CN111665568A - 基于分布式光纤声波传感技术的微测井装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于分布式光纤声波传感技术的微测井装置及测量方法，包括布设在井内的铠装光缆，铠装光缆和井口的高空间分辨率高空间分辨率分布式光纤声波传感调制解调仪器连接，井口周围的地面上有震源激发点；铠装光缆用含水的沙石填埋压实，和地层的良好波阻抗耦合。根据从地面各震源点到达铠装光缆沿线各测量点的距离和直达波的走时以及纵波或横波的波形，计算出井周围地层纵波和横波的平均速度，地层的分层纵波和横波速度，速度各向异性系数，衰减系数，获取近地表反褶积算子，井控速度建模，地层划分，浅地表层析成像，还可以对地面地震数据进行静校正处理、高频恢复、各向异性偏移、Q补偿或Q偏移，提高地面地震数据的处理精度。

Description

基于分布式光纤声波传感技术的微测井装置及测量方法

技术领域

本发明涉及地球物理勘探技术领域，特别是涉及基于分布式光纤声波传感技术的微测井装置及测量方法。

背景技术

地震波(Seismic Wave)是由地震震源向四处传播的振动，指从震源产生向四周辐射的弹性波。按传播方式可分为纵波(P波)、横波(S波)，纵波和横波均属于体波和面波(L波) 三种类型。地震震源激发时，震源区的介质发生急速的破裂和运动，这种扰动构成一个波源。由于地球介质的连续性，这种波动就向地球内部及表层各处传播开去，形成了连续介质中的弹性波。地震波的传播速度都因传播介质不同而有差异，通常与岩石类型、围限压力、岩石结构以及其他地质因素有关。

地震勘探是指人工激发所引起的弹性波利用地下介质弹性和密度的差异，通过观测和分析人工地震产生的地震波在地下的传播规律，推断地下岩层的性质和形态的地球物理勘探方法。地震勘探是地球物理勘探中最重要、解决油气勘探问题最有效的一种方法。它是钻探前勘测石油与天然气资源的重要手段，在煤田和工程地质勘查、区域地质研究和地壳研究等方面，也得到广泛应用。

地震勘探则是利用人工的方法引起地壳振动如雷管或炸药爆炸、重锤下落或敲击、可控震源振动，再用精密仪器按一定的观测方式记录爆炸后地面上各接收点的振动信息，利用对原始记录信息经一系列加工处理后得到的成果资料推断地下地质构造的特点。在地表以人工方法激发地震波，在向地下传播时，遇有介质性质不同的岩层分界面，地震波将发生反射与折射，在地表或井中用检波器接收这种地震波。收到的地震波信号与震源特性、检波点的位置、地震波经过的地下岩层的性质和结构有关。通过对地震波记录进行处理和解释，可以推断地下岩层的性质和形态。

在对地震勘探所获取的地震数据进行处理和解释的过程中，计算出各种地震波在地层中传播的速度和地下介质地层或岩层的弹性或粘弹性参数是必须和非常重要的步骤之一。由于地下浅部地层的介质大多由泥土、砂粒、砾石、风化破碎的岩石、出露的地下深处的各种岩石、地下溶洞和戈壁滩等构成，他们具有非常强的非均质性，其速度和弹性或粘弹性参数变化范围大，各向异性强，严重影响地震勘探数据的质量。如果不能准确的获取地下浅部地层的地震波速度和地下介质地层或岩层的弹性或粘弹性参数，则会非常不利于或者无法进行后续的地震数据的处理和解释。因此，准确的测量和计算地下浅部地层的地震波速度和地下介质地层或岩层的弹性或粘弹性参数，是进行地震勘探数据处理解释的首要任务之一。

微测井，是表层结构调查的主要手段之一，因其在地面直接接收来自井下不同深度处激发的上行波信息，受地形的影响小，所以解释精度高。通过井中激发、地面接收(或地面激发、井中检波器接收，或井中激发、井中接收)方式采集地震波信息，求取近地表或地下浅部地层的地球物理参数的方法，简称微测井，也包括微VSP测井。微地震测井法主要包括三种：

(1)采集时震源沉放在井中，检波器排列布设在井口附近地表，偏移距(井检距)一般为0.5～6m，排列布设可根据地表起伏情况布设为一字形、直角形、扇形、十字形或圆形；

(2)采集时检波器沉放在井中，震源布在地表，偏移距(激发点与井口之间的距离)可通过试验确定，在保证初至时间可靠的前提下偏移距尽量小；

(3)采集时震源和检波器分别沉放在相距不远的两口井中，此法类似井间地震，又称双井微测井。上述三种微地震测井方法均要求井中控制点(激发点和接收点)遵循浅层密、深层疏，点距随着深度的增加而逐渐增大的原则布设，一般在0.5～5m之间。

微测井资料解释时，首先将偏移距处的初至时间转换为零偏移距的垂直时间，同时消除井口与检波器或激发点之间高差及其埋深的影响；然后通过深度与时间的关系，拟合出各层的时深曲线(垂直时距曲线)，并根据时深曲线的斜率和相邻层时深曲线的交点求取各层速度和厚度。

微测井法常用于地形起伏剧烈、地层速度反转或存在薄互层等表层结构复杂的地区。相对浅层折射法，微测井法的调查精度高，但操作工艺复杂、施工效率低、成本高。

现有技术一，通常地震波速度的测量方法包括声波测井或井中地震勘探方法的直接测量法和地面地震勘探的间接测量法。在目前的陆地地震勘探作业中，主要采用的是在地震数据采集的工区内打浅井进行单井或双井微测井作业来直接测量从地表到浅井井底的地震波速度，或者用已有的垂直地震剖面VSP数据求取从井口到井底的地层的地震波速度。常规微测井或VSP作业是在浅井里放置一个或数个检波器，在井口附近进行震源激发，然后利用井下的检波器记录地面震源的信号到达井下检波器的时间走时，最后根据地面震源到检波器的距离即井下检波器的深度值和记录到的地震波的走时来计算浅层的地震波速度。或者是在地面放置检波器，从浅井井底依次向上在不同的深度进行激发，然后利用地面的检波器记录井下震源的信号到达地面检波器的时间走时，最后根据井下震源到地面检波器的距离即井下震源的深度值和记录到的地震波的走时来计算浅层的地震波速度。根据井下实测的浅层的地震波速度，建立浅层的地震波速度模型，用于对地面地震资料进行静校正处理和后续的地面地震数据处理和成像。

现有技术一的缺点，第一，常规微测井作业时是在浅井里放置一个或数个检波器来测量浅层的地震波速度，或者在地面上放置检波器通过井中不同深度的震源激发来测量浅层的地震波速度。由于放到浅井里的检波器要在不同的浅井里重复使用，不可能把浅井里面布设的检波器埋在井下以保证井下检波器与地层的良好耦合，这种不完全或不好的耦合会给浅井里地震波速度的测量精度带来很大的误差和错误；在井中不同深度的震源激发时，由于激发环境的变化，激发子波随之发生很大变化，导致初至时间不准而解释地震波速度误差很大，以及无法进行地层衰减的统计分析。第二、由于井下的检波器要逐点移动测量或井下的震源要逐点激发，使得常规微测井的作业效率低下，成本高昂，无法在施工区域里大规模高密度的布设微测井的数量，难以满足精细调查浅地表地震波速度和地下浅部介质地层或岩层的弹性或粘弹性参数的分布变化的规律；第三、由于常规微测井的地面震源只是在井口附近激发，常规微测井方法测量的只是从井口到井底的浅层地震波的垂直速度。由于地下浅层的介质的强纵向和横向非均匀性，浅层的地震波速度会存在各向异性，即地层的地震波垂直速度与水平速度会有明显的差异，而这一明显的差异无法通过微测井技术得到解决；第四、常规微测井作业时在地面激发井中检波器接收的方式，检波器由于未能充分与地层耦合，接收能量很弱；井中激发地面检波器接收的方式，井中激发能量有限，两种方式都难以实现较深微测井的观测，一般观测深度不超过150m。

现有技术二，如果没有微测井或VSP数据，则一般利用地面地震仪器记录的面波数据来反演浅层的地震波速度，或者用地面地震仪器记录的折射波或反射波的走时来计算或反演浅层的地震波速度。根据反演计算求取的浅层的地震波速度，建立浅层的地震波速度模型，用于对地面地震资料进行静校正处理和后续的地面地震数据处理和成像。

现有技术二的缺点，第一、由于折射地震测量的是地面激发的震源信号地震波从地表下行到达地下的波阻抗界面比如浅地表和基岩的分界面后沿波阻抗界面滑行折射，然后上行反射回到地面的检波器的走时。如果我们知道地下介质的地震波速度和基岩或波阻抗界面的速度，我们可以根据测量到的折射波走时准确的计算出基岩或波阻抗界面的埋深。由于我们既不知道地下介质的地震波速度和基岩的速度，也不知道基岩或波阻抗界面的埋深，我们通过折射地震波的走时计算出来的地下介质的速度就会有多解性或非唯一性，使我们难以获得地下浅层介质的准确地震波速度；第二、由于反射地震测量的是地面激发的震源信号地震波从地表下行到达地下的波阻抗界面比如浅地表和基岩的分界面后上行反射回到地面的检波器的走时。如果我们知道地下介质的地震波速度，我们可以根据测量到的反射波双程走时准确的计算出基岩或波阻抗界面的埋深。由于我们既不知道地下浅地表介质的地震波速度和基岩的速度，也不知道基岩或波阻抗界面的埋深，我们通过反射地震波的走时计算出来的地下介质的速度就会有多解性或非唯一性，使我们难以获得地下浅层介质的准确地震波速度。比如说对于同一反射波走时，浅层介质的速度慢，基岩或波阻抗界面的埋深就浅；如果浅层介质的速度块，对于同一反射波走时，基岩或波阻抗界面的埋深就深。这就是通过反射地震波的走时计算出来的地下介质的速度存在的多解性或非唯一性。第三、利用面波数据或折射波、反射波的数据反演表层速度的方式，都无法进行地层衰减的统计分析及Q因子的估算。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了基于分布式光纤声波传感技术的微测井装置及测量方法，解决了以往无法准确的测量和计算地下浅部地层的地震波速度和地下浅部介质地层或岩层的弹性或粘弹性参数问题。

本发明采用的技术方案是：

基于分布式光纤声波传感技术的微测井装置，包括布设在井内的铠装光缆，所述的井为一口或多口数十米深的竖直浅井或数百米深的竖直深井；还包括在井口的高空间分辨率分布式光纤声波传感(Distributed Acoustic Sensing－DAS)调制解调仪器；井口周围的地面上有均匀或非均匀分布的震源激发点；

先用小型钻机在微测井位置上打延伸到基岩面的几米到几十米的竖直浅井或数百米的竖直深井，在铠装光缆的尾端打一个结或安装一个消光器，然后在井里布设铠装光缆。铠装光缆布设到井底后，将铠装光缆用含水的沙石填埋压实，保证其和地层的良好波阻抗耦合；将铠装光缆的首端连接到高空间分辨率分布式光纤声波传感调制解调仪器的信号输入端；

用重锤、雷管、小剂量炸药包或可控震源等激发方式在地面上均匀或非均匀布设的震源激发点位置上进行激发，连接铠装光缆首端的高空间分辨率分布式光纤声波传感调制解调仪器则同步记录在地面上震源激发点的地震信号。

铠装光缆里面至少有一根普通单模光纤或特种声波或震动敏感光缆。

所述的特种声波或震动敏感光缆内至少有两根以上的单模光纤，用复合材料通过注塑或挤压成圆柱形且紧密包裹单模光纤来制成声波或震动敏感光缆。这种特种声波或震动敏感光缆在用沙石埋设压实在井内后，特种声波或震动敏感光缆内的单模光纤和外面的保护轻型铠之间没有间隙，特种声波或震动敏感光缆由于被沙石埋设压实在井内，其与从地面均匀或非均匀布设的震源激发点激发并传播到井壁处的地震波有很好的声波或震动(波阻抗)耦合。通过连接的高空间分辨率分布式光纤声波传感调制解调仪器，可以可靠的记录到从地面均匀或非均匀布设的震源激发点激发并传播到井壁处的地震波。

所述井里的铠装光缆布设完后，将布设到井底的铠装光缆用含水的沙石填埋压实，保证其和地层的良好波阻抗耦合。

高空间分辨率分布式光纤声波传感调制解调仪器采集从铠装光缆里面的单模光纤或特种声波或震动敏感光缆里反射回来的瑞利散射光信号，通过对反射回来的瑞利散射光信号的相位数据进行调制解调处理，获得沿铠装光缆分布的地震(震动)信号。所述高空间分辨率分布式光纤声波传感调制解调仪器的主控装置为计算机。

对于有多口井分布的工区，一台高空间分辨率分布式光纤声波传感调制解调仪器可以通过一个多路光开光连接多井的铠装光缆，控制多路光开关的自动程控切换，依次高速采集由同一地面震源激发在多井内埋置的铠装光缆上感应到的地震信号。

采用上述的基于分布式光纤声波传感技术的微测井装置，测量的方法，包括以下步骤：

1：在每个震源激发点位置逐点依次激发震源信号，同时通过高空间分辨率分布式光纤声波传感调制解调仪器和铠装光缆采集从每个震源点依次激发后传播到铠装光缆上的地震波信号，DAS仪器同时对在沿铠装光缆上的每个测量点上采集的瑞利散射波的相位数据进行处理，将其转换成同一位置的同频率同振幅震动信号；

2：根据从震源激发点到达每个沿井埋设的铠装光缆上震动信号检测点的直达波走时和从震源激发点到每个已知深度检测点的直线距离，计算出从地面到达井下每个已知深度检测点的地震波平均速度；

3：根据每两个检测点之间的直达波走时差和这两个检测点之间的间距，计算出两个检测点之间的层速度；

4：如果数据处理人员拾取的是直达纵波的走时，计算出的就是纵波的平均速度和纵波的层速度；

5：如果拾取的是直达横波的走时，计算出的就是横波的平均速度和横波的层速度；

6：如果地下浅部的地震波速度是均匀的，则从地面上不同位置和不同方位的震源激发点激发的纵波或横波的传播速度就会是一样的，就没有速度的各向异性；如果地下浅部的地震波速度是非均匀的，那么从地面上不同位置和不同方位的震源激发点激发的纵波或横波的传播速度就不一样，就存在地震波速度的各向异性；根据这种在同一介质中沿不同方向传播的地震波的速度不一致现象，计算出地震波速度在井周围地层的速度各向异性及其分布特征；

7：根据在井中记录的在此井的井口位置激发的从井口到井底不同深度的地震波的振幅和频谱变化的特征，用频谱比值法或质心频移法或频谱拟合法计算或获取地下浅部的地震波衰减系数或Q值。

对于在井的井口附近震源激发点激发的地震波，其能量以近似垂直的方向向下传播，下行的直达波可直接反应地层的吸收衰减特征，因此可以用井口附近激发的微测井资料通过频谱比值方法求取浅部地层的Q值：

平面波的振幅谱

不同时刻的振幅比

振幅比对数

B(f,t)是从地面向地下垂直传播的平面波在t时刻的振幅谱，A(t)是平面波振幅谱的系数，f是平面波的频率，t是时间，Q是平面波的衰减系数。

不同振幅比的对数只是关于频率的一次函数，通过拟合斜率，即可得到Q值。

8：根据从地面各震源点到达铠装光缆沿线各测量点的距离和直达波的走时以及纵波或横波的波形，可以计算出井周围地层的纵波和横波的平均速度，地层的分层纵波和横波速度，速度各向异性系数，衰减系数，获取近地表反褶积算子，进行井控速度建模，地层划分，浅地表层析成像，也可以对地面地震数据进行静校正处理、高频恢复、各向异性偏移、Q补偿或Q偏移。Q吸收补偿技术可以补偿由地层吸收衰减引起的振幅衰减和频率损失，提高地震资料的分辨率。

本发明基于分布式光纤声波传感技术的微测井装置及测量方法的有益效果如下：

本发明提出了在用地面以下的井里布设铠装光缆以及地面上均匀或非均匀布设的震源信号，并利用分布式声波光纤传感调制解调仪器直接测量和计算地下浅层介质的地震波速度和地下浅层介质地层或岩层的弹性或粘弹性参数的装置及方法。此方法利用地面以下井里布设铠装光缆和地面上的震源信号，直接测量地表以下浅层介质的地震波速度和计算地下介质地层或岩层的弹性或粘弹性参数，克服了微测井的井深不能太大、井下检波器耦合不好、作业效率低、无法测量地震波速度的各向异性，无法获得地下浅部介质地层或岩层的弹性或粘弹性参数以及用地面地震仪器记录的折射波或反射波走时计算的浅层介质的地震波速度非唯一性等问题，可以精细准确的建立地表以下浅层介质的地震波速度模型和地下浅层介质的弹性或粘弹性参数模型，用于对地面地震资料进行静校正处理和后续的地面地震数据处理和成像，比如各向同性波动方程或逆时深度偏移，各向异性波动方程或逆时深度偏移，Q补偿或Q偏移等。

附图说明

图1为本发明微测井装置现场作业布设方式示意图。

图2为本发明多个微测井装置的现场作业布设方式示意图。

图3为本发明特种声波或震动敏感光缆横截面结构示意图。

附图标记：1-井；2-铠装光缆；3-高空间分辨率分布式光纤声波传感调制解调仪器；4- 震源激发点；5-消光器；6-单模光纤；7-特种声波或震动敏感光缆；8-多路光开光。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

如图1所示，基于分布式光纤声波传感技术的微测井装置，包括布设在井1内的铠装光缆2，井口的高空间分辨率分布式光纤声波传感(Distributed Acoustic Sensing－DAS)调制解调仪器3，井口周围的地面上均匀或非均匀分布的震源激发点4。

先用小型钻机在微测井位置上打延伸到基岩面的竖直井1，竖直井1为几米到几十米的竖直浅井或数百米的竖直深井，在铠装光缆2的尾端打一个结或安装一个消光器5，然后在井1 里布设铠装光缆2。铠装光缆2布设到井1的井底后，将铠装光缆2用含水的沙石填埋压实，保证其和地层的良好波阻抗耦合；将铠装光缆2的首端连接到高空间分辨率分布式光纤声波传感调制解调仪器3的信号输入端；

随后用重锤、雷管、小剂量炸药包或可控震源等激发方式在地面上均匀或非均匀布设的震源激发点4位置上进行激发，连接铠装光缆2首端的高空间分辨率分布式光纤声波传感调制解调仪器3则同步记录在地面上均匀或非均匀布设的震源激发点4激发的地震信号。

本实施方案的铠装光缆2为埋置在地面以下所有井1里面的铠装光缆2，铠装光缆2里面至少有一根普通单模光纤或特种声波或震动敏感光缆7。

如图3所示，本实施方案的特种声波或震动敏感光缆7内至少有两根以上的单模光纤6，用复合材料通过注塑或挤压成圆柱形且紧密包裹单模光纤6来制成声波或震动敏感光缆。

本实施方案的高空间分辨率分布式光纤声波传感调制解调仪器3采集从铠装光缆2里面的普通单模光纤或特种声波或震动敏感光缆7里反射回来的瑞利散射光信号，通过对反射回来的瑞利散射光信号的相位数据进行调制解调处理，获得沿铠装光缆2分布的地震(震动)信号。

本实施方案的高空间分辨率分布式光纤声波传感调制解调仪器3的主控装置为计算机。

如图2所示，本实施方案所述在有多口井1分布的工区，一台高空间分辨率分布式光纤声波传感调制解调仪器3可以通过一个多路光开光8连接多井的铠装光缆2，控制多路光开关8的自动程控切换，依次高速采集由同一地面震源激发在多井内埋置的铠装光缆2上感应到的地震信号。

分布式光纤声波传感技术的微测井装置的测量方法，包括以下步骤：

S1：在每个震源激发点4位置逐点依次激发震源信号，同时通过高空间分辨率分布式光纤声波传感调制解调仪器3和铠装光缆2采集从每个震源点依次激发后传播到铠装光缆2上的地震波信号，高空间分辨率分布式光纤声波传感调制解调仪器3同时对在沿铠装光缆2上的每个测量点上采集的瑞利散射波的相位数据进行处理，将其转换成同一位置的同频率同振幅震动信号；

S2：根据从震源激发点4到达每个井1埋设的铠装光缆2上震动信号检测点的直达波走时和从震源激发点4到每个已知深度检测点的直线距离，计算出从地面井1下每个已知深度检测点的地震波平均速度；

S3：根据每两个检测点之间的直达波走时差和这两个检测点之间的间距，计算出两个检测点之间的层速度；

S4：如果数据处理人员拾取的是直达纵波的走时，计算出的就是纵波的平均速度和纵波的层速度；

S5：如果拾取的是直达横波的走时，计算出的就是横波的平均速度和横波的层速度；

S6：如果地下浅部的地震波速度是均匀的，则从地面上不同位置和不同方位的震源激发点4激发的纵波或横波的传播速度就会是一样的，就没有速度的各向异性；如果地下浅部的地震波速度是非均匀的，那么从地面上不同位置和不同方位的震源激发点4激发的纵波或横波的传播速度就不一样，就存在地震波速度的各向异性；根据这种在同一介质中沿不同方向传播的地震波的速度不一致现象，计算出地震波速度在井1周围地层的速度各向异性及其分布特征；

S7：根据在井1中记录的在此井的井口位置激发的从井口到井底不同深度的地震波的振幅和频谱变化的特征，用频谱比值法或质心频移法或频谱拟合法计算或获取地下浅部的地震波衰减系数或Q值。

对于在井的井口附近震源激发点激发的地震波，其能量以近似垂直的方向向下传播，下行的直达波可直接反应地层的吸收衰减特征，因此可以用井口附近激发的微测井资料通过频谱比值方法求取浅部地层的Q值：

平面波的振幅谱

不同时刻的振幅比

振幅比对数

B(f,t)是从地面向地下垂直传播的平面波在t时刻的振幅谱，A(t)是平面波振幅谱的系数，f是平面波的频率，t是时间，Q是平面波的衰减系数。

不同振幅比的对数只是关于频率的一次函数，通过拟合斜率，即可得到Q值。

S8：根据从地面各震源点到达铠装光缆沿线各测量点的距离和直达波的走时以及纵波或横波的波形，可以计算出井1周围地层的纵波和横波的平均速度，地层的分层纵波和横波速度，速度各向异性系数，衰减系数，获取近地表反褶积算子，进行井控速度建模，地层划分，浅地表层析成像，可以对地面地震数据进行静校正处理、高频恢复、各向异性偏移、Q补偿或Q 偏移。

本实施方案在实施时，利用地面以下的井1里布设铠装光缆2以及地面上均匀或非均匀布设的震源激发点4激发的地震信号，并利用分布式声波光纤传感调制解调仪器3直接测量和计算地下浅层介质的地震波速度和地下浅层介质地层或岩层的弹性或粘弹性参数的装置及方法。此方法利用地面以下井1里布设铠装光缆2和地面上均匀或非均匀布设的震源激发点4激发的信号，直接测量地表以下浅层介质的地震波速度和计算地下介质地层或岩层的弹性或粘弹性参数，克服了微测井的井深不能太大、井下检波器耦合不好、作业效率低、无法测量地震波速度的各向异性，无法获得地下浅部介质地层或岩层的弹性或粘弹性参数以及用地面地震仪器记录的折射波或反射波走时计算的浅层介质的地震波速度非唯一性等问题，可以精细准确的建立地表以下浅层介质的地震波速度模型和地下介质的弹性或粘弹性参数模型，用于对地面地震资料进行静校正处理和后续的地面地震数据处理和成像，比如各向同性波动方程或逆时深度偏移，各向异性波动方程或逆时深度偏移，Q补偿或Q偏移等。

主控装置可以为一个计算机控制的高空间分辨率分布式光纤声波传感调制解调仪器3，该计算机控制系统实时控制所有井1里面地震数据的同步采集和存储，即采集数据装置与主控装置相连接，通过主控装置对采集数据装置的控制操作，完成在井1里面的地震数据的采集和存储。井1里面地震信号的传感是通过埋置在井1里面的铠装光缆2来实现的，此系统可以直接测量地表以下浅层介质的地震波速度并计算出地下浅层介质(地层或岩层)的弹性或粘弹性参数。

基于上述实施例的内容，作为一种可选实施例：分布式光纤声波传感技术的微测井装置包括：布设在一口或多口数十米深的浅井或数百米深的深井内的铠装光缆，井口的分布式光纤声波传感(Distributed Acoustic Sensing－DAS)调制解调仪器，井口周围的地面上均匀或非均匀分布的震源激发点4；

雷管震源、小剂量炸药震源、重锤震源或可控震源用于提供在工区内均匀或非均匀分布的震源激发点的震源信号；

埋设在一口或多口数十米深的浅井或数百米深的深井内的铠装光缆感应地面震源激发的直达地震波、折射地震波、反射地震波、面波和多次波信号；

在工区地面上连接铠装光缆的高空间分辨率分布式光纤声波传感调制解调仪器接收铠装光缆中因地震波的波动传播引起的光纤上各点的背向瑞利散射波的相位变化信息，通过仪器内的调制解调电路和数据处理软件，将地面井口处接收到的光纤背向瑞利散射波的相位变化信息转换成地震波的实际震动信号，并将此模拟震动信号通过模数转换电路转换成数字地震信号，然后将数字地震信号存储到计算机中用于后续的数据处理工作。

具体为，如图1所示，施工队事先在工区内按照施工设计用小型钻机在微测井位置上打延伸到基岩面的几米到几十米的浅井或数百米的深1，在铠装光缆2的尾端打一个结或安装一个消光器5，然后在井里布设铠装光缆2。铠装光缆2布设到井1的井底后，将布设到井1井底的铠装光缆2用含水的沙石填埋压实，保证其和地层的良好波阻抗耦合；将铠装光缆2的首端连接到高空间分辨率分布式光纤声波传感调制解调仪器3的信号输入端。

随后用重锤、雷管、小剂量炸药包或可控震源等激发方式在地面上均匀或非均匀布设的震源激发点4位置上进行激发，连接铠装光缆2首端的高空间分辨率分布式光纤声波传感调制解调仪器3则同步记录在地面上均匀或非均匀布设的震源激发点4激发的地震信号。

具体为，如图1所示，当施工工区内有数口井1时，可以在每个井口旁边安放高空间分辨率分布式光纤声波传感调制解调仪器3，用同一震源激发的信号同步触发高空间分辨率分布式光纤声波传感调制解调仪器3，使其与埋设在井1内的铠装光缆2同时记录在地面上均匀或非均匀布设的震源激发点4激发的地震信号。如图2所示或者用一台高空间分辨率分布式光纤声波传感调制解调仪器3，通过多路光开关8将多井内埋置的铠装光缆2与此台高空间分辨率分布式光纤声波传感调制解调仪器3相连接。作业时，充分利用光速的高速传播特性，通过多路光开光8的快速切换，一台高空间分辨率分布式光纤声波传感调制解调仪器3依次采集同一地面震源激发多井内埋置的铠装光缆2上感应到的地震信号。

具体为，如图3所示，特种声波或震动敏感光缆7内至少有两根以上的单模光纤6，是通过用复合材料通过注塑或挤压成圆柱形且紧密包裹单模光纤6来制成特种声波或震动敏感光缆 7。这种特种声波或震动敏感光缆7在用沙石埋设压实在井1内后，特种声波或震动敏感光缆7 内的单模光纤和外面的保护轻型铠之间没有间隙，特种声波或震动敏感光缆7由于被沙石埋设压实在井1内，其与从地面均匀或非均匀布设的震源激发点激发并传播到井1井壁处的地震波有很好的声波或震动(波阻抗)耦合。通过连接的高空间分辨率分布式光纤声波传感调制解调仪器3，可以可靠的记录到从地面均匀或非均匀布设的震源激发点激发并传播到井1井壁处的地震波。

Claims (8)

1.基于分布式光纤声波传感技术的微测井装置，其特征在于，包括铠装光缆(2)，高空间分辨率分布式光纤声波传感调制解调仪器(3)，井口周围的地面上有震源激发点(4)；

在微测井位置上打延伸到基岩面的井(1)，铠装光缆(2)的尾端打一个结或安装一个消光器(5)，铠装光缆(2)布置在井(1)内并至井底；铠装光缆(2)的首端连接到高空间分辨率分布式光纤声波传感调制解调仪器(3)的信号输入端。

2.根据权利要求1所述的基于分布式光纤声波传感技术的微测井装置，其特征在于，所述铠装光缆(2)为普通或轻型铠装光缆，至少包括一根普通单模光纤。

3.根据权利要求1所述的基于分布式光纤声波传感技术的微测井装置，其特征在于，铠装光缆(2)包括特种声波或震动敏感光缆(7)，所述的特种声波或震动敏感光缆(7)内至少有两根以上的单模光纤(6)，单模光纤(6)外紧密包裹着通过注塑或挤压成圆柱形的复合材料。

4.根据权利要求1所述的基于分布式光纤声波传感技术的微测井装置，其特征在于，所述铠装光缆(2)用含水的沙石填埋压实在井(1)内。

5.根据权利要求1所述的基于分布式光纤声波传感技术的微测井装置，其特征在于，所述一台高空间分辨率分布式光纤声波传感调制解调仪器(3)通过一个多路光开光(8)连接多井内的铠装光缆(2)，控制多路光开关(8)的自动程控切换，依次高速采集由同一地面震源激发在多井内埋置的铠装光缆(2)上感应到的地震信号。

6.根据权利要求1所述的基于分布式光纤声波传感技术的微测井装置，其特征在于，所述高空间分辨率分布式光纤声波传感调制解调仪器(3)的主控装置为计算机。

7.根据权利要求1到6任一项所述的基于分布式光纤声波传感技术的微测井装置的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：在每个震源激发点(4)位置逐点依次激发震源信号，同时通过高空间分辨率分布式光纤声波传感调制解调仪器(3)和铠装光缆(2)采集从每个震源点依次激发后传播到铠装光缆(2)上的地震波信号，高空间分辨率分布式光纤声波传感调制解调仪器(3)同时对在沿铠装光缆(2)上的每个测量点上采集的瑞利散射波的相位数据进行处理，将其转换成同一位置的同频率同振幅震动信号；

S2：根据从震源激发点(4)到达每个沿井(1)埋设的铠装光缆(2)上震动信号检测点的直达波走时和从震源激发点(4)到每个已知深度检测点的直线距离，计算出从地面到达井(1)下每个已知深度检测点的地震波平均速度；

S3：根据每两个检测点之间的直达波走时差和这两个检测点之间的间距，计算出两个检测点之间的层速度；

S4：如果数据处理人员拾取的是直达纵波的走时，计算出的就是纵波的平均速度和纵波的层速度；

S5：如果拾取的是直达横波的走时，计算出的就是横波的平均速度和横波的层速度；

S6：如果地下浅部的地震波速度是均匀的，则从地面上不同位置和不同方位的震源激发点(4)激发的纵波或横波的传播速度就会是一样的，就没有速度的各向异性；如果地下浅部的地震波速度是非均匀的，那么从地面上不同位置和不同方位的震源激发点(4)激发的纵波或横波的传播速度就不一样，就存在地震波速度的各向异性；根据这种在同一介质中沿不同方向传播的地震波的速度不一致现象，计算出地震波速度在井(1)周围地层中的速度各向异性及其分布特征；

S7：根据在井(1)中记录的在此井的井口位置激发的从井口到井底不同深度的地震波的振幅和频谱变化的特征，用频谱比值法或质心频移法或频谱拟合法计算或获取地下浅部介质的地震波衰减系数或Q值；

S8：根据从地面各震源点到达铠装光缆沿线各测量点的距离和直达波的走时以及纵波或横波的波形，计算出井(1)周围地层的纵波和横波的平均速度，地层的分层纵波和横波速度，速度各向异性系数，衰减系数，获取近地表反褶积算子，进行井控速度建模，地层划分，浅地表层析成像，也对地面地震数据进行静校正处理、高频恢复、各向异性偏移、Q补偿或Q偏移，提高地面地震数据处理的精度和效果。

8.根据权利要求7所述的基于分布式光纤声波传感技术的微测井装置的测量方法，其特征在于，S7步骤中取浅部地层的Q值，通过以下方法：

对于在井(1)的井口附近震源激发点激发的地震波，其能量以近似垂直的方向向下传播，下行的直达波可直接反应地层的吸收衰减特征，用井口附近激发的微测井资料通过频谱比值方法求取浅部地层的Q值：

平面波的振幅谱

不同时刻的振幅比

振幅比对数

B(f，t)是从地面向地下垂直传播的平面波在t时刻的振幅谱，A(t)是平面波振幅谱的系数，f是平面波的频率，t是时间，Q是平面波的衰减系数；

不同振幅比的对数只是关于频率的一次函数，通过拟合斜率，即可得到Q值。

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