0 引言

井中地震是一种依托井孔进行地震波采集的地球物理方法，以垂直地震剖面法(VSP)为主，广义上还包括井间地震、微地震压裂监测等多种观测方式，与地面地震相比，井中地震数据具有信噪比高、频带宽、波场丰富、地震波动力学和运动学特征明显等优点^[1]。随着油气藏勘探开发研究的不断深化，井中地震技术作为一种高分辨率的地震勘探方法受到了越来越多的关注，由于它兼具地震和测井、地面和井中等多方面数据特点，因此成为连接多学科油气勘探方法的桥梁和纽带。

自2000年以来，中国的井中地震技术进入了快速发展阶段，其桥梁作用逐渐得到体现。2001年，在辽河盆地西部进行了大井距井间地震试验，并开展了以储层剩余油开发为目的的探索性研究^[2]，标志着井中地震向精细储层研究迈出了关键性的一步；2003年，在准噶尔盆地腹部首次开展了三维VSP井地联合采集，为井中和地面地震数据联合研究提供了重要的第一手资料^[3]；2004年，在鄂尔多斯苏里格地区首次开展多波多分量井地联合采集，将三维多波地震和井中地震有机联合起来，利用井中地震丰富的多波信息指导地面地震多波处理，有效提升了油气藏的识别精度；2008年，在松辽盆地徐家围子地区进行了超过100级的大阵列井地联合采集，并与测井、录井、地震、地质资料进行了联合研究^[4]；2012年微地震压裂监测技术在中国开始规模化推广，目前已广泛应用于储层压裂改造效果监测、油藏动态监测等，标志着井中地震技术延伸至油气开发的工程作业领域^[5]；2015年起，基于VSP的地震地质导向方法快速兴起并得到广泛应用，井中地震由宏观的储层勘探向精细的油藏开发跨出了重要的一步^[6]；2019~2020年，在渤海湾盆地冀东、印尼苏门答腊、准噶尔盆地东部等地区先后实施了数个多井的井地联合采集，井中地震在油气勘探开发中的精细刻画和沟通桥梁作用不断深化。

本文结合实际资料应用，总结了井中地震技术在钻探与地震勘探、时间域与深度域地震勘探、纵波与横波地震勘探、地震勘探与油藏开发、油藏静态描述与动态监测等多种方法之间的桥梁作用。

1 井筒数据与地面地震数据的桥梁

早期的井中地震也被称为地震测井技术，其观测方式兼具井中和地面地球物理方法的双重特征，因此井中地震技术被认为是钻探方法与地面地震方法连结的天然桥梁^[7-8]，在地层分辨率研究、层位认识对比、测井数据校正和综合桥式标定等方面得到了广泛应用。

1.1 弥补地震与钻井方法间的分辨率差距

薄储层识别一直以来都是油气藏开发中的关键问题和难点课题^[9]，如何能够提高地震数据的纵向分辨率，分辨出更薄的地层，是许多学者努力追求的目标。然而受到地震数据分辨率的制约，目前普遍认为地面地震勘探方法纵向分辨率仍然达不到"米级"^[10]；以钻、录井为代表的钻探方法通常可达到"分米级"甚至"厘米级"的纵向分辨率^[11-12]，两者之间的分辨率差异加大了对比研究的难度。井中地震方法中VSP数据主频通常比同探区地面地震高20%~50%，井间地震数据的主频更是数倍于常规地震主频。目前文献记录最高主频可以达到400Hz^[13]，因此井中地震数据可以被用来精细描述小断层、小断块、薄储层和剩余油气分布等^[14]，解决了诸多"米级"地层的识别和描述问题，也在钻探和地震勘探的地层分辨率研究中起到了过渡作用。

1.2 标定地震层位以提升地质认识

地面地震的层位标定通常是储层研究的基础，利用井中地震数据对地震反射波组进行标定和分析则是目前公认的直接而有效的方法之一。在地震、地质层位对比研究、地震剖面极性分析和处理研究、地震剖面多次波干扰分析等方面均发挥了重要作用^[15-18]。图 1展示了利用井中地震数据进行地震层位分析的模型示例。对比可知，两个剖面中的地震波同相轴一一对应，利用井中地震剖面分析可知1、4、7号同相轴为地震一次反射，反映了真实的地质层位，而2、3、5、6、8、9号同相轴则为不同地层产生的多次波，这些分析结果可以用于指导地面地震多次波压制等^[19]，提升地震数据标定的可靠性和油藏描述的准确性。

1.3 校正声波曲线并建立井震关系

声波测井是地球物理勘探中常用的一种测井方法，通常被用来测量高分辨率的井旁地震速度信息。但声波测量地层速度时存在着一些不确定性，一是由于利用超声波探测地层时易受到地震波频散效应影响，二是在裸眼井中观测时易受到井孔环境等影响，因此原始的声波测井数据或多或少存在一定误差^[20]。利用井中地震数据时深关系计算得到的地震速度，虽然纵向分辨率上不及声波测井计算的地震速度，但其更接近宏观的地层地震速度，因此有必要利用井中地震数据对声波测井速度进行校正处理，有效改善声波测井的数据精度。用井中地震速度校正声波曲线已广泛应用到实际生产^[21-22]。图 2为利用井中地震速度校正声波测井速度前、后的合成记录对比，可见校正后声波合成记录与地面地震剖面的波阻对应关系得到了明显的改善。

1.4 综合多种成果数据进行桥式标定

将井中地震的上行波动校正剖面、走廊叠加剖面与声波合成记录、岩性录井数据、地面地震数据进行组合，可以制作桥式标定对比图，它直观地将地震反射波组与地层的岩性速度，以及各种测井、录井成果联合在一起，并直观展示精细的层位分析和标定结果，是井中地震方法将多种地球物理成果有机联合的直接用途之一^[23-24]。图 3为塔里木盆地一个典型的井中地震桥式标定结果，通过时间和深度对应关系，将声波时差等多种测井曲线、岩性柱状图和过井地面地震剖面进行综合地震层位标定，为地质层位识别与构造解释奠定基础。

2 时间与深度域地震数据的桥梁

井中地震技术采用垂直观测的数据采集方式，采集得到的井中地震数据同时具备时间和深度双重信息，在地震数据处理过程中有着独特的优势和应用价值。

2.1 井中地震数据的时间与深度"双域"特征

通常储层研究和钻井部署在空间(深度)域进行，而常规地震方法按时间记录地震数据，二者之间存在着域的差异。井中地震数据的独特之处在于它既是时间域数据也是深度域数据，可以为诸多深度域油气勘探方法和地震勘探方法"牵线搭桥"。另外，井中地震数据这一特征也可用于地震数据时深转换处理过程的质量控制，许多学者在该领域进行了深入的研究。如有人提出对齐标准参考层位进行井震时深转换，有效提升了油气藏描述精度^[25]；有学者提出利用校正后的VSP延拓数据进行深部地层的时深转换^[26]；也有学者提出利用单(多)井VSP拟合速度实现复杂断块构造时深转换^[27]等。

2.2 同时进行地层深度和时间预测

当井中地震采集所依托的井未钻至目标地层深度时，可以利用已采集井段地震数据进行钻前地层深度和时间预测，常用的方法包括：VSP时深关系外延法、邻井速度填充法、多波交会法等^[28-29]，可以视井中地震数据情况和井区地层研究程度，采用一种或多种方法组合进行预测。在地层深度预测准确的前提下，又可以进行目标地层的地层压力、油气属性预测等^[30-31]。图 4展示了井中地震多波地层深度预测的一个实例，图中上半部分为波场分离处理后的纵波波场，下半部分为波场分离处理后的转换横波波场，两个波场均进行了初至拉平处理，时间0为拉平后初至所在的位置。通过波场的外延交会预测了两个目标地层深度，后续的钻井证实目的层1和目的层2的预测深度误差分别为0.7m和3.5m，相对预测误差均小于1%。

2.3 时间—频率、深度—频率数据分析

时间—频率分析是地面地震数据的常用信号处理方法，它将地震数据时间和频率联合成为分析函数，用于刻画地震数据的地层结构和描述地层性质^[32]。井中地震同样可以对单道或多道地震数据进行时间—频率分析，如图 5所示，结果可应用于目标地层物性分析和储层描述。值得注意的是，井中地震数据通常频带较宽，一些时间—频率分析方法中容易产生交叉项的干扰，处理中要有针对性的加以回避。由于井中地震数据通常以深度道排序，因此可以依深度排布频谱得到深度—频率分析数据。

图 6为井中地震深度—频率分析的应用实例，将深度—频率分析结果(图 6a)与岩性、伽马和声波时差曲线在深度上相对比(图 6b)，可进行地质层位标定、地震频率变化研究等。多个应用试验证实井中地震数据的时间—频率和深度—频率分析对于探区地震波频率衰减研究和储层物性检测十分有益^[33]。

3 纵波与横波勘探的桥梁

井中地震多波信息丰富且纵、横波转换界面明确，经过波场旋转处理后，纵、横波初至通常都能精确拾取，并且纵、横波的波场也可以有效分离，不会出现地面地震勘探中纵、横波混叠无法精确识别的问题。因此井中地震方法是纵、横波勘探中波场识别的一个重要参照，同时纵、横波井中地震数据也是研究地层界面地震波性质的转换、储层地震响应的基础数据。

3.1 纵、横地震波识别的依据

多分量地震数据相对复杂，现阶段仍然存在着许多难以解决的处理难题^[34]。应用井中地震数据对地震波传播过程中性质变化进行分析，有助于研究地震波波型转换的发生条件、转换发生的地层界面、转换后地震波的能量分配等，从而指导复杂地震波场的分离处理等。图 7为经过极化旋转处理后的井中地震部分波场，当地震波向下传播抵达红色虚线所示的地层界面时，产生了明显的地震波反射和转换现象，有继续向下传播的纵波(P)，有反射后向上传播的纵波(P-P)，还有转换后向上和向下传播的横波(P-SV_u和P-SV_d)。通过对这些波场进行追踪分析，可以确定地震波性质发生变化的地层界面并定量计算透射波、反射波和转换波的能量分配。

通过井中地震数据初至拾取，可以获得地层深度、纵波初至时间、横波初至时间三者的对应关系，利用该关系可以精确进行零井源距VSP的纵、横波域的转换，对于非零井源距VSP和其他井中地震及地面地震数据处理、解释有很好的指导意义。域转换后的数据可以用于地震多波层位标定、油气属性特征分析等^[35]。利用井中地震多波数据还可以定量分析探区内横波地震数据的纵向分辨率。首先定量计算出井区地震波的纵横波速度比，统计出井区的纵、横波频率比，再比较目标层二者的大小，若井区的纵、横波速度比大于频率比，则该井区的横波地震剖面较纵波地震剖面的分辨率更高。

3.2 结合测井数据获取拟横波速度曲线

地震勘探获得地层横波速度的难度较大，而通常测井往往缺乏横波资料，这给地震波正演模拟和地震反演研究带来很大的困难^[36]。目前横波速度多通过经验公式进行估算，如有人利用不同角度域P波资料反演纵、横波速度，也有人从模型估算、测井约束反演和叠前波形反演等多个方面估算横波速度，均取得了一定的研究效果^[37-38]，但均属于间接计算得到的横波速度，计算精度仍有待提高。井中地震数据可以直接获得纵、横波速度并计算速度比，利用该速度比将校正后声波测井纵波速度转换为横波速度(图 8)，为解决地层横波速度求取难题提供了一个有效手段。该方法具有精度高、数据全、实现容易、获取成本较低等优点。

3.3 综合区域资料进行纵、横波联合反演

与地面地震反演方法相比，井中地震数据反演结果的岩性和流体敏感度更高、岩石物理意义明确，各种地球物理量在含油气性储层预测及流体检测中更具优势^[39-40]。有人提出基于非零井源距VSP纵、横波剖面进行纵、横波联合反演方法，并通过得到的纵、横波阻抗和泊松比剖面识别目标储层，取得了良好的储层预测应用效果^[41-42]。随着横波震源井中地震数据采集研究的开展，可探索更多的纵、横波联合反演方法。

4 勘探地震与开发地震的桥梁

地震方法在油气藏动态研究、储层预测评价及指导钻井作业等方面发挥了重要的作用。然而伴随着储层刻画精度要求的不断提高，传统以勘探为主的地震方法在油气开发应用中面临着很大的挑战，油气藏开发阶段迫切需要精度更高的地震技术，在这样的背景下高密度三维地震技术、多波多分量地震技术、井地联合处理技术、储层精细描述技术等应运而生。井中地震技术也以高精度的优势被广泛关注^[43]，并在随钻地震地质导向、精细构造刻画、岩性属性筛选、微地震压裂检测等方面发挥了重要的作用。井中地震技术在推动地震勘探向开发领域延伸起到了重要的作用。

4.1 连接地质工程的井中地震地质导向技术

近年来快速兴起的基于井中地震数据的地震地质导向技术将地震方法和油藏开发工程有机结合起来，利用随钻采集的井中地震数据实时提取速度等关键地球物理参数，用于支持地面地震数据的重新偏移成像，并以此为基础结合录井、测井等资料进行储层预测以及油藏描述等，并对井轨迹进行及时的优化调整，达到提高储层钻遇率的目的^[6]。图 9展示了地震地质导向方法应用前、后的地质目标位置和井轨迹变化情况。完成类似的项目需要多个专业研究组协同开展：首先论证选择最佳的井中地震观测时间，并利用钻井作业间隙采集井中地震资料；然后进行快速的井中地震数据处理，再进行高精度的地面地震重新偏移成像；最后确定钻井靶点位置并提出井轨迹优化方案。应用该方法不仅可以提升目标储层钻遇率，还提升了工作效率，降低了作业风险。近年来塔里木探区已完成了200余个生产和试验项目，整体储层钻遇率提升了12%，为精细油气开发提供了重要的支持^[44-45]。

值得一提的是，井中地震地质导向方法除了与地震、地质和工程相结合外，也与井中时频电磁方法进行联合研究，并在塔里木盆地碳酸盐岩储层勘探中率先开展了相关试验。结果表明，时频电磁方法对井旁储层流体较为敏感，可以提升井中地震地质导向技术在油藏描述、流体分布的预测效果。

4.2 面向复杂构造的精细构造成像技术

Walkaway-VSP、三维VSP、井间地震等井中地震技术，可以获得井旁一定区域的地震成像剖面，由于观测角度与地面地震不同，并且地震波振幅和频率相对保持更好，因而往往能够获得较地面地震更高精度的构造成像结果^[46-48]，可用来描述井旁的细小地质现象，如小断层识别、砂体分布和地层组合关系等^[49-51]。图 10为中国西部复杂构造区地面地震和Walkaway-VSP成像结果对比，可见Walkaway-VSP具有更高的地层分辨率和构造细节刻画能力，为该地区的复杂构造认识提供了有益的指导。

除此之外，一些专家也致力于利用井中地震的高频子波驱动地面地震数据频率的提升。如利用井中地震子波替换地面地震反褶积子波进行频率提升处理等^[52-53]。

4.3 指导地震解释的地层属性筛选技术

井中地震贴近储层采集，数据携带了更加保真的储层属性信息，基于这些数据可以进行更精细的储层岩性分析和油气预测^[54-55]。另一方面可以利用井中地震数据的属性提取试验，筛选出井区最佳的储层响应属性，指导地面地震宏观的属性提取，分析储层的空间展布特征并为钻井工程提供指导，充分发挥井中地震在油气属性分析和预测中的桥梁作用。图 11为滨里海地区井中地震方法得到的三种地震属性，分别为瞬时频率属性、高亮体属性和单频体(15Hz) 属性，其中高亮体属性、单频体(15Hz)属性在2000ms附近的储层段有一定的响应，可优选用于地面地震属性提取。图 12为地面地震提取的三种对应属性，与图 11对比可知，所得到的高亮体属性和单频体属性指示了储层分布规律，其中单频体属性对储层的描述最为清晰，与井中地震属性筛选分析结果一致。

4.4 面向油藏开发的储层岩性预测技术

通过井中地震的属性分析结果，结合钻井、测井及其他地球物理方法的研究成果进行储层预测研究。利用图 13a所示的观测系统采集Walkaway-VSP数据并进行成像处理，再基于录井、测井资料确定井孔位置的砂体厚度，利用成像剖面追踪砂体的同相轴特征，进而预测砂体厚度及横向展布范围(图 13b)，指导优质储层的钻井开发。其预测半径约为观测半径的一半，后期通过与井区多口井的实钻结果(图 13b中括号前数字)进行比较可以看出，预测误差为(图 13b中括号内数字)0.20~3.25m，平均误差为1.37m，获得了良好的砂体预测效果。

4.5 连接压裂工程作业的微地震监测技术

微地震监测技术是另一项由油气勘探领域成功向开发领域延伸的井中地震技术。在油气田开发过程中，利用井孔或地表布置的检波器进行微地震监测，以期提高油气采收率和降低开发作业成本^[5]。目前微地震监测技术已广泛应用于各探区的油气开发项目，在储层压裂效果分析、油藏动态监测、注水前缘研究和工程风险预警等方面发挥了重要作用。图 14展示了一个典型的微地震监测裂缝改造效果，可以看出，水平井组的压裂过程中不仅改造了井旁储层缝网，还沟通了图中左侧所示的天然裂缝(红色箭头所指示的事件密集区)，为油气开发工程作业提供了直观的指导。

5 油藏静态描述与动态监测的桥梁

中国许多油区已进入成熟开发阶段，井中地震的采集井网密度不断增加，同时也出现单井二次甚至多次采集的情况^[56]，使井中地震也成为油藏静态描述与动态分析相结合的方法之一。相比于时移地面地震方法，VSP在井中观测环境更安静，不易受到地表环境变化、季节变化等外部因素影响，通过对比不同时期的地震资料的差异，可以捕捉细微的储层变化情况，为流体动态监测、剩余油气预测等研究提供数据支持。由于满足时移研究的井次较少，目前该技术仍处于探索研究阶段。在为数不多的研究中，以神华集团二氧化碳井中地震时移监测最具代表性，该研究从2011年至2020年共采集了4期次井中地震数据，在对数据开展一致性处理后，获得了高分辨率的多期时移井中地震剖面，通过地震反射特征差异分析，精确分析了二氧化碳封存效果和地下运移范围^[57]。

随着基于光纤传感技术的井中地震方法的快速兴起，国内已在不同探区的数十口油气井中布设了用于井中地震观测的套管外光缆^{[43, 58-59]}，采集了VSP数据、微地震监测数据、井筒安全监测数据等。由于这些光缆在套管井中长期、稳定地存在，将在油藏静态描述和长期动态监测方面持续发挥作用。除此之外，光纤传感技术还可用于获得更多的油藏地球物理信息，如地层温度、压力、应力、应变等^[43]，为连接更多领域的油气勘探方法奠定了良好的基础。

6 结论

本文从井中地震数据特点出发，结合应用实例详细阐述了井中地震技术在油气勘探开发多种方法间的桥梁和纽带作用。

(1) 井中地震数据搭建了地震与钻探方法的桥梁，不仅填补了地震和钻探方法之间的纵向分辨率空缺区间，还可以对地面地震剖面进行层位标定、对声波测井曲线进行校正，并通过桥式标定的方式将各种地球物理信息有机地结合起来。

(2) 井中地震数据搭建了时间与深度域地震方法的桥梁，在精确的时间—深度转换、钻前地层深度预测等方面应用效果显著，并可以进行时间—频率域和深度—频率域研究，为探区地震波频率特征研究和储层物性预测奠定了基础。

(3) 井中地震数据是纵波和横波勘探间的桥梁，为地震波传播过程中性质转换分析提供了依据，同时也在纵横波域的转换、拟横波声波曲线求取、纵横波联合反演等方面发挥着重要作用。

(4) 井中地震数据是地震勘探通往油藏开发的桥梁，在随钻地震地质导向、精细地层构造解释、井控地层属性筛选和储层岩性预测等方面取得了良好的应用效果，同时微地震技术也在储层压裂监测等油气开发领域发挥着作用。

(5) 井中地震数据还是连接油藏静态描述与动态监测的桥梁，在稳定而安静的地下环境中，不仅可以观测油藏的静态分布，还可以用于监测油藏开采过程中的细微变化。