1、陸上高分辨率多分量地面地震勘探的潛力和策略張山江蘇南京衛(wèi)崗21號(hào)，210014摘要 本文從理論分析、物理模型試驗(yàn)、VSP記錄和地面地震記錄四個(gè)方面分析了陸上高分辨率多波多分量地震勘探的潛力；分析了現(xiàn)行生產(chǎn)中影響多波多分量地震勘探分辨率的幾個(gè)關(guān)鍵因素；提出了提高陸上多波多分量地震勘探分辨率的基本策略。認(rèn)為通過(guò)努力可以把陸上多波多分量地震勘探的分辨率提高到現(xiàn)有縱波高分辨率地震勘探的水平。一、引言言相對(duì)于常常規(guī)的縱縱波勘探探而言，多分量量地震勘勘探增加加了有關(guān)關(guān)橫波的的獨(dú)特信信息，這這些信息息的增加加意味著著巖性/油氣預(yù)預(yù)測(cè)和儲(chǔ)儲(chǔ)層描述述的可靠靠性和精精度將成成倍增加加；同時(shí)時(shí)對(duì)某些些P波不不能很好

2、好成像的的特殊層層位也可可能得到到較好的的成像。概括起起來(lái)，多多分量地地震勘探探可以解解決或有有潛力解解決以下下幾個(gè)方方面的問(wèn)問(wèn)題：（1）綜綜合利用用多分量量地震資資料提供供的縱波波速度VVp、橫橫波速度度Vs以以及由此此導(dǎo)出的的泊松比比、速度度比、速速度積等等,可直直接預(yù)測(cè)測(cè)巖性和和油氣，估算砂砂泥比、孔隙率率、地層層壓力等等參數(shù)，評(píng)估流流體性質(zhì)質(zhì)；（2）改改進(jìn)鹽巖巖、玄武武巖下成成像，改改進(jìn)氣藏藏及弱PP波波阻阻抗差界界面成像像；（3）提提高儲(chǔ)層層描述和和橫向預(yù)預(yù)測(cè)的可可靠性；（4）研研究地層層的橫向向各向異異性，描描述裂隙隙性?xún)?chǔ)層層的發(fā)育育特征。近年來(lái)，隨著海海底接收收技術(shù)的的發(fā)展，海上

3、44C地震震勘探技技術(shù)取得得了長(zhǎng)足足的進(jìn)展展，對(duì)上上述問(wèn)題題大都取取得了令令人滿(mǎn)意意的結(jié)果果。但作作為多分分量地震震勘探起起始點(diǎn)的的陸上多多分量地地震勘探探，雖經(jīng)經(jīng)多年努努力，在在解決上上述問(wèn)題題上卻沒(méi)沒(méi)能取得得多少令令人滿(mǎn)意意的結(jié)果果。究其其原因就就是因?yàn)闉榉直媛事侍?，所得結(jié)結(jié)果對(duì)巖巖性/油油氣預(yù)測(cè)測(cè)或儲(chǔ)層層描述意意義不大大。在現(xiàn)現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)產(chǎn)中需要要采用多多分量信信息的地地區(qū)都是是非構(gòu)造造控制油油氣的隱隱蔽型圈圈閉，解解決這些些地區(qū)的的油氣/巖性預(yù)預(yù)測(cè)或儲(chǔ)儲(chǔ)層描述述問(wèn)題，必須采采用高分分辨率的的資料才才能得出出有意義義的結(jié)果果。因此此，提高高多分量量地震資資料的分分辨率，尤其是是橫波分分量的

4、分分辨率，是多分分量地震震勘探能能否在陸陸上非構(gòu)構(gòu)造控制制油氣區(qū)區(qū)推廣應(yīng)應(yīng)用的前前提，也也是在這這類(lèi)地區(qū)區(qū)能否可可靠預(yù)測(cè)測(cè)油氣、精確描描述儲(chǔ)層層的重要要方面。陸上多多分量地地面地震震勘探的的出路在在高分辨辨率。目前，我我國(guó)絕大大部分構(gòu)構(gòu)造控制制油氣區(qū)區(qū)都已得得到了較較充分的的勘探開(kāi)開(kāi)發(fā)，油油氣勘探探開(kāi)發(fā)的的重點(diǎn)正正在轉(zhuǎn)向向非構(gòu)造造控制油油氣區(qū)。因此，開(kāi)展陸陸上高分分辨率多多分量地地震勘探探具有非非?，F(xiàn)實(shí)實(shí)的意義義，也具具有相當(dāng)當(dāng)?shù)木o迫迫感。我們知道道，地震震系統(tǒng)的的分辨率率主要取取決于地地震子波波的有效效頻帶寬寬度；在在現(xiàn)實(shí)生生產(chǎn)中，主要是是向高頻頻方向拓拓展有效效頻帶。具體到到多分量量地震勘

5、勘探而言言，它所所關(guān)心的的波型是是PP波波（縱波波入射產(chǎn)產(chǎn)生的縱縱波反射射）和PPS波（縱波入入射產(chǎn)生生的橫波波反射）。大量量的多分分量地震震勘探實(shí)實(shí)踐和高高分辨率率與轉(zhuǎn)換換波聯(lián)合合勘探試試驗(yàn)證明明，多分分量地震震勘探提提高分辨辨率的瓶瓶頸在PPS波方方面。鑒鑒于縱波波高分辨辨率地震震勘探已已得到了了廣泛的的推廣應(yīng)應(yīng)用，高高分辨率率多分量量地震勘勘探的核核心問(wèn)題題是提高高PS波波分辨率率的問(wèn)題題。只要要我們克克服了資資料采集集和處理理等各個(gè)個(gè)環(huán)節(jié)上上影響PPS波分分辨率的的各主要要因素，再結(jié)合合縱波高高分辨率率勘探的的原則、方法和和經(jīng)驗(yàn)，高分辨辨率多分分量地震震勘探也也就基本本成功了了。因此此

6、，本文文主要從從PS波波方面，或者更更具體地地說(shuō)，從從PS波波的頻譜譜成分方方面，來(lái)來(lái)分析高高分辨率率多分量量地震勘勘探的潛潛力和策策略。二、提高高陸上多多分量地地震勘探探分辨率率的潛力力當(dāng)初，著著眼于橫橫波波長(zhǎng)長(zhǎng)小于相相應(yīng)縱波波波長(zhǎng)，人們把把提高分分辨率作作為橫波波地震勘勘探和多多波多分分量（轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換橫波波）地震震勘探的的重要目目的之一一。經(jīng)過(guò)過(guò)多年的的試驗(yàn)，人們發(fā)發(fā)現(xiàn)橫波波或多波波地震勘勘探的分分辨率往往往低于于相應(yīng)的的縱波地地震勘探探。于是是，在油油氣地震震勘探中中人們不不愿再把把高分辨辨率與橫橫波（包包括轉(zhuǎn)換換橫波）聯(lián)系在在一起；即使縱縱波高分分辨率地地震勘探探已然成成熟且大大面積推推廣

7、的今今天也是是如此?，F(xiàn)在，有相當(dāng)當(dāng)一部分分專(zhuān)業(yè)人人員認(rèn)為為橫波（包括轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換橫波波）的地地震應(yīng)響響應(yīng)具有有低頻化化傾向。然而，這種認(rèn)認(rèn)識(shí)是不不全面的的。就地地面人工工激發(fā)的的橫波而而言，這這種認(rèn)識(shí)識(shí)基本上上是正確確的；但但絕不能能套用到到PS波波上。下下面，我我們從幾幾個(gè)方面面加以說(shuō)說(shuō)明。1、理論論上地震震波在分分界面上上的轉(zhuǎn)換換不具頻頻散性單色波在在多層介介質(zhì)中傳傳播、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換時(shí)，頻率不不變是其其基本特特征；但但隨著介介質(zhì)中相相應(yīng)波型型、波速速的變化化，其波波長(zhǎng)按同同一比例例變化?？v波在在界面上上發(fā)生反反射、透透射、轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換時(shí)，能量分分配系數(shù)數(shù)不具頻頻散性。因此，理論上上入射縱縱波與相相應(yīng)的反反射

8、縱波波、轉(zhuǎn)換換橫波具具有相同同的頻譜譜成分。上述分析析，實(shí)際際上隱含含著一個(gè)個(gè)前提條條件，就就是不同同層位的的反射波波或轉(zhuǎn)換換波不存存在互相相干涉。但在實(shí)實(shí)際資料料中，這這是不可可能的，由于薄薄互層的的綜合濾濾波響應(yīng)應(yīng)及縱、橫波的的波長(zhǎng)不不同，總總會(huì)導(dǎo)致致縱波及及相應(yīng)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換橫波波的頻譜譜之間出出現(xiàn)差異異。這種種綜合濾濾波作用用完全依依賴(lài)于薄薄互層的的物性差差異、層層厚和縱縱/橫波波波長(zhǎng)，它不一一定對(duì)縱縱波高頻頻成分有有利而對(duì)對(duì)橫波高高頻成分分不利；反之亦亦然；它它完全取取決于具具體的情情況，而而與波型型無(wú)關(guān)。2、物理理模型試試驗(yàn)證明明了理論論的正確確圖1是雙雙層介質(zhì)質(zhì)中所做做的物理理模型結(jié)結(jié)果

9、，試試驗(yàn)中為為保證不不發(fā)生薄薄層濾波波作用，雙層介介質(zhì)的厚厚度遠(yuǎn)大大于所用用波長(zhǎng)。結(jié)果表表明，PPP波與與PS波波的頻譜譜特征非非常一致致。總結(jié)上述述分析，我們可可以說(shuō)，理論上上轉(zhuǎn)換橫橫波的高高頻成分分不一定定比相應(yīng)應(yīng)縱波的的高頻成成分差。也就是是說(shuō)，理理論上多多波（PPP波和和PS波波）地震震勘探的的分辨率率潛力不不比縱波波的分辨辨率潛力力低。3、橫波波的吸收收不一定定比縱波波嚴(yán)重在以往的的陸上多多波多分分量地震震勘探中中，也有有人把造造成PSS波低頻頻化的原原因歸結(jié)結(jié)于橫波波的吸收收，認(rèn)為為橫波的的吸收比比縱波嚴(yán)嚴(yán)重。其其實(shí)，實(shí)實(shí)際情況況可能并并非完全全如此。圖2aa中箭頭頭區(qū)間內(nèi)內(nèi)的同相

10、相軸分別別是來(lái)自自同一深深度區(qū)域域的VSSP上行行縱波和和上行PPS波。我們可可以看到到，上行行縱波與與上行轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換橫波波具有基基本相同同的分辨辨率，轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換波分分辨率似似乎更高高一些。圖2bb上的頻頻譜是用用20000米深深處的記記錄（右右側(cè)）計(jì)計(jì)算的，兩種波波自反射射界面（43000米到到58000米）至接收收點(diǎn)傳播播了23300到到38000米，但縱波波與轉(zhuǎn)換換波具有有基本相相同的頻頻譜特征征，PSS波衰減減并不比比PP波波更嚴(yán)重重。圖33a是地地面地震震資料，左邊為為徑向分分量，右右邊為垂垂直分量量；圖33b是對(duì)對(duì)應(yīng)的（同一接接收點(diǎn)同同一層段段上的PPS波及及PP波波，PSS波1.5-11

11、.7ss，PPP波1.1-11.3ss）頻譜譜。由圖圖看到，在400赫茲以以前，沒(méi)沒(méi)有任何何跡象說(shuō)說(shuō)明橫波波吸收更更嚴(yán)重；40赫赫茲以后后，橫波波仍存在在足以拓拓寬有效效頻帶的的能量。如果我我們能夠夠把PSS波的有有效頻帶帶拓寬到到666赫赫茲，則則其分辨辨率足可可與常規(guī)規(guī)縱波高高分辨率率（1001000赫茲）比擬，甚至更更高（相相對(duì)帶寬寬大）。在近地地表固結(jié)結(jié)較好的的地區(qū)，橫波吸吸收并不不比縱波波大多少少，可以以期望PPS波分分辨率大大于PPP波。綜上所述述，無(wú)論論從理論論分析、物理試試驗(yàn)分析析，還是是從實(shí)際際資料分分析，都都說(shuō)明轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換橫波波具有提提高分辨辨率的潛潛力；如如果這一一潛力得得以

12、充分分挖掘，我們至至少可以以期望轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換橫波波（進(jìn)而而多波勘勘探）的的分辨率率達(dá)到現(xiàn)現(xiàn)行縱波波高分辨辨率的水水平。三、現(xiàn)行行多分量量地震勘勘探中影影響分辨辨率的主主要因素素然而，在在現(xiàn)實(shí)生生產(chǎn)中，陸上多多波多分分量地震震勘探的的分辨率率往往很很低（主主頻為220赫茲茲），基基本上不不能達(dá)到到可靠預(yù)預(yù)測(cè)巖性性/油氣氣以及精精確描述述儲(chǔ)層的的要求。也就是是說(shuō)多波波勘探的的優(yōu)勢(shì)和和潛力沒(méi)沒(méi)有得到到現(xiàn)實(shí)的的發(fā)揮。我們認(rèn)認(rèn)為，造造成這種種后果的的主要原原因是，在以往往的多波波勘探中中沒(méi)能正正確地對(duì)對(duì)待原始始資料中中實(shí)際存存在著的的高頻PPS波成成分。下下面就影影響PSS波分辨辨率的主主要因素素進(jìn)行簡(jiǎn)簡(jiǎn)略的

13、分分析。1、采集集階段（1）組組合基距距過(guò)大，造成低低速PSS波尤其其是大偏偏移距道道上的PPS波低低頻化。組合對(duì)對(duì)PS波波的低頻頻化作用用大于對(duì)對(duì)PP波波的低頻頻化作用用。（2）大大藥量，隨著藥藥量的增增加，高高頻成分分的增大大不如低低頻成分分增大得得多，擴(kuò)擴(kuò)大了高高低頻能能量的差差，當(dāng)這這一差超超出儀器器動(dòng)態(tài)范范圍時(shí)，高頻成成分就沒(méi)沒(méi)有機(jī)會(huì)會(huì)被轉(zhuǎn)換換成數(shù)字字記錄。（3）組組合接收收時(shí)，檢檢波器不不在同一一水平面面上引起起低速PPS波以以較大的的時(shí)差被被疊合，產(chǎn)生低低頻化。（4）由由于橫波波速度與與地下水水無(wú)關(guān)，近地表表橫波速速度的橫橫向變化化遠(yuǎn)大于于縱波的的變化，即使檢檢波器組組合基本本在

14、同一一水平面面上，低低速PSS波仍可可能以較較大的時(shí)時(shí)差被疊疊合，產(chǎn)產(chǎn)生低頻頻化；并并且組合合基距越越大，低低頻化作作用越大大。2、處理理階段（1）對(duì)對(duì)PS波波而言，靜校正正問(wèn)題是是一個(gè)非非常突出出的問(wèn)題題。一方方面是因因?yàn)榻氐乇盹L(fēng)化化層的橫橫波速度度遠(yuǎn)低于于縱波速速度（VVs/VVp：11/1001/55），另另一方面面是因?yàn)闉闈撍婷娴拇嬖谠跊](méi)有象象P波那那樣使S波的的速度增增大并使使其橫向向均勻化化。圖44說(shuō)明SS波比PP波存在在更為嚴(yán)嚴(yán)重的靜靜校正問(wèn)問(wèn)題。（2）同同樣，PPS波的的剩余靜靜校正問(wèn)問(wèn)題也比比PP波波嚴(yán)重，“靜校不不靜”的問(wèn)題題比較突突出，也也是因?yàn)闉镻S波波速度低低及橫

15、向向變化大大等原因因引起的的。（3）橫橫波速度度低、PPS波偏偏移距大大使得動(dòng)動(dòng)校拉伸伸造成的的低頻化化問(wèn)題非非常突出出。圖55是松遼遼南部盆盆地某區(qū)區(qū)的數(shù)字字模擬結(jié)結(jié)果，說(shuō)說(shuō)明動(dòng)校校拉伸會(huì)會(huì)在該地地區(qū)造成成嚴(yán)重的的PS波波疊加結(jié)結(jié)果的低低頻化。（4）多多分量地地震記錄錄的水平平分量（PS波波分量）上往往往存在較較強(qiáng)的相相干噪聲聲，為克克服這些些干擾波波，以往往大都采采用大窗窗口多道道濾波處處理手段段，這是是造成PPS波低低頻化的的又一個(gè)個(gè)原因。（5）PPS波速速度分析析和PSS波共轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換點(diǎn)道道集生成成是一個(gè)個(gè)互為前前提的過(guò)過(guò)程，如如不仔細(xì)細(xì)處理，很難做做到同相相疊加，不但會(huì)會(huì)降低分分辨率，信

16、噪比比也難以以達(dá)到最最佳化。四、提高高陸上多多分量地地震勘探探分辨率率的基本本策略針對(duì)以上上影響多多分量地地震勘探探分辨率率的因素素，我們們提出以以下克服服策略：1、充分分利用多多分量地地震記錄錄中的矢矢量波場(chǎng)場(chǎng)特征，采用偏偏振濾波波或矢量量旋轉(zhuǎn)提提取有效效波，避避免野外外大基距距組合及及室內(nèi)大大窗口多多道濾波波。多分分量記錄錄中的主主要干擾擾波是來(lái)來(lái)自淺層層的面波波、折射射橫波、側(cè)面波波等干擾擾波，它它們?cè)趥鱾鞑シ较蛳蚝推裾穹较蚍椒矫婷黠@顯不同于于來(lái)自深深部的反反射縱波波和轉(zhuǎn)換換橫波。這為我我們通過(guò)過(guò)偏振濾濾波分離離波場(chǎng)提提供了良良好的基基礎(chǔ)。在在資料處處理過(guò)程程中，我我們必須須認(rèn)識(shí)到到多

17、分量量地震記記錄的矢矢量特征征，盡量量揚(yáng)棄傳傳統(tǒng)的思思維模式式，用“矢量”的思維維進(jìn)行處處理。2、采用用組合激激發(fā)降低低單井激激發(fā)藥量量，在不不降低信信噪比的的同時(shí)提提高信號(hào)號(hào)源的高高頻含量量。以往往在松遼遼南部盆盆地進(jìn)行行的高分分辨率PP波與PPS波聯(lián)聯(lián)合勘探探中，我我們采用用6kgg的普通通炸藥就就得到了了較好的的高分辨辨率P波波資料和和高質(zhì)量量的PSS波資料料。預(yù)計(jì)計(jì)即使在在某些困困難地區(qū)區(qū)，3井井或2井井垂直疊疊加（藥藥量約為為33kkg或442kgg）就有有可能得得到較好好結(jié)果。3、利用用面波提提取近地地表橫波波速度及及層位結(jié)結(jié)構(gòu)，用用于PSS波靜校校正。由由于近地地表風(fēng)化化層的橫橫

18、波速度度橫向變變化非常常劇烈，想通過(guò)過(guò)低速帶帶調(diào)查準(zhǔn)準(zhǔn)確掌握握橫波低低速帶的的變化無(wú)無(wú)論在方方法上還還是在經(jīng)經(jīng)濟(jì)上都都是不現(xiàn)現(xiàn)實(shí)的；然而，我們可可以利用用面波速速度與橫橫波速度度相近并并相關(guān)的的特點(diǎn)，充分利利用地面面地震勘勘探中普普遍發(fā)育育的面波波提取近近地表橫橫波速度度及層位位結(jié)構(gòu)。這樣不不但解決決了技術(shù)術(shù)難題，而且也也降低了了勘探成成本。4、采用用動(dòng)態(tài)剩剩余靜校校正強(qiáng)化化PS波波的同相相性。由由于PSS波偏移移距大、速度低低等特點(diǎn)點(diǎn)，PSS波“靜校不不靜”的問(wèn)題題遠(yuǎn)比PPP波嚴(yán)嚴(yán)重，必必須采用用“動(dòng)態(tài)剩剩余靜校校正”解決PPS波的的同相性性問(wèn)題，即從淺淺到深建建立多個(gè)個(gè)“標(biāo)準(zhǔn)層層”進(jìn)行靜靜

19、校正分分析，不不同層位位給出不不同的靜靜校正量量。5、考慮慮到PSS波振幅幅對(duì)入射射角的強(qiáng)強(qiáng)烈依賴(lài)賴(lài)性，實(shí)實(shí)際上對(duì)對(duì)PS波波進(jìn)行水水平疊加加在動(dòng)力力學(xué)上已已無(wú)任何何物理意意義，所所得結(jié)果果很難解解釋。在在Vp、Vs已已知的情情況下，可沿PPS波時(shí)時(shí)距曲線線擬合特特定入射射角的PPS波能能量，并并映射到到零入射射角。這這樣既克克服了動(dòng)動(dòng)校拉伸伸的低頻頻化作用用，又使使所得結(jié)結(jié)果更具具物理意意義和可可解釋性性。6、充分分利用近近年來(lái)計(jì)計(jì)算機(jī)軟軟件技術(shù)術(shù)發(fā)展的的成果，建立靈靈活的PPS波處處理分析析系統(tǒng)，進(jìn)行密密集的人人機(jī)交互互速度分分析，并并在此基基礎(chǔ)上進(jìn)進(jìn)行多次次共轉(zhuǎn)換換點(diǎn)（CCCP）抽道速度分

20、分析循環(huán)環(huán)，提高高PS波波速度分分析精度度和CCCP抽道道精度。我們相信信，在成成功施實(shí)實(shí)上述策策略的條條件下，再借鑒鑒近年來(lái)來(lái)縱波高高分辨率率地震勘勘探中有有關(guān)的成成熟方法法和經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)，高分分辨率多多分量地地震堪探探是可以以取得成成功的，從而使使高分辨辨率地震震勘探邁邁上一個(gè)個(gè)新臺(tái)階階。五、結(jié)論論多波多分分量地震震勘探可可以提供供很多縱縱波地震震勘探不不能提供供的獨(dú)特特信息，是油氣氣田開(kāi)發(fā)發(fā)勘探的的重要手手段之一一；但是是，因其其目前在在陸上應(yīng)應(yīng)用中分分辨率不不高而沒(méi)沒(méi)能推廣廣。分辨辨率問(wèn)題題限制了了多波多多分量地地震勘探探潛在優(yōu)優(yōu)勢(shì)和能能力的發(fā)發(fā)揮。開(kāi)開(kāi)展陸上上高分辨辨率多分分量地震震勘探研研究勢(shì)在在必行?，F(xiàn)實(shí)生生產(chǎn)中，影響多多分量地地震勘探探分辨率率進(jìn)一步步提高的的瓶頸在在PS波波方面。與傳統(tǒng)統(tǒng)觀點(diǎn)不不同，我我們認(rèn)為為PS波波存在進(jìn)進(jìn)一步提提高分辨辨率的潛潛力；現(xiàn)現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)產(chǎn)中多波波多分量量地震勘勘探分辨辨率不高高的關(guān)鍵鍵在于采采集、處處理等各各關(guān)鍵環(huán)環(huán)節(jié)上，現(xiàn)有處處理手段段無(wú)法正正確地對(duì)對(duì)待實(shí)際際存在著著的高頻頻PS波波成分，即沒(méi)能能完全根根據(jù)多分分量記錄錄和PSS波的特特點(diǎn)進(jìn)行行相應(yīng)的的采集和和處理。我們認(rèn)認(rèn)為，通通過(guò)組合合激發(fā)、降低檢檢波點(diǎn)組組合基距距、采用用偏振濾濾波、基基于PSS波本身身的特點(diǎn)點(diǎn)改進(jìn)