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[摘 要]在分析井中VSP地震观测系统特点的基础上，对观测到的地震波类型和特征作了阐释，分析了几种VSP模型（水平界面模型、倾斜界面模型、变偏移距模型、不同深度检波点模型）的射线追踪记录以及合成记录，利用射线追踪方法进行正演模拟，得到正演结果，并研究地震波的运动学特征。得出一些规律：钻孔穿过地层的数量等于合成记录上上行波和下行波的交点的数量；利用P波进行射线追踪和用转换波追踪其合成记录有差别，即转换波对VSP合成记录有影响；不同倾角的岩层对VSP上行波、下行波的走时特征和能量特征有影响；VSP合成记录的水平分量上会出现反极性现象，这与理论相一致。
[关键词]井中VSP地震观测系统；射线追踪；正演模型；合成记录
中图分类号：P315.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）15-0001-01
在国内，朱光明等（1985）发表了零偏移距VSP射线追踪模型，接着在1986年又发表了VSP非零偏移距任意界面渐进射线追踪模型；王成礼（1996）提出了垂直入射斜井VSP的正演模型；胡建平（1998）发表了变偏移距VSP射线追踪模型；卞爱飞等（2006）提出了基于体元模型的三维VSP射线追踪；笔者用射线追踪的方法对VSP模型进行正演用以研究地震波与钻井穿透地层的关系，倾斜地层对地震波的影响，转换波对VSP合成记录的影响以及VSP合成记录的水平分量出现的反极性现象。
1 VSP的基本特征
为VSP观测系统。与地面地震相比，VSP资料信噪比高，分辨率高，波的运动学和动力学特征明显。VSP技术可以为地面地震资料处理、解释提供精确的时深转换及速度模型，可为零相位子波分析提供支持，能可靠地识别地震反射层层位，改善地面地震资料解释效果。
2 VSP观测系统
进行VSP测量时，通常将地震震源分布在地面或者地表附近，并在井中按相隔较近的距离放置检波器。在实际生产过程中，为了适应各种不同VSP采集任务，出现了各种不同的观测方法，因而设计了各种不同的观测系统。
2.1 零井源距观测系统
从原理上讲，零井源距是使震源S位于观测井的井口之上，当地下界面水平时，零井源距是不能探测井深周围的地质情况的。当地层倾斜时，地层的探测范围随地层倾角而变化，探测范围可用虚震源S*到起止观测点的两条直线所限的界面长度确定。
2.2 非零井源距观测系统
非零井源距的震源固定在离所测井一定的位置上，其检波器由下向上提，其井源距的大小，根据目的层埋藏深度而定。
2.3 逆VSP观测系统
逆VSP（RVSP）就是在井中放炮，地面布置在检波器接收的一种观测方式。逆VSP技术的特点是在井中激发，地面接收，作业效率有很大的提高。
3 VSP射线追踪及合成VSP记录
在各种合成VSP记录的方法中，基于射线理论的方法是目前应用最为广泛的一种.试射法是两点射线追踪法中最早提出也是使用最广泛的一种射线追踪方法，其射线追踪过程是在激发点给定一系列初始射线参数值，根据斯奈尔定理依次进行追踪，在接收点附近选择最接近的两条射线，通过内插，调整初始射线参数值，经过多次调整、修改，可获得满意的结果。迭代射线追踪方法是预先知道震源点和接收点位置，由震源点和接收点出发寻找射线在介质中的传播，它遵循费马原理，通过不断逼近的方式来获得射线与界面的交点。迭代射线追踪法问题可描述为多元函数的极值问题。射线理论有多方面用处，合成地震记录只是其应用一个方面。VSP模型正演是以射线理论为基础，研究地震波的运动学特征。合成VSP记录，首先要制作VSP模型，这是射线追踪和合成VSP记录的基础；其次要布置VSP观测系统；最后要进行射线追踪，合成VSP记录。以下是几种VSP模型的射线追踪记录以及合成记录。
3.1 水平界面模型
3种水平界面模型的参数和其模型及合成记录，模型均为5层介质，不同的是检波点的位置不同，模型不同颜色的射线代表不同界面的射线路径，后图同。钻井穿过了4层界面，在其合成记录上可以观察到，出现的上行波和下行波有4个交点。模型2中，钻井孔经过了3层界面，所以在合成记录上，上行波和下行波一共有3个交点。因此，可以推断，如果井只穿过2层界面，则其合成记录上，上行波和下行波的交点则只有2个。模型3中的合成记录也验证了这一点。
3.2 倾斜界面模型
倾斜界面模型参数见3种倾角不同的模型。从3个模型的合成记录上可以看到，当第2层界面向上倾斜时，该层界面相对于井和检波点更近了，界面对应的上行波整体向上移动，向上倾斜。同理，界面下倾时，对应的下行波也向下移动并下倾。
3.3 变偏移距模型
可以看出同一个炮点第1层的覆盖范围比第2层的覆盖范围大。不同炮点在同一层的覆盖范围不同，偏移距大的覆盖范围大，即成像范围大一些。合成记录可以看出，不同位置炮激发时，正演模型得到的VSP合成记录形态基本一致，只是在走时特征和能量特征上稍有差别。
3.4 不同深度检波点模型
当震源从井的一层到达井的另一侧时，水平分量出现了反极性的现象。图13b是检波点位于200m处深度处的合成记录，与位于100m深度处的合成记录相比，P1向下（时间增大方向）移动，P2～P4向上，也就是时间减小的方向移动。500m深度处的合成记录，由于检波点位于第1层下方，接收不到第一层的反射波，因此记录上只有P1、P2、P3的同相轴。
4 结束语
通过射线追踪对VSP模型进行正演模拟，研究地震波的运动学特征，通过射线追踪的方法得到合成记录，针对不同模型，得到以下一些规律。钻孔穿过地层的层数等于合成记录上上行波和下行波的交点数量。利用P波进行射线追踪和用转换波追踪的合成记录上有差别，所以说转换波对VSP合成记录是有影响的。不同倾角的岩层对VSP上行波、下行波的走時特征和能量特征有影响。VSP合成记录的水平分量上会出现反极性现象，这一点和理论上相一致。
参考文献
[1] 曹务祥.利用VSP资料提取地层参数[J].石油物探，1996，35（3）：59-64.
[关键词]井中VSP地震观测系统；射线追踪；正演模型；合成记录
中图分类号：P315.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）15-0001-01
在国内，朱光明等（1985）发表了零偏移距VSP射线追踪模型，接着在1986年又发表了VSP非零偏移距任意界面渐进射线追踪模型；王成礼（1996）提出了垂直入射斜井VSP的正演模型；胡建平（1998）发表了变偏移距VSP射线追踪模型；卞爱飞等（2006）提出了基于体元模型的三维VSP射线追踪；笔者用射线追踪的方法对VSP模型进行正演用以研究地震波与钻井穿透地层的关系，倾斜地层对地震波的影响，转换波对VSP合成记录的影响以及VSP合成记录的水平分量出现的反极性现象。
1 VSP的基本特征
为VSP观测系统。与地面地震相比，VSP资料信噪比高，分辨率高，波的运动学和动力学特征明显。VSP技术可以为地面地震资料处理、解释提供精确的时深转换及速度模型，可为零相位子波分析提供支持，能可靠地识别地震反射层层位，改善地面地震资料解释效果。
2 VSP观测系统
进行VSP测量时，通常将地震震源分布在地面或者地表附近，并在井中按相隔较近的距离放置检波器。在实际生产过程中，为了适应各种不同VSP采集任务，出现了各种不同的观测方法，因而设计了各种不同的观测系统。
2.1 零井源距观测系统
从原理上讲，零井源距是使震源S位于观测井的井口之上，当地下界面水平时，零井源距是不能探测井深周围的地质情况的。当地层倾斜时，地层的探测范围随地层倾角而变化，探测范围可用虚震源S*到起止观测点的两条直线所限的界面长度确定。
2.2 非零井源距观测系统
非零井源距的震源固定在离所测井一定的位置上，其检波器由下向上提，其井源距的大小，根据目的层埋藏深度而定。
2.3 逆VSP观测系统
逆VSP（RVSP）就是在井中放炮，地面布置在检波器接收的一种观测方式。逆VSP技术的特点是在井中激发，地面接收，作业效率有很大的提高。
3 VSP射线追踪及合成VSP记录
在各种合成VSP记录的方法中，基于射线理论的方法是目前应用最为广泛的一种.试射法是两点射线追踪法中最早提出也是使用最广泛的一种射线追踪方法，其射线追踪过程是在激发点给定一系列初始射线参数值，根据斯奈尔定理依次进行追踪，在接收点附近选择最接近的两条射线，通过内插，调整初始射线参数值，经过多次调整、修改，可获得满意的结果。迭代射线追踪方法是预先知道震源点和接收点位置，由震源点和接收点出发寻找射线在介质中的传播，它遵循费马原理，通过不断逼近的方式来获得射线与界面的交点。迭代射线追踪法问题可描述为多元函数的极值问题。射线理论有多方面用处，合成地震记录只是其应用一个方面。VSP模型正演是以射线理论为基础，研究地震波的运动学特征。合成VSP记录，首先要制作VSP模型，这是射线追踪和合成VSP记录的基础；其次要布置VSP观测系统；最后要进行射线追踪，合成VSP记录。以下是几种VSP模型的射线追踪记录以及合成记录。
3.1 水平界面模型
3种水平界面模型的参数和其模型及合成记录，模型均为5层介质，不同的是检波点的位置不同，模型不同颜色的射线代表不同界面的射线路径，后图同。钻井穿过了4层界面，在其合成记录上可以观察到，出现的上行波和下行波有4个交点。模型2中，钻井孔经过了3层界面，所以在合成记录上，上行波和下行波一共有3个交点。因此，可以推断，如果井只穿过2层界面，则其合成记录上，上行波和下行波的交点则只有2个。模型3中的合成记录也验证了这一点。
3.2 倾斜界面模型
倾斜界面模型参数见3种倾角不同的模型。从3个模型的合成记录上可以看到，当第2层界面向上倾斜时，该层界面相对于井和检波点更近了，界面对应的上行波整体向上移动，向上倾斜。同理，界面下倾时，对应的下行波也向下移动并下倾。
3.3 变偏移距模型
可以看出同一个炮点第1层的覆盖范围比第2层的覆盖范围大。不同炮点在同一层的覆盖范围不同，偏移距大的覆盖范围大，即成像范围大一些。合成记录可以看出，不同位置炮激发时，正演模型得到的VSP合成记录形态基本一致，只是在走时特征和能量特征上稍有差别。
3.4 不同深度检波点模型
当震源从井的一层到达井的另一侧时，水平分量出现了反极性的现象。图13b是检波点位于200m处深度处的合成记录，与位于100m深度处的合成记录相比，P1向下（时间增大方向）移动，P2～P4向上，也就是时间减小的方向移动。500m深度处的合成记录，由于检波点位于第1层下方，接收不到第一层的反射波，因此记录上只有P1、P2、P3的同相轴。
4 结束语
通过射线追踪对VSP模型进行正演模拟，研究地震波的运动学特征，通过射线追踪的方法得到合成记录，针对不同模型，得到以下一些规律。钻孔穿过地层的层数等于合成记录上上行波和下行波的交点数量。利用P波进行射线追踪和用转换波追踪的合成记录上有差别，所以说转换波对VSP合成记录是有影响的。不同倾角的岩层对VSP上行波、下行波的走時特征和能量特征有影响。VSP合成记录的水平分量上会出现反极性现象，这一点和理论上相一致。
参考文献
[1] 曹务祥.利用VSP资料提取地层参数[J].石油物探，1996，35（3）：59-64.