专题之RVSP处理

RVSP处理过程中国海洋大学随钻地震信号处理技术项目组2010年5月4.6.7.1初至拾取及层速度计算4.6.7.1.1初至拾取•所谓的初至拾取就是指确定随钻地震RVSP上每一道不同深度震源激发产生的初至直达波的到达时间。精确拾取的初至时间在这里主要用于：•⑴建立可靠的时—深关系；•⑵为排齐，提取子波波形等后面的处理提供可靠的参数；•⑶以较高的精度计算层速度；•⑷为非零井源距资料处理提供依据。•初至拾取是一项很重高的基础性处理。处理是否成功关键在于“精确”。影响初至拾取精度的来源主要分为两类：①误差的第一个来源是确定时间起点（即通常爆炸信号所指示的时间）不准引起的；②误差的第二个来源可能是相邻界面的反射引起的拾取不准确。•另外在随钻地震中，井场强背景噪声与钻柱相应的影响也是导致初至拾取时间不准的一个重要原因。图4-6-40RVSP记录初至拾取•常规地震勘探中，我们已经知道，层速度和反射系数一样也是岩性勘探的一个重要参数。反射系数包含层速度信息，反射系数与岩性相联系间接地也反映两相邻岩层的层速度差与岩性的关系。但是层速度本身也可单独的、直接的用于研究地层岩性。•利用层速度参数研究地层岩性的主要困难在于提取层速度的精度。一般来说，从地震记录提取层速度有两种途径：一个是运动学的途径，即先拾取地震波的波至时间，再由波至时间之差计算平均速度（或均方根速度），最后由平均速度之差计算层速度；二是动力学的途径，即先做振幅处理，再由反射波振幅通过反演求的反射系数，进一步求出波阻抗，最后在已知地层密度的条件下由波阻抗求出层速度。4.6.7.1.2层速度计算•由于第二种途径求层速度，影响地震波振幅的因素众多，又需要提前知道地层密度，处理的过程比较复杂，所以我们一般采用第一种途径求取层速度。•在随钻地震采集中，钻头震源位于井中，假设它的钻进速度不变，又有前面所讲，钻井的进尺与地层传播速度相比小的多，可以忽略不计，所以认为检波器记录期间的钻头深度不变。位于地表的检波器记录的每道记录上，观察由不同深度的震源到达同一个检波器的地震波旅行时间之差，由此计算层速度。•根据对射线路径的不同假设，计算层速度有不同的公式：•(Ⅰ)假设地下地层是水平的，并且从井中钻头震源到地表检波器传播的射线路径是垂直的，由此可以直接由旅行时之差计算层速度，即1tvz•(Ⅱ)假设地面检波器偏离井口，从井中钻头震源到地表检波器地震波传播的射线路径是倾斜的直射线（这里不考虑射线的弯曲或折射），于是必须做一次倾斜校正，即•(Ⅲ)假设地面检波器偏离井口，地下地层为水平层状的，并考虑射线在反射界面上按斯奈尔定律发生的折射，导出沿射线路径旅行时的积分表达式•利用上述方法计算层速度主要误差来源包括：1），井下震源即钻头深度测定引起的误差；2），直达波初至旅行时拾取引起的误差；3），与地震波的传播效应有关的其他误差类型。coszvt1/222201()1()()()HHdTdzTHvzvHdzvz4.6.7.3波场分离随钻地震波场分离主要是信噪分离，即剔除干扰波，提取有效波。而随钻地震RVSP波场分离不是信噪分离，它主要是分离钻头直达波和钻头反射波。随钻地震RVSP资料中除包括需要的由井下震源产生的地震波经地层界面反射后到达地表检波器的一次有效反射波外，还包括多次波和震源产生的地震波直接穿透地层传播到检波器的直达波。由于随钻地震采用井下钻头冲击地层破岩产生的振动作为震源信号，在记录期间钻头是在不断的持续产生振动，这就导致了直达波的延续时间比较长，甚至导致一部分有效反射波被掩盖在能量很强的直达波之中，无法进行处理。如果采用直接切除直达波的方法，不仅仅是切除了直达波，还切除了被直达波掩盖下的部分有效的反射波。因此，需要寻找一种方法能够有效的波场分离方法，既能有效的消除能量强，记录时间延续长的直达波，又能压制多次波，分离出一次反射波。分离VSP记录中的上行波和下行波主要是依据两者的视速度不同来实现的。在VSP记录中，下行波随着记录深度增加，旅行时增加，视速度为正号；上行波随着记录的深度增加，旅行时减少，时速度为负号。同理，分离随钻地震RVSP资料中直达波、一次反射波和多次反射波也可以利用其视速度不同来实现。在这里，钻头震源激发后往上传播首先经上部地层界面反射后再到达检波器的多次波和直达波随着震源深度的增加，旅行时增加，视速度为正号；有效反射波和钻头震源激发后往下传播首先经底部地层界面反射的多次波随着震源深度的增加，旅行时减少，视速度为负号。进行随钻地震RVSP波场分离的主要方法有：F-K滤波、多道速度滤波、中值滤波等等。对这些方法进行了大量的理论分析与模拟数据试验之后，发现并中值滤波方法是取得了较好的波场分离效果。中值滤波用于随钻地震RVSP波场分离直达波、一次有效反射波的过程表示如下：第一步，将随钻地震RVSP数据（图4-6-43（a））按照使钻头直达波初至时间校正到相等的原则进行时移，使直达波沿水平方向排齐（图4-6-43（b））。图中向下的实线为直达波，粗线表示能量强，向上的虚线表示有效反射波，点线表示能量较弱；第二步，对图4-6-43（b）沿固定时间线，亦即沿水平方向做中值滤波，得到图4-6-43（c）。这时水平排齐的直达波得到增强，用水平的粗线表示，倾斜穿过的有效反射波大大减弱，用向上的点线表示；第三步，将中值滤波的结果（图4-6-43（c））按原来的时移时间反向时移，得到图4-6-43（d）；第四步，从随钻地震RVSP数据图4-6-43（a）中减去主要是钻头直达波的图4-6-43（d），可以得到图4-6-43(e)，它表示已经与钻头直达波分离的有效反射波波场。在分离钻头直达波和有效反射波的同时，一部分多次波也会得到分离。由钻头震源激发后往上传播首先经上部地层界面反射后再到达检波器的多次波会和钻头直达波一起被分离出来，留下有效反射波和钻头震源激发后往下传播首先经底部地层界面反射的多次波。采用中值滤波地方法分离随钻地震RVSP资料中的直达波和反射波，为了使其更加有效，分离更加彻底，需要注意以下几项参数的选择：1），中值滤波时窗长度的选择，也就是跨度的选择，这不仅影响到效率的问题（跨度选择过宽会导致效率急剧下降，工作量主要浪费在数据重排上），还影响到波场分离的效果；2），初至时间必须仔细的测定，这影响到排齐，如果对这种没有很好排齐的资料做中值滤波，可能会产生很严重的噪声；3），中值滤波后仍要做带通滤波，数据经过中值滤波后其输出在随机的位置上仍会出现小振幅的须状峰值，使中值滤波具有某些锯齿状的外貌，为了消除这些噪声，在中值滤波后仍要做带通滤波。图4-6-43中值滤波用于SWD—RVSP波场分离的处理过程图4-6-44波场分离后的有效反射波4.6.7.4反褶积反褶积无论在常规地面地震还是VSP、RVSP处理中都是非常重要的一步，同样，在随钻地震RVSP处理中，反褶积也是必不可少的。反褶积应用于随钻地震RVSP资料处理中，主要内容有：⑴利用钻头直达波，计算反褶积因子，对钻头直达波做反褶积；⑵利用钻头直达波提取的反褶积因子，对经过波场分离后的有效反射波做反褶积，压缩相位，压制剩余的多次波。在常规地面地震反褶积处理中，因为地震子波未知，所以通常利用统计的方法对子波做估计，进行估计性反褶积。多道统计子波反褶积是在地震资料处理中广泛应用的一种估计行反褶积，但是该方法估计的精度主要取决于假设条件和噪声水平，因而效果往往不够理想。而随钻地震的钻头直达波能量相对较强，可以估计到比较理想的子波。实际上，利用随钻地震资料中的直达波提取子波也是比较困难的，其主要困难在于受到每个相继地层对能量的混响以及多次波的影响。也就是说，直达波既不是一个脉冲，也不是一个简单的子波，而是一个有着很长尾巴的复杂波列。为了衰减跟在上行直达波后面的尾巴，得到经过压缩的新的子波脉冲，从而较好的估计子波，一般需要首先计算自相关，然后作预测反褶积。利用直达波提取的反褶积算子，除了对随钻地震RVSP资料中的有效反射波作反褶积，减少反射波相位，提高随钻地震资料的分辨率外，还可以对常规地震记录做反褶积以消除地面记录中的混响问题。需要注意的是，当求出的算子用于随钻地震RVSP有效反射波作反褶积时，考虑到波列随深度的变化而变化，希望每道都用本道求出的反褶积算子作反褶积，因此每一道都应该被选择求取算子；当求出的算子用于地面地震资料的反褶积，考虑到直达波随深度变化，希望只用统一的反褶积算子，因此，常选取较好的一段相加，利用求和道计算反褶积算子。图4-6-45反褶积后的有效反射波4.6.7.5走廊叠加为了进一步增强一次反射波，压制多次波，提高信噪比，并且为了随钻地震RVSP资料更好的与井旁地面地震剖面对比，需要进行限制的垂直求和处理，也就是走廊叠加。走廊叠加的处理过程就是在随钻RVSP资料经过波场分离和反褶积之后的反射波做静态时移，然后在靠近初至线附近选取一定宽度的走廊带进行叠加，从而进一步压制多次波并提高信噪比。走廊叠加的输出是单道资料，可以将其复制数道插入到井旁地面地震剖面中进行直观的对比。走廊叠加一般应用于零偏移距资料中进行地层层位的标定。当工区构造复杂特别是地层倾角较大或者存在偏移距的时候，应该先进行倾角时差校正和消除偏移距影响处理。图4-6-46走廊叠加输出的记录图4-6-47走廊叠加记录与过井地震剖面的对比4.6.7.6随钻地震CDP转换与叠加在随钻地震数据采集中，观测系统的设定可以借鉴逆VSP的观测系统，按照钻头所在井与地表检波器的水平距离可以分为：偏移距观测系统和零偏移距观测系统。随钻地震方法施工时井场噪声干扰非常强，会导致相对较弱的有效信号完全淹没在背景噪声中，信噪比很低，所以在随钻地震数据采集中，基本不会采用零偏移距观测系统。因此，随钻地震数据采集通常采用偏移距观测系统（图4-6-48）。从井口往外延伸一定的距离放置检波器排列接收地震信号，属于二维观测。偏移距观测不仅能够降低检波器记录时受到的井场附近强噪声干扰，而且最大偏移距还决定了能观测到的地下反射点离井的最大距离，有利于对远离井的地下地层内部构造进行成像，拓宽了研究区域。但偏移距随钻地震也涉及到了几个比较复杂的问题：1）反射点的位置不好确定，它随钻头深度和检波器位置变化而改变；2）速度在横向上的变化。都会引起处理时的不准确。图4-6-48随钻地震非零井源距观测系统图4-6-49导出常速水平地层随钻地震CDP转换公式的几何图形为了消除偏移距的影响和减少多解性，需要对偏移距随钻地震RVSP资料做CDP转换，将每一个样值校正到与其对应的反射点位置，即将每个检波器道集每个记录时间的样值从深度—时间坐标的空间变换到反射点偏移距—双程垂直时间的空间。设考虑的是常速地层，根据图4-6-49的几何关系可推算出(4-6-94)AzAxxzAyxtVAzxtVG2)(,)(21,,102022220式中，V为水平地层的平均速度；为从震源到检波器的直达旅行时；为反射波旅行时；为检波器偏移距；z为震源深度；A为反射界面深度的两倍减去；为反射点坐标。Gt21ttt0xyzyx,由式(4-6-94)可得，平均速度可由直达波旅行时计算得到；反射点位置是速度V、震源深度Z、和检波器偏移距的函数。公式(4-6-94)就是常速水平地层情况下一个点的样值从空间转换到空间的转换公式。V0x),(tzyx,如果深度y改用双程垂直时间代替，则有：(4-6-95)这时，空间的点将转换到空间。TVzAVyT）（2),(tzTx,图4-6-50速度随深度变化的连续介质中导出CDP转换公式的几何图形如果考虑速度随深度线性增加的连续介质：(4-6-96)式中为地面附近的速度，为速度随深度的相对变化率，即速度随深度的变化与之比。通过分析图4-6-50的几何关系可以知道，对于从震源S传播至检波器以角度入射的任意一条射线，通过与直线交点的横坐标我们可以得到该射线所对应的地下反射点的横坐标为，由已知的速