井下三分量地震記錄矢量合成

李迎秋，劉永華，王素莉

1.防災(zāi)科技學(xué)院，河北 三河 065201

2.長安大學(xué)物探學(xué)院，陜西 西安 710061

0 引言

利用VSP可以深入了解地震子波傳播的某些基本特性，幫助了解反射和透射過程，從而反過來又可改善地表地震資料關(guān)于構(gòu)造、地層和巖性的解釋。VSP資料的處理也成為一個很重要的研究對象。實際工作中經(jīng)常用到的是三分量檢波器，其中90°三分量檢波器的測量結(jié)果比較直觀，易于理解，解釋方便，但是，推靠器推靠到井壁上的合力通常沿X、Y、Z三個正交軸的分量是不相等的，因此三個軸上的換能器與井壁地層耦合的力也是不相等的，這往往使水平換能器獲得的資料產(chǎn)生相移和畸變，儀器結(jié)構(gòu)本身不易使垂直換能器和水平換能器的振幅和相位響應(yīng)調(diào)節(jié)到相同。因此，要想使得所測得的數(shù)據(jù)能夠很好地被我們利用，我們必須對它們進行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換。

1 三分量合成的基本原理

三分量井下檢波器不能定向，在不同井中的不同深度隨機地推靠在不同方位，三個軸上的換能器與井壁地層耦合的力不相等，因此所測得的地震波數(shù)據(jù)和所期望得到的有一定的差距，所以需要對所測得數(shù)據(jù)進行相應(yīng)的轉(zhuǎn)換，判斷出三分量檢波器在不同深度的方向位置和波的偏振方向，也就是三分量VSP資料處理中的水平分量定向。在垂直地震剖面觀測中，只觀測單分量（通常是垂直分量）的VSP記錄能解決很多的地質(zhì)問題，但是當(dāng)?shù)刭|(zhì)構(gòu)造復(fù)雜或者當(dāng)采集資料的幾何布置不滿足處理的假設(shè)前提時，單分量VSP記錄的能量就會受到限制，特別是如果不只希望利用壓縮波，還希望利用切變波和轉(zhuǎn)換波等其他類型的波時，更希望由單分量VSP觀測過渡到三分量VSP觀測。但是當(dāng)前所使用的三分量（或三軸）井下檢波器在井下是隨機旋轉(zhuǎn)的，檢波器在井中不同深度隨機地推靠于不同方位，并且我們無法從儀器上知道記錄是不是檢波器軸的取向。因此，我們需要將所得到的數(shù)據(jù)進行合成。

2 三分量合成的基本意義和用途

三分量合成就是將所測得的數(shù)據(jù)進行水平定向。在分量合成過程中，可以將波分離開（實際上是將波的初至分離），由于合成的系數(shù)的原因，就使得一個方向的分量很好，而另一個方向分量就很差，幾乎不可能兩個方向的分量記錄都很好。一般來說，井間地震所測得數(shù)據(jù)中，垂直方向上所測得的數(shù)據(jù)，能量強，信噪比高，所繪制的剖面圖圖形清晰，同相軸明顯，初至起跳也比較明顯，這樣很有利于初至的精確拾取。

進行分量合成以后的數(shù)據(jù)基本上將各種波分離開，這樣有利于進行資料的解釋，并且可以實現(xiàn)測井曲線的深-時轉(zhuǎn)換。當(dāng)然，三分量合成后所得到的數(shù)據(jù)不一定就能夠完全將不同的波分離開來，并且絕大多數(shù)情況下都不能將其完全分開，這也是三分量合成的一個難題，有待于進一步的研究探討。

3 90°三分量合成的過程和轉(zhuǎn)換的具體方法

90°三分量合成過程：檢波器的水平軸向隨深度隨機變化，但是第一個P波的水平投影Hp大致不變。觀測的水平分量（x和y）轉(zhuǎn)換到以Hp 為參考的一致坐標(biāo)系（和）。直達P波的偏振角是水平分量定向處理中需主要確定的量。

根據(jù)程序設(shè)計的結(jié)構(gòu)選擇是進行水平分量合成還是進行垂直分量合成，如果是水平分量合成則利用水平分量合成的計算公式，否則利用垂直分量的計算公式進行合成。

利用測得的數(shù)據(jù)繪制出的剖面圖比較亂，圖形不干凈，有很多干擾，而且初至很不明顯，同相軸也不理想，對于地層和巖性的解釋有一定的困難。不容易拾取初至，這對解釋來說是一項很大的障礙，說明檢波器所接收到的波比較混亂。

水平分量合成后的數(shù)據(jù)繪制的剖面圖。從其中一張圖可以看出幾乎地震記錄的每一道的初至波的起跳都比較明顯，同相軸也很清晰，對于劃分地層很有利，根據(jù)深度和所拾取的初至?xí)r間可以確定地層層速度，進一步就可以確定巖性。說明水平分量合成后，射線平面內(nèi)的波比較集中，從而可以得到和Z分量剖面圖相似的圖形，另一種情況的合成圖效果很不好，這是與實際情況相符合，Hp波在是在射線平面內(nèi)的，而Sh波則是與射線平面相垂直的波，這一方向的波在實際中就要比射線平面內(nèi)的波信號差。檢波器接收信號時，會對射線平面內(nèi)的波比較敏感，由于該方向的信號比較強，并且受介質(zhì)影響衰減比較小，而另一個方向恰好相反，所以接收到的信號不好。另一方面的原因是，在進行三分量合成時，對不同方向的分量所用的系數(shù)是不一樣的。從同相軸上可以看出記錄合成后能量比較集中，說明反射很強烈，利用一般的地震理論，就可以確定出層速度了。這對于分析有利油氣儲層很有用處，根據(jù)相關(guān)信息，可以分析出地層裂縫和斷層。

三分量檢波器所測的三分量數(shù)據(jù)中垂直分量上的記錄數(shù)據(jù)的效果最好，有利于初至的拾取，基本上可以利用該記錄確定地層的層速度信息和巖性信息。一般情況下，人們所利用的VSP信息，就是我們現(xiàn)在所說的垂直分量。投影在水平方向的分量記錄所繪制的剖面圖，所以圖形的效果會不好是有可能的。分量合成所生成的兩個分量一個是P波偏振方向的分量，另一個是與P波偏振方向垂直的分量。

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[3]譚浩強，田淑清編著.FORTRAN語言 FORTRAN77結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計[M].1版.清華大學(xué)出版社，1990，3.

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