垂直地震剖面

垂直剖面法
垂直剖面法（Vertical Cross-section Method）是指在地质勘探和矿产资源勘查中，根据地表的地质特征和地下地质构造，将地层或矿体在垂直方向上进行切割，然后沿着切割面绘制地质剖面图或资源剖面图。

垂直剖面法的基本原理是通过观察地表的地质现象、地质构造和地层变化，推测地下的地质情况。

一般来说，勘探人员会根据实际情况选择合适的地点，例如山脉、断层、河流等地形特征明显的区域进行剖面测量。

然后通过地质测量仪器（如全站仪）等测量工具，在该地点上连续测量一系列测点的地面高程和相对位置，同时测量下方地层的深度和倾角等地质参数。

在获得地质数据后，可以利用计算机软件绘制垂直剖面图。

剖面图通常以垂直切割面为主线，将地表和地下地质单位（如岩层、断层、褶皱等）按比例绘制在图上。

在剖面图上，勘探人员可以通过观察地层的变化、断层的位置和倾角等信息，推测地下地质条件和潜在的矿产资源分布。

垂直剖面法可以帮助勘探人员快速了解某一地区的地质情况，预测矿产资源的分布和含量，并为后续的钻探和勘探工作提供依据。

此外，垂直剖面法也常用于研究地质灾害（如地震、滑坡、泥石流等）的成因和演化过程，以及地下水资源的分布和利用情况。

浅孔VSP技术VSP即垂直地震剖面。

其工作方法为：把检波器置于钻孔中，沿不同深度布置或通过移动检波器的深度位置，以记录地表激法的地震信号。

VSP与地面勘探方法的区别如下：1)VSP检波器位于井中，通常为三分量检波器，激发点沿地面布置，可接收到下行波和上行反射波等。

2)地面勘探方法检波器和激发点均放在地面，一般为单分量接收，可接收到双程反射波及直达波和折射波等。

地面勘探方法的示意图 VSP示意图浅孔VSP主要用于工程勘探，勘探的深度较浅。

孔的深度一般为几十米到几百米之间。

它与能源勘察中的VSP技术在原理上是相同的，但又具有其自身特点：1) 干扰因素多且严重,获取高信噪比地震记录比较困难。

2)分辨的地层厚度较薄,探测的地质体几何尺度较小，地质调查要求的精度较高。

3) 为探测较小尺度的几何地质体,需采用较小的深度采样间隔，这使得VSP 记录上各相邻道的时差较小,上、下行波场分离困难。

4) 工程勘查要求周期短、精度高,从而要求VSP 技术具有高效、高分辨率和高准确度等特点。

1. VSP的特点初至下行波与上行波同相轴的交点是产生该上行反射波的地层深度。

优点：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；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；可以接收上行波，下行波，转换波。

2.震源常规的炸药震源、人工可控震源、电火花、空气枪、锤击等。

遵循的原则：其震源最好与井旁地震剖面震源波形一致；各次激发的震源子波应具有高度的一致性和重复性；输出强度适中。

3.观测系统可在裸眼井，和有套管井中观测。

主要分为以下几类：零偏移距垂直地震剖面，非零偏移距VSP离开一段距离观测，移动震源或多偏移距VSP，斜井VSP观测。

4.干扰波（1）井筒波：沿井柱流体传播的波，是井柱流体和周围地层的界面波，可能由内套管振动、地面瑞利波等引起。

（2）井下仪器与地层藕合不良引起的噪声。

（3）电缆波：因电缆振动引起噪声，有时形成初至波。

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。

俄罗斯垂直地震剖面（VSP）测井仪АМЦ-ВСП-3-48 (MSAT-3-48)俄罗斯垂直地震剖面（VSP）测井仪，原名叫三维矿井地震波探矿模数数控仪АМЦ-ВСП-3-48。

从1983年开始该设备已生产了几个型号，当时，在其总设计思路不改变的前提下，经过了7次改型。

在俄罗斯及其邻国的主要石油天然气产地地质物理部门中有30多套这种仪器在使用。

基于这种原因，将АМЦ-ВСП型仪器定为工业标准。

两套8模量АМЦ-ВСП型仪器，以下简称MSANT(Modular Seismic Array Tool)，于1997年起Schlumberger公司开始使用，已有两套设备（设备名缩写为MSAT）被斯伦贝谢公司购买使用。

这影响了ВСП仪器的改进以及在国外使用仪器的改进。

该设备受到CONOCO和EXXON公司的高度评价。

АМЦ-ВСП仪器的基本思路是应用了定中心差多路传输模量图，它是由测试时间与数据向地面记录器传输时间分离的多模数矿井探测器获取的。

在数据传输之前，在每一个接收模数内部都进行数据缓冲。

地面设备与矿井模数之间的信息转换是通过成组和单独的选项以“问—答”的形式进行的。

该设备可对每个测量点的地震接收器指标进行标准化，这使得可以进行精确地三分量测量，并可使用高精确极化多波方法处理数据。

可进行0.125毫秒数字化步长的精确测量，用于井间地震X线成像，用于解决工程地质问题，以及用于研究小振幅煤矿构造地质学。

工艺软件包还包括一个专门的程序，用于进行微地震，用于选择一个合理的地震激发深度，以获得高质量的垂直地震数据。

1、仪器简介仪器的地面部分包括小而易搬动的模块，模块包括矿井仪器电源的程控模块、笔记本电脑NOTEBOOK和接口组，可以对套管井或裸眼井进行高灵敏三分量地震测量。

测量设备包括：数字式多短节地震井下探测器，该探测器由三个相同的接收短节、转发器及伽马短节组成，接收短节之间使用跨接电缆联接。

地面设备，包括一台笔记本电脑、程控电源及接口模块，接口模块与井下探测器进行数据遥传、与地震激发同步系统联接，并记录信号。

第五节垂直地震剖面法多年以来，地震勘探工作一直是在地面布置测线，设置排列，这种方法称为水平地震勘探方法。

所得剖面是常规的地震剖面。

近些年来，出现了在井中与地面结合起来设置观测系统的地震勘探方法。

该方法在地表附近激发，在井中不同深度布置一些检波器进行观测。

即:检波器放在井中,测线沿井孔垂向布置，所以这种方法称为垂直地震剖面法，简称为VSP(Vertical Seismic Profiling)。

当前VSP法大多采用在地面设置震源来激发地震波，而在井中安置测井检波器的观测方法。

垂直地震剖面法有一些明显的特点1. 接收点分布在介质内部。

因VSP法的测井检波器是被安置在井中，故VSP的接收点是分布在被测介质内部的，因此，它可用接收点的垂直方向分布形式来研究地质剖面的垂向变化，而水平地震观测则是以接收点在地表的水平方向分布形式来观测和研究地下地质剖面的垂向变化的，所以，前者能更明显、更直接地反映波的运动学和动力学特征。

可记录被研究对象的“单一”地震波由于VSP的测井检波器置于井中，故可将其放置在被测地层界面之上、附近或其中间，因此检波器可直接记录由震源产生而传播到所研究对象的“单一”地震波。

而常规勘探由于检波器置于地表，故只能间接接收由震源产生而又返回地表的双程地震波。

干扰因素少VSP在井中观测可以避免或减少地面以上的自然干扰；而水平地震测量则所受干扰因素较多。

所以，前者是易于波的记录和识别。

可记录上行波和下行波VSP在井中观测，即可记录到来自观测点下方的上行波(如反射波)，又可以记录到来自观测点上方的下行波(直达波)，而水平地震测量只能记录到上行波，是无法记录到下行波的，因此在垂直地震剖面上，波的信息是很丰实的。

VSP由于具有这些特点，所以得到日益广泛的应用。

目前，垂直地震剖面除了用于改善地面记录剖面的解释外，还可用于测定平均速度、反褶积因子、反射系数、衰减系数等物理参数，还可以识别多次波、改善信噪比、提高地震分辨率，从而用于提取岩性信息和研究井孔周围细微的地质结构。

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。

垂直地震剖面法勘探技术标准
近年来，随着石油勘探技术的不断提高与发展，垂直地震剖面法已经成为石油勘探工作中最为常用的技术手段之一。

垂直地震剖面法是以活动地震设备发射声波，利用地震波在各地层中反射与折射，将地层结构进行影像化，从而获得各地层的地震构造信息，进而探明地层岩性与地层构造特征等信息的技术手段。

垂直地震剖面法的应用结果，可作为石油勘探工作的基本依据，有助于探明油藏的可采性和有利的勘探方向。

为了强调垂直地震剖面法的重要性，维护国家的地质勘探安全，实施标准化管理，特制定本标准。

本标准规定了垂直地震剖面法应用的相关技术要求，包括地震波发射、设备、设备维护、设备操作、数据处理等方面。

首先，地震波发射是一项重要的环节，本标准规定了发射设备和地震波动态特性的严格要求，以确保获得准确的地震剖面数据。

其次，设备维护是垂直地震剖面法中的一项重要措施，本标准规定了设备定期维护、检测的要求。

同时，本标准还规定了在运行中的操作管理及记录，以保证设备的有效运行。

最后，数据处理也是垂直地震剖面法的重要环节，本标准规定了数据采集、数据处理和资料报告等方面的要求，以确保获得准确有效的结果。

本标准所规定的要求，旨在规范垂直地震剖面法的应用，保证勘探工作的质量，为国家的石油勘探和地质研究工作提供一个可行的技
术解决方案。

因此，本标准的草拟与实施，将有助于提高国内石油勘探技术水平，为我国的石油开发和地质勘查服务。

总之，本标准为垂直地震剖面法的应用提供了形式上的规范，为石油勘探工作提供了可靠的技术依据。