时,采取剥层法,从浅到深,逐层修改最终模型取得后,再用一次射线追踪方法作VSPCDP叠加,所得的剖面即偏移剖面剩下仍然不理想的问题主要表现为波形发生畸变,估计这是由于VSPCDP转换过程和迭加次数不够引起的优点是:(1)解释员在模型约束范围内进行控制,使模型不超出比较合理的范围之外;(2)解释员在每一迭代周期中可控制模型修改量的大小,调节收敛的速度。
对于移动震源VSP提出另一种VSPCDP迭加偏移方法,其原理与上述类似,首先用测井资料或地震资料假设一个初始模型,而后用射线追踪和模型摄动相结合求出合理可靠的模型,而后根据确定的模型再次利用射线追踪作VSPCDP迭加偏移主要的问题仍然是波形畸变VSP偏移的一些特殊困难是:(1)穿过VSP检波器排列的(垂直)速度剖面可能剧烈的变化,因而使偏移算子的设计和应用复杂化;(2)VSP的震源和检波器不重合,甚至不在一条直线上,因而偏移处理需要同时考虑入射波场和反射波场;(3)经验表明,在VSP资料上有SV和P两种绕射波,为了正确的偏移,要求有两种速度剖面因此,必须有某种方法区分P波和SV波;(4)VSP资料数据量少,利用统计效应有困难4)、偏移距VSP遇到的问题偏移距VSP和斜井VSP等二维观测虽然显示出很大的潜力,但也遇到一些问题,除图像偏离、波形畸变以外,还包括:(1)高频损失因为传播路径增长,局部声阻抗变化引起散射等,使剖面中高频成分受到损失;(2)波型转换因为入射角随偏移距增加而增大,因而容易产生波型转换,使记录的波场复杂化(当然,从另一个方面看,如果目的是利用转换波,这又是一个有利条件)(3)折射效应。
当检波器放在高速层上面的低速层内时,有可能产生“首波”,他们在适当的条件下比直达波先到达检波器为了避免首波干扰,往往在设计阶段先计算所谓“临界震源偏移距”(即波以临界角入射到高速层的震源偏移距),并以此作为震源允许的最大偏移距采用下倾放炮的方法可以增大震源允许的最大偏移距;(4)速度不匹配零偏移距VSP按垂直路径的旅行时提取的速度和非零偏移距VSP按倾斜路径的旅行时提取的速度往往不一致,因此使处理发生困难但倾斜路径分层比较细,并且利用两种路径速度之差,有可能估计速度各向异性2、三分量VSP资料的处理检波器在井中不同深度随机地推考靠于不同方位,并且人们无法从仪器上知道记录时检波器轴的取向这是当前利用三分量资料识别不同偏振特性波(例如,P波、SV波、SH波)的主要困难,也是三分量VSP资料处理的中心课题1)、水平分量定向的方法假设前提:从P波震源传到井下检波器的第一个直达波,其质点运动方向和波的传播方向一致,都是在由震源和井确定的平面内,这种直达P波的偏振是线性的,它在水平面内的投影也是直线根据这一假设,人们就可用直达波偏振方向在水平面内的投影作为参考,测出三轴检波器观测时水平分量的相对位置,并可将观测的水平分量的信号转换到以直达P波偏振方向在水平面内投影为参考的一致坐标系。
观测的水平分量(X和Y)转换到以HP(第一个P波的水平投影)为参考的一致坐标系(X1和Y1)的图形转换公式为: X1=X*COSA+Y*SINA Y1=-X*SINA+Y*COSA式中A为X与HP的夹角,又称为直达P波的偏振角度,它是水平分量定向处理中需要确定的量2)矢端曲线和能量准则矢端曲线是一种表示直达波水平分量取向的直观图示方法检波器在某一深度观测的定向前的两个水平分量记录,以ΔT=1毫秒为间隔取值,顺序的取一对样值(X,Y)将这些样值,按坐标点在图上,连成曲线,就画出该矢端曲线矢端曲线的所有点不完全在一条直线上,看起来有些视椭圆极化(线性偏振理论上所有点应在一条直线上),这是由于续至波的干扰和误差等原因造成3)能量加权的瞬时方位直方图随Xi,Yi而变得矢端曲线也可以用瞬时能量Ri和瞬时方位角A写出,即 =如果作出能量对A的直方图,图上也会有一个峰值,峰值对应的方位角A1即偏振角为了避免角度A在Xi和Yi值较小时对噪音敏感,要用Ri和Ri的平方对直方图进行加权。
直方图的做法与通常的做法不同,设N=数据分类的组数;ΔA=180度/N=组的宽度(以度为单位);B1=中心位于零度的组按能量加权的“频数”;Bj=中心位于(j-1)ΔA的组按能量加权的“频数”,式中j=1到N;Wi=权重(1或Ri或Ri的平方),式中i是离散值序号,取值范围为所选时窗这种直观图方法被认为是一种改进的确定水平分量线性偏振的偏振角的方法,因为它对窗的大小,组的宽度和噪声都很不敏感通俗的讲,这种直方图方法是根据落在那一方位的点子最多,确定那一方位为偏振角方位,但为了抗干扰,每一点在频数统计中不取1,而用其本身能量加权)对于线性偏振的直达P波和SV波,用上述方法计算偏振方位角的精度可达2—3度之内2)、P波和SV波的分离定向水平分量HP中包含直达波P波和SV波两者的水平分量(也可能包含续至的P波和SV波);而与HP垂直的横切水平分量中包含SH波的能量(还可能包含其它不在P波面内或与P波面垂直的能量),因此通过水平分量的定位可基本上分离出SH波但P波和SV波两者暂时还不能分离,他们都包含在HP中如何进一步从HP记录中分离开P波和SV波呢?可以采用与水平分量定位相类似的方法利用水平分量和垂直分量作矢端曲线或直方图,求出P波偏振方向与铅垂线的夹角Q,再通过坐标变换求出沿P波偏振方向的分量(X2方向)Pd和与P波偏振方向垂直的分量(Y2方向)Sd。
即 X2=X1*COSQ+Z*SINQ Y2=-X1*SINQ+Z*COSQ(有人会问,既然HP中包含P和SV波,那么水平分量定向求出的为什么就是P波偏振方向呢?因为我们在HP记录中选择的是包含第一个P波的时窗,而不是时间稍稍滞后的SV波既然根据时间可以分开HP记录上的P波和SV波,那么在垂直平面内再作这种线性回归有什么必要呢?因为在HP中只包含P和SV波的水平分量,我们还要取出Z分量中P和SV波的垂直分量)3)、三分量VSP资料波场分离方法首先,直接在三维空间通过最小平方回归方法确定P波的偏振方向,而后将三分量资料分别投影到P波,SV波和SH波的方向4)、偏振—位置相关方法偏振分析依据波在一点上的质点振动方向鉴别波(例如前端所述的分离P、SV和SH波),速度滤波依据波在空间传播方向鉴别波(例如分离上行波和下行波)两者都是分离波的主要工具,但是在结构复杂的地区,各种类型的波同时存在,不同传播方向和不同偏振特性的波互相叠合在一起,使得只利用一种方向特性,往往不能将他们有效的分离为此一种同时综合利用这两类方向特性的偏振—位置相关方法。
根据一个点上三分量检波器的信号,可以计算出每个时间间隔各个方向上质点振动的投影,其中与相邻道(相邻点)求出的投影互相关最大的投影定义为这些道这个时间间隔内某个同相轴的追踪分量偏振—位置相关法的主要环节就是确定这种追踪分量设有一线性偏振信号,可写出其在偏振方向的投影为: 式中 和是球坐标系中确定偏振方向的偏离垂线的倾斜角和水平面内的方位角;g1、g2、g3是反映检波器在增益方面和灵敏度方面差异的系数;x1、x2、x3是直角坐标系中信号的三个分量待求同相轴的追踪分量定义为相邻道上与互相关最大的信号分量这种追踪分量既考虑到每个记录位置上波的偏振方向,又考虑到了各个记录位置之间波的传播方向(或同相轴的连续性)追踪分量的两个特点:(1)某个特定地震同相轴的追踪分量与其它同相轴的追踪分量的方向,在空间上是分离的;(2)追踪分量指明波的最大信噪比方向偏振—位置相关法处理的主要步骤包括:(1)利用固定分量的记录识别规则波,并确定他们可连续追踪的剖面段;(2)构制所有道上检测的波的综合旅行时曲线,根据此旅行时曲线识别主要的波,测定其视速度和传播方向;(3)对于同时在几个相邻道上出现的每个波,选择能使每个点上波为最佳的地震记录,组成综合的追踪分量的地震记录。