CN100552472C - 利用垂直地震剖面和微测井进行地震信号补偿方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种利用垂直地震剖面和微测井对低、降速带近地表地震信号进行恢复的方法，该方法把近地表低、降速带看成一个信号传输系统，通过微测井信号可获得地震信号在不同深度或者不同时间在低、降速带内进行传输时的传输函数，从而获得对地表接收到的衰减了的地震信号进行恢复的补偿滤波器函数；同时，通过不同地段接收的不同深度的VSP信号可获得并推广得到低、降速带不同深度或者不同时间的传输函数和补偿滤波器函数。由此，恢复出低、降速带不同地段接收到的地震信号，达到了提高地震信号分辨率目的，为岩性地震勘探提供了有利的工具。该法对于所有地表为低、降速带的地区均适用。

Description

利用垂直地震剖面和微测井进行地震信号补偿方法

技术领域：

本发明涉及一种利用垂直地震剖面(VSP)和微测井进行地震信号补偿方法，特别是利用VSP和微测井等信息分析近地表低、降速带地震信号的衰减规律，并对该区信号进行补偿以提高地震信号分辨率的有效方法。

背景技术：

石油地震勘探利用人工方法产生地震波，通过研究地震波在地下岩层中的传播情况，勘察地下地质构造和岩层变化，寻找油气田。

随着地震勘探不断发展，地震资料采集逐步向地表、地下地质情况异常复杂的地区延伸，由于地震地质条件的影响以及勘探技术水平的限制，像黄土塬、沙漠等地区表层为巨厚的低、降速带所覆盖，地震波在低、降速带内传播时会发生吸收、散射等衰减，地震子波不断变形增长，尤其是地震子波在近地表传播时地震子波衰减及散射非常大，近地表每米的衰减量是高速层每米的500～1000多倍。近地表高程不同、地层岩性不同，地震波的衰减规律则不相同。

由于近地表衰减严重，导致接收到的地震资料干扰严重、信噪比低、资料品质较差，用该资料难以获得精确的地下构造形态。为此，须对地震信号进行补偿以恢复地震信号。

目前对地震信号补偿的技术较多。文章“董世学等，检波器-地表耦合系统对地震记录的影响，地球物理学报，2001，44(增刊)：161～169”中利用特殊耦合检波器接收地震信号，拓宽了地震信号频带，提高了信噪比和分辨率。文章“姚振兴等，用于深度域地震剖面衰减与频散补偿的反Q滤波方法，地球物理学报，2003，46(2)：229～233。”研究基于Futterman模型的反Q滤波方法，补偿了地震信号的频散与振幅。文章“Satinder C et al.High-frequencyrestoration of surface seismic data，The Leading Edge，2003，22(8)：730～738.”利用VSP数据求取不同深度地层的反滤波器补偿高频成分。微VSP采用“井口激发、井中接收”的方式，初至波信噪比相对较高。国家发明专利(申请号：200510049341.9)“利用特殊耦合检波器进行地震数据接收的最佳耦合与匹配方法”和文章“石战结等，沙漠地区地震检波器耦合的高频信号匹配滤波技术”提出了一种利用特殊耦合检波实现与地表最佳耦合匹配的方法，该法使在沙漠地区的地震数据无论是在叠前还是在叠后其能量和频率都得到加强，提高了地震信号的分辨率。国家发明专利(专利公开号：CN1673775A)“利用地震微测井进行地震信号高频补偿方法”和文章“田钢等，利用微测井资料补偿地震数据的高频成分，石油地球物理勘探，2005，40(5)：546～549。”提出利用微测井直达波信号求出不同厚度沙漠地区沙层的吸收补偿反滤波器来补偿地震数据的高频成分；这种微测井采用“井中激发、地表接收”，在地表接收时，可采用普通检波器，只要将检波器尾锥插入硬土即可保证检波器与介质的紧密耦合，极大地减小了检波器接收时的能量损耗，但是，由于井中介质为空气，在黄土塬地区井壁内介质的岩性一般为疏松的黄土，故空气与黄土的波阻抗相差很大，有效波入射到井壁时反射波极强，投射波极弱，透射波从井壁内侧到达地表检波点处还会有一定的衰减，这样到达检波点处的有效波就更弱了。一般而言，微测井与VSP相比较而言，微测井的初至波比VSP的初至波干扰更严重。

发明内容：

本发明的目的是：针对现有技术的不足，提供一种利用VSP和微测井进行地震信号补偿的方法。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：由于VSP微测井/微测井横穿遭受风化作用的低、降速带，在VSP微测井信号/微测井信号中比地表接收到的地震信号将包含更多的高频信号。通过分析在微测井中不同深度的地震信号衰减情况，可以以此为依据对地表接收的地震信号进行恢复。

下面介绍利用微测井信号对地震信号进行补偿的原理：

步骤1：在钻VSP微测井单深井(可用生产井代替)和微测井(在构造复杂地带)，通过地震震源在地表激发，在VSP微测井或微测井深度分别为d₁米、d₂米、.......、d_N米(N为整数，N≥3)处获得地震接收信号；对地震信号按照下行波、上行波、PS波等进行划分，假设x_i(t)表示下行波在深度为d_i米时所接收到的地震信号的振幅，其中i＝1、2、....、N。此时，x_i(t)即为该深度时所接收到的直达波。设x_N(t)表示下行波在低、降速带以下，深度为d_N米时所接收到的高速层地震信号的振幅。

步骤2：用垂直地震剖面方法分离掉高速层中x_i(t)的虚反射波，用高速层的速度将...、x_n-2(t)、x_n-1(t)、x_n+1(t)、x_n+2(t)、...静校正到与x_n(t)地震记录相同，然后将...、x_n-2(t)、x_n-1(t)、x_n(t)、x_n+1(t)、x_n+2(t)、...叠加提高直达波x_n(t)的信噪比；此处对井中地震记录进行静校正是指将x₀(t)与x_N(t)之间的初至时间差去掉。

步骤3：利用VSP微测井单深井和微测井初至波信号，建立井中微测井地震在近地表传播的数学物理方程，分别计算出不同地段和构造复杂地段的补偿滤波器函数。

把近地表低、降速带看成一个信号传输系统，信号从深度d_i米处传输到深度d_j处，其系统函数记为h_j(t)(j＝1、2、....、N)，则系统函数h_j(t)也表示地震信号从深度d_i米到d_j米处的衰减程度；那么，对于深度为d_j米处所接收到的信号x_j(t)可表示为：

x_j(t)＝x_i(t)*h_j(t)i＝1，.......，N j＝1，.......，N i≠j    (1)

对(1)式进行傅氏变换有：X_j(f)＝X_i(f)×H_j(f)    (2)

对于系统函数的逆算子 $G_j=H_j^{-1}=\left\{g_i\left(t\right)\right\},$ 称为补偿滤波器函数，该参数可用于补偿信号的衰减。有：x_i(t)＝x_j(t)*g_j(t)    (3)

对(3)式进行傅氏变换有：X_i(f)＝X_j(f)G_j(f)    (4)

因此，可得： $g_j\left(t\right)=x_i\left(t\right)*x_j^{-1}\left(t\right)---\left(5\right)$

$G_j\left(f\right)=X_i\left(f\right)X_j^{-1}\left(f\right)---\left(6\right)$

步骤4：根据不同地段和构造复杂地段的补偿滤波器函数，利用折射法、井外推法、综合法、内插法等获得整个观察区域的地震信号补偿滤波器函数。对于构造较单一地区，可以不使用微测井信号，而只使用微VSP测井信号就可。

步骤5：用补偿滤波器函数和微测井周围的地面地震记录作叠积运算补偿地震信号。所采用的地面地震记录可以是地面检波点地震记录、检波点地震记录静校正结果、地震水平叠加后的地震剖面记录、微测井获得的近地表垂直地震记录之一。

y_j(t)＝w_j(t)*g_j(t)    (7)

Y_j(f)＝W_j(f)G_j(f)    (8)

其中，w_j(t)、W_j(f)分别是地面地震记录的时域和频域信号，y_j(f)、Y_j(f)为近地表衰减的地震波经过补偿后获得的时域和频域信号。注意，对于补偿滤波器函数的选择一定要根据该地面地震记录观测点低、降速带的厚度d_j确定。微测井周围是指微测井附近几百米到几十公里的范围内，一般是指与微测井处地面高程和岩性变化都不大的区域。

步骤6：对求得的地震记录进行信号处理及解释。

本发明利用地震波近地表传播衰减规律，对地面接收到的地震波进行补偿，恢复到相当于高速层中小药量激发和低速层之下的高速层中接收的地震波，从而提高地震分辨率。

具体实施方式：

把低、降速带看成一个信号传输系统，该系统的传输函数反映了不同深度、不同岩性地震信号的衰减情况。本发明对不同深度得到的VSP或者微测井记录进行保留初至波的编辑处理，得到不同深度地震信号频率和幅度的变化情况；其初至波的幅度和波长的变化可以用来估计在该低、降速带中在该深度时频率成分的变化情况，获得系统传输函数。由此，对于不同深度初至波的滤波器响应，可根据时域信号或者频域信号计算出补偿滤波器函数，由此可补偿地面接收到的地震信号的衰减，实现对低降速带地震信号的恢复。

附图说明：

图1是说明地震微VSP测井示意图。VSP微测井方法原理与常规井中激发微测井原理一样，都是利用直达波在地层中的传播规律，通过改变检波器观测深度，获取不同的初至时间，根据深度换算成垂直时间，拟合时深曲线得到分层的速度和厚度。VSP微测井工艺，可以在地震生产激发井中进行而不影响生产井使用，可以大面积应用和推广。

图2是微测井原理图。微测井包括单井、双井两种。双井是在一定距离内钻2口打穿低降速带的井，2井间距离一般为4m，如果表层低降速带内含有流砂层，则应适当地加大2井之间距离，以保证2井间原始地层不会被破坏。一口井内布设激发点，另一口井布设检波器。另外，在激发井井口附近布设地面检波器，地面和地下接收用的检波器型号相同，用10Hz或40Hz的单只检波器均可以。地面接收一般采用6～23道，每道一个检波器，检波器呈扇形或直角形，井检距一般采用1～4m。激发系统由电缆、雷管及引线构成，把雷管固定在专用微测井电缆上的指定位置，一次性下入井中，山深至浅逐点激发。井中激发点的间距要考虑到介质的速度、厚度、检波器的灵敏度、仪器的采样间隔和动态范围等，激发点的间距过大会造成控制点数减少甚至丢层，反之，冗余的采样会造成浪费。接收井井下检波器深度和最深的激发点从相同。地面检波器采集的信号主要是地震波的初至，挑选初至无干扰且波形起跳干脆的道用于资料处理。

图3为本发明专利方法产生特定地段低、降速带地震信号衰减补偿滤波器的框图。

图4为本发明专利方法获得一般地段低、降速带地震信号衰减补偿的框图。通过微测井获得特定地段低、降速带不同深度地震信号衰减规律，利用生产炮井做VSP微测井获得整个工区不同低、降速带地震信号的衰减规律，由于生产炮井一般比较浅，对超过激发井深处的地震信号衰减规律则通过微测井获得的规律与之比较获得，因此，将微测井信号和VSP信号联合使用可获得整个低、降速带不同地段、不同深度的地震信号衰减规律和地震信号补偿滤波器，最终可以恢复出没有经过低、降速带衰减的地震信号，该地震信号无疑有更高的频率和信噪比，以此恢复后的地震信号进行地震信号处理可提高地震信号的分辨率，为岩性地震勘探油气提供有利工具。

Claims (1)

1、一种利用垂直地震剖面和微测井进行地震信号补偿方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1：钻VSP微测井单深井和微测井，通过地震震源在地表激发，在VSP微测井或微测井深度分别为d₁米、d₂米、.......、d_N米处获得地震接收信号，其中，N为整数，N≥3，对地震信号按照下行波、上行波、PS波等进行划分，假设x_i(t)表示下行波在深度为d_i米时所接收到的地震信号的振幅，其中，i＝1、2、....、N，此时，x_i(t)即为该深度时所接收到的直达波，x_N(t)表示下行波在低、降速带以下、深度为d_N米时所接收到的高速层地震信号的振幅；

步骤2：用垂直地震剖面方法分离掉高速层中x_i(t)的虚反射波，用高速层的速度将...、x_n-2(t)、x_n-1(t)、x_n+1(t)、x_n+2(t)、...静校正到与x_n(t)地震记录相同，然后将...、x_n-2(t)、x_n-1(t)、x_n(t)、x_n+1(t)、x_n+2(t)、...叠加提高直达波x_n(t)的信噪比，此处对井中地震记录进行静校正是指将x₀(t)与x_N(t)之间的初至时间差去掉；

步骤3：利用VSP微测井单深井和微测井初至波信号，建立井中微测井地震在近地表传播的数学物理方程，分别计算出不同地段和构造复杂地段的补偿滤波器函数；

把近地表低、降速带看成一个信号传输系统，信号从深度d_i米处传输到深度d_j处，其系统函数记为h_j(t)(j＝1、2、....、N)，则系统函数h_j(t)也表示地震信号从深度d_i米到d_j米处的衰减程度；那么，对于深度为d_j米处所接收到的信号x_j(t)可表示为：

x_j(t)＝x_i(t)*h_j(t)i＝1，.......，N j＝1，.......，N i≠j    (1)

对(1)式进行傅氏变换有：X_j(f)＝X_i(f)×H_j(f)                  (2)

对于系统函数的逆算子 $G_j=H_j^{-1}=\left\{g_i\left(t\right)\right\},$ 称为补偿滤波器函数，该参数可用于补偿信号的衰减，有：x_i(t)＝x_j(t)*g_j(t)                                  (3)

对(3)式进行傅氏变换有：X_i(f)＝X_j(f)G_j(f)                    (4)

因此，可得： $g_j\left(t\right)=x_i\left(t\right)*x_j^{-1}\left(t\right)---\left(5\right)$

$G_j\left(f\right)=X_i\left(f\right)X_j^{-1}\left(f\right)---\left(6\right)$

步骤4：根据不同地段和构造复杂地段的补偿滤波器函数，利用折射法、井外推法、综合法、内插法等获得整个观察区域的地震信号补偿滤波器函数；

步骤5：用补偿滤波器函数和微测井周围的地面地震记录作叠积运算补偿地震信号，所采用的地面地震记录可以是地面检波点地震记录、检波点地震记录静校正结果、地震水平叠加后的地震剖面记录、微测井获得的近地表垂直地震记录之一；

y_j(t)＝w_j(t)*g_j(t)                                          (7)

Y_j(f)＝W_j(f)G_j(f)                                           (8)

其中，w_j(t)、W_j(f)分别是地面地震记录的时域和频域信号，y_j(f)、Y_j(f)为近地表衰减的地震波经过补偿后获得的时域和频域信号；

步骤6：对求得的地震记录进行信号处理及解释。

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