多波多分量地震勘探

p
2

纵、横波射线传播与极化方向示意图
各向同性介质
各向异性介质
（a）PTL介质；（b）EDA介质 横向各向同性介质类型示意图
横波分裂(双折射)
地面记录波场模拟
（a）在各向同性介质中，Y分量只有直达横波和反射横波； （b）在EDA介质中，Y分量有直达横波、直达横波、反射横波、转换横波
多波多分量地震勘探
多波勘探原理及解决地质问题的能力
纵波的传播与岩性和岩石空隙中的流体有关，纵波 异常可能是油气，也可能是岩性的变化。横波传播只与 岩石骨架有关。利用纵、横波联合勘探可减少对油气判 别的多解性。
许多沉积岩具有方位各向异性的性质。当横波穿过 具有各向异性的地层时，横波便分裂成快、慢横波，即 所谓横波双折射（横波分裂）。因此可利用横波分裂现 象研究各向异性和裂缝发育情况及裂隙方向。

(d36

d 45 )
2u x yz

(d55

d13 )
2u x zz
(d34

d36
)
2u y xz
(d44

d
23
)
2u y yz
2d45
2uz yx
给定一双层介质模型，第一层为EDA介质，其中围体的纵、横波速度、密度 分别为4000m/s、2300m/s、2.6 g / cm3的各向同性介质，各向同性围体的背景上存在 裂隙密度为0.2的定向裂隙，地层厚度为300 m；第二层为各向同性介质，介质中 纵、横波速度及密度分别为6000m/s、3400m/s、2.8 。 g / cm3
d16
d
26

d36 0

0
d 66
EDA介质中三维三分量弹性波动方程为：
2ux
t 2

d11
2u x x 2

d16
2u y x 2

d 26
2u y y 2

d55
2u x y 2

d45
2u y z 2

d55
2u x z 2
横波分裂VSP记录模拟
EDA介质中波动理论
在EDA介质中,设裂隙面与垂直裂隙面构成一个三维坐标系，称
为自然坐标系; x表示地震测线方向，y垂直于地震测线，z轴垂直向
下与一致，x，y，z构成一个坐标系，称为观测坐标系。 在自然坐标系中弹性常数矩阵为：
c11 c13 c13 0
0
0
c13 c33 c23
度不同。 ②裂隙密度越大，快、慢横波之间的时差越大，横波分裂程度大；
裂隙密度越小，快、慢横波之间的时差越小，横波分裂程度低。 ③两者不同之处：实验模拟对裂隙密度只能定性描述，数值模拟
对裂隙密度可以定量描述。
纵波方位各向异性 含气裂隙顶面快纵波反射系数
1 多波地震勘探的理论基础 2 多波地震资料采集 3 多波地震勘探资料处理 4 多波地震资料解释和反演
1 多波地震勘探的理论基础 2 多波地震资料采集 3 多波地震勘探资料处理 4 多波地震资料解释和反演
纵波、横波、转换波
由地震波动力学理论可知，地震波在弹性介质中会产 生两种波，一种是在介质中点振动方向与波的传播方向一 致的纵波，另一种是介质中质点振动的方向与波传播的方
向相互垂直的横波，介质中纵、横波传播速度分别为：
观测系统
观测系统设计的主要参数包括最小炮检距、最大炮检距、道间距、 覆盖次数和接收参数等。在资料处理中，缺少小炮检距的资料会降 低速度分析对反射层的分辨率，而缺少大炮检距的资料会降低速度 分析对速度的分辨率，这都不利于确定精确的纵、横波速度，这在 设计观测系统时要加以考虑。
（1）最小炮检距。由于转换波在近炮检距的反射能量较弱，一般 认为偏移距（最小炮检距）应该加大。但是考虑到要接收纵波反射 时，偏移距不宜过大，一般仍采用纵波观测系统所设计的偏移距。
体。
模型2：裂隙介质（EDA）地质模型，地层裂隙密度为0.15，地层厚度
Fra Baidu bibliotek
为500米，快、慢横波速度分别为3000m/s、2500m/s，地层的密度为2.8
。
裂隙密度为0.15，横波记录 裂隙密度为0.10，横波记录
裂隙密度为0.06，横波记录 裂隙密度为0.025，横波记录
由实验模拟和数值模拟可以看出： ①EDA介质存在明显的方位各向异性，不同的方位上横波分裂程

d 45
2u x z 2

d44
2u y z 2
d26
2u y xy

(d12

d
66
)
2ux xy

(d
23

d
44
)
2uz yz
(d36

d
45
)
2uz xz
2uz t 2

d55
2uz x 2

d 44
2uz y 2

d33
2uz z 2
（2）最大炮检距。最大炮检距的选取一般与目的层的深度、目的 层的转换波反射系数有关。由于转换波在大入射角时才会有足够的 能量，所以，一般情况下，最大炮检距要比纵波勘探的最大炮检距 大。
（3）道间距、覆盖次数等参数与常规纵波勘探类似。 （4）由于转换波频率较低，接收仪器的频率要比接收纵波时低一 些。
1 多波地震勘探的理论基础 2 多波地震资料采集 3 多波地震勘探资料处理 4 多波地震资料解释和反演

d16
(
2uz xy

2ux xy
)

(d12

d
66
)
2u y x 2

(d13

d55
)
2uz xz
(d36

d
45
)
2uz yz
2u y
t 2

d16
2u x x 2

d66
2u y x 2

d26
2u x y 2

d22
2u y y 2
采集设备
（a）直角坐标三分量
（b）54°三分量检波器 三分量检波器
检波器埋置
In-line
Cross-line
多波采集方式
九分量采集
多波采集方式
九分量VSP记录
多波采集方式
2、四分量记录 在已作过纵波勘探的地区，可以采用四分量记录，即两个横波 震源，两个横波检波器。 3、三分量记录 一个纵波震源，三分量检波器，也叫转换波勘探，这样记录到 耦合在一起的纵波、转换波，经过波场分离可得到纵波，转换横 波，大大节省了采集费用和提高了效率。 对于海上勘探，由于在海水中，不产生横波，海上勘探要将检 波器放在海底，以记录横波，因此，要用海底电缆，比陆地多波 勘探有较大难度。
2u d 55 z 2
模型1：已知两层地质模型，上面的地层为EDA介质，快、慢横波速度
、分别为3000m/s、2500m/s，地层岩石的密度为2.8，地层的裂隙密度
为0.15，地层厚度为600 m；下面的地层岩石为各向同性介质，横波速
度为3000m/s，地层岩石的密度为2.8，相当于上部地层裂隙介质的围
纵横波速度比： V=VPV∕VSV 各向异性系数：χ= H∕ V
各向异性强度增加 裂缝密度增加
破裂强度也增加 石油产量增加
0
0
0

C c103
c23 0
c33 0
0 c44
0 0
0
0

0
0
0
0
c66
0
0
0
0
0
0 c66
观测坐标系（x，y，z）下的弹性常数矩阵为：
d11


D

MCM T





d12 d 22
d13 d 23 d33
0 0 0 d 44
0 0 0 d 45 d55
横波分裂数值研究
三 维 EDA 介 质 中 波 动 方 程 ， 取 对 x 、 y 的 偏 导 数 为 0 ， 得 到 一 维
EDA介质中波动方程，表达式如下：
2uy
t 2

d 45
2u x z 2

d 44
2u y z 2
2u
t 2
2u d 45 z 2
多波处理流程
反射纵波和转换波路径
X Xp Xm
多波多分量勘探技术
处理解释手段
•层位标定(利用VSP、全波 测井及波组特征）;
•属性提取(速度比,速度积,时 差比,泊松比,振幅比)
应用范围
•构造成像; •油气预测; •岩性分析; •裂缝检测及各向异性分析
纵横波联合勘探
纵
横波剖面
横
波
剖
面
对
比
纵波剖面
解
释
小
断
层
墨西哥湾利用转换波资料去除气云影响，改善盐丘构造成像
多波多分量勘探技术
去除气云影响，改善构造成像（挪威Tommeliten油田）
岩性预测(北海Alba油田)：
Alba油田位置图
横 波 分裂 现 象
裂缝带引起各向异性 各向异性 引起横波分裂；因此，用横波分裂 现象计算各向异性。
{ H=VPH∕VSH