復雜黃土塬區DAS井地聯采處理技術及應用

關鍵詞：黃土塬區，DAS-VSP，高分辨率處理，3D-VSP成像，高斯束偏移中圖分類號：P631 文獻標識碼：A DOI：10.13810/j. cnki. issn. 1000-7210.20240224

Abstract：This paper is the second part of the research on DAS borehole-surface joint exploration（BSJE） tech nology in the onshore loess plateau area：data processing section. Aiming at tackling challenges of static correction in complex loess plateau area，low SNR of data，and poor imaging quality，based on the DAS 3D-VSP data acquired by BSJE，this study investigates signal analysis and imaging processing of onshore DAS 3D-VSP data， including DAS 3D-VSP adaptive wavefield separation，DAS 3D-VSP high-resolution processing，and DAS 3DVSP angle-domain Gaussan beam prestack depth migration，etc. By extracting accurate time-depth relationships，horizon velocities，deconvolution operators，spherical spreading compensation factors，atenuation factors around the well，high-resolution processing ofDAS 3D-VSPcan be achieved in conjunction with surface seismic data.Through practical applications in a certain block in the eastern part of the Ordos Basin，the efective frequency band of DAS 3D-VSP imaging data reaches 4～85Hz ，and the correlation coefficient of the well-seismic wave group is improved by 9.7% on average，thus，laying a solid data foundation for subsequent seismic geological interpretation，reservoir fine description，and residual oil exploration.

Keywords： loessplateauarea， DAS-VSP，high-resolution processing，3D-VSPimaging， Gaussianbeammigration 李樂，陳浩林，曹中林，等。復雜黃土塬區DAS井地聯采處理技術及應用[J]。石油地球物理勘探，2025，60（4）： 901-911. LI Le，CHEN Haolin， CAO Zhonglin，et al. Data processing technology and its application of DAS borehole - surface joint exploration incomplex loess plateau area[J].Oil GeophysicalProspecting，2025，60（4）：901-911.

0 引言

致密，油氣開發難度大，對地震資料的分辨率和信噪比要求非常高。然而，黃土塬區地表條件復雜，溝壑縱橫，導致靜校正處理面臨諸多困難，且黃土層厚度大、干燥、疏松，對地震波能量的衰減嚴重，致使原始鄂爾多斯盆地油氣資源極為豐富，但地下儲層資料信噪比低、有效頻帶窄、主頻低，給資料預處理和成像帶來了巨大的挑戰。

針對復雜黃土塬區地震勘探面臨的問題和難點，前人做了大量針對性的方法研究與應用[1-4]。夏常亮等[56提出一種分步逐級靜校正的思路及層析反演靜校正與折射波靜校正最優化組合方法，在黃土塬地震資料處理中取得一定效果。姚忠瑞提出一種3DVSP高保真最優逼近逐一波場分離方法。秦婕8針對鄂爾多斯盆地南部黃土塬區中常見的噪聲干擾類型開展了疊前去噪方法研究并制定了合理的疊前去噪流程。李健9在井震聯合提高分辨率處理方面探究了聯合并資料和地震層位資料的拓頻處理方法，包括在子波分析、分層處理、合成地震記錄調整等方面做了多種嘗試。另外，在常規的VSP成像處理中，在算法上分VSP-CDP轉換和Kirchhoff偏移兩類[7，10]。黃建東等[]、吳世萍等[2]提出了基于地震相干的陸上WalkawayVSP多次波成像技術及層間多次波傅里葉有限差分偏移成像技術，并取得了良好的應用效果。張少華等13提出了海上DAS3DVSP數據的下行多次波成像技術，擴展了DAS3DVSP數據成像范圍，提高了成像的整體質量。上述研究可為陸上黃土塬DAS3D-VSP的處理提供借鑒，但不能適應本文研究區的復雜條件，需針對性的研發或改進。

本文針對鄂爾多斯盆地東部某區DAS3DVSP數據信噪比偏低、單分量數據波場分離困難、地面激發點稀疏、照明不均勻和成像質量欠佳等難題[14]，開展針對性技術攻關，重點開展復雜黃土塬區DAS3D-VSP高效高精度的初至拾取、靜校正處理、特殊噪聲壓制、上下行波場分離、速度建模和成像等方面的研究。

1 DAS3D-VSP數據處理難點

現有的常規DAS-VSP處理技術及方法難以適應復雜黃土塬區的地震地質條件及DAS數據的特點，主要存在以下幾個方面的問題亟需解決。

1. 1 靜校正問題

三維VSP地震勘探的炮點在地面布設范圍較廣，地形變化和近地表速度的縱橫向變化易引起炮點靜校正問題。特別是在復雜的黃土塬區，準確的初至拾取極為困難，導致后續靜校正效果不佳。同時，近地表建模存在射線覆蓋不足、淺層反演精度不高的問題。因此，提高初至拾取精度、增加近地表覆蓋次數、提升反演精度和炮點靜校正質量是實現三維VSP高質量成像的關鍵。

1.2 噪聲壓制問題

復雜黃土塬區的表層結構復雜，近地表的低頻噪聲貫穿全部數據。此外，雖然DAS-VSP具有高密度和高覆蓋的優勢，但光纖本身會引入一些特殊噪聲，如電纜與井壁耦合不佳導致的振鈴噪聲，近場振動引起、光纖信號特有的共模噪聲。因此，針對這些特殊噪聲研發去噪技術，是提高復雜黃土塬區資料信噪比的必然途徑。

1.3三維VSP高精度成像問題

目前業界仍然缺乏針對復雜黃土塬區的高精度VSP成像技術。一方面，傳統的VSP-CDP疊加成像不適應復雜速度場，難以實現同相疊加，成像不清晰，無法充分發揮DAS高覆蓋、寬頻帶的優勢；另一方面，常規偏移技術由于VSP觀測系統自身的缺陷，導致偏移畫弧嚴重。因此，需要針對DAS-VSP數據發展有效的偏移成像技術，以實現高精度的DAS-VSP成像。

2 DAS3D-VSP數據預處理關鍵技術

2.1DAS-VSP數據初至人工智能高效拾取

初至拾取是地表低降速帶靜校正的基礎，特別是在地表速度復雜的黃土塬區，靜校正尤為重要且難度大。準確拾取初至是地震層析成像計算速度的重要依據。而DAS系統內部元器件對傳感光纖周圍環境的應力變化比較敏感，極小的應力變化會產生較強的噪聲，明顯降低采集資料的品質。

通過研究改進的U-Net網絡模型，實現了光纖大數據高效、高精度初至拾取。人工智能初至拾取包括兩個關鍵步驟：首先，利用多個卷積層提取初至波屬性特征，捕獲數據的上下文信息；其次，通過反卷積操作還原初至時間位置，達到自動拾取的目的。通過多次訓練，逐步減小誤差，實現了初至波屬性到位置的映射。圖1為井地聯采 VSP2.5km 井源距初至精細拾取結果，可見自動拾取結果與VSP初至十分吻合。

圖1WJ19-061井DAS3D-VSP 2.5km 井源距共炮點道集初至精細拾取結果

紅線代表自動拾取的初至。從左往右炮點依次位于井口的正西、正北、正東、正南。

2.2井地聯合統一基準面靜校正

在精細初至拾取的基礎上，結合地面地震、VSP初至聯合層析求取表層速度及靜校正量。井地聯合層析不但豐富了近地表模型淺層的速度信息，初至抖動現象也得到改善，初至波、反射波連續性（圖2中箭頭及橢圓所示）和信噪比明顯提高（圖2）。

2.3多域多階段組合去噪

復雜黃土塬區地表表層結構復雜、低降速帶巨厚，資料信噪比低，本文對3D-VSP資料中不同類型噪聲進行了分析，根據噪聲在不同域的分布，在保真、保幅的前提下制定相應的噪聲壓制策略、選擇去噪方法及參數。

圖2WJ19-061井靜校正前（左）、后（右） 800m 共深度點道集對上

圖頭藍線表示炮點的相對高程。

2.3.1近地表強低頻干擾

在試驗工區，由于表層黃土厚，近地表面波在低降速帶內及表層多次傳播，造成嚴重的低頻噪聲，影響所有炮的淺層地震道。針對該噪聲的特點，采用分窗、分頻異常振幅壓制策略，基于黑三角強能量壓制技術，根據輸入的分頻參數，采用帶通濾波因子將地震數據分成多個頻帶數據，每個頻帶數據經過分頻精細處理后都盡可能地突出有效波，最終達到了噪聲壓制和提高信噪比的目的，有效衰減了近地表低頻噪聲（圖3）。

2.3.2光纖共模噪聲干擾

由于近場震動引起的光機震動，約有 5% 炮的所有道存在光纖信號特有的共模噪聲。采取預測噪聲模型道并進行自適應相減去噪。去除的噪聲道集中未見明顯的有效信號，取得了較好的噪聲壓制效果，如圖4所示。

2.4 自適應波場分離

黃王塬區VSP資料因其近地表衰減嚴重、表層構造復雜，導致資料信噪比低、波場復雜，波場分離難度大。尤其大斜度井光纖VSP資料，波場十分復雜，上行反射波能量弱。圖5為實際資料與正演資料對比，通過與正演資料的對比分析，有助于準確識別該區各種復雜的波場。

波場分離是3D-VSP數據成像的關鍵步驟。首先要保證不同波場的有效分離，同時應做到分離信號的振幅、頻率的保真。常見的波場分離技術包括中值濾波、FK法等。

為了實現3D-VSP保幅波場分離，采用基于光纖信號特性的自適應波場分離以及高保真轉換橫波壓制技術，實現復雜波場的高精度分離，為后續的三維VSP疊前深度偏移提供了高質量的上行反射波道集。圖6a為實際3D-VSP波場分離前的共深度點道集，圖6b為分離的上行縱波波場。上行波場都較保真分離出來，分離后的上行縱波突出，特別是圖中箭頭所指區域，波組特征明顯，為下一步成像提供了數據基礎。

圖33D-VSP實際數據近地表強低頻噪聲壓制前（左）后（中）及壓制的噪聲（右）對比

圖43D-VSP數據實際資料光纖共模噪聲壓制前（左）、后（中）及壓制的噪聲（右）對比

2.5井地聯合井驅高分辨率處理

針對開發三維高精度儲層預測的地質需求，消除黃土塬區光纖3D-VSP資料受近地表衰減的影

響，在做好子波、振幅、相位一致性處理的基礎上，通過井地聯合表層 Q 補償和確定性反褶積，合理拓寬三維VSP及地面地震資料頻帶，提高分辨率。

圖53D-VSP實際炮集（左）與正演炮集（右）的對比識別波場

圖6過WJ19-O61井軌跡3D-VSP數據質控線波場分離前（a）、后（b）的共深度點道集對比左、中、右接收點深度分別為 800，1200，1400m 。

2.5.1近地表雙域 Q 補償技術

表層 Q 值的求取對激發一致性要求較高，雙井微測井是當前精度較高的方法。通過改變激發深度或接收點位置，可獲取不同傳播路徑的地震波數據，為 Q 值反演提供更多約束條件，降低多解性。利用三維工區內6口雙井微測井擬合出速度和 Q 值量板公式（圖7）。圖8為表層 Q 補償前、后VSP共檢波點道集及其相應頻譜對比，經過補償后低頻端保持一致，高頻端拓寬了 5Hz 以上。同時在表層 Q 場建立的基礎上，針對地面地震開展了炮域和檢波域表層 Q 補償處理，補償后提高了子波一致性，頻帶更寬（圖9），溝塬過渡帶同相軸更聚焦、分辨率更高，弱同相軸的成像質量得以改善。

2.5.2基于VSP資料的確定性子波反褶積

反褶積是地震數據處理中的重要部分，其目的在于壓縮地震子波，消除多次波干擾，提高縱向分辨率。由于DAS-VSP觀測系統的特殊性，它能夠記錄到能量較強的下行波，用統計方法從VSP資料中提取地震子波的精度要遠高于從地面地震求取的子波。VSP資料受野外采集工藝的影響，不同深度段的子波品質有一定差異，可以優先選擇較深接收段、耦合好、子波能量強、噪聲弱的下行波作為子波。

利用聯采資料同源激發、同路徑傳播特點，從

VSP記錄提取子波，獲得同源激發地面地震激發點的子波，依托VSP提取的子波分別對VSP資料和地面地震資料進行確定性子波反褶積處理，有效提升地面地震資料的分辨率。圖10是3D-VSP反褶積前、后共接收點記錄。反褶積后上行波波場連續性增強，提高了主頻、拓寬了頻帶。圖11為地面地震串聯反褶積與使用確定性子波反褶積后的處理結果對比，可見，確定性子波反褶積處理后剖面上層間弱反射成像更清晰（箭頭所示），高頻端拓寬了 8Hz 剖面分辨率得到提升，尤其是紅框內。

圖8WJ19-061井3D-VSP過井軌跡線表層 Q 補償前（左）后（右）的共深度點道集（上）及頻譜（下）對比

圖7雙井微測井速度與 Q 值擬合結果

圖9地面地震近地表 Q 場補償前（左）后（右）疊加剖面對比圖頭紅線表示地表高程。

圖10WJ19-O61井3D-VSP過井軌跡線反褶積前（左）、后（右）共深度點道集（上）及頻譜（下）對比

圖11串聯反褶積（左）與確定性子波反褶積（右）的疊加剖面對比

3 DAS3D-VSP數據成像關鍵技術

在上述處理技術得到的高信噪比、高分辨率的VSP數據基礎上，提高速度建模的精度、減少VSP偏移畫弧干擾、實現高精度三維VSP成像，是復雜黃王塬區資料處理技術取得突破的最終目標。

3.13D-VSP速度模型建立

復雜黃土塬區3D-VSP成像必須建立精細的速度場和 Q 場模型。首先根據地質、測井、VSP以及地震信息建立速度初始模型，再利用零井源距VSP速度對地震速度場進行校正。得益于工區內眾多鉆并資料，優選52口井，利用3D-VSP初至優化層位深度信息和速度值，進行三輪井約束多層系速度模型優化，速度變化特征刻畫得更加精準（圖12）。

采用井地聯采多井VSP約束建立中深層 Q 場。通過求取多井VSP中深層 Q 值，擬合本工區Q 場與速度關系，結合深度域速度場（圖12）約束建立全工區中深層 Q 場（圖13），該深度域 Q 場可用于后續疊前深度 Q 偏移。

圖12多井VSP約束建立的速度場

圖13速度場約束建立的中深層 Q 場

3.2VSP角度域高斯束偏移成像

3.2.1 VSP高斯束偏移

針對復雜黃土塬區光纖井地聯采3D-VSP資料，系統地開展3D-VSP成像技術攻關，在保真、高分辨率資料處理基礎上，針對光纖大斜度井接收、3D-VSP偏移成像信噪比低的問題，優選角度域高斯束疊前深度偏移成像技術，通過限制平面波傳播方向、傳播范圍以及傾角約束的方法減少偏移畫弧，提高光纖3D-VSP成像質量。

在實現VSP高斯束偏移時，首先將地震數據根據高斯射線束初始寬度將地震數據分成 n 組（ W₁ W₂，…，W_n） ，然后將每一組數據通過 τ-? 變換從時空域變換到 τ-P 域，形成了對應不同射線參數的平面波（能量團 （τ_i，p_i），…，（τ_k，p_k）） ，此時每一個射線參數上的能量團即是帶有傳播方向的平面波（圖14）；然后通過設置閾值，消除 道集中的絕大部分噪聲。在平面波反傳的過程中就可以優選能量強的射線參數，僅傳播確定射線參數的平面波。利用高斯束偏移這一特點，在VSP這種非對稱且觀測點比較稀疏的情況下，可以壓制畫弧現象。

圖14VSP高斯束偏移成像平面波分解及優選示意圖

3.2.2高斯束局部角度參數計算

在強橫向非均勻介質中，井源距域和炮域共成像點道集都可能都存在明顯的相干性噪聲。疊前偏移可視為從不同入射方向來的“源\"波與不同方向出射的“接收\"波在成像點的耦合（聚焦成像）。在高頻漸近意義下，成像點處入射和散射波前面分別具有各自的格林函數屬性，如旅行時、幾何擴散因子、旅行時梯度或慢度矢量等。如圖15所示，三維情況下，可用兩類、四個角度參數共同定義地下成像點處局部傳播方向。第一類是描述入射與散射（反射）方向特征的兩個角度，即入射角 γ （散射張角 θ₁ 的一半）和散射方位角（局部入射慢度 和散射慢度 p_r 所在平面的方位角） ?₁ 。第二類是描述局部照明方向的兩個角度，即照明矢量 與 p_r 之和）的傾角θ₂ 與方位角 ?₂ 。

圖15成像點處地震波局部角度特征示意圖

根據矢量運算法則，前文所述四個局部角度參 數分別滿足

式中： ?_mz 為照明矢量的垂向分量； x，y 與 z 分別表示沿坐標軸的單位矢量，其中 指向正北方向并作為定義方位角的參考方向。可見，角度域成像的關鍵是計算得到成像點處入射與散射慢度矢量，便可根據上述方程求取四個局部角度參數。

4效果分析

針對攻關區DAS井地聯采3D-VSP資料，采用了人工智能初至拾取、并地聯合統一基準面靜校正、多域多階段組合壓噪、自適應波場分離以及基于吸收衰減補償的高分辨疊前關鍵處理技術流程，構建了精細速度場和 Q 場模型，首次實現了復雜黃土塬區DAS3D-VSP偏移成像。

圖16為過WJ19-061井地面地震偏移成像與VSP偏移成像結果的對比，可以看出，地面地震偏移成像結果與VSP偏移成像結果淺中深層波組強弱關系對應一致，同時通過VSP偏移處理，獲得了高精度的陸上3D-VSP成像，其分辨率和信噪比明顯比地面地震高，為精細刻畫井旁砂體疊置關系提供了高精度資料基礎；從合成記錄展示結果可以看出，將標志層T8對應上后，地面地震其余位置的對應關系較差，在紅色箭頭所指位置均存在一定的誤差，而3D-VSP成像井震標定結果顯示，標志層T8對應一致后，淺中深層的對應關系更好，波組相關系數明顯提高，平均約 9.7%

圖17展示了過WJ20-411井的最終成像結果，圖中井上展示的藍色曲線為合成記錄，紅色曲線為聲波測井，對比可以看出，3D-VSP成像剖面整體信噪比較高，成像聚焦效果顯著，目的層段分辨率優勢明顯；同樣地，從合成記錄與聲波測井曲線的對比分析看，VSP偏移成像與井上合成記錄的吻合度更高，目的層T4對應一致后，VSP在紅色箭頭處的合成記錄吻合程度要明顯優于地面地震成像，進一步驗證了處理所采用的技術流程和模型的有效性。

圖16過WJ19-061井地面地震（左）與VSP（右）的偏移剖面對比 井上藍色曲線為合成記錄，紅色曲線為聲波測井。

圖17WJ20-411井地面地震（左）與VSP（右）的偏移剖面對比 井上藍色曲線為合成記錄，紅色曲線為聲波測井。

5結論

通過針對復雜黃土塬DAS3D-VSP數據處理和成像的攻關以及在鄂爾多斯盆地東部某區的實際應用，得出如下結論。

（1）通過針對性的人工智能初至拾取、井地聯合統一基準面靜校正、多域多階段組合壓噪、自適應波場分離和基于吸收衰減補償的高分辨關鍵處理技術流程，可以有效提高復雜黃土塬區井中地震數據預處理的品質，為后期VSP高精度成像奠定了基礎。

（2）井地聯采DAS3D-VSP數據具有高密度、高覆蓋的特點，有助于獲得準確的時深關系、地層速度、球面擴散補償因子、 Q 值等參數，為提高成果數據的保幅性、分辨率和成像精度提供了關鍵依據。

（3）通過速度建模和高斯束角度域成像方法研究與應用，首次實現了陸上復雜黃土塬DAS3DVSP偏移成像，顯著提高了地震資料的分辨率和信噪比，為砂體精細預測和剩余油氣分析提供了重要的技術支撐。DAS3D-VSP井地聯采技術作為新一代的勘探技術可用于相似地質條件區域。

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（本文編輯：宜明理）

作者簡介

李樂高級工程師，1979年生；2001年獲西南石油大學地質學專業學士學位，2004年獲西南石油大學礦產普查與勘探專業碩士學位；現就職于中國石油集團東方地球物理公司物探技術研究中心，主要從事復雜山地地球物理勘探、油藏地球物理等方面的研究與應用。