地震勘探-垂直地震剖面

第五章三维地震勘探及垂直地震剖面法（9学时）三维地震技术的兴起是在70年代末，正值世界范围内出现石油供应紧张的尖锐矛盾时期，当时由于二维地震方法的局限性，即使仅复加密测浅、增加覆盖次数，也难于查明较复杂的油气田地地质问题。

因此，钻探成功率很低，或本人幅度上升。

在这种形势下，已经从试验阶段发展到理论与实践都较成熟的三维地震技术得到了迅速发展。

与此同时，适应于三维地震勘探的技术设备——多道数字仪和大型数字处理计算机的发展，也为三维地震技术的发展创造了必要条件。

从此以后，地震勘探技术进入了一个全新的水平。

由于三维地震具有高密度，三维空间成像归位以及多种灵活的显示方式寻优点。

因此，外已卓有成效地用于查明各种复杂地质结构和陷蔽油气芷。

地震勘探的目的是通过地震观测获取反映地下界面真实位置和地下岩性、物性等地质信息。

然而，二维地震观测只能获取反映（x,t）平面内的地质信息。

即使在实际生产中，二维观测有时也在地表按面积布置测线，但每一条测线都是按二维采集数据并按二维偏移处理。

由于二维偏移是沿着测线的视倾角方向进行的，偏移结果不完全，也不准确，尤其对于地下复杂的地质构造进行二维地震勘探。

二维归位处理就不能反映地下界面的真实产状。

三维地震采集的数据是一个三维数据体（x,yct,A），三维偏移是□□进行的，各点都是按照它们真倾角方向偏移。

因此可以回到它们各自的□□位置上去三维偏移的结果与真深度是一致的。

在国外，自1974年W.S.FRENCH用三维模型实验有为地证明了“只有□□”观点和方法研究地下三维问题，才能得出对于地质结构的全面正确认识，这一著名的模型试验结果引起了地震界同行们的广泛重视，从而开始三维地震技术的理论到实践的不断探索历程。

此后，美国地球物理服务公司（GSI）、西方地球物理服务公司、西德普拉克拉塞兹其斯（Prakla-seismos）地球物理公司、普劳塞路（Proussag）石油天然气公司等为解决复杂地震地质条件下的构造问题，首先开展了三维地震工作，采用这种技术公司还有埃克森、阿莫科、壳牌、德士古和黑西哥国家石油公司等，经过近十年的努力，大量的实例证明，三维地震在解决复杂地质问题以及在油气回开发的作用，无一便外地都收到了二维地震无法比拟的地质效果和经济效益。

简述地震勘探的一些特殊方法论文提要地震勘探是石油和煤田勘探中的一种重要的物探方法。

它是一种利用人工方（用炸药或各种非炸药震源）激发地震波，依据岩石的弹性，研究地震波在地层中传播的规律，来查明地下地质结构的方法。

地震勘探时所采集到的野外地震资料中伴随着大量的噪声，需要对其进行数字处理，从中提取相关有用信息，从而为地震勘探的地质解释提供可靠的资料。

地震资料数字处理包括若干个步骤：数据预处理、静校正、动校正、水平叠加、信号降噪、偏移处理等。

正文一、地震资料数字处理技术的发展自地震勘探方法问世以来，它的发展大致经过了三个阶段，第一阶段以光点仪器记录、人工处理资料为主要特点，第二阶段以模拟磁带记录、多次覆盖观测、模拟磁带回放仪处理资料为主要特点，第三阶段以数字磁带记录、高次覆盖观测、计算机处理为主要特点。

在前两个阶段中，由于记录仪器的动态范围小，在记录过程中地震波的动力学特征遭到破坏，资料处理的效率低、质量差。

1964 年第一台数字地震仪投入使用，地震勘探步入了第三个阶段。

在这个阶段中，记录仪器的动态范围大，可以在记录过程中1-1 第一台数字地震仪保留地震波的动力学特征，计算机的引入使资料处理具有速度快、精度高、功能强等特点。

早在二十世纪五十年代，地震勘探资料数字处理的基本理论开始萌芽。

1953 年N.Ricker第一个提出了地震子波概念，他研究了地震子波的传播形式和规律，指出了它对地震记录分辨率的控制作用。

随后人们引入了一维合成地震记录的褶积模型，它说明了地震记录形成的物理机制，从而奠定了反滤波技术的理论基础。

在二十世纪六十年代中期，数字处理主要用来改造野外资料。

其主要内容包括数字滤波、反滤波、动校正及共中心点多次叠加。

在六十年代后期和七十年代，为了在构造复杂地区勘探矿藏，要求地震勘探有更高的分辨率和准确性，地震勘探资料的采集技术因此得到了很大的发展。

与此同时，地震勘探数字处理中的信息提取技术和叠加成像技术也得到了大力发展，并且叠加成像技术取得了突破性的进展。

106 垂直剖面法一、第一节VSP 野外资料采集（一）垂直剖面法的基本概念在地表附近一些点激发地震波，沿井孔不同深度布置检波器观测，这种方法称为垂直剖面法（vertical seisic profiling ）突部就是一种井中观测方法。

它是地震测井的一个发展，地震测井100-200米。

特点（１）每次按收一个检波器的记录，之后依次向上提检波器，得到多次记录 （２）上行波，下行波时距曲线对称。

优点：（１）通过观测波场在垂直方向的分布来研究地质剖面垂向变化，波的运动学，动力学特征更明显，更直接。

（２）检波器离目的层很近，可记录到较准确的地震子波波形，便于反褶积。

（３）避开地表，低降速带变化的干扰，随机噪声小，易于准确识别各种波 （４）可以接收上行波，下行波，转换波向，地面按收只能利用上行波。

（５）准确地观测质点偏振的方向，这一参数可用来研究波的性质和地层岩性的性质。

发展趋势：地表地震记录联合反Ｘ地下参数，识别岩性，研究波的性质，井间层等方向有很大的作用。

（二）ＶＳＰ震源１、 选择震源的一般原则（１）其震源最好与井旁地震剖面震源波形一致。

ＶＳＰ资料的应用之一就是帮助地面地震资料的解释，当两者即用震源一致时，同样的震源子波表现出的反射特征也一样，这就容易实现地表资料和ＶＳＰ资料的统一解释，不一致时，可通过子波互等化反褶积等使两种子波等价（２）各次激发的震源子波应具有高度的一致性和重复性。

目前除苏联使用多道井下仪以外，其它都使用每次激发井下检波器只在一个深度上记录，因此为了以较小的深度间隔在整个井式一段井上进行观测，就需要在地表同一位置激发数十到数百次，这些多次激发，先后在各个深度观测，最后拼成的ＶＳＰ地震记录，只有当震源子波互相一致时才便于对比。

震源 井Ｈ107（３）输出强度适中在记录地表地震资料时，很多地球物理学家已经发现震源输出越强越好的观点并不正确，ＶＳＰ中更是这样，如图三，表明，垂直地震剖面的下行波通常比上行波强得多，但ＶＳＰ资料的大部分应用都涉及到对Ｘ上行波的分析和解释，另外，随着震源强度增加，线部交混器响也明 显增强，因而引起下行波的数目增 多和振幅增强，上行波被这些下行 波淹没所带来坏处或许比上行波本 身能量增强的影响更大，因此应选 强度适中的震源为宜。

提高地震勘探深度测量准确度的有效方法随着地震测量技术的不断进步，地震深度测量的精确度也越来越高，尤其是在垂直地震剖面法（VSP）出现并应用之后。

垂直地震剖面法作为地震勘探的重要方法之一，主要测量步骤是沿着垂直地表的方向布设地震信号检波点。

目前，这种方法已经得到了行业内广泛的认可。

笔者根据自身的工作经验，在本文探讨了电缆计数法、电缆磁标记计数法、伽马曲线测量法等地震深度勘探方法的工作原理，并对这些方法的优缺点作了比较，最终得出结论，电缆计数法在地震勘探中的精确度最高，当其他方法相互辅助时，深度测量的数据更准确、更可靠。

标签：VSP 深度测量电缆计数法沿着目标井井筒垂直地表布设各个检波点，是垂直地震剖面法（VSP）的主要测量手段。

而且，该测量手段在点阵检波阵列中占据着非常重要的位置。

在地震勘探过程中，若深度测量不准确，将造成记录资料的失误。

经过多年的研究与总结，人们最终得出了电缆计数法、电缆磁标记计数法、井箍计数法和伽马曲线测量法等较为精确测量地震深度的四种方法。

1电缆计数法电缆计数法是目前垂直地震深度测量的最主要方法。

电缆计数法的运用，主要依靠手段是电缆或光缆。

电缆或光缆本身就作为测量井下检波器阵列沉放深度的衡量软尺而存在，因而，电缆的长度越长，那么地震的深度就越深。

这就是电缆计数法的工作原理。

一般情况下，地震勘探中最长用的电缆计数器主要有机械计数器和马丁代克计数器这两种。

它们两者都有着与电缆工作相互配合的传动轮，当电缆运动时，会自然带动该传动轮转动。

不同的是，机械计数器传动轮所带动的是一个微型发电机，当电缆运动时，该微型发电机会产生运动变化的电流信号，继而，电流信号被输送到后方控制台。

如果电流信号恰好与机械计数器传动轮的直径、校验修正参数相匹配，那么就能准确地显示电缆的深度，以说明地震深度。

马丁代克计数器出动轮所带动的则是一个栅状的转盘。

这个栅状转盘的两侧布置有光源与感光器件，当栅状转盘随着传动轮转动时，光源会自然产生一个个光栅信号，而另一侧的感光器件则会对这些光栅信号进行辨别与技术，最终这算为电缆深入井下的深度。

一种地震勘探技术——垂直地震剖面法垂直地震剖面,是一种地震观测方法。

它与通常地面观测的地震剖面相对应。

垂直地震剖面方法是在地表附近的一些点上激发地震波，在沿井孔不同深度布置的一些多级多分量的检波点上进行观测。

在垂直地震剖面中，因为检波器通过井置于地层内部，所以不仅能接收到自下而上传播的上行纵波和上行转换波，也能接收到自上而下传播的下行纵波及下行转换波，甚至能接收到横波。

这是垂直地震剖面与地面地震剖面相比最重要的一个特点。

该技术的完整概念和系统的试验研究起源于苏联，苏联在加尔彼林院士的领导和组织下，研制了垂直地震剖面观测的专门的仪器系统,试验了成套的野外工作方法，并发展了解释的理论基础，从而才使垂直地震剖面发展成为一套完整的独立的新的观测方法。

VSP的观测方式目前主要有零井源距(零偏)、非零井源距(非零偏)、W ALKA WAY、3D-VSP等,呈现点——线——体的发展趋势。

零井源距VSP的主要作用有：求取精确的地层平均速度、层速度等速度资料，以VSP资料为标尺,综合测井、钻井、录井和地面地震资料，在过本井地震剖面上,准确标定各地震反射层的地质层位、钻井地层预测、识别多次波。

非零井源距VSP及3D-VSP 的主要作用有：落实井旁构造细节、利用纵波、转换波VSP-CDP成像剖面对储层进行综合研究、分析研究井旁裂缝发育情况及地震属性分析、通过分析研究VSP资料、对大炮资料的处理、解释起到辅助作用。

该技术与地表观测剖面相比在基本前提方面有着许多优点。

第一、地表剖面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，而垂直地震剖面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。

因此波的运动学和动力学特征更明显、更直接、更灵敏。

第二、地表剖面上的观测点离开我们要探测的介质内部有意义的界面往往较远，而垂直剖面的观测点就在界面上或界面邻近。

因而可直接记录与界面有关的单纯波型。

第三、地表剖面的地震记录上主要的干扰波大都来自剖面上部，也很难避开剖面上部的干扰，而直剖面在“安静的”地球内部观测，因而可避开和减弱剖面上部的干扰，易于识别波的性质。

垂直地震剖面法第一部分1.垂直地震剖面的基本概念：垂直地震剖面(VSP)是一种地震观测方法，它是与通常地面观测的地震剖面相对应的．地面观测的地震剖面是在地表附近的一些点上激发地震波，同时在沿地面测线布置的一些检波点上进行观测；垂直地震剖面也是在地表附近的一些点上激发地震波，但它是在沿井口不同深度布置的一些检波点上进行观测．前者检波器放在地表，测线沿地面布置，所以又称水平（或地面）地震剖面；后者检波器放在井中，测线沿井孔垂向布置，所以称为垂直地震剖面．在水平地震剖面中，因为检波器置于地面，所以除沿地表传播的直达波和面波外，只能接受到来自地下的上行波；在垂直地震剖面中，因为检波器通过井置于地层内部，所以既能接受到自下而上传播的上行波，也能接受到自上而下传播的下行波，这或许是垂直地震剖面与水平地震剖面相比最重要的一个特点．垂直地震剖面实际上也是一种井中观测方法，它是早已广泛使用的地震测井（又称速度检验放炮）方法的变革和发展．地震测井和垂直地震剖面的不同在于：前者只利用记录的初至波，后者不仅利用记录上的初至波，也要利用记录上的续至波；前者的观测点距通常较大，后者的观测点距很小；前者只利用震源在井口附近的零偏移距观测系统，后者还利用震源偏离井口的偏移距观测系统和多偏移距观测系统；前者的目的主要是测定波速，后者主要是研究井旁地层剖面及在实际地质介质中研究波的形成和传播的规律．除此之外，垂直地震剖面在其发展过程中已经研制了专门的仪器系统，试验了成套的野外工作方法，并发展了解释的理论基础．所以它已远远超出地震测井原来的范围，而发展成为一套完整的，独立的，新的观测方法．垂直地震剖面有一些明显的优点：（１）地面剖面基本上是通过观测波场在水平方向的分布来研究地质剖面的垂向变化，垂直剖面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，因此，波的运动学和动力学特征更明显，更直接，更灵敏．（２）地表观测离开介质内部有意义的界面较远，与界面有关的波需要经过一段复杂的旅程才到达地表，垂直剖面可以在介质内部紧靠界面附近观测，因而可直接记录到与界面有关的较纯的地震子波的波形．（３）地面地震记录上主要的干扰波大都来自剖面上部，由于这些干扰，往往使地面记录上波的识别和对比发生困难．垂直地震剖面由于在介质内部点上直接观测，因而有可能避免和减弱上部低降速带的干扰，易于识别波的性质．（４）地面观测时，由于剖面上部的影响，地震噪声水平较高，仪器有效灵敏度受到限制，因而很难记录和识别强度低的弱波．垂直剖面在介质内部的点上观测，由于地震噪声水平随深度迅速衰减，因而可以大大提高仪器的有效灵敏度，并使弱波的观测成为可能．（５）地表观测时，不同界面的波到达地表测线上各点的方向都是来自下方，且彼此差异不大，垂直剖面观测时，不同界面的波到达井内测线上各点的方向可以是来自上方，也可以是来自下方，而且在界面附近发生突变，所以垂直剖面可以有效地利用波的达到方向这一特点．（６）地表观测时，由于低速带和剖面上部的影响，波的质点运动方向发生畸变．垂直剖面由于能避开剖面上部和低速带的干扰，所以能够较准确地观测波的质点运动方向，因而可以利用波的＂空间偏振（或极化）＂这一特别灵敏的参数来研究波的性质和地层岩性．2.VSP震源选择的一般原则：１）VSP所用的震源最好与VSP井旁地面地震剖面所用的震源一致．２）VSP各次激发的震源子波应具有高度的一致性和重复性．３）VSP震源的输出强度应该适中．４）激发频谱应尽可能宽，以便提高分辨率．除此之外，激发的干扰波能量应该相对较小或者易于压制，激发的波型应该与勘探的目的相一致等等也都是选择震源时应该考虑的原则．3.垂直地震剖面所用的震源有：炸药震源，振动震源，气枪，电火花震源，横波VSP震源4.干扰波分析：VSP使人们发生强烈兴趣的一个优点是它可以避开地面观测时来自地表附近的一些噪声，但是VSP也有它自己的一些噪声，例如电缆波，套管波，井筒波，井下仪器耦合不良的噪声和其它噪声等．1).井筒波井筒波是VSP观测中最讨厌的一种相干噪声，多次激发时，自身会重复出现，不能像压制随机相干那样，通过叠加消除，它是沿井柱流体传播的波，也可看成是井柱流体和其周围地层的柱形分界面附近传播的界面波．VSP资料采集过程中井筒波的压制和预防，具体来说，可以有下面一些方法：（１）增加震源偏移距；（２）在震源和井口之间设置障碍物；（３）震源组合；（４）在安全和实际许可的范围内降低泥浆柱顶面的高度．2).井下仪器和地层耦合不良引起的噪声如同地表观测时，因检波器埋置不良将引起地震噪声一样，VSP观测时，如果井下仪器没有推靠到井壁上或者推靠力不够也将引起不同程度的噪声．为了避免因井下仪器与地层耦合不好而引起的噪声，首先必须采用有推靠装置的井下仪器，而且推靠力要足够大，在在裸眼井中观测时，应该参考井径曲线，避开井径过大的深度位置，并在预定深度上下移动，选择有可能牢固推靠井下仪器的位置．3).电缆波电缆波是一种因电缆振动引起的噪声．电缆波的速度与电缆结构有关，对于测井中常用的多芯屏蔽电缆，加尔彼林测得的速度是2500-3500米／秒．电缆波在记录浅部可以成为初至波，如果将其错误地识别为下行直达波，会使速度分析的结果弄错．电缆波也可以是续至波，在VSP记录上它将掩盖正常的地层反射．引起电缆振动的原因包括：地表井场附近的机械振动；风摇动井架；地滚波扫过井口等．通常防止电缆波干扰的办法是：先把井下检波器组牢固地推靠到井壁上，而后放松电缆观测，一般松缆长2-4米，就能对电缆波的传播产生足够的阻尼；松缆太多，反而会引起电缆缠绕打结，造成遇阻的危险．4).套管波套管波主要是由于套管和地层胶结不良而引起的一种干扰．靠近地表的井段常常下有多层钢套管．如果每层套管以及套管和井壁之间都胶结很好，仍然可以记录到良好的地震响应．苏联对于浅部多层套管引起的鸣震干扰的解决办法是，在VSP 观测井附近再钻－浅井，下套管，并很好的胶结，以代替原来VSP 观测井的浅部进行观测．有的井内只有单层套管．如果套管和井壁地层之间胶结良好，则VSP 观测的效果可与裸眼井等价．5).其它噪声（１）交流电感应；（２）柴油机等的振动；（３）随机振动．第二部分１．同深度迭加同深度迭加类似于常规地震勘探中的垂直迭加，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．设记录深度为i Z 时第ｊ次激发的一道记录为)(,i Zi t f ，则迭加后的记录为：)(,i Z i t f )(,1J i Z i tj f ==∑ 式中Ｊ－重复激发的次数．同深度迭加的目的：（１）增强信息能量；（２）压制随机噪声．影响同深度迭加效果的因素包括：（１）每道子波特性是否相同；（２）是否有相干噪声存在；（３）起始时间是否对齐．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．精确拾取的初至时间主要用于：（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．初至拾取是一项颇为重要的基础性处理，而处理是否成功关键在于＂精确＂．法国CGG 公司的两位研究人员曾专门讨论VSP 初至拾取误差的来源．他们认为，误差的第一个来源是确定时间起点（即通常＂爆炸＂信号所指示的时刻）不准引起的．第二个来源可能是由于相邻界面的反射，而不是由于拾取方法本身．为了提高初至拾取的精度，CGG 公司曾采用下列方法：（１）选取一道较好的记录，与各道进行互相关，然后再进行拾取； （２）拾取之前，先进行带通滤波．除此之外，为了可靠地确定时－深关系，计算层速度，并为了更好地与声波测井记录相联系，他们认为，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是非常必要的．３．静态时移和排齐排齐是VSP资料常规处理中必不可少的处理项目．所谓排齐，就是通过时移将记录上的同相轴按时间对齐．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．对于水平界面下的零偏移距VSP 观测，排齐主要通过静态时移实现．排齐处理的质量影响后面几项重要的处理，例如，垂直迭加（混波），走廊迭加，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；（３）＂非地表地震＂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＂延迟和其它随机因素引起的误差是否已作了额外的补偿．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为基础．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．再如，解释时，人们希望根据波形变化，这也以假定波形变化为前提．但是，VSP实际观测时，震源子波波形很少一致，即使利用气枪等重复性较好的震源，并尽可能保持恒定的激发条件，仍然很难得到完全一致的激发波形，如果采用炸药，则震源波形变化更大．解决这一问题的办法是在震源附近布置－震源监控检波器，并利用监控检波器记录的波形，对每道记录作震源子波整形滤波．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期望输出，其它各深度道监控检波器记录的各个震源子波作为输入，用最小平方方法求出每一道的子波整形的滤波算子；（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，求得该深度道经过子波整形的记录．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．如果相干波的频带在有效信号频带之内，设计只让信号频带通过的滤波器，信噪比也会有部分改善．6.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，这个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，这一方面因为道数多时，传播信号的特性容易变化，另一方面因为受成本和施工条件的限制．总起来说，已出现的用于分离VSP 上行波和下行波场的方法主要有：（１）垂直迭加；（２）多道速度滤波；（３）Ｆ－Ｋ滤波；（４）τ－ｐ域滤波；（５）中值滤波；（６）最佳组合滤波；（７）最小二乘滤波．7.反褶积反褶积也是VSP 资料处理序列中的一项重要处理，其内容主要包括：（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 算子提取的反褶积算子，对地表记录作反褶积．8.垂直求和或迭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 资料更好地与井旁地面地震剖面对比，常进行垂直求和处理，有几种稍有不同的作法，名称也略有区别．1) 局部垂直迭加和时间加权的垂直迭加这种处理类似于地面地震资料处理中的混波，首先将经过上行和下行波场分离及反褶积处理的资料排齐，而后按下面公式进行迭加：()()().11N J t i k t i i S S f t N -+==∑,λμ 式中()J t S -－第Ｊ个深度点的输出；()i S t －第ｉ个深度点的信号输入；()i f t －滤波函数；Ｎ－滤波（或混波）道数；Ｋ＝Ｊ－（Ｎ＋１）／２当()()i f t t δ=时，混波的权系数为常数１，迭加的输出即输入的平均值． ()i f t 和Ｎ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．2)累积求和这种处理稍有不同，求和按下面公式进行：()()()11J J i J i S t S t A t J ==⎡⎤⎣⎦∑式中()J S t －深度点Ｊ的累积求和输出；()i S t －深度点ｉ的信号输入；()J A t －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：信噪比改善明显，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地联系．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．(3)垂直求和这种处理的方法是：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，输出资料为单道记录，但是为了便于观察，将该单道输出重复显示若干次，形式上变为多道．(4) 限制的垂直求和限制的垂直求和又称前走廊迭加，走廊迭加和切除迭加．9．最大相干滤波为什么要设计这种最大相干滤波呢？当放置VSP 检波器的井旁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，记录的上行波场可能非常复杂，例如某些倾斜层反射波太弱，难以见到，某些绕射波太强，掩盖其它同相轴的特征，另一些绕射波又可能为其它强波所淹没．但是这些同相轴之间有一个重要差别，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它们分离，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．最大相干滤波如何进行呢？其实现的主要步骤为：(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方法；(2) 对于分离后的上行波场，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．设每一窄速度通带的中心速度为：Z V T∆=∆ 式中△Ｚ是垂直距离，可以任意选择，但通常选为检波点深度间隔，△Ｔ是时间间隔，按用户要求调整，其变化范围为：,2,...,T t t N t ∆=±∆±∆±∆这时Ｎ幅速度滤波的通带，用时－深图中的陡度表示，分别为：1,1,2,...,i t i i N V Z∆==∆ 多道速度滤波的方法有很多种，可以根据情况选用．(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一显示在一张图上，先对每幅加不同的固定增益，使它们的最大振幅相同，而后用下列公式将它们合在一起：设Ｘｋ（Ｚｉ，Ｔｉ）表示第Ｋ幅速度滤波图中深度Ｚｉ和时间Ｔｉ的样值，则最后按时－空坐标系显示的样值为：())(,sgn ,i i k i j Y Z T Max X Z T ⎡⎤=⎣⎦ K ＝1，2，．．．，N式中＂取符号运算＂sgn 表示当(),k i i X Z T 是正时取为+1，当(),k i i X Z T 是负时取为-1．10．传递函数tullos 和,,,,,,x y zi j kW x y yW W W ∂∂∂∇⨯=∂∂∂Reid 讨论过传递函数的概念．他们借用通信理论，将波通过地层剖面的透射和反射看成一个输入－输出系统，并用下式定义地层剖面的传递函数：()()()()O t T t T t N t=*+ 式中I(t)－输入；O(t)－输出；N(t)－不相关的随机噪声；T(t)－地层剖面的传递函数．这种传递函数从总体上完全描述了地层剖面的全部声学特性，因为当噪声不存在时，传递函数与线性系统的脉冲响应相同．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：一个是从地层剖面底面出射的透射波列；另一个是经底界面反射传到地面的上行反射波列．传递函数也常通过傅氏变换从时间域等价地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谱有时能更清楚地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，及较准确地了解震源子波，因而估算阻抗更容易，估算的结果也更精确和可靠．根据VSP 资料估算波阻抗可以有不同的方法，原理也很简单，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，根据最小平方准则，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前面描述的反射传递函数估算阻抗阻抗测井曲线，其要点是：(1)由VSP 资料计算反射传递函数；(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－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)将每一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值曲线．第三部分射线理论是研究地震波的一种古老的而又充满青春活力的工具．射线理论有多方面的用处，制作地震射线模型只是其应用的一个方面．在各种制作二维VSP 模型的方法中，基于射线理论的方法是目前用的最广泛的．用射线法制作三维VSP 模型也有其独特的优点．有两类VSP 射线模型，一类是只考虑运动学特征的几何射线追踪模型，一类是还要考虑动力学特征的渐近射线追踪模型．前者只确定波的射线路径，计算波沿射线传播的时间，后者还要确定波的振幅，波形，质点振动方向等其它动力学特征．前者一般用于声学介质，后者还用于弹性介质．前者适用的范围小，后者适用的范围大，前者可看成是后者的特例．射线法的主要优点是：概念明确，显示直观，运算简便，适应性强．其缺陷是：应用有一定限制条件，计算结果在一定程度上是近似的，对应复杂构造进行两点三维射线追踪往往比较麻烦．射线法原来在天然地震邻域中应用较多，近几年，正大量涌入地震勘探邻域，形成一股加潮．另外，射线法和波动方程理论相结合，解决地震学和地震勘探中的各种正，反演问题，也是目前发展的一种趋势．１．射线理论简述１）基本方程（１）射线级数 不均匀完全弹性各向同性介质中弹性波的运动方程可为：()()()()()2222W W W w W W t ρλμμλμμ∂=+∇∇⋅+∇+∇∇⋅+∇⨯∇⨯+∇⋅∇∂［１］ 式中 ρ－介质密度；,λμ－拉梅弹性常数；Ｗ－波函数；∇---哈密顿算符，,i j k x y z∂∂∂∇++∂∂∂＝ ,ij k x y z μμμμ∂∂∂∇=++∂∂∂y x z W W W W x y z∂∂∂∇⋅=++∂∂∂ ,,,,,,x y zi j kW x y yW W W ∂∂∂∇⨯=∂∂∂ 假设远动方程的时间简谐函数解可用ω的负幂表示为：()()0e x p k k k W j t j W ωτω∞-==-⎡⎤⎣⎦∑ ［２］式中,k W τ与,t ω无关．我们称开展式［２］为射线级数，τ为相位函数，()0,1,2,...k W k =为射线级数的振幅系数，或简称为射线级数的系数，运动着的等相位面(),,t x y z τ=成为波前，与波前正交的轨迹线称为射线，每条射线在其与波前交点上的方向都与该点波前的梯度s V 的方向一致．当然，我们假定o τ∇≠，否则［２］式将不表示传播着的波．τ和()0,1,2,...k W k =都是坐标的位置函数，如果知道某些初始条件，将［２］代入［１］后，可确定τ和()0,1,2,...k W k =．（２）基本方程组 为了求相位函数τ和振幅系数k W ，首先要导出射线理论的基本方程组．假设：｛１｝,,λμρ及其导数连续；｛２｝,,λμρ及其导数在短距离内不迅速变化；｛３｝τ是解析函数，且o τ∇≠，0W ≠0．将［２］代入［１］式得：()()()()()200k k k k k j j N W j M W L W ωωω∞-=⎡⎤-+=⎣⎦∑ ［３］ 因为［３］对任何ω都成立，所以ω各次幂的系数都为零．因此有：()00N W = ()()100N W M W -=［４］()()()120k k k N W M W L W ---+= （2k ≥）这是一个递推的偏微分方程组，由此方程组可以求τ及所有的()0,1,2,...k W k =．我们称此方程组为射线理论的基本方程．２）程函方程()221pV τ∇= ()122/p V λμρ=+⎡⎤⎣⎦ ［５］和()2231V τ∆= 12s V μρ⎡⎤=⎢⎥⎣⎦ ［６］此两式即程函方程，［５］式描述P 波传播的运动学特征，p V 是P 波的速度，［６］描述S 波传播的运动学特征，s V 是S 波速度．程函方程是求解波的运动学问题的基本方程，可以确定如象波前，射线，旅行时等波的运动学性质．只有在均匀，各向同性，无限介质中，运动方程才能完全分成两种不同（P 波和S 波）的方程，且两者不互相耦合．在不均匀介质中，运动方程不能完全分成两种波的方程，两种波将互相耦合，但是在高频情况下，如果,,λμρ及其导数连续，则不均匀介质中仍可近似认为存在着两组独立的波前，一组是压缩波（P 波），按局部速度p V 传播，另一组是切变波（S 波），按局部速度s V 传播．并且只当级数取零阶近似时，这两种波才不互相耦合． 计算旅行时 利用程函方程，我们可以计算空间任意点波的旅行时，引入S 作为沿射线的弧长．因为射线与波前(),,t x y z τ=是互相正交的，所以由程函方程可得：1d dS V τ=或dS d V τ= 式中d dS τ－τ沿射线的方向导数；V －沿射线的Ｐ波速度或Ｓ波速度．对τ沿弧长ｓ积分得：()()00ss ds s s V ττ=+⎰ ［７］ 如果给定0s 的初值()0s τ，则由此式可求出弧长为ｓ点上的()s τ，则［７］式即计算波的旅行时的公式．２．两点射线追踪确定地震波的射线路径为了计算波沿射线的旅行时和波沿射线的振幅变化，首先都必须知道波的传播路径．所谓射线追踪狭义来说指的就是根据地震波的传播规律确定地震波在实际地层中传播的射线路径．在地震学中，有两类地震射线追踪问题：一类是一点射线追踪，即已知射线初始点位置和初始出射方向求地震波的传播路径问题；另一类是两点射线追踪，即已知射线初始点和另一观察点的位置，不知射线初始出射方向，求两点之间的射线路径问题．显然，两点问题比一点问题复杂．用射线理论制作VSP 模型，不论是零偏移距或非零偏移距，因为震源和接收点不是同一点，遇到的都是两点射线追踪问题．解两点射线追踪问题，有两种方法：第一种是＂试射法＂，即试着给－初始出射方向，求射线路径，但此射线一般不能到达预定的接收点，需要根据实际到达点和预定接收点之间的偏差，修改射线初始出射方向，再次追踪射线路径．重复这些步骤，直至射线足够接近的达到预定的接收点．第二种是弯曲法，即固定初始出射点和预定观测点两端点不动，不断调整两端点之间的射线路径，使其逐步逼近真实的射线路径．这两类方法各有特点：弯曲法在大多数比较简单模型情况下，花费的计算时间较少，但是在复杂模型情况下，特别是＂奇点＂附近，弯曲法计算时间增加，并且难以区分追踪失败的原因是由于计算方法引起，还是模型本身在此观测点应该接受不到射线．试射法在大多数情况下，所花的计算时间较多，但是比较直观，能可靠地确定能接收到射线的区域和不能接收到射线的区域的边界．1)试射法从上面的叙述可以看出，试射法主要包括两方面的内容：(1)在已知射线始点位置和射线出射方向的条件下，确定射线路径；(2)给定初始出射方向，逐步修改出射方向，直至射线足够精确地达到预定的接收点．前一内容是积分问题，即已知速度分析，利用程函方程，通过对微分方程作数值积分求射线路径的问题．后一内容是试射法的核心和难点，它涉及到解两个非线性方程的方程组：()00,h i j H =()00,g i j G =式中0i －初始入射角；0j －初始方位角；ｈ和ｇ－计算的射线到达点的坐标，它是0i 和0j 的函数；。