钻孔地震

发布网友 发布时间：2022-05-16 19:51

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热心网友 时间：2024-03-01 05:23

钻孔地震根据场地勘查需求在储存场地钻孔内布置检波阵列，在场地表面或井中布置激发阵列，按照预定的参数激发地震波，采集经由地下地层传播后到达检波阵列的地震波场信号，根据原始资料处理结果，确定储存场地预定深度内的地质和地层结构、构造情况，特别是储、盖层组合的物性描述（包括沉积环境、岩性、厚度和分布范围等几何尺度、平均孔隙度等参数）和断裂发育情况（Daley et al..2008, Freifelda et al.,2009）。

钻孔地震方法包括VSP、CT等方法，需要钻至或钻透目的层位的一个或多个钻孔。与地面地震比较，由于激发的地震波到达检波器时至少少了一次浅部低速层对高频能量的吸收作用，钻孔地震采集信号的频率较高，故而钻孔地震的分辨率较高。钻孔地震数据覆盖的范围仅限于钻孔周围或钻孔之间。钻孔地震一般作为常规地震的辅助手段。

不同钻孔地震方法的采集设备可以互用，数据采集方法也存在相似之处，因此多种钻孔地震方法同时采用时，需要考虑如何进行钻孔地震方法的组合，利用彼此可以互相借用的特点节省资源和经费。另外，钻孔地震数据采集时，对其他方法工作也有一定的影响，实际的勘查方案设计时，还需要考虑钻孔地震方法与其他类方法的组合方式。以下针对两类典型的钻孔地震方法（VSP、CT），围绕数据采集、处理和解释三部分内容，阐述其技术方法要点和相关问题。

（一）垂直地震剖面（VSP）

垂直地震剖面（VSP）观测至少要求一个穿透目的层位或钻至目的层位附近的钻孔，在钻孔内分别布置多级检波阵列，在地表或相邻的钻孔内设计震源位置，按照预定的参数激发地震波，采集经由地下地层传播的地震波场信号，处理包含上、下行地震波场信息的原始资料，得到目的勘探层段的地震波场成像剖面，据此推断储存场地目的层段的地质和地层结构、构造情况，特别是储、盖层组合的物性描述和断裂发育情况（Daley et al.，2005;Daley et al.，2007）。

根据勘查需求，数据采集可以选择零偏移VSP、非零偏移VSP、Walkaway VSP、3D VSP和井间VSP等多种观测系统或这些观测系统的组合。

VSP观测一般采用炸药、可控震源、电火花或轨道振动震源，激发纵、横地震波。检波器采用多级单分量或多分量水中检波器。震源置于地表或激发孔内，检波阵列置于观测孔内，震源和检波阵列通过电缆与地面接收和激发装置相连，震源和检波阵列可以在各自孔内或地表移动。

正式观测前首先根据已知地质资料建立监测区域的初始模型，利用射线追踪方法进行数值模拟，初步确定与勘查要求（成像范围、覆盖次数等参数）相匹配的采集参数；然后通过现场试验确定观测系统及组合方式，震源数目、震源类型、震源位置、震源间距、激发能量、频率范围和叠加次数，检波器级数、检波点距、采样长度、采样间隔，采集周期以及震源和检波阵列的移动方式等参数，分析采集噪声来源和提出抑噪措施，考察每个检波器拾取波列的信噪比和信号可靠性。正式数据采集时利用试验取得的参数采集地震波信号，针对每个检波点考察垂复采集信号的首波到达时间、振幅和频率以及信号的可重复性，识别勘查目标区域对应的波场特征。

VSP数据处理一般包括编辑、振幅恢复、波场分离、初至拾取、速度分析、衰减系数计算和成像等常规处理以及与常规地震类似的反演、属性分析等后续处理过程。VSP数据处理对象分为两类：零偏移距和非零偏移距VSP数据。零偏移距VSP数据处理内容如下：

1）原始记录解编及显示，剔除不正常道；

2）初至波和监控子波的频谱分析，子波整形处理；

3）初至时间拾取（S波应先进行水平分量矢量合成）；

4）绘制平均速度和层速度曲线、时深转换曲线；

5）选择合适的反褶积参数，对上行波进行反褶积；

6）上行波和下行波分离；

7）走廊切除，尽量做到深浅层叠加次数一致；

8）走廊叠加.不同滤波档的VSPLOG显示；

9）成果显示：要求有效波清晰，干扰背景弱。图头内容包括：队号、施工井号、施工日期。震点号、井源距、观测井段、炮井深度、子波检波器深度、处理流程、处理单位、处理日期。

非零偏移距VSP数据处理（陈沅忠等，2011）的内容如下：

1）原始记录解编及显示，剔除不正常道；

2）设计井旁地层速度模型；

3）三分量记录合成，上行波与下行波分离，上行P波与上行P-SV波分离；

4）选择合适的反褶积参数，对上行波进行反褶积；

5）利用P波和P-SV波初至准确计算，分别对P波、SV波记录进行动校正；

6）偏移叠加（或CDP转换叠加），要求保持振幅处理，主要层位时间和振幅特征与井旁地震剖面一致，比例尺选择按用户要求而定，至少有一张与井旁地震剖面相同；

7）成果显示要求、图头内容同零偏移距VSP数据处理。

VSP资料解释的对象包括走廊叠加剖面，非零偏成像剖面、过井地震剖面、钻孔－测井资料以及地质背景资料等。主要解释手段包括地层对比、构造解释、地震波场分析、储盖层属性预测等。VSP资料解释的工作思路与主要方法与常规地震基本一致，其主要内容一般包括：

1)VSP剖面与地面地震剖面、地质剖面的对比，确定主要反射层的地质层位，对层误差估计，确定多次波成分以及产生的层位、传播路径；

2）速度分析，以列表或图形的方式表示出平均速度、层速度、时深曲线等资料。对比它们与本井地质剖面的关系，综合分析它与邻井及全区速度横向变化的关系；

3）在钻井过程中，用VSP资料对钻头以下勘探目的层进行深度预测，并应迅速提出钻井的修正意见；

4）进行地震波场分析，分辨各种类型的波，研究波的衰减规律和它与地层岩性的关系，对纵横波VSP资料进行综合解释，研究泊松比以及与岩性有关的其他地震信息；

5）研究井旁构造形态的变化以及岩性的变化，与地面地震剖面认真对比，提出对原地面地震剖面解释的修改意见；

6）对其他特殊地质任务的解释研究。

（二）跨孔地震层析成像

跨孔地震层析成像（CT）要求至少两个穿透目的层位或钻至目的层位附近的钻孔，在两个钻孔内分别布置震源和检波装置，按照预定的采集参数激发地震波，采集经由目的层位传播的地震波场信号，根据提取的首波到达时间或振幅等参数反演目的层段的速度、衰减系数等波场参数空间变化，据此推断储存场地目的层段的地质和地层结构、构造情况，特别是储、盖层组合的物性描述和断裂发育情况。

跨孔地震层析成像的震源置于激发孔内，检波阵列置于另外一个钻孔内，震源和检波阵列通过电缆与地面接收和激发装置相连，震源和检波阵列按照勘查需求在各自孔内上下移动，震源间隔、检波阵列中的检波器数量和检波点距等参数由勘查目标确定。跨孔地震层析成像区域一般应略大于勘查需要的目的区域。时移跨孔地震监测一般采用电火花或轨道振动震源，激发纵、横地震波。检波器采用多级单分量或多分量水中检波器。

正式观测前首先通过试验以及勘查要求确定震源间距、激发能量、频率范围、叠加次数、检波点距、采样长度、采样间隔、采集周期以及震源和检波阵列的移动方式等参数，分析采集噪声来源和提出抑噪措施，考察每个检波器拾取波列的信噪比和信号可靠性。正式数据采集利用初始测试取得的参数重复采集地震波信号，针对每个检波点考察重复采集信号的首波时差以及信号的可重复性，确定信号的首波时差的误差范围。

跨孔地震层析成像数据处理一般包括预处理和参数反演。预处理包括编辑、滤波、射线角度约束、井斜校正和静校正等处理。参数反演包括走时或振幅拾取、建立初始模型、正演计算走时或振幅、利用理论计算与拾取走时或振幅差异求解模型修正量、模型修正平滑。根据理论计算与拾取残差决定正演到模型修正迭代计算是否终止。

参数反演模型初始模型一般采用离散化参数模型；正演计算可采用射线追踪法和波动方程求解法；修正量计算的Jacobi方程求解一般采用LSQR等方法（赵广茂等，2011；赵连锋，2002）。

跨孔地震层析成像资料解释的对象包括速度成像剖面、品质因子成像剖面、过井地震剖面、钻孔测井资料以及地质背景资料等。主要解释手段包括地层对比、构造解释、储盖层属性预测等。跨孔地震层析成像资料解释的主要内容一般包括：

1）研究地震波的纵横波速度、衰减规律及其与地层岩性的关系，井间地层岩性的空间变化；

2）研究井间地层结构、构造形态变化。