山地作為油氣勘探的主戰(zhàn)場(chǎng),長(zhǎng)期并將持續(xù)受到行業(yè)高度重視。這類地區(qū)地形復(fù)雜,表層結(jié)構(gòu)多變,如陡峭山壁、流動(dòng)性大沙漠、巨厚黃土塬、浮土胡楊林、農(nóng)田水網(wǎng)、冬季冰面等,對(duì)傳統(tǒng)勘探和開(kāi)發(fā)造成極大困難。復(fù)雜的表層結(jié)構(gòu),不僅影響大炮激發(fā)和接收效率,降低野外采集資料信噪比,而且嚴(yán)重影響地震資料靜校正處理的有效性,對(duì)疊加成像、構(gòu)造解釋和儲(chǔ)層預(yù)測(cè)都產(chǎn)生嚴(yán)重干擾。本文從復(fù)雜山地多波多分量油氣勘探發(fā)展趨勢(shì)和精細(xì)表層結(jié)構(gòu)調(diào)查需求入手,系統(tǒng)研究了三分量微VSP表層結(jié)構(gòu)調(diào)查基本原理、技術(shù)特征、施工流程、數(shù)據(jù)處理方法,以及在山地勘探存在的技術(shù)瓶頸。針對(duì)井下檢波器定向難、橫波采集信噪比低、縱、橫波場(chǎng)混疊、近地表地震波衰減快、勘探深度淺、資料品質(zhì)差等系列問(wèn)題,詳細(xì)研究了慣性傳感器數(shù)據(jù)融合姿態(tài)檢測(cè)與定向、三分量數(shù)據(jù)方位校正、基于質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡重構(gòu)和主振能量分析的波場(chǎng)分離、自動(dòng)增益噪聲壓制以及數(shù)據(jù)預(yù)處理與質(zhì)量監(jiān)控可視化等系列方法,并研發(fā)了全數(shù)字三分量微VSP表層結(jié)構(gòu)調(diào)查系統(tǒng),解決了傳統(tǒng)微VSP在山地精細(xì)表層調(diào)查應(yīng)用的多項(xiàng)技術(shù)難題。通過(guò)研究,主要取得了如下研究成果:(1)研制了“分布式”結(jié)構(gòu)的數(shù)字三分量檢波器(探管)、數(shù)據(jù)采集站(主機(jī))、以及控制終端和配套外設(shè),從高保真微弱地震信號(hào)拾取與調(diào)理、AGC噪聲壓制、寬頻數(shù)據(jù)采集、分布式采集同步、檢波器姿態(tài)實(shí)時(shí)檢測(cè)以及動(dòng)態(tài)地址自適應(yīng)分配等方面進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)研究和實(shí)現(xiàn)。開(kāi)發(fā)的儀器性能指標(biāo)達(dá)到國(guó)外同類儀器水平,獲得國(guó)家發(fā)明專利6項(xiàng),并具有同類儀器沒(méi)有的檢波器實(shí)時(shí)姿態(tài)檢測(cè)、在線監(jiān)控、數(shù)據(jù)方位校正等特色功能,除能完成縱波勘探外,還具有優(yōu)秀的橫波采集性能,非常適合復(fù)雜山地表層結(jié)構(gòu)調(diào)查,是配合多波多分量地震勘探的最優(yōu)解決方案。(2)從三分量數(shù)據(jù)方位校正、波場(chǎng)分離、檢波器定向、數(shù)據(jù)預(yù)處理與可視化等方面,解決了多項(xiàng)限制地震數(shù)據(jù)采集品質(zhì)和處理精度的關(guān)鍵問(wèn)題。具體包括:1)提出了一種水平分量方位校正方法,利用慣性傳感器解算實(shí)時(shí)三維姿態(tài)信息,將原始數(shù)據(jù)水平分量分別校正到震源敲擊方向和垂向方向,實(shí)現(xiàn)對(duì)橫波及轉(zhuǎn)換波采集性能增強(qiáng),使三分量橫波記錄同相軸清晰、初至起跳干脆、能量分布均勻,縱、橫波特征差異明顯,為后續(xù)精細(xì)波場(chǎng)分離提供高品質(zhì)數(shù)據(jù)支撐。2)實(shí)現(xiàn)了一種基于質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡重構(gòu)和主振能量分析的波場(chǎng)分離方法,通過(guò)對(duì)原始數(shù)據(jù)中的非主振能量和泄露能量進(jìn)行濾除,可極大提高原始信號(hào)中目標(biāo)偏振波的信噪比,進(jìn)而可以利用Radon等方法進(jìn)行高精度波場(chǎng)分離。3)提出了一種硬件慣性傳感器多參數(shù)融合檢波器姿態(tài)檢測(cè)方法,利用陀螺儀、加速度計(jì)和電子羅盤輸出的三維加速度、角速度、磁場(chǎng)信息,通過(guò)數(shù)據(jù)融合算法,實(shí)時(shí)解算描述檢波器姿態(tài)的翻滾角、俯仰角和偏航角,并在控制終端三維顯示,在線監(jiān)控檢波器狀態(tài),指導(dǎo)震源優(yōu)化激發(fā),以此為基礎(chǔ),實(shí)現(xiàn)檢波器硬件定向和數(shù)據(jù)方位校正。檢波器硬件定向和數(shù)據(jù)方位校正,是本系統(tǒng)特色之一。4)實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集預(yù)處理和質(zhì)量監(jiān)控可視化,通過(guò)軟件升級(jí),集成實(shí)時(shí)方位校正、抽道集、濾波、增益均衡等數(shù)據(jù)預(yù)處理功能,使整個(gè)系統(tǒng)具有人機(jī)交互友好、執(zhí)行效率高、擴(kuò)展性強(qiáng)等特點(diǎn)。本文主要具有如下創(chuàng)新點(diǎn):(1)提出利用硬件慣性傳感器和多參數(shù)融合的檢波器姿態(tài)檢測(cè)方法,通過(guò)電子羅盤、加速度傳感器、陀螺儀等數(shù)據(jù)相互融合,實(shí)時(shí)解算檢波器方位角,據(jù)此實(shí)現(xiàn)精確定向和方位校正,使采集的橫波數(shù)據(jù)同相軸清晰,初至起跳干脆。(2)提出一種自動(dòng)增益控制(AGC)噪聲壓制技術(shù),利用增益隨時(shí)間逐漸增大的放大器,通過(guò)有選擇性放大,有意將反射波能量增強(qiáng),可極大提高近地表微VSP數(shù)據(jù)的信噪比和表層調(diào)查深度。(3)提出一種利用積分器、高頻ADC、DAC和抽取濾波器構(gòu)成的寬頻數(shù)據(jù)采集方法,通過(guò)構(gòu)造環(huán)路濾波器(調(diào)制器),對(duì)高頻ADC輸出數(shù)據(jù)中的量化噪聲二次整形,配合抽取濾波,對(duì)帶外噪聲進(jìn)行有效壓制,可實(shí)現(xiàn)精度和帶寬性能的整體提升。(4)實(shí)現(xiàn)了一種基于質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡重構(gòu)和主振能量分析的波場(chǎng)分離方法,該方法能綜合利用地震波場(chǎng)的偏振特性和運(yùn)動(dòng)學(xué)特征,實(shí)現(xiàn)多分量數(shù)據(jù)的有效疊加,并能解決隨炮檢距變化信噪比變低而導(dǎo)致的分辨率問(wèn)題,特別是對(duì)偏振特性較差的山地地震資料,具有更好的波場(chǎng)分離效果。
【學(xué)位單位】：成都理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：P631.4
【部分圖文】：

表層結(jié)構(gòu)多變，如陡峭山壁、流動(dòng)性大沙漠、巨厚黃土塬、浮土胡楊林、農(nóng)田水網(wǎng)、冬季冰面等，對(duì)傳統(tǒng)勘探和開(kāi)發(fā)造成極大困難。復(fù)雜的表層結(jié)構(gòu)，不僅影響大炮激發(fā)和接收效率，降低野外采集資料的信噪比，而且嚴(yán)重影響地震資料靜校正處理的有效性，對(duì)疊加成像、構(gòu)造解釋和儲(chǔ)層預(yù)測(cè)都產(chǎn)生嚴(yán)重干擾（敬龍江 等，2009；何光明，2006）。

結(jié)構(gòu)調(diào)查方法主要分為地震和非地震兩大類。地震類（淺層折射法）、微測(cè)井（微地震測(cè)井法）、微 VSP震類方法主要有地質(zhì)雷達(dá)、高密度電阻率法和電導(dǎo)用于工程物探，由于用其建立與油氣地震勘探相關(guān)的太成熟，實(shí)際油氣勘探很少使用，下面主要介紹地震射目前最常用的表層調(diào)查方法之一，主要適用于地表度反轉(zhuǎn)、具有層狀均勻介質(zhì)的地區(qū)。如圖 1-2 所示，射界面時(shí)，產(chǎn)生沿臨界面滑行的折射波，根據(jù)折射波至?xí)r間就可以計(jì)算表層速度和厚度，建立速度模型高，排列一般在 100-300 米長(zhǎng)度范圍內(nèi)，有效解釋厚一左右。但該方法在傾斜地層和低、降速層很厚地區(qū)伏較大，高陡構(gòu)造以及不能滿足排列范圍內(nèi)地面近選點(diǎn)也存在困難，后期時(shí)距曲線擬合也存在較大誤

圖 1-3 微測(cè)井勘探示意圖）微 VSPVSP 是在地面激發(fā)、井中接收的一種地震勘探方法，如圖 1-4 示意圖，主要利用直達(dá)波初至建立鉆井段地層速度結(jié)構(gòu)模型，波預(yù)測(cè)未鉆遇地層速度和厚度，相對(duì)微測(cè)井和小折射而言，其影響，可獲得精度更高、更接近實(shí)際情況的表層結(jié)構(gòu)模型，且用生產(chǎn)井開(kāi)展高密度表層調(diào)查施工，是適合復(fù)雜地表?xiàng)l件的一查方法。

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