斜井三維VSP動(dòng)校疊加處理方法

蘇媛媛,李錄明,趙俊省,斯興焱

(“油氣藏地質(zhì)及開(kāi)發(fā)工程”國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 成都理工大學(xué),地球探測(cè)與信息技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,四川成都 610059)

0 前言

與地面地震勘探相比,VSP測(cè)量是在井中進(jìn)行的,由于接收裝置能更接近目的層,因此VSP勘探在井旁一定范圍內(nèi),有更高的分辨率。但是VSP觀測(cè)系統(tǒng)有別于地面地震,特別是在斜井勘探時(shí),三維VSP很多處理都有自己的特殊性。對(duì)于斜井三維VSP資料處理,首先必須計(jì)算出精確的反射點(diǎn)位置,抽出反射點(diǎn)道集,進(jìn)行動(dòng)校正,然后才能完成目的層段疊加成像。

在非零VSP抽出共反射點(diǎn)道集時(shí),與常規(guī)地面地震抽出共反射點(diǎn)道集不同。由于VSP射線路徑是不對(duì)稱的,所以即使是界面水平的情況下,反射點(diǎn)的位置也不能利用炮點(diǎn)與接收點(diǎn)的中點(diǎn)位置來(lái)確定,而且反射點(diǎn)的位置隨深度變化。另外,常規(guī)的VSP～CDP變換沒(méi)有考慮到波的折射傳播因素,動(dòng)校歸位的處理效果不太理想,為此,作者在本文中研究了等效連續(xù)速度模型折射線算法來(lái)計(jì)算反射點(diǎn)位置,在動(dòng)校正時(shí)也考慮到波的折射傳播因素,實(shí)現(xiàn)了較高精度的反射點(diǎn)位置計(jì)算及動(dòng)校正,

1 反射點(diǎn)位置計(jì)算及道集抽取的方法原理

目前在斜井VSP資料中,所要探測(cè)的目標(biāo)有一定的深度范圍,在目標(biāo)深度已知的情況下,就可以計(jì)算出反射點(diǎn)的位置,進(jìn)行共反射點(diǎn)道集的抽取。作者在文中把目的層上覆地層,等效成速度隨深度變化的連續(xù)介質(zhì)模型,此方法考慮了波的折射傳播因素,反射點(diǎn)的位置計(jì)算相對(duì)比較準(zhǔn)確。連續(xù)速度模型可以把速度描述為深度的連續(xù)函數(shù),在VSP反射點(diǎn)求取中,首先利用下行波初至?xí)r間,將速度描述成線性函數(shù)的形式。在參考文獻(xiàn)[2]后,具體計(jì)算的方法描述如下。

對(duì)某一特定深度,等效速度函數(shù)采用深度的線性函數(shù)形式,即式中 vz為任意深度的等效速度;v0為地表初始速度;β為速度變化梯度。

設(shè)零井源距VSP初至?xí)r間為t0,非零井源距VSP初至?xí)r間為t1,深度為z,則可用式(2)求取速度參數(shù)。

其中 x為井源距。

進(jìn)一步化簡(jiǎn)可得式(4)。

由于式(4)中只含有未知數(shù)β,作者在本文采用連分式法,來(lái)求解此非線性方程的一個(gè)實(shí)根。在求解的過(guò)程中,要注意初值的選擇。將求得的β代入式(2)可求得v0,再將v0、β代入式(3),即可求得任意深度的等效速度vz。在求得β后,便可根據(jù)射線方程及反射點(diǎn)、炮點(diǎn)、接收點(diǎn)的幾何關(guān)系,來(lái)求目的層的反射點(diǎn)位置。

先考慮反射點(diǎn)在x軸上位置的確定,通過(guò)分析圖1的幾何關(guān)系可以知道,對(duì)于從震源O以α0出射的任意一條射線,它與直線z=z0交點(diǎn)的橫坐標(biāo)x1與該射線對(duì)應(yīng)的反射點(diǎn)橫坐標(biāo)xR的關(guān)系是

其中 x0為井源距。

我們已知射線方程[1]為(該射線方程的原點(diǎn)位于震源O處):程式(6),分別求得所對(duì)應(yīng)的x1和xR為:

圖1 連續(xù)介質(zhì)中,震源點(diǎn)O與接收點(diǎn)G及反射點(diǎn)的幾何關(guān)系示意圖Fig.1 The schematic diagram of geometric relationship of shotpointO,receive point G and reflection point in continuous medium

由于射線表示的是圓的一部份,考慮到射線的特性,注意式(7)和式(8)中開(kāi)方式前需選擇負(fù)號(hào)。將式(7)和式(8)代入式(5)中,可得:

式中 x0、z0、zR均為已知,β也已經(jīng)在上面求得,所以由式(9)可求得α0。作者在本文采用蒙特卡洛法來(lái)求解此非線性方程的一個(gè)實(shí)根,在求解的過(guò)程當(dāng)中,也要注意初值等參數(shù)的選擇。將求得的α0代入式(8),即可求得xR的值,x0-xR即為目的層反射點(diǎn)在x軸上偏離井口的距離。同理也可計(jì)算出反射點(diǎn)在y軸上偏離井口的距離。

在三維地震記錄中,運(yùn)用此方法分別計(jì)算出x和y方向上反射點(diǎn)偏離井口的位置,然后在確定的反射點(diǎn)面元內(nèi)抽出諸多炮檢對(duì),進(jìn)行重排。上述方法也適合于斜井三維VSP抽道,此時(shí)的x0是炮點(diǎn)偏離檢波點(diǎn)在x軸上的水平距離,相對(duì)于不同深度的檢波點(diǎn),偏移距的值不同,可以利用已知的炮點(diǎn)和檢波點(diǎn)的坐標(biāo)來(lái)求出。

2 對(duì)CMP道集進(jìn)行動(dòng)校正的方法原理

在已知偏移距x、檢波器深度d、各深度點(diǎn)的平均速度V和反射波接收時(shí)間tvsp時(shí),對(duì)VSP的CMP的道集進(jìn)行動(dòng)校正的方法如下頁(yè)圖2所示[5]。

在圖2中

將檢波器深度z0及目的層深度zR代入射線方

圖2 VSP動(dòng)校原理圖Fig.2 The schematic diagram of VSP-NMO principle

式中 To,r為反射界面處的雙程垂直旅行時(shí);tr相當(dāng)于水平地震剖面中反射波到達(dá)地面的時(shí)間;V(To,r)為界面處的平均速度。

將式(11),式(12)代入(10),變形得:

又由于

可求出

將式(15)代入式(13)可得同理可得

其中 td為沿射線l傳播的雙程時(shí)間。

于是可得:

利用式(18)可得

分析式(20),V(To,r)可在確定了To,r后給出,于是未知的只有To,r,而To,r的確定可以用掃描的辦法來(lái)進(jìn)行。對(duì)于每道記錄中有反射波出現(xiàn)的采樣點(diǎn)上,一次給定一個(gè)時(shí)間值計(jì)算出相應(yīng)的并與實(shí)際的tvsp比較大小,計(jì)算差值,對(duì)一組連續(xù)遞增的實(shí)驗(yàn)時(shí)間計(jì)算后比較其差值,差值最小的所對(duì)應(yīng)的即為所要求的反射點(diǎn)雙程旅行時(shí)。這也就完成了由反射波到達(dá)時(shí)間tvsp到反射點(diǎn)雙程旅行時(shí)T的轉(zhuǎn)換,即動(dòng)校正。對(duì)一個(gè)CDP道集進(jìn)行轉(zhuǎn)化后,便可得到一個(gè)點(diǎn)的動(dòng)校道集。同樣,若要運(yùn)用在斜井記錄中,只需將偏移距x改為炮點(diǎn)偏離檢波點(diǎn)的水平距離即可。

3 疊加處理

經(jīng)過(guò)動(dòng)校正后的共反射點(diǎn)道集,各道時(shí)間已經(jīng)換算為從一個(gè)統(tǒng)一基準(zhǔn)面計(jì)算的雙程旅行時(shí),可以進(jìn)行疊加處理。疊加處理的方法很多,常規(guī)疊加是地震處理工作中最常用的一種方法,其疊加公式為

式中 y(j)為疊加結(jié)果(疊加道上第j個(gè)樣值);gi(j)是疊加輸入道集中第i道第j個(gè)樣值;j為采樣點(diǎn)序號(hào);i為共深度點(diǎn)道集中記錄序號(hào);n為道集中的道數(shù),在VSP疊加中,每個(gè)共深度點(diǎn)道集中的n是不同的,進(jìn)行的是變疊加次數(shù)的疊加處理;L為每道的采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)。

每個(gè)共反射點(diǎn)道集輸出一個(gè)疊加道。一條側(cè)線上所有疊加道的集合,組成直觀反映地下構(gòu)造形態(tài),可供解釋使用的常規(guī)水平疊加時(shí)間剖面。

4 理論模型試驗(yàn)

下面對(duì)一個(gè)理論模型記錄進(jìn)行反射點(diǎn)計(jì)算,道集抽取,動(dòng)校和疊加這一系列的處理,用來(lái)檢驗(yàn)此方法的正確性。

在文中,作者選用的模型是射線正演的斜井三維VSP記錄中,一條線上P波的炮集記錄。三維VSP炮點(diǎn)分布如圖3(見(jiàn)下頁(yè)),在xoz剖面上斜井的位置及檢波器的放置如圖4(見(jiàn)下頁(yè))。該模型中共有四個(gè)水平層,各層深度分別為1 300 m、2 800 m、3 000 m、3 300 m,各層的P波層速度分別為2 000 m/s、2 500 m/s、3 000 m/s、3 500 m/s。

井口位置為原點(diǎn),井源距從400 m到1 200 m,炮間距為10 m,依次激發(fā)80炮。從1 589 m到2 075 m,沿井傾斜均勻分布三十個(gè)檢波點(diǎn),目的層深度為3 000 m。由于最淺檢波器的深度比第一個(gè)反射界面要深,所以剖面只顯示出深處反射界面產(chǎn)生的上行波。

圖3 三維炮點(diǎn)分布圖(黑點(diǎn)為井口位置,黑線為文中所選的一條測(cè)線)Fig.3 3D shot point distribution diagram(black points referred aswell location,and black line referred as on measuring line)

圖4 xoz剖面上的斜井分布圖(黑點(diǎn)為檢波器分布位置,粗直線為地層分布情況)Fig.4 Deviated well on xoz section(black points referred as location of geophones,and body straight line referred as formation distribution)

圖5所示的是用射線追蹤方法針對(duì)上述模型正演出的P波上行波記錄。圖5中顯示的是偏移距從590 m到660 m的八炮記錄。

圖5 原始炮集記錄Fig.5 Original CSG records

首先計(jì)算反射點(diǎn)位置,用文中方法計(jì)算出的反射點(diǎn)位置,并與理論上反射點(diǎn)位置進(jìn)行比較,對(duì)其中一炮的誤差進(jìn)行顯示,如圖6所示,誤差控制在1%以下,效果比較好。

在計(jì)算出反射點(diǎn)位置后,按選取的反射點(diǎn)面元大小,對(duì)理論的八十炮記錄進(jìn)行抽道,得到共反射點(diǎn)道集記錄。

圖7是在二個(gè)CMP點(diǎn)上抽出的記錄。

圖6 共反射點(diǎn)位置誤差分析折線Fig.6 Error ratio of the position of reflection spot

運(yùn)用作者在文中提到的方法,對(duì)得到的共反射點(diǎn)道集進(jìn)行動(dòng)校正,對(duì)應(yīng)的動(dòng)校正結(jié)果如下頁(yè)圖8所示。經(jīng)過(guò)與上面抽道結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,同相軸已經(jīng)校正,動(dòng)校效果比較好,最后進(jìn)行疊加,結(jié)果如圖9(見(jiàn)下頁(yè))所示。

5 結(jié)束語(yǔ)

VSP疊加成像技術(shù)雖不是一項(xiàng)嶄新的技術(shù),但在效果上卻始終無(wú)法達(dá)到人們預(yù)期的效果,所以處理方法有待改進(jìn)。作者在本文中,初步探討了斜井VSP目的層疊加成像問(wèn)題,在反射點(diǎn)位置計(jì)算時(shí),考慮到下行波初至?xí)r間這個(gè)參數(shù),計(jì)算量加大,但是精度卻得到提高。動(dòng)校正時(shí),在接收點(diǎn)和反射點(diǎn)處選擇不同的平均速度值,校正效果比較好,這些都為目的層疊加成像的準(zhǔn)確歸位打下了基礎(chǔ),為三維斜井資料處理奠定了基礎(chǔ)。

圖7 共反射點(diǎn)道集Fig.7 Common-reflection point-gather

圖8 動(dòng)校正后道集Fig.8 NMO gather

圖9 疊加剖面Fig.9 Superimposed profile

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