專(zhuān)利名稱(chēng)：利用垂直地震剖面和雙井微測(cè)井提高地震分辨率方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用垂直地震剖面(VSP)和地震雙井微測(cè)井聯(lián)合提高地震信號(hào)分辨率方法，特別是利用VSP和雙井微測(cè)井觀測(cè)黃土塬等低、降速帶信號(hào)的衰減規(guī)律，并對(duì)該區(qū)信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償以提高地震信號(hào)分辨率的有效方法。
背景技術(shù)：
我國(guó)塔里木盆地西南、鄂爾多斯盆地等黃土塬覆蓋地區(qū)，雖然地下油氣資源量非常豐富，但是由于黃土覆蓋區(qū)厚度差異很大導(dǎo)致地表靜校正問(wèn)題以及黃土對(duì)地震信號(hào)吸收很強(qiáng)導(dǎo)致資料信噪比低等原因的影響，使得這類(lèi)地區(qū)地震資料在解決地質(zhì)問(wèn)題方面受到了極大限制。
黃土塬地區(qū)激發(fā)接收條件復(fù)雜，表層既有浮土，又有礫石，還有基巖出露。黃土塬中心一般為巨厚黃土覆蓋，可分為干黃土層、潮濕黃土層、含水黃土層、第三系紅土層，厚度為200米至350米不等巨厚的黃土層，尤其是上部的疏松干燥層，地震波的吸收作用很強(qiáng)，影響了地震波能量的向下傳播，而且還會(huì)產(chǎn)生多種干擾波。因此采集的地震信號(hào)在相位、頻率、振幅、能量方面存在較大差異，而且地震信號(hào)信噪比低、子波畸變大，嚴(yán)重影響了資料的品質(zhì)。同時(shí)該區(qū)干擾嚴(yán)重，信噪比低。除面波、隨機(jī)干擾及其它相干噪聲以外，還存在著多次折射干擾，如何壓制噪音、提高信噪比是資料處理的關(guān)鍵。
我國(guó)進(jìn)行黃土塬地震勘探已經(jīng)有近六十年的歷史了。新中國(guó)剛剛成立的時(shí)候，第一個(gè)地震隊(duì)就在黃土塬上炸響了第一炮；20世紀(jì)90年代，特別是1995年以來(lái)，采用溝中彎線施工，進(jìn)而到直測(cè)線施工，加之以合理的室內(nèi)處理、解釋技術(shù)，使黃土塬地震資料的品質(zhì)有了質(zhì)的飛躍。1996～1998年我國(guó)的地震勘探技術(shù)在黃土塬這種復(fù)雜勘探區(qū)的工作取得了實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展，開(kāi)創(chuàng)了鄂爾多斯盆地石油勘探的新局面。
正是黃土塬的溝、塬、峁這種中國(guó)中西部黃土高原獨(dú)特的地貌景觀，造就了黃土塬地震勘探這一世界上獨(dú)有的地震勘探難題，也造就了中國(guó)幾代地球物理勘探家。國(guó)外的地球物理服務(wù)公司，如美國(guó)地球物理服務(wù)公司(GSI)、加拿大博伊德公司(BOYD)、歐洲的基科·帕雷科拉公司(GECO·PRAKLA)，都曾先后做過(guò)黃土塬地震勘探試驗(yàn)，雖然給予我們某些有益的啟示，但并沒(méi)有取得實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。
經(jīng)過(guò)數(shù)十年的攻關(guān)我們雖然已經(jīng)成功地打開(kāi)了黃土塬地震勘探的大門(mén)，取得了許多可喜的進(jìn)展，但至今黃土塬地震勘探技術(shù)問(wèn)題仍沒(méi)有完全解決。尤其是塔西南地區(qū)在巨厚的黃土(100～550m厚)下面有礫石層，黃土山下與戈壁礫石區(qū)相連，地震波在這些地層中傳輸時(shí)能量散失非常厲害，而且，各種干擾非常強(qiáng)烈，地震信號(hào)信噪比極低。如何消除黃土覆蓋對(duì)地震信號(hào)的影響一直是黃土塬地震勘探技術(shù)攻關(guān)的核心問(wèn)題。但對(duì)該問(wèn)題，至今仍沒(méi)有一種有效方法。
經(jīng)過(guò)對(duì)黃土塬的地震動(dòng)力機(jī)理的分析和研究認(rèn)為黃土塬對(duì)地震信號(hào)高頻成分吸收十分嚴(yán)重，黃土塬地震信號(hào)衰減主要與黃土(尤其是近地表的數(shù)百米黃土)厚度等因素有關(guān)，不同厚度黃土其信號(hào)衰減規(guī)律不同，不同頻率的地震信號(hào)其在黃土中傳輸?shù)男盘?hào)衰減程度也相差很大。
為了提高黃土塬區(qū)地震信號(hào)的信噪比和分辨率，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者已經(jīng)做了大量工作。文章“董世學(xué)等，檢波器—地表耦合系統(tǒng)對(duì)地震記錄的影響，地球物理學(xué)報(bào)，2001，44(增刊)161～169”中利用特殊耦合檢波器接收地震信號(hào)，拓寬了地震信號(hào)頻帶，提高了信噪比和分辨率。文章“姚振興等，用于深度域地震剖面衰減與頻散補(bǔ)償?shù)姆碤濾波方法，地球物理學(xué)報(bào)，2003，46(2)229～233。”研究基于Futterman模型的反Q濾波方法，補(bǔ)償了地震信號(hào)的頻散與振幅。文章“Satinder C et al.High-frequency restoration of surface seismic data，The LeadingEdge，2003，22(8)730～738.”利用VSP數(shù)據(jù)求取不同深度地層的反濾波器補(bǔ)償高頻成分。微VSP采用“井口激發(fā)、井中接收”的方式，初至波信噪比相對(duì)較高。國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利(申請(qǐng)?zhí)?00510049341.9)“利用特殊耦合檢波器進(jìn)行地震數(shù)據(jù)接收的最佳耦合與匹配方法”和文章“石戰(zhàn)結(jié)等，沙漠地區(qū)地震檢波器耦合的高頻信號(hào)匹配濾波技術(shù)”提出了一種利用特殊耦合檢波實(shí)現(xiàn)與地表最佳耦合匹配的方法，該法使在沙漠地區(qū)的地震數(shù)據(jù)無(wú)論是在疊前還是在疊后其能量和頻率都得到加強(qiáng)，提高了地震信號(hào)的分辨率。國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利(專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)CN1673775A)“利用地震微測(cè)井進(jìn)行地震信號(hào)高頻補(bǔ)償方法”和文章“田鋼等，利用微測(cè)井資料補(bǔ)償?shù)卣饠?shù)據(jù)的高頻成分，石油地球物理勘探，2005，40(5)546～549?！碧岢隼梦y(cè)井直達(dá)波信號(hào)求出不同厚度沙漠地區(qū)沙層的吸收補(bǔ)償反濾波器來(lái)補(bǔ)償?shù)卣饠?shù)據(jù)的高頻成分；這種微測(cè)井采用“井中激發(fā)、地表接收”，在地表接收時(shí)，可采用普通檢波器，只要將檢波器尾錐插入硬土即可保證檢波器與介質(zhì)的緊密耦合，極大地減小了檢波器接收時(shí)的能量損耗，但是，由于井中介質(zhì)為空氣，在黃土塬地區(qū)井壁內(nèi)介質(zhì)的巖性一般為疏松的黃土，故空氣與黃土的波阻抗相差很大，有效波入射到井壁時(shí)反射波極強(qiáng)，透射波極弱，透射波從井壁內(nèi)側(cè)到達(dá)地表檢波點(diǎn)處還會(huì)有一定的衰減，這樣到達(dá)檢波點(diǎn)處的有效波就更弱了。一般而言，微測(cè)井與VSP相比較而言，微測(cè)井的初至波比VSP的初至波干擾更嚴(yán)重。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種利用VSP信號(hào)和雙井微測(cè)井信號(hào)對(duì)黃土塬地震衰減信號(hào)進(jìn)行恢復(fù)的方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是由于VSP微測(cè)井、雙井微測(cè)井橫穿遭受風(fēng)化作用的低降速帶，在VSP微測(cè)井信號(hào)、雙井微測(cè)井信號(hào)中比地表接收到的地震信號(hào)將包含更多的高頻信號(hào)。通過(guò)分析在雙井微測(cè)井中不同深度的直達(dá)波頻率衰減情況，可以以此為依據(jù)對(duì)地表接收的地震信號(hào)不同深度頻率衰減進(jìn)行恢復(fù)；通過(guò)對(duì)不同地段VSP微測(cè)井信號(hào)進(jìn)行分析，可以獲得不同地段的地震信號(hào)衰減情況，從而對(duì)不同地段黃土塬地震信號(hào)進(jìn)行恢復(fù)。
下面介紹利用雙井微測(cè)井信號(hào)對(duì)黃土塬地震信號(hào)進(jìn)行恢復(fù)的原理在黃土塬地區(qū)鉆VSP微測(cè)井單深井(可用生產(chǎn)井代替)和雙井微測(cè)井(在構(gòu)造復(fù)雜地帶)，通過(guò)地震震源在地表激發(fā)，在VSP微測(cè)井和雙井微測(cè)井深度分別為d1米、d2米、.......、dN米(N為整數(shù)，N≥3)處獲得地震接收信號(hào)；對(duì)地震信號(hào)按照下行波、上行波、PS波等進(jìn)行劃分，假設(shè)xi(t)表示下行波在深度為di米時(shí)所接收到的地震信號(hào)的振幅，其中i＝1、2、....、N。此時(shí)，xi(t)即為該深度時(shí)所接收到的直達(dá)波。
用垂直地震剖面方法分離掉高速層中xi(t)的虛反射波，用高速層的速度將...、xn-2(t)、xn-1(t)、xn+1(t)、xn+2(t)、...靜校正到與xn(t)地震記錄相同，然后將...、xn-2(t)、xn-1(t)、xn(t)、xn+1(t)、xn+2(t)、...疊加提高直達(dá)波xn(t)的信噪比；此處對(duì)井中地震記錄進(jìn)行靜校正是指將x0(t)與xN(t)之間的初至?xí)r間差去掉。
把黃土塬這個(gè)低、降速帶看成一個(gè)信號(hào)傳輸系統(tǒng)，信號(hào)從深度di米處傳輸?shù)缴疃萪j處，其系統(tǒng)函數(shù)記為hj(t)(j＝1、2、....、N)，則系統(tǒng)函數(shù)hj(t)也表示地震信號(hào)從深度di米到dj米處的衰減程度；那么，對(duì)于深度為dj米處所接收到的信號(hào)xj(t)可表示為xj(t)＝xi(t)*hj(t) i＝1，.......，Nj＝1，.......，N i≠j(1)對(duì)于系統(tǒng)函數(shù)的逆算子Gj=Hj-1={gi(t)},]]>將恢復(fù)信號(hào)的衰減，即xi(t)＝xj(t)*gj(t) (2)該方程可以在時(shí)域和頻域中求解。
在時(shí)域，方程2可以通過(guò)最小均方法求解，有維納方程AG＝C (3)其中，A＝(a(t1)，a(t2)，...，a(tN))是矩陣xj(t)的自相關(guān)，C＝(c(t1)，c(t2)，...，c(tN))是矩陣xj(t)和xi(t)的互相關(guān)，G＝(g(t1)，g(t2)，...，g(tN))。
求解方程3可采用Levinson方法，最后就得到G。
在頻域，對(duì)方程2兩邊做傅氏變換，有Xi(f)＝Xj(f)×Gj(f) (4)由方程4可得Gj(f)=Xi(f)/Xj(f)=Xi(f)Xj*(f)/|Xj(f)|2...(5)]]>由于信號(hào)中包含噪聲，有Gj(f)=Xi(f)/Xj(f)=Xi(f)Xj*(f)/[|Xj(f)|2+α2]...(6)]]>其中，α表示噪聲。
此處，稱(chēng)gj(t)為衰減恢復(fù)濾波器。
具體實(shí)施例方式把黃土塬區(qū)等低、降速帶看成一個(gè)信號(hào)傳輸系統(tǒng)，該系統(tǒng)的傳輸函數(shù)反映了不同深度地震信號(hào)的衰減情況。本發(fā)明對(duì)不同深度得到的雙井微測(cè)井記錄進(jìn)行保留初至波的編輯處理，得到不同深度地震信號(hào)頻率和幅度的變化情況；其初至波的幅度和波長(zhǎng)的變化可以用來(lái)估計(jì)該低降速帶在該深度時(shí)頻率成分的變化情況，獲得系統(tǒng)傳輸函數(shù)。由此，對(duì)于不同深度初至波的濾波器響應(yīng)，可根據(jù)最小平方法求出衰減恢復(fù)濾波器，由此衰減恢復(fù)濾波器對(duì)地震數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)地震信號(hào)的恢復(fù)；由于黃土塬屬于連續(xù)介質(zhì)，在橫向上有一定變化，可以通過(guò)VSP微測(cè)井信號(hào)來(lái)獲得橫向上不同地段地震信號(hào)在黃土塬中的衰減規(guī)律，從而獲得不同地段、不同深度黃土塬的衰減恢復(fù)濾波器，以便對(duì)不同地段黃土塬的地震信號(hào)進(jìn)行恢復(fù)。


圖1是說(shuō)明地震微VSP測(cè)井示意圖。VSP微測(cè)井方法原理與常規(guī)井中激發(fā)微測(cè)井原理一樣，都是利用直達(dá)波在地層中的傳播規(guī)律，通過(guò)改變檢波器觀測(cè)深度，獲取不同的初至?xí)r間，根據(jù)深度換算成垂直時(shí)間，擬合時(shí)深曲線得到分層的速度和厚度。VSP微測(cè)井工藝，可以在地震生產(chǎn)激發(fā)井中進(jìn)行而不影響生產(chǎn)井使用，可以大面積應(yīng)用和推廣。
圖2是雙井微測(cè)井原理圖。雙井微測(cè)井就是在一定的距離內(nèi)鉆兩口打穿低、降速帶的井，兩井間的距離一般為4m，如果表層低、降速帶內(nèi)含有流砂層，則應(yīng)適當(dāng)?shù)丶哟髢删g的距離，以保證兩井間的原始地層不會(huì)被破壞。一口井內(nèi)布設(shè)激發(fā)點(diǎn)，另一口井布設(shè)檢波器。另外，在激發(fā)井井口附近布設(shè)地面檢波器，地面和地下接收用的檢波器型號(hào)相同，用10Hz或40Hz的單只檢波器均可以。地面接收一般采用6～23道，每道一個(gè)檢波器，檢波器呈扇形或直角形，井檢距一般采用1～4m。激發(fā)系統(tǒng)由電纜、雷管及引線構(gòu)成，把雷管固定在專(zhuān)用微測(cè)井電纜上的指定位置，一次性下入井中，由深至淺逐點(diǎn)激發(fā)。井中激發(fā)點(diǎn)的間距要考慮到介質(zhì)的速度、厚度、檢波器的靈敏度、儀器的采樣間隔和動(dòng)態(tài)范圍等，激發(fā)點(diǎn)的間距過(guò)大會(huì)造成控制點(diǎn)數(shù)減少甚至丟層，反之，冗余的采樣會(huì)造成浪費(fèi)。接收井井下檢波器深度和最深的激發(fā)點(diǎn)相同。地面檢波器采集的信號(hào)主要是地震波的初至，挑選初至無(wú)干擾且波形起跳干脆的道用于資料處理。
圖3為本發(fā)明專(zhuān)利方法產(chǎn)生黃土塬地震信號(hào)衰減恢復(fù)濾波器的框圖。
圖4為本發(fā)明專(zhuān)利方法獲得不同黃土塬地段地震信號(hào)衰減恢復(fù)的框圖。通過(guò)雙井微測(cè)井獲得特定黃土塬地段不同深度地震信號(hào)衰減規(guī)律，利用生產(chǎn)炮井做VSP微測(cè)井獲得整個(gè)工區(qū)不同黃土塬地段地震信號(hào)的衰減規(guī)律，由于生產(chǎn)炮井一般比較淺，對(duì)超過(guò)激發(fā)井深處的地震信號(hào)衰減規(guī)律則通過(guò)雙井微測(cè)井獲得的規(guī)律與之比較獲得，因此，將雙井微測(cè)井信號(hào)和VSP信號(hào)聯(lián)合使用可獲得整個(gè)黃土塬區(qū)不同地段、不同深度的地震信號(hào)衰減規(guī)律和地震信號(hào)衰減恢復(fù)濾波器，最終可以恢復(fù)出沒(méi)有經(jīng)過(guò)黃土塬等低、降速帶衰減的地震信號(hào)，該地震信號(hào)無(wú)疑有更高的頻率和信噪比，以此恢復(fù)后的地震信號(hào)進(jìn)行地震信號(hào)處理可提高地震信號(hào)的分辨率，為巖性地震勘探油氣提供有利工具。將雙井微測(cè)井信號(hào)和VSP信號(hào)聯(lián)合使用，這是本專(zhuān)利技術(shù)與國(guó)家發(fā)明專(zhuān)利(專(zhuān)利公開(kāi)號(hào)CN1673775A)“利用地震微測(cè)井進(jìn)行地震信號(hào)高頻補(bǔ)償方法”的重要區(qū)別所在，沙漠地區(qū)橫向變化相對(duì)黃土塬更小，利用常規(guī)微測(cè)井信號(hào)有效，但對(duì)于像黃土塬這種極其復(fù)雜的區(qū)域則是沒(méi)法控制的，本專(zhuān)利正好彌補(bǔ)了現(xiàn)有技術(shù)的不足。
權(quán)利要求
1.本發(fā)明涉及一種利用垂直地震剖面(VSP)和雙井微測(cè)井對(duì)黃土塬地震信號(hào)進(jìn)行恢復(fù)的方法，其特征在于包括如下步驟步驟1利用雙井微測(cè)井曲線獲得特定地段的地震信號(hào)下行波；步驟2計(jì)算特定地段的地震信號(hào)初至波在不同深度時(shí)幅度和頻率的變化情況；步驟3由初至波的幅度和頻率變化情況確定地震信號(hào)衰減恢復(fù)濾波器函數(shù)；步驟4利用VSP信號(hào)獲得不同地段地震信號(hào)的初至波；步驟5由VSP信號(hào)的初至波確定不同地段的地震信號(hào)衰減恢復(fù)濾波器函數(shù)；步驟6將不同地段的地震信號(hào)衰減恢復(fù)濾波器函數(shù)與特定地段地震信號(hào)衰減恢復(fù)濾波器函數(shù)進(jìn)行比較，獲得整個(gè)觀察區(qū)域的地震信號(hào)衰減恢復(fù)濾波器函數(shù)；步驟7由地震信號(hào)衰減恢復(fù)濾波器函數(shù)對(duì)地面接收的低、降速帶地震信號(hào)進(jìn)行恢復(fù)，消除低、降速帶地震信號(hào)衰減。
2.如權(quán)利要求1所說(shuō)，一種利用垂直地震剖面(VSP)和雙井微測(cè)井對(duì)黃土塬地震信號(hào)進(jìn)行恢復(fù)的方法，其特征在于對(duì)于地質(zhì)情況比較單一的地區(qū)直接采用步驟4、5、7就可以對(duì)低降速帶地震信號(hào)進(jìn)行恢復(fù)。
3.如權(quán)利要求1和權(quán)利要求2所說(shuō)，一種利用垂直地震剖面(VSP)和雙井微測(cè)井對(duì)黃土塬地震信號(hào)進(jìn)行恢復(fù)的方法，其特征在于該方法不僅可用于黃土塬地區(qū)，而且對(duì)于其他地表為低、降速帶地區(qū)均可適用。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種利用垂直地震剖面和雙井微測(cè)井提高地震分辨率方法，該方法把黃土塬等低、降速帶看成一個(gè)信號(hào)傳輸系統(tǒng)，通過(guò)雙井微測(cè)井信號(hào)可獲得地震信號(hào)在不同深度或者不同時(shí)間在黃土塬等低、降速帶進(jìn)行傳輸時(shí)的傳輸函數(shù)，從而獲得對(duì)地表接收到的衰減了的地震信號(hào)進(jìn)行恢復(fù)的衰減恢復(fù)濾波器函數(shù)；同時(shí)，通過(guò)不同地段接收的不同深度的VSP信號(hào)可獲得并推廣得到黃土塬區(qū)等低、降速帶不同深度或者不同時(shí)間的傳輸函數(shù)和衰減恢復(fù)濾波器函數(shù)。由此，恢復(fù)出黃土塬等低、降速帶不同地段接收到的地震信號(hào)，達(dá)到提高地震信號(hào)分辨率目的，為巖性地震勘探提供有利的工具。該法可用于所有地表為低、降速帶的地區(qū)進(jìn)行地震信號(hào)恢復(fù)。
文檔編號(hào)G01V1/40GK101046515SQ20071002773
公開(kāi)日2007年10月3日 申請(qǐng)日期2007年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月22日
發(fā)明者羅仁澤 申請(qǐng)人:羅仁澤