浅谈低速带(LVL)地震剖面工作原理及其在印尼的应用

2022-09-12

前言:

在海上的地震探测中, 因为海水层的覆盖, 限制了我们对水下地层进行发射波的类型和多种物理量的采集。同时, 这一海水层的存在也产生了一系列相干噪声, 如:波浪噪声、多次波及虚反射。而在陆地作业中, LVL (低速带) 则通过不同的方式产生了和海水层相类似的影响。

LVL (Low Velocity Layer) 的定义:什么是LVL (Low velovity layer) ?地震波在地面附近的疏松层中传播的速度非常低, 一般为每秒数百米, 称为低速带, 地震勘探中也称风化层。图一所示可以清楚知道低速带也就是风化层所处的位置。

LVL (Low velovity layer) 地震剖面采集的基本工作原理。

1, 波在不同的介质面会产生反射

2, 震源发出的波到达检波器时间与它的行程有关

3, 震源波在地层中传播的速度与地层的波阻抗有关

LVL地震剖面主要是在陆地测量低速带的地震剖面, 地震震源是空气枪, 通过吊车将气枪放置于离井口几十米远处。使用空气压缩机给空气枪提供气源空气枪放置在水池3-5米的位置, 在震源上方1米处使用一个水下检波器以监测震源信号。通过地面采集系统控制空气枪的点火激发, 点火激发后, 地面系统接收到检波器的监测信号后开始同时记录水下检波器和地面检波器传输过来的信号。其中记录水下检波器信号时间为1秒, 地面检波器信号长度为5秒, 采样率为1毫秒/次。地面检波器所放置的距离间隔离震源远近不同, 每个位置测量点都重复多次测量, 然后选取5个信号好的记录, 对同一位置点的5个记录进行编辑和叠加, 以过滤随机噪声, 提高信噪比, 将叠加后的波形回放。

LVL检波器原理及分布示意图

LVL (Low Velocity layer) 地震图中, 检波器沿表层水平方向移动进行记录即从震源开始到井口方向分间隔进行记录, 如图二所示:

地面检波器要求与改进:

1, 最早进行LVL地震剖面记录时用的检波器为AVALON公司的的模拟三分量检波器, 在采集过程中由于三分量检波器灵敏度高, 接收到的信号大部分都是噪音为后续的处理和解释工作带来了巨大的困难;

2, 为了更好的得到采集数据, 消除地面噪音的影响, 更换了专门进行地面采集工作的地面检波器.如图三, 图四所示:

在LVL采集中, 由于震源固定, 检波器要根据离震源位置不同而进行采集。图三所示的井下三分量检波器在地面采集不能很好的耦合地层, 记录到的大部分都是地面噪音, 很难找出首波位置。另外井下检波器需要通过电缆与地面系统连接并且井下检波器很重, 采集的时候需要开腿, 每次移动的时候非常麻烦。

图四所示的地面检波器优点轻盈, 简单, 移动的时候更加方便, 最重要的是不需要供电, 也不需要开腿.

震源空气枪要求:

1、可重复性的震源, 保持波形的一致性, 能量保持稳定。

2、能量不能太弱以至于周围地表的噪音太大干扰地面检波器信号的接受波。

3、激发脉冲频带宽、高频能量强, 适应勘探地质体细节需要。

4, 地面空气枪激发水池要求:远离井口, 减少井口噪音影响, 一般距离在50-70米左右, 水坑要求7x7x6米, 气枪在水中2-4米, 空气枪激发频谱中高频成分少。

LVL地震剖面地震波的射线路径和传播图

从上面的论述中我们知道了低速带 (LVL) 的定义以及LVL地震剖面采集的作业过程, 地面检波器的分布和震源的要求, 现在我们来探讨地震波在低速带中的的射线路径和传播图。由于LVL地震剖面的采集是在地面激发, 地面接收, 所以接受的是风化带 (LVL) 的反射波。由于地面检波器的敏感性较弱而地面的噪音又较大所以检波器能接受到的只是一次反射波。图五为地震波在一个界面所发生的反射和折射。

由于波在低速带中传播的速度非常低, 即V2远远大于V1。所以检波器接收到的都是低速带中的反射波。如图六所示:

LVL的地震剖面图:

从上述的讨论中我们知道了地震波在低速带中的传播路径以及接收到的波的类型。通过记录采集, 通过同一点的多次叠加, 处理得到图七所示的地震剖面图, 从地震剖面图中可以清晰的看出一次反射波。

低速带反射层速度的基本原理:

通过地面系统的采集以及地震剖面图我们知道对应不同点的一次反射波时间Tpn, 根据每个记录点与震源的距离Xn可以得出图八所示的时深曲线图。

通过时深曲线图, 再经过时间校正可以算出LVL低速带的地震波的传播速度:

V=Sn/tn;

从上面的论述中我们清楚地知道了LVL (Low Velocity layer) 地震剖面的工作原理以及在陆地上的工作流程, 也明确了通过LVL现场采集的一系列数据可以计算出反射波在低速带 (LVL) 的传播速度, 从而标定低速带地震剖面的地质层位、研究声波传播速度与深度关系等方面的作用。

LVL (Low Velocity Layer) 地震剖面采集在印尼的运用

从2009年在印尼开始进行VSP和LVL采集作业后, 已经成功完成了12口井的VSP和LVL地震剖面的采集。通过对每口井所处的LVL地震剖面资料的处理和解释对油田区块的低速带有了更准确的认识。

结论

地震波在地面附近的疏松层中传播的速度非常低, 一般为每秒数百米, 称为低速带, 地震勘探中也称风化层。低速带对地震勘探影响很大:首先, 若在低速带中激发, 能量将被大量消耗, 频率很低, 低速带底面又是个强反射界面, 可以形成多次反射, 因此, 一股不在低速带中激发, 其次, 低速带使地震波到达观测点的时间延迟, 当其厚度或速度变化较大时, 观测时间的精度将大受影响, 甚至使波形歪曲, 这时, 必须进行低速带的时间校正。通过上述LVL的观测记录, 可以精确的计算出低速带的时深曲线图, 进而计算出低速带的速度, 对后续的VSP资料和应用起到了非常大的作用和参考价值。

摘要：VSP (Vertical Seismic Profiling) 也称为垂直地震剖面, 已在油气的勘探和开发领域得到广泛地应用。VSP的震源置于地表, 检波器置于井下不同深度来记录地震能量, 即在垂直方向上观测人工波场。因此, 井下检波器可以同时记录到下行波场和上行波场等非常丰富的地下信息。通过对上行波场和下行波场的分离, 从下行波中设计反褶积因子, 对上行波进行震源信号反褶积, 从而消除多次上行波, 得到精确的一次反射波的地震记录, 用来标定地层地震剖面。而LVL (Low velovity layer) 地震剖面和VSP有类似的作用只是通过不同的方法主要是记录低速带中的反射波的地震记录, 用来标定低速带的地层剖面。本文主要介绍LVL的工作原理以及在印尼的成功应用, 希望能在中国海域加以推广和运用。

关键词：VSP,LVL,井中地震,低速带