质介质中波的形成和传播的规律，为直接找油气提供了可能性。这是垂直地震剖面的一个重要特点。
(a)
(b)
图2-2-27 常规地面观测（a）与VSP观测(b)的比较
VSP方法使地震测井、声波测井以及VSP与声波测井结合进行地质解释成为可能。 目前所用的井下检波器一般只有几个探头（法国CGG公司和法国石油学院共同研制了四深度三分量VSP检波器），每次激发时检波器只在几个深度上推靠到井壁，观测几道记录。整口井的观测，需多次重复激发，逐个深度段移动检波器，而后再将各段记录拼起来，形成一张VSP记录。
4.1.2垂直地震剖面的优点
①地面剖面通过测量波场的水平方向（地表）分布特征，研究地质剖面的垂向变化；垂直剖面通过测量波场在垂直方向的分布规律，研究地质剖面的垂向变化，因此，波的运动学和动力学特征更明显、更直接、更灵敏。
②地表观测离开介质内部有意义的界面较远，与界面有关的波需要经过一段复杂的旅程才到达地表。垂直剖面可以在介质内部紧靠界面观测，因而可直接记录到由震源产生而传播到研究对象的“单一”地震波。
③地面地震记录上的主要干扰波大都来自剖面上部，使地面记录上波的识别和对比困难。VSP在介质内部点上直接观测，可避开和减弱剖面上部低降速带的干扰，易于识别波的性质。 ④VSP可记录上行波及下行波，而地面地震记录的主要是上行波。所以，VSP可以更有效地利用波的到达时间特性。
⑤VSP的观测检波器为三分量检波器，即垂直分量和两个水平分量。它既可以接收纵波，也可以接收横波。
⑥VSP对激发震源的要求比较严格，要求激发是在同一源点且为恒震源。因此，多使用可重复性的震源。
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4.2 VSP震源及野外观测方法 4.2.1选择VSP震源的一般原则
4.2.1.1 VSP所用震源最好与VSP井旁地面地震剖面所用震源一致
VSP资料的应用之一就是帮助地面地震资料的解释。当两者所用震源一致时，同样的震源子波表现出的反射特征也一样，容易实现地表资料和VSP资料的统一解释。如果二者不一致，必须借助反褶积或频率及相位整形等方法得到均一化的震源子波。 4.2.1.2 VSP各次激发的震源子波应具有高度的一致性和重复性
每次激发井下检波器只在一个或几个深度点上记录。因此，为了以较小的深度间隔在整口井或部分井段上进行观测，就需在地表同一位置激发数十到数百次，最后形成VSP地震记录。为了使能量保持等效性和波形的一致性，需要可重复性震源。图2-2-28示意地给出重复性好和重复性不好的两种震源子波的情况。
图2-2-28 震源子波重复性说明
4.2.1.3 VSP震源的输出强度应该适中
与地表地震一样，对于垂直地震剖面而言，“震源输出越强越好”的观点也不正确。这是因为垂直地震剖面的下行波比上行波强，为不使下行波掩盖所需的上行波，应该选择强度适中的震源。
4.2.1.4激发频谱应尽可能宽，以提高分辨率
为适应勘探隐蔽地质体的细节，要求震源激发脉冲的频谱的频带宽、高频能量强。另外，为利用全波地震信息，最好采用纵、横波震源。图2-2-29为几种常用震源频特性比较曲线。表2-2-4为几种震源优缺点的比较。
表2-2-4 几种常用震源的特点
震源名称 炸药 可控震源 气枪 点火花 优点 单次激发能量强，输出能量振幅较高，频谱宽，高频成分丰富，分辨率高 重复性好，震源相关子波已知，频宽可调，易于移动，可方便快速地在多点激发，能量大小可按最佳信噪比调节，通过相关可消除随机噪声。 子波波形简单，具有高度的重复性，成本低，频率高，体积小，易移动，安全可靠。 操作简单，效率高，重复性好，频谱宽，高频成分丰富，环保型震源。 装备复杂，操作困难，有“气泡效应”干扰，不能产生S波，单个气枪能量小。 激发能量居中，有时需要垂直迭加。 缺点 子波重复性差，多次激发难对比。野外操作复杂，费用大，不安全，非环保型。 设备昂贵，体积大，易产生强的井筒波，不能在海上、沼泽及人口密集区施工。 144
4.2.2 VSP野外观测方法
4.2.2.1观测系统
根据调查地区的地质结构和解决的问题性质，确定VSP观测系统。 （1）零偏移距垂直地震剖面
零偏移距VSP，它是一种最简单的观测系统，最大井源距约百米左右，小则几十米；检波器间距一般为20米左右，最小距离约3米，最大距离50米左右。零源距观测系统，除可求取地层速度
外，还可进行波场分析、制作VSP地震道、预告未钻遇层位，也可为地震剖面提取子波等。资料解释比较容易。
（2）偏移距垂直地震剖面（非零偏移距VSP）
偏移距VSP。它具有以下优点：减少地震波的干扰；增加井周围勘探的范围；接收转换波；便于进行某些特殊的研究等。但其解释和处理比较复杂。
偏移距和可能勘探的界面范围之间的关系如图2-2-30所示，当界面为水平面，井为垂直井时，零偏移距不能勘探偏离井以外的界面和构造变化，而非零偏移距则可勘探从观测井到震源一半距离内的界面。当界面倾斜时，勘探界面的范围与界面倾角有关，随震源向界面上倾方向偏离，勘探范围增加。勘探范
围可用虚震源对井中最浅和最深的两个检波点所引直线截取的界面段近似确定。 （3）移动震源或多偏移距垂直地震剖面
移动震源或多偏移距VSP是一种震源沿过井测线逐次移动的观测系统。这种观测系统具有下列优点：便于利用透射波进行勘探；有可能更好地实现共深度点迭加；可以用较高的精度和分辨率研究复杂构造。 （4）常数偏移距垂直地震剖面
这种VSP观测是一种三维VSP观测。其特点是震源逐次围绕井移动，每次保持震源离开井口的偏移距不变，但相对于井的方位不同。设计这种观测系统的目的是为了对三维倾角和走向作反演分析。 （5）斜井VSP观测
斜井VSP观测的一种典型方法是震源在地面的位置随井下检波器组在井下位置的变化而变化，以保证从震源直接传到检波点的射线路径尽可能是垂直的。
除上述几种观测系统外，还可根据需要设计多种多样的观测系统。例如，多次覆盖的
图2-2-30偏移距和可能勘探的界面范围之间的关系
图2-2-29 几种震源频率特性对比曲线
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VSP观测系统、三维VSP观测系统。 4.2.2.2采样间隔 （1）时间采样间隔
根据采样定理，为了使采样所得的随时间变化的离散数据能够避免假频干扰，要求采样 间隔满足下面关系式。
?t?12 （2-2-22）
af式中fa——要记录数据中所包含的最高频率。
考虑到资料处理中的一些情况，即使根据频带宽度要求，VSP观测只需4毫秒采样就可满足，仍然建议采用1～2毫秒采样。 （2）深度采样间隔
VSP观测的资料不仅要求时间采样间隔合适，而且要求空间采样间隔（即深度采样间隔或观测点距）合适，因为VSP的很多特征和优点只有通过速度滤波使上行波场和下行波场分离之后才能显出。根据采样定理，为了避免空间假频，深度采样间隔应满足类似的关系式：
?Z?V2fmin?1max2K?max?min （2-2-23）
2 式中Vmin--井柱剖面段中的最小地层速度； fmax--要保留的传播子波的最大频率成分； Kmax--相应的最大波数； λ
min
一相应的最小波长。
（3）等时间深度采样
与等深度间隔的VSP资料相比，等时间深度间隔的VSP资料有许多优点，其中最主要的就是更便于用速度滤波分离上行波和下行波。在等时间增量的VSP资料上，所有的上行波和下行波同相轴在二维剖面中都具有同样的斜率；而等深度增量的VSP资料，由于层速度变化，不论是上行波还是下行波，其同相轴都会有不同的斜率。
野外按等时间深度间隔实际进行观测时，首先需要知道井中的速度资料，才能利用时-深曲线按等时间增量换算出相应的深度位置（这时深度增量往往是不等的），并按此深度逐次移动井下检波器组的位置。
4.2.3地震波的接收
VSP观测井、井下仪器和地面记录系统是标准VSP测量中的三个基本要素，下面分别予以讨论。
4.2.3.1 VSP观测井
在标准的VSP测量中，检波器放到井中不同深度，并推靠到井壁上，接收传到井壁的地震波。因此，井的状况对于VSP观测能否顺利进行，VSP记录质量的好坏，VSP资料是否便于解释起着决定性的作用。
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VSP观测可以在裸眼井，也可以在有套管的井中进行。在套管井中进行观测时，为了检波器能与井壁很好地耦合，套管和井壁之间必须胶结良好。在裸眼井中观测时，特别要防止“遇阻”情况发生。无论是检波器遇阻还是电缆遇阻，往往都是由所谓的“差压吸附”现象引起的。如图2-2-31所示。为了保护井，井中液柱的压力P1应大于地层孔隙流体压力P2。当仪器位于井
图2-2-31 压差吸附现象
中心，仪器四周的压力都是P1，因此提升仪器的力FA是仪器重量和仪器排开的液体重量二者之差。当仪器靠到井壁上时，将有一个横向力FR： FR?(P1?P2)A （2-2-24）
其中A是仪器和地层的接触面积）将仪器压向井壁，因而提升仪器的力FB，还需克服FR引起的滑动摩擦力。这种现象就是差压吸附现象。差压吸附与下面一些因素有关：井中流体（泥浆）的比重；井下仪器（检波器组）与井壁的接触状态；电缆与井壁的接触，是遇阻的主要因素；井下仪器在井中静止的时间；井径变化。
在设计阶段，应尽可能全面完整地了解VSP观测井的钻井资料（例如岩芯录井及其解释等）、钻井历史（例如井斜和处理事故的记载等）、测井资料（井径、声波、密度、电性和放射性等）和井旁地震资料（通过井的地面地震剖面），它们是可靠解释VSP资料的基础。它们的数量和质量是选择VSP观测井的条件之一。 4.2.3.2井下仪器
理想的井下检波器应具备以下特点：仪器两端呈流线型，以避免井筒波的干扰；直径小，以提高仪器的应用范围；装有可伸张的推靠臂，以保证仪器与井壁耦合良好；长度短、重量轻；三分量检波器的分量应可标定；方位测量系统；仪器耐高温、高压性能良好；井下检波器与电缆有可靠的连接头。 （1）推靠装置
推靠装置的类型依分类方法的不同而不同。根据推靠臂的个数，分为单臂和双臂两类；按驱动力类型可划分为液压、机电和弹簧三类；按臂的控制状态可划分为不可收缩型和可收缩型两类。 （2）换能器
换能器是井下仪器的心脏，它拾取地震波引起的井壁振动，并转换为电信号，送给地面的记录系统。目前广泛使用的换能器有以下两种类型：机电耦合型速度检波器和压电效应型加速度检波器。
井下仪器通常装有多个换能器，按其排列方式分有两类：单轴排列，只测量振动的一个分量，通常是垂直分量，称为单分量井下仪器；多轴排列，测量几个振动方向的分量，通常是三分量，称为三分量井下仪器。
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