随钻地震是二十世纪八十年代末到九十年代初逐步兴起的一项地球物理新技术，它利用钻井过程中钻头与钻遇地层之间的撞击、摩擦所产生的微弱地震信号作为信号源(震源)进行地震探测。其基本做法是：在钻头钻进的同时，利用布置在地面和钻杆顶部的检波器进行地震记录；然后将连续随机的钻头振动信号与地面检波器记录互相关，实现微弱钻头振动信号的能量累加，得到类似脉冲震源激发的逆VSP记录：最后按VSP方法进行数据处理和解释。钻头振动信号既可由钻杆顶部检波器记录提取，也可由多道地面检波器记录提取。从观测系统角度看，随钻地震属于逆VSP，即井中激发地面接收；从震源角度看，随钻地震类似于可控震源法地震勘探，所不同的是这里用连续随机的振动信号代替了可控震源的频率扫描信号。　　 该项技术在油气勘探开发中主要有两方面的作用，一是用于指导钻井工程，降低钻井成本，提高钻井效率，减少安全事故；二是用于指导开发布井，提高开发效率，降低开发成本。在指导钻井工程方面，主要有以下几点作用：1)克服常规地震的成像误差，引导钻头到达真正的地质目标；2)预测钻头前方地质目标体或特殊灾害地质体(如异常压力带等)的位置，协助钻井安全决策和优化套管设计，或及时更新钻井设计，提高钻井质量并降低钻井成本。在指导开发布井方面，主要有以下几点作用或潜力：1)通过对声波测井数据的标定，协助地震解释人员建立准确的深度、岩性和地震属性之间的对应关系，提高地震资料解释的精度和可靠性，为钻井设计提供正确的信息；2)提供高精度、高分辨率的二维或三维井旁构造信息甚至岩性信息，指导开发布井或动态优化。与常规井中地震相比，该项技术具有时效性强、成本低、灵活易用和分辨率潜力高等优势。　　 目前，国内外研究、应用较多的是随钻地震指导钻井工程方面，如预测目的层深度和异常压力带，优化钻井轨迹等。在指导开发布井方面实际应用还不多，主要原因是现阶段随钻地震成像的分辨率潜力还没有被充分挖掘出来，所获成果基本属于常规分辨率范畴；或者说其分辨率还不能满足开发布井的要求。因此，提高分辨率是当前随钻地震研究的重要课题，也是国内外难题。本选题的目的就是要填补国内外在高分辨率随钻地震方面的空白，促进该项技术在国内外油气田勘探开发中的深入研究和广泛应用。　　 当前，油气勘探开发的重点正在转向隐蔽型圈闭，储层薄且横向非均质性强，对分辨率、精度、信息量提出了更高的要求。高分辨率随钻地震既具有井中地震的优势和功能，又具有成本低、时效性强等优势。利用高分辨率随钻地震进行三维VSP勘探，具有非常广阔的前景。因此，本选题研究，对于提高随钻地震技术解决油气开发实际问题的能力，以及降低油气田开发成本、加快开发步伐、提高油气采收率都具有重要意义。　　 本论文围绕提高随钻地震成像的分辨率问题从采集、处理两方面开展了高分辨率随钻地震关键技术研究。其目标是通过高分辨率随钻地震关键技术的研究，初步形成一套高分辨率随钻地震数据采集和处理技术。主要研究内容是：　　 1)研究随钻地震分辨率潜力，探索高分辨率随钻地震的可行性；　　 2)研究影响随钻地震分辨率的实际因素，提出高分辨率随钻地震的努力方向；　　 3)研究高分辨率随钻地震数据采集技术，包括钻头选型、观测系统设计方法、检波器选型、记录方式和记录参数；　　 4)研究高分辨率随钻地震数据处理技术，包括处理原则、处理方法、处理流程和关键处理技术；这些关键技术是自适应滤波技术、高分辨率随钻地震垂直叠加技术、基于VTI模型的速度分析技术、基于VTI模型的钻头信号提取技术、基于VTI模型的自适应静校正技术和基于VTI模型的深度域随钻地震成像技术；　　 5)高分辨随钻地震试验研究和分析，包括单方位、多方位和三维高分辨率随钻地震试验研究；高分辨率随钻地震若干关键问题的试验分析。　　 在对国内外现有随钻地震技术深入调研的基础上，本文在第二章对随钻地震技术的基本原理和方法、数据采集要点和数据处理要点进行了详细论述。论文第三章详细论述了地震系统分辨率理论，分析了随钻地震的分辨率潜力和影响分辨率提升的各种因素，并在此基础上结合随钻地震基本原理和方法，提出了高分辨率随钻地震的基本原理和方法，包括高分辨率随钻地震野外施工设计的原则和方法，室内处理的原则、方法和流程，以及适应高分辨率随钻地震数据处理的多项关键性技术。在前述理论研究的基础上，第四章详细描述了三次高分辨率随钻地震试验，包括野外数据采集、室内数据处理以及结果的可靠性分析；并在此基础上对高分辨率随钻地震的若干关键问题进行了试验分析。归纳起来，论文的主要工作及研究成果表现在以下几个方面：　　 1)简要介绍了随钻地震的发展历程、现状、存在问题和发展趋势，阐明了高分辨率随钻地震研究的目的和意义。随钻地震虽然具有高分辨率潜力，但现阶段随钻地震所获成果基本属于常规分辨率范畴，尚不能满足开发布井的要求。因此，提高分辨率是当前随钻地震研究的重要课题，也是国内外难题。高分辨率随钻地震既具有井中地震的优势和功能，又具有成本低、时效性强等优势。利用高分辨率随钻地震进行三维VSP勘探，具有非常广阔的前景。　　 2)详细论述了随钻地震的基本原理和方法，分析了随钻地震记录的波场特征，说明了随钻地震野外采集要点，室内处理要点和处理流程。　　 3)论述了地震系统分辨率理论，分析了随钻地震分辨率潜力和实际影响因素，在此基础上提出了高分辨率随钻地震的野外采集和室内处理原则与方法。地震分辨率取决于地震子波，具有宽频、白谱、零相位的子波分辨率最佳。但从地震波的激发、传播、接收到处理的各个环节，都存在着许多背离这一理想的因素，主要包括大地吸收衰减、检波器耦合、检波器组合、多道滤波、动校拉伸和非同相叠加等因素。高分辨率随钻地的努力目标就是要通过采集与处理的有机结合，克服上述不利因素，使最终的地震子波趋于理想化。与传统的地震激发方式相比，钻头震动产生的地震信号频带更宽，高频成分更丰富；与地面地震相比，像常规VSP一样，随钻地震有效信号传播路径短，少经历一次低速带和降速带，受大地吸收衰减影响较小。这些都是高分辨率随钻地震的有利因素，是高分辨率随钻地震的潜力所在。而影响随钻地震分辨率最重要的不利因素是为了压制强大的非钻头波场而采取的野外组合接收和室内多道滤波而产生的低频化和混波因素。就采集阶段而言，如何正确记录高频钻头信号是高分辨率随钻地震的关键。为此要求在数据采集过程中采用牙轮钻头钻进、采用多道24位数字地震仪记录、采用小组合基距的高频检波器接收并且检波器需挖坑埋置。另外，时间域采样间隔、深度域采样间隔、排列长度、记录井段、检波器道间距等也应满足一定要求。高分辨率随钻地震处理应遵循以下两个原则：(1)应尽最大可能保持原始数据的频带宽度不被降低；(2)根据可能性，进一步拓宽有效频带(即信噪比大于1的频带，以下同)宽度，使子波理想化。从第一个原则出发，需要认真做好：(1)野外静校正；(2)垂直叠加之前进行时差校正；(3)采用更符合实际的VTI各向异性速度模型，并通过速度分析和剩余静校正的多次循环，搞准速度和静校正量，尽可能避免成像过程中的非同相叠加；(4)在有效频带宽度测试的基础上做宽带滤波；(5)不做混波性处理。从第二个原则出发，首先需要消除随机噪声，拓宽有效频带宽度；其次通过一致性、补偿性及零相位化处理消除子波时变性，并使之理想化。另外，在高分辨率随钻地震处理中，精确的偏移是提高横向分辨率的重要一环。　　 4)开发了六项高分辨率随钻地震数据处理的关键技术：(1)自适应滤波技术，克服了传统多道滤波的混波作用和低频化倾向；(2)高分辨率随钻地震垂直叠加技术，克服了传统随钻地震中生成逆VSP记录的非同相叠加问题；3)基于VTI模型的速度分析技术，解决了精确的速度分析问题；(4)基于VTI模型的钻头信号提取技术，获得了与地面记录相匹配的钻头信号；(5)基于VTI模型的自适应静校正技术，解决了困扰Walk-away VSP和3D-VSP的静校正问题；(6)基于VTI模型的深度域随钻地震成像技术，解决了高分辨率随钻地震正确成像问题。理论和实践都已表明，油气勘探开发所涉及的沉积岩地层，普遍具有VTI各向异性，在高分辨率随钻地震数据处理中，基于VTI各向异性的处理能够获得更接近真实情况的地质结果。　　 5)在大庆油田的Y35-1井、M17-50-50井和Y141-108-106井分别进行了单方位、多方位和三维高分辨率随钻地震试验研究，均获得了高分辨率随钻地震成果。分析表明，高分辨率随钻地震试验成果剖面频带宽(10Hz-150Hz)、视频率高(70Hz-80Hz)，薄层和小断层分辨能力强，总体而言其分辨率显著高于同区地面高分辨率地震。通过随钻地震成像剖面、随钻地震走廊叠加、地面三维地震剖面、测井资料、已知地质模型等多方面资料综合对比，认为试验所得高分辨率随钻地震成果是可靠的，反映了地下真实地质情况。　　 6)针对高分辨率随钻地震的若干关键问题进行了试验分析，有助于深化对随钻地震的认识。　　 高分辨率随钻地震是当前油气开发急需的新技术，处于油藏地球物理研究的前沿领域；它涉及到钻井工程、高分辨率地震勘探、随钻地震和计算机软件等多个学科。论文在以下几个方面取得了创新和突破：　　 1)提出了的高分辨率随钻地震概念以及相应的数据采集、处理的原则和方法，在试验区获得了高分辨率随钻地震成果。高分辨率随钻地震试验成果剖面频带宽(10-150Hz)、视频率高(70 Hz-80Hz)，薄层和小断层分辨能力强，总体而言其分辨率显著高于同区地面高分辨率地震。　　 2)提出了与高分辨率随钻地震密切相关的Walk-away/3D VSP自适应静校正理论和方法，根据VSP初至波时间和观测系统数据本身，解决了长期困扰Walk-away/3D VSP的静校正问题。