井间地震介绍

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1、石油大学地球资源与信息学院宋建国2001年5月|第一讲 井间地震基本原理|第二讲 井间地震采集技术|第三讲 井间地震资料处理|第四讲 井间地震成像技术简介|第五讲 井间地震资料应用一、井间地震方法原理二、井间地震历史回顾三、井间地震技术特点四、井间地震技术的用途井间地震，是在一口井内置放震源，井间地震，是在一口井内置放震源，激发地震波，在另一口井中用检波器激发地震波，在另一口井中用检波器接收，并利用记录下来的地震记录进接收，并利用记录下来的地震记录进行一套完善的处理，以获得井间地质行一套完善的处理，以获得井间地质剖面的新技术剖面的新技术 。|井间地震有两种，一种称为井间层井间地震有两种，一种称

2、为井间层析技术。析技术。19831983年美国著名地球物理年美国著名地球物理学家学家McMachenMcMachen首次提出井间地震，首次提出井间地震，他引用医学中他引用医学中X X射线层析原理。层射线层析原理。层析技术又称为析技术又称为CT(Computerized CT(Computerized TomographyTomography的缩写的缩写) )技术，现已广技术，现已广泛用于医疗诊断。泛用于医疗诊断。|另一种称为井间反射成象，或称为另一种称为井间反射成象，或称为井间高分辨率反射成象，它是在井井间高分辨率反射成象，它是在井间层析的基础上。于间层析的基础上。于9090年代初期发年代初期

3、发展起来的。展起来的。|19171917年费森敦先生首次提出利用井年费森敦先生首次提出利用井间地震的测量结果确定矿体的位置间地震的测量结果确定矿体的位置和范围，并在矿藏勘探和工程建筑和范围，并在矿藏勘探和工程建筑勘探等领域使用至今。勘探等领域使用至今。|60607070年代移植到油气勘探领域。年代移植到油气勘探领域。19721972年年GeophysicsGeophysics杂志系统介杂志系统介绍了井间地震技术及其在油田开发绍了井间地震技术及其在油田开发中的应用。中的应用。|8080年代以来，井间地震技术发展突年代以来，井间地震技术发展突飞猛进。飞猛进。|19881988和和19901990年

4、年SEGSEG等机构先后在美等机构先后在美国洛斯阿拉莫斯和日本东京召开了国洛斯阿拉莫斯和日本东京召开了两次国际井间地震技术专题讨论会。两次国际井间地震技术专题讨论会。|我国在我国在“八五八五”期间多个油田也展期间多个油田也展开了井间地震技术研究，胜利油田、开了井间地震技术研究，胜利油田、辽河油田、物探局、石油大学以及辽河油田、物探局、石油大学以及西安仪器厂、中科院电工研究所等西安仪器厂、中科院电工研究所等单位从野外采集、数据处理解释及单位从野外采集、数据处理解释及野外设备研究等方面进行了研究，野外设备研究等方面进行了研究，达到当时的国际先进水平。达到当时的国际先进水平。|“十五十五”期间井间地

5、震再次成为研期间井间地震再次成为研究的重点。究的重点。|井间地震技术的特点：井间地震技术的特点：z靠近目的层，避开了地表噪音和低降靠近目的层，避开了地表噪音和低降速带的影响；速带的影响；z频带宽、分辨率高；频带宽、分辨率高；z地震波资料丰富，可进行转换波处理；地震波资料丰富，可进行转换波处理；z提供高质量井间图像；提供高质量井间图像；z采集困难，费用高；采集困难，费用高；z需要井孔、电缆、电缆车、井下检波器等特殊设备;z测量范围有限；z存在潜在危险。存在潜在危险。3DSURFACE SEISMICCORES1/10 ft1 ft10 ft100 ft1000 ft10,000 ft1/10 f

6、t1 ft10 ft100 ft1000 ft10,000 ft 100,000ft 1,000,000 ftWELL LOGSVSP3D VSPHORIZONTAL INVESTIGATIONVERTICAL INVESTIGATIONCROSS WELL“UNIWELL”or“SINGLE WELL”主要用来研究井间地层的连续性、了解储主要用来研究井间地层的连续性、了解储层的横向变化、进行油藏描述和监测油气层的横向变化、进行油藏描述和监测油气藏的动态：藏的动态：z获取地下地质构造细节；获取地下地质构造细节；z提供油藏非均质性的资料，进行油藏描述；提供油藏非均质性的资料，进行油藏描述；断层、

7、沉积单元中的障碍壁、沉积单元之间的界线、断层、沉积单元中的障碍壁、沉积单元之间的界线、水平层理和交错层理、沉积单元的渗透带以及裂水平层理和交错层理、沉积单元的渗透带以及裂缝发育程度等资料。缝发育程度等资料。( (见图见图) )z识别岩性；识别岩性；zEOREOR监测。监测。深入细致地研究地下复杂地质构造及沉积深入细致地研究地下复杂地质构造及沉积细节细节, ,了解储层特征了解储层特征, ,制定合理的开发方案制定合理的开发方案, ,促进油田增储上产的有限方法促进油田增储上产的有限方法. .一、井间地震震源二、井下接收系统三、井间地震观测系统井间地震对震源的要求：井间地震对震源的要求：，无破坏性；，

8、无破坏性；，频带宽；，频带宽；，震源能量足够强；，震源能量足够强；，可重复性；，可重复性；，地震输出与作业深度无关；，地震输出与作业深度无关；，周期短，可迅速移动；，周期短，可迅速移动；，耐高温高压（，耐高温高压（218218）；）；，套管井与裸眼井都可使用；，套管井与裸眼井都可使用；，可激发纵波与横波；，可激发纵波与横波；，适用于各种井孔。，适用于各种井孔。井下震源系统的发展历程：井下震源系统的发展历程：、7070年代的炸药震源：普通炸年代的炸药震源：普通炸药包、井壁取心枪、射孔枪等。药包、井壁取心枪、射孔枪等。特点是取之容易、操作简单，特点是取之容易、操作简单，但存在明显缺陷：破坏性大，但

9、存在明显缺陷：破坏性大，且缺乏有效控制手段；震源特且缺乏有效控制手段；震源特性无法预定，缺少对震源信号性无法预定，缺少对震源信号质量的控制手段；没有连续激质量的控制手段；没有连续激发的能力，使得数据采集时间发的能力，使得数据采集时间长，采集成本过高。长，采集成本过高。井下震源系统的发展历程：井下震源系统的发展历程：、7070年代的炸药震源。年代的炸药震源。、海上震源的改装：空气枪、海上震源的改装：空气枪、水枪和电火花震源。有效解决水枪和电火花震源。有效解决了连续激发和预定震源特性的了连续激发和预定震源特性的问题，然而又出现新问题：容问题，然而又出现新问题：容易破坏井下水泥胶结带；拖缆易破坏井下

10、水泥胶结带；拖缆过于笨重，很难深井作业；有过于笨重，很难深井作业；有效波能量不高；管波能量太高；效波能量不高；管波能量太高；存在存在“气泡反应气泡反应”；震源特性；震源特性受液体压力影响大；受液体压力影响大；井下震源系统的发展历程：井下震源系统的发展历程：、7070年代的炸药震源。年代的炸药震源。、海上震源的改装。、海上震源的改装。、8080年代后，震源系统多样化：年代后，震源系统多样化：方向一，改进和完善已有震源；方向一，改进和完善已有震源；方向二，另劈新径，研制机电、方向二，另劈新径，研制机电、电磁震源和可控震源。电磁震源和可控震源。井下震源的种类：井下震源的种类：1) 1) 化学炸药井下

11、震源化学炸药井下震源( (如如RDXRDX、黑索金炸药、黑索金炸药) ) 压缩炸药压缩炸药 炸药导爆索炸药导爆索2) 2) 空气枪空气枪( (通过软管与地面设施连接通过软管与地面设施连接) )3) 3) 电火花电火花直接放在泥浆中的电极直接放在泥浆中的电极 放在套管中的电极放在套管中的电极4) 4) 电解质套筒枪电解质套筒枪( (通过电解作用获得通过电解作用获得H H2 2，COCO2 2混合可燃气体的起爆器混合可燃气体的起爆器) )5) 5) 陶瓷换能器。陶瓷换能器。井下震源的种类（续）：井下震源的种类（续）：6) 6) 机电脉冲电源机电脉冲电源 密封的容器中且与井壁耦合的重锤。密封的容器中

12、且与井壁耦合的重锤。压破式震源压破式震源( (装在封隔器中与井壁耦合装在封隔器中与井壁耦合的压降系统或开启真空空腔的压降系的压降系统或开启真空空腔的压降系统统) )。7) 7) 可控震源可控震源通过标准七芯电缆、特殊电缆软管连通过标准七芯电缆、特殊电缆软管连接地面设施的液压震源接地面设施的液压震源 充气震源充气震源( (压缩空气箱或软管压缩空气箱或软管) ) 使用可调声频栅极的谐振器。使用可调声频栅极的谐振器。 带有井下波型转换器的近地表管波发带有井下波型转换器的近地表管波发生器。生器。8) 8) 钻头震源钻头震源( (即用钻头做震源即用钻头做震源) )目前工业用井下震源可分为脉冲震源和可控震

13、源目前工业用井下震源可分为脉冲震源和可控震源两大类：两大类：1) 1)可控震源型及研制机构可控震源型及研制机构 (1)(1)井下液压式三分量可控震源井下液压式三分量可控震源 ChevronChevron研究公司研究公司 (2)(2)井下液压可控震源井下液压可控震源 Atlantic RichfieldAtlantic Richfield公司及公司及 SeismographSeismograph服务公司服务公司 (2)(2)井下电磁震源井下电磁震源 ChevronChevron研究公司研究公司 (4)(4)井下共振频率扫描震源井下共振频率扫描震源 西方西方AtlasAtlas国际公司国际公司 (

14、5)(5)井下电动液压震源井下电动液压震源 大陆石油公司大陆石油公司 (6)(6)井下轨道式可控震源井下轨道式可控震源 大陆石油公司及大陆石油公司及OYO OYO GeospaceGeospace公司公司 (7)(7)井下充气式横波可控震源井下充气式横波可控震源 美国能源部美国能源部美国美国桑迪国家实验室桑迪国家实验室 (8)(8)井下谐振频率扫描式横波可控震源井下谐振频率扫描式横波可控震源 劳伦斯一劳伦斯一伯克利实验室伯克利实验室 (9)(9)井下压电可控震源井下压电可控震源 美国标准石油公司美国标准石油公司1) 1)可控震源型及研制机构（续）可控震源型及研制机构（续） (10)(10)井下

15、压电陶瓷加速式可控震源井下压电陶瓷加速式可控震源 多伦多大学多伦多大学 (11)(11)井下压电柱形弯棒式换能器井下压电柱形弯棒式换能器 美国西南研究美国西南研究所所 (12)(12)井下单极、偶极、四极地震波发生器井下单极、偶极、四极地震波发生器 美国西美国西南研究所南研究所2)2)脉冲震源型及研制机构脉冲震源型及研制机构 (1)(1)井下空气枪震源井下空气枪震源 Bolt WellseisBolt Wellseis公司公司 (2)(2)井下取芯枪井下取芯枪 SchlumbergerSchlumberger技术公司技术公司 (5)(5)井下可控爆聚式震源井下可控爆聚式震源 Schlumber

16、gerSchlumberger技术公司技术公司 (4)(4)井下多点激发炸药震源井下多点激发炸药震源 EssoEsso生产研究公司生产研究公司 (5)(5)管波管波体波转换器体波转换器 EssoEsso生产研究公司生产研究公司 (6)(6)井下密封式炸药索震源井下密封式炸药索震源 法国法国CGGCGG公司公司 (7)(7)井下重锤震源井下重锤震源 法国石油研究院法国石油研究院(IFP)(IFP) (8) (8)井下爆聚式水枪震源井下爆聚式水枪震源 德士古公司德士古公司 (9)(9)井下液压锤震源井下液压锤震源 HydroacousticsHydroacoustics公司公司2)2)脉冲震源型及

17、研制机构（续）脉冲震源型及研制机构（续） (10)(10)井下气锤震源井下气锤震源 Atlantic RichfieldAtlantic Richfield公公司司 (11)(11)井下电弧放电式声波发生器井下电弧放电式声波发生器 美国西美国西南研究所南研究所 (12)(12)井下磁致伸缩震源井下磁致伸缩震源 美国洛斯阿拉莫美国洛斯阿拉莫斯国家实验室斯国家实验室 (13)(13)井下电火花枪井下电火花枪 英国地质调查局英国地质调查局 (14)(14)井下钻具震源井下钻具震源 Klaveness wilkensenKlaveness wilkensen公司公司我国曾用电火花和重锤作震源做过井间地

18、我国曾用电火花和重锤作震源做过井间地震数据采集工作。震数据采集工作。井下轨道震源简介：井下轨道震源简介：运动传感器运动传感器七芯导线测井电缆七芯导线测井电缆偏心轨道重偏心轨道重锤及马达锤及马达罗盘罗盘自由悬挂在井中，自由悬挂在井中，不用紧靠井壁，可不用紧靠井壁，可产生稳定的产生稳定的P波和波和S波，管波微弱。波，管波微弱。规格：规格： 外壳材料：外壳材料： 铝铝 直直 径径 8.9cm(38.9cm(35 5英寸英寸) ) 长：长： 53.3cm(2153.3cm(21英寸英寸) ) 重：重： 8 83kg(183kg(182 2磅磅) ) 温度限度：温度限度：180180F F 压力限度：压

19、力限度：50005000PSIPSI 输入功率：输入功率：800w(800w(峰值峰值) ) 550W( 550W(正常值正常值) ) 带带 宽：宽： 7070450450HzHz工作原理：在运转过程中，付于直流马达工作原理：在运转过程中，付于直流马达电压，使连在马达轴两端的偏心重锤旋电压，使连在马达轴两端的偏心重锤旋转。在应用该电压的时间转。在应用该电压的时间T1T1期间，旋转期间，旋转重锤的角速度增加。当马达电压关闭时，重锤的角速度增加。当马达电压关闭时， 旋转速废下降直至重锤停在时间旋转速废下降直至重锤停在时间T2T2处。处。因而，时间持续因而，时间持续T1T1的单一直流电压脉冲的单一直

20、流电压脉冲产生一种连续的频率向上扫描，随后接产生一种连续的频率向上扫描，随后接着向下扫描。着向下扫描。 工作原理（续）：内部旋转偏心重锤产工作原理（续）：内部旋转偏心重锤产生一种离心力向量，引起整个震源随生一种离心力向量，引起整个震源随旋转力向量的角度位置同相径向移位。旋转力向量的角度位置同相径向移位。这种振源的旋转径向运动与井中液体这种振源的旋转径向运动与井中液体结合一起，在井眼用边的每个点上都结合一起，在井眼用边的每个点上都产生产生P P波和波和S S被。这种震源的有效带宽被。这种震源的有效带宽约为约为7070一一450Hz450Hz。井间地震对井下检波器要求：较宽的频带范围井间地震对井下

21、检波器要求：较宽的频带范围( (大大于于500Hz500Hz以上以上) )、高的采样频率、高速数传能、高的采样频率、高速数传能力、多分量接收、多级接收。力、多分量接收、多级接收。井间地震首先使用的检波器自然是井间地震首先使用的检波器自然是VSPVSP检波器。检波器。|多级多级VSPVSP测量以前苏联开展研究最早。多级测量以前苏联开展研究最早。多级VSPVSP井下接收器是在单道井下接收器是在单道VSPVSP井下接收器基础井下接收器基础上发展起来的，由多个分别带有推靠器的三上发展起来的，由多个分别带有推靠器的三分量检波器短节连接组成。同时又用先进的分量检波器短节连接组成。同时又用先进的数字传输技术

22、取代原单道三分量利用测井电数字传输技术取代原单道三分量利用测井电缆传输模拟缆传输模拟 信号的技术，它是在井下高温信号的技术，它是在井下高温高压条件下，对地震信号进行前置放大、高压条件下，对地震信号进行前置放大、A AD D转换、数字编码，利用现有测井电缆进行数转换、数字编码，利用现有测井电缆进行数传。多道三分量井下接收器比单道接收器具传。多道三分量井下接收器比单道接收器具有明显的优点，提高了施工效率，改善了数有明显的优点，提高了施工效率，改善了数据质量，还由于三个分量的检波器被安装在据质量，还由于三个分量的检波器被安装在万向支架上，可以在斜井和水平井中使用。万向支架上，可以在斜井和水平井中使用

23、。 |法国法国CGGCGG和和SchlumbergerSchlumberger两个公司几年前就两个公司几年前就开展了多道开展了多道VSPVSP井下接收器的研究，并且还推井下接收器的研究，并且还推出了相应的产品。如出了相应的产品。如CGGCGG公司与法国石油研公司与法国石油研究院合作于究院合作于19891989年率先推出年率先推出MultilockMultilock多道多道VSPVSP仪器，仪器， 由于其直径大，结构复杂，直至由于其直径大，结构复杂，直至19911991年底才由吉林油田购进一台，但其采样年底才由吉林油田购进一台，但其采样率低：率低： 1ms 61ms 6道，道， 2ms 122m

24、s 12道，故只能用于道，故只能用于VSPVSP测量，而用于井间地震尚有很大距离。测量，而用于井间地震尚有很大距离。|美国美国SchlumbergerSchlumberger公司于公司于19901990年推出年推出ASIASI阵列阵列地震成像仪地震成像仪(Array Seismic Imager)(Array Seismic Imager)和和CSICSI可组可组合的地震成像仪系统合的地震成像仪系统(Combinable Seismic (Combinable Seismic Imager)Imager)，可说是最新型，可说是最新型VSPVSP仪器，仪器，CSICSI可以测可以测量达量达5 5

25、级三分量地震数据，直径仅级三分量地震数据，直径仅86mm86mm，采，采用旋转永久磁铁推靠方式，结构较简单，但用旋转永久磁铁推靠方式，结构较简单，但其中其中CSICSI的最高采样率也只有的最高采样率也只有0.5ms0.5ms，对于井，对于井间地震而言，仍不够高。间地震而言，仍不够高。井间地震检波器的研制：井间地震检波器的研制：|提高井下多道接收系统的采样串及数传速串提高井下多道接收系统的采样串及数传速串是当前公认的难题，美国是当前公认的难题，美国BoltBolt公司采用了非数公司采用了非数传方案，将井下检波器的模拟信号，直接通传方案，将井下检波器的模拟信号，直接通过过3737芯专用电线传至地面

26、再行数字化，这个芯专用电线传至地面再行数字化，这个方案虽然避免了井下电子部件的耐高温问题，方案虽然避免了井下电子部件的耐高温问题，但弃目前通用但弃目前通用7 7芯铝装测井电线不用，而另配芯铝装测井电线不用，而另配3737芯专用电线，显然是不合算的，另一方面，芯专用电线，显然是不合算的，另一方面，电缆的芯数限制了最大使用道数，故不利于电缆的芯数限制了最大使用道数，故不利于今后的发展。今后的发展。|迟至迟至19911991年底，美国年底，美国GeoviewGeoview公司推出了井公司推出了井下数字化的多道遥测接收系统下数字化的多道遥测接收系统，其，其GVGV1616型型最多可记录最多可记录161

27、6道，最高采样率为道，最高采样率为1 116ms16ms，记，记录长度为录长度为64K64K字，但缺点是温度上限仅为字，但缺点是温度上限仅为125125。美国。美国OYOOYO公司的公司的ABRABR井下接收系统与井下接收系统与GVGV1616型有相同的指标，直径也为型有相同的指标，直径也为4”4”，其，其传感器为速度及加速度型可选，而且在传感器为速度及加速度型可选，而且在800Hz800Hz内无谐振。值得注意的是他们所采用内无谐振。值得注意的是他们所采用的是的是 A AD D转换器，且已提高到转换器，且已提高到1818至至2020位。位。|为了提高现有油藏的采样率，美国政府为了提高现有油藏的

28、采样率，美国政府能源部与各大石油公司通力合作，不遗能源部与各大石油公司通力合作，不遗余力地发展井间地震技术。著名的美国余力地发展井间地震技术。著名的美国国家试验室国家试验室Los AIamosLos AIamos及及SandlaSandla也参加也参加了合作。了合作。OYOOYO及及CGGCGG等仪器公司仅参等仪器公司仅参与设备制造工作。与设备制造工作。井间地震记录仪器及井间地震成像系统：井间地震记录仪器及井间地震成像系统：| 井间地震地面记录仪器可以是一殷的常规数井间地震地面记录仪器可以是一殷的常规数字地震仪作改造，主要有：美国字地震仪作改造，主要有：美国HGSHGS公司的公司的DSSDSS

29、10A10A和和EG&GEG&G公司的公司的ESES24202420两种仪器，两种仪器，它们的功能都比较多。以它们的功能都比较多。以DSSDSS10A10A更具有代更具有代表性。表性。| DSSDSS10A10A数字地震采集系统由数字地震采集系统由DSSDSS10A10A磁带磁带机信息传输单元和外部辅助设备组成。具有机信息传输单元和外部辅助设备组成。具有2424个工作道，个工作道， 5 5个辅助道。可用于爆炸震源，个辅助道。可用于爆炸震源，也可用于可控震源。对于多道检波器，例如也可用于可控震源。对于多道检波器，例如对对CCGCCG公司的公司的MultilockMultilock井下接收器进行采

30、集井下接收器进行采集和监控，就专门开发了和监控，就专门开发了ASAPASAP系统。美国系统。美国HGSHGS公司也开发了同类产品，通过公司也开发了同类产品，通过HunterHunter现场质现场质量控制系统与常规地震记录仪器一起配合实量控制系统与常规地震记录仪器一起配合实现，此类仪器以法国现，此类仪器以法国CGCCGC公司的公司的ASAPASAP系统更系统更具有代表性。具有代表性。| ASAP ASAP系统是一个使用系统是一个使用VMBVMB总线实时计总线实时计算机控制的采集处理系统，使用算机控制的采集处理系统，使用9 9轨磁轨磁带机，图形显示器和操作员接口终端。带机，图形显示器和操作员接口终

31、端。可以灵活地对各种观测形式实时监控数可以灵活地对各种观测形式实时监控数据质量，生成据质量，生成SEGYSEGY格式磁带记录，并格式磁带记录，并具有现场实时处理能力，可以绘出速度具有现场实时处理能力，可以绘出速度图，时图，时深曲线，可以做叠加、滤波反深曲线，可以做叠加、滤波反褶积和波场分离。褶积和波场分离。|对于井间地震层析成像系统，法国对于井间地震层析成像系统，法国SchumbergerSchumberger公司利用多功能数控测井公司利用多功能数控测井仪仪Maxis 500Maxis 500对井下成保系统对井下成保系统ASIASI和和CSICSI进行采集、监检、和处理。美国进行采集、监检、和

32、处理。美国GeoviewGeoview公司是以公司是以IBM486IBM486PCPC为主机为主机开发成像系统具有采集、监控、记带、开发成像系统具有采集、监控、记带、处理、绘图等多种功能。处理、绘图等多种功能。井间地震接收系统的发展趋势，美国井间地震接收系统的发展趋势，美国SandlaSandla国家试国家试验室曾作出如下预测：验室曾作出如下预测： 井下与地面采用光纤传输。井下与地面采用光纤传输。 井下接收系统的传感器可扩展至井下接收系统的传感器可扩展至3232级级(96(96道道) )。 传感器在传感器在2000 Hz2000 Hz内无谐振现象。内无谐振现象。 每一级接收器均采用每一级接收器

33、均采用2020位的位的A/DA/D转换器。转换器。 所有井下电子部件高温可达所有井下电子部件高温可达200200。 由当前国际发展趋向来看，采用数字遥测式的由当前国际发展趋向来看，采用数字遥测式的多级井下接收系统其性能显著伏于现有的单多级井下接收系统其性能显著伏于现有的单级级VSPVSP检波器，特别在通带、记录道数检波器，特别在通带、记录道数b b抗干抗干扰能力、传输特性、深度误差、生产效率方扰能力、传输特性、深度误差、生产效率方面均有突出的优点，其详细性能比较见表面均有突出的优点，其详细性能比较见表1 1。 国外四种多道井下接收器的技术指标的对比，国外四种多道井下接收器的技术指标的对比， 以

34、及通过对比而确定的由西安石油以及通过对比而确定的由西安石油 勘探仪器勘探仪器总厂承担的攻关目标的优化参数，统一列表总厂承担的攻关目标的优化参数，统一列表加以说明，参见表加以说明，参见表2 2。1 1）井间地震测量的设计）井间地震测量的设计做井间地震测量设计应考虏下列标准，并做井间地震测量设计应考虏下列标准，并取得相应参数。取得相应参数。 标准标准 参数参数 A A 射线密度射线密度 组合长度组合长度 多数面元应穿过多数面元应穿过1010条射线条射线 检波器间距检波器间距 震源间距震源间距 B B 射线孔径射线孔径 排列长度排列长度 与水平方向呈与水平方向呈4545度角度角 C C 时间分辨率时

35、间分辨率 采样间隔采样间隔 小于小于0.5ms0.5ms 记录的频率成分记录的频率成分 2) 2) 井间地震观测系统井间地震观测系统 根据震源、检波器和井眼三者空间的组合根据震源、检波器和井眼三者空间的组合形式，可分为线性观测系统与正交观测形式，可分为线性观测系统与正交观测系统。系统。A A线性观测系统线性观测系统 该系统采用两口井，一口井为震源井；该系统采用两口井，一口井为震源井；另一口井为接收井另一口井为接收井 ， 此系统又可分为定此系统又可分为定点反射线性观测系统和同步反射线性观点反射线性观测系统和同步反射线性观测系统。测系统。 a a、定点反射线性观测系统、定点反射线性观测系统 它是把

36、震源固定在激发井中的某一设计它是把震源固定在激发井中的某一设计深度位置上，而接收井中的检波器沿观深度位置上，而接收井中的检波器沿观测井全井或装点研究井段均匀依次排列，测井全井或装点研究井段均匀依次排列，是这种观测系统的上下界面反射波穿过是这种观测系统的上下界面反射波穿过井间地层的直达波射线轨迹图。井间地层的直达波射线轨迹图。 b b、同步反射线性观测系统、同步反射线性观测系统 该系统是使激发点和接收点分别在该系统是使激发点和接收点分别在震源井与接收井中反向等距移动，震源井与接收井中反向等距移动，移动总点数和总距离相等移动总点数和总距离相等( (图图8)8)。B B正交观测系统正交观测系统 正交

37、观测系统是采用井间地震组进正交观测系统是采用井间地震组进行观测，即，一口井为激发井，另行观测，即，一口井为激发井，另两口井为接收井，井的分布构成正两口井为接收井，井的分布构成正交系统。图中，交系统。图中，A A为震源井，为震源井，B B、C C为接收井，它们组成一直角形式，为接收井，它们组成一直角形式， 其优点是可在两个方向上提供速度其优点是可在两个方向上提供速度的分布和介质的各向异性。的分布和介质的各向异性。 3 3）野外施工方法）野外施工方法当井为干井时，要把震源和检波器当井为干井时，要把震源和检波器都固定在井壁上，这样可保证耦合都固定在井壁上，这样可保证耦合良好。若井中含水或泥浆时，则保

38、良好。若井中含水或泥浆时，则保证了耦合条件，可用水中检波器来证了耦合条件，可用水中检波器来接收而用电火花做震源，但这只适接收而用电火花做震源，但这只适用于纵波，对于横波而言，检波器用于纵波，对于横波而言，检波器必须固定在井壁上。必须固定在井壁上。一、井间地震资料数字处理概述二、井间地震资料处理流程三、波场分离技术A A）井间地震波场特征）井间地震波场特征|井间地震观测系统的特殊性，使得井间井间地震观测系统的特殊性，使得井间地震波场比地面常规地震波场复杂。地震波场比地面常规地震波场复杂。|存在直达纵波、直达横波、反射纵波、存在直达纵波、直达横波、反射纵波、反射横波、转换纵波、转换横波、透射反射横

39、波、转换纵波、转换横波、透射纵波、透射横波以及多次转换波。纵波、透射横波以及多次转换波。|存在界面波、绕射波、管波、导波等地存在界面波、绕射波、管波、导波等地震波。震波。|整个记录下来的井间地震波场可以划分整个记录下来的井间地震波场可以划分为初至波和续至波两大部分。初至波用为初至波和续至波两大部分。初至波用于旅行时层析成像，续至波用于反射波于旅行时层析成像，续至波用于反射波成像和透射波层析成像。成像和透射波层析成像。V1V2V3V2 V1 & V3 BA99212hhB）井间地震波场旅行时方程： 建立如图所示的坐标系。图中是两口井间建立如图所示的坐标系。图中是两口井间的井间距，的井间距， L

40、L0 0是反射界面在激发井中的是反射界面在激发井中的深度，深度，是该反射界面的倾角，是该反射界面的倾角， v v1 1和和v v2 2分分别是界面上下地层的速度（不妨令别是界面上下地层的速度（不妨令v v2 2 v v1 1 ），），s s和和r r分别是震源和检波器位置深度分别是震源和检波器位置深度坐标轴。坐标轴。h0L0vv12SR0v 2v1123X0srrx.射线路径射线路径1 1表示的是直达波路径。用表示的是直达波路径。用t(s,r)t(s,r)表表示由炮点激发地震波，在检波点接收的示由炮点激发地震波，在检波点接收的直达波旅行时。则直达波旅行时方程为：直达波旅行时。则直达波旅行时方程

41、为：上式分为两部分，这两部分具有相同的形上式分为两部分，这两部分具有相同的形式，但是采用不同的速度，表示只有当式，但是采用不同的速度，表示只有当震源和检波器位于同一地层之内时才存震源和检波器位于同一地层之内时才存在直达波，其旅行时由震源和检波器的在直达波，其旅行时由震源和检波器的位置、井间距以及该地层的地震波速度位置、井间距以及该地层的地震波速度决定。地层倾角只是影响直达波的分布决定。地层倾角只是影响直达波的分布范围，但不影响直达波的旅行时。范围，但不影响直达波的旅行时。 htgLrLsvrshhtgLrLsvrshrst0022200122,)(,)(),(射线路径射线路径2 2表示的是反射

42、波路径。与直达表示的是反射波路径。与直达波旅行时方程类似，用波旅行时方程类似，用s s和和r r分别表示震分别表示震源和检波器位置深度，则反射波旅行时源和检波器位置深度，则反射波旅行时曲线方程曲线方程t(s,r)t(s,r)可以写成：可以写成： 可以看到，反射波旅行时方程和直达波旅可以看到，反射波旅行时方程和直达波旅行时方程一样，也是由两部分组成，当行时方程一样，也是由两部分组成，当震源和检波器位于反射界面的同一侧时震源和检波器位于反射界面的同一侧时才产生反射波。才产生反射波。 htgLrLsvrsLssLhhtgLrLsvrsLssLhrst0022202000122020, cos)(2s

43、incos)(2, cos)(2sincos)(2),(与直达波旅行时方程不同的是反射波旅行与直达波旅行时方程不同的是反射波旅行时不仅和震源、检波器的位置、井间距时不仅和震源、检波器的位置、井间距以及该地层的地震波速度有关，而且还以及该地层的地震波速度有关，而且还和反射界面的倾角有关系。反射界面倾和反射界面的倾角有关系。反射界面倾角不但影响反射波旅行时，而且也影响角不但影响反射波旅行时，而且也影响了反射波的分布范围。上式还说明存在了反射波的分布范围。上式还说明存在两种反射波，一是上行反射波，一是下两种反射波，一是上行反射波，一是下行反射波。上行反射波旅行时随着震源行反射波。上行反射波旅行时随着

44、震源或检波器位置向下移动而减小，而下行或检波器位置向下移动而减小，而下行反射波旅行时随着随着震源或检波器位反射波旅行时随着随着震源或检波器位置向下移动而增加。这可以由上式在置向下移动而增加。这可以由上式在s s与与r r的取值范围（受的取值范围（受h h、L L0 0以及以及的控制）内的控制）内分析反射波旅行时的变化与分析反射波旅行时的变化与s s、r r取值变化取值变化的关系而得到。的关系而得到。射线路径（射线路径（3 3）表示的是透射波的传播路径。）表示的是透射波的传播路径。地震波由震源出发，向反射界面传播，在地震波由震源出发，向反射界面传播，在遇到反射界面后一部分能量被界面反射回遇到反射

45、界面后一部分能量被界面反射回去；在临界角范围之内，有一部分能量穿去；在临界角范围之内，有一部分能量穿透反射界面而传播到下面的地层中去。透透反射界面而传播到下面的地层中去。透射波能量在穿透反射界面沿着满足射波能量在穿透反射界面沿着满足SnellSnell定定律的方向传播。用律的方向传播。用t(s,r)t(s,r)表示由震源表示由震源s s出发，出发，传播到反射界面后穿透反射界面再传播到传播到反射界面后穿透反射界面再传播到检波器检波器rr的透射波旅行时，则有如下的透的透射波旅行时，则有如下的透射波旅行时公式：射波旅行时公式：22202212012222021210)()()()(),(vpphtg

46、LrpvarcsinsincosvppsLpvarcsinsincoshvpvphtgLrcosvpvpsLcosrst p p为射线路径参数，为射线路径参数，和和为为 入射角和透射角。入射角和透射角。 sinvsinvp21初至波是指地震记录道中最初出现的地震初至波是指地震记录道中最初出现的地震波。一般情况下直达波是初至波，但是波。一般情况下直达波是初至波，但是也有一些初至波不是直达波，而是首波。也有一些初至波不是直达波，而是首波。在只有一个反射界面的情况下初至波是在只有一个反射界面的情况下初至波是首波的情形出现在震源位于低速介质中，首波的情形出现在震源位于低速介质中，而检波器位于高速介质中

47、，并且靠反射而检波器位于高速介质中，并且靠反射界面充分近的情况下。此时地震波首先界面充分近的情况下。此时地震波首先以临界角入射到反射界面上，然后以高以临界角入射到反射界面上，然后以高速沿着界面滑行，在滑行的过程中不断速沿着界面滑行，在滑行的过程中不断地以临界角向接收井发射地震波能量，地以临界角向接收井发射地震波能量，在井间地震剖面上形成首波同相轴。因在井间地震剖面上形成首波同相轴。因而首波也称为界面波。首波路径可以分而首波也称为界面波。首波路径可以分为三段，第一段为地震波由震源向界面为三段，第一段为地震波由震源向界面传播，第二段为在界面上的滑行，第三传播，第二段为在界面上的滑行，第三段为地震波

48、能量由界面向检波器传播的段为地震波能量由界面向检波器传播的路径。路径。由于两个临界角以及第二段路径的存在使得首由于两个临界角以及第二段路径的存在使得首波有一定的分布范围，而不是存在整个地震波有一定的分布范围，而不是存在整个地震记录上。在图一所示的井间地震模型中，记录上。在图一所示的井间地震模型中，V2V1V2V1，因而在界面上部能够产生首波。用，因而在界面上部能够产生首波。用t(s,r)t(s,r)表示由震源表示由震源s s出发经过反射界面滑行一出发经过反射界面滑行一段距离后辐射到检波器段距离后辐射到检波器r r的首波的旅行时间，的首波的旅行时间，则有如下的首波旅行时公式：由则有如下的首波旅行

49、时公式：由V2V1V2V1，因，因而临界角而临界角为为： avvsin12令令当当 且且 时时sLs 0rhtgLr 0sin()sin()srhsL rLhtg00,t s rsrvhsrv( , )sin()sin()cossin()sin()cos 12C）道集选排：）道集选排： 井间地震野外观测中每选定一个炮点位置井间地震野外观测中每选定一个炮点位置和一个检波器位置，就可以获得一个地和一个检波器位置，就可以获得一个地震道记录。震道记录。 按不同顺序排列这些地震道，井间地震数按不同顺序排列这些地震道，井间地震数据可以以四种道集形式出现：共炮点道据可以以四种道集形式出现：共炮点道集、共接收

50、点道集、共偏移距道集和共集、共接收点道集、共偏移距道集和共中心线道集。中心线道集。共炮点道集是指井间地震记录中具有共同共炮点道集是指井间地震记录中具有共同炮点的所有记录道按照检波器位置深度炮点的所有记录道按照检波器位置深度由浅到深排在一起，构组成的道集。由浅到深排在一起，构组成的道集。 共接收点道集是指井间地震记录中具有共共接收点道集是指井间地震记录中具有共同检波器位置的所有记录道按照炮点位同检波器位置的所有记录道按照炮点位置深度由浅到深排在一起，构组成的道置深度由浅到深排在一起，构组成的道集。共炮点道集和共接收点道集是两个集。共炮点道集和共接收点道集是两个对称的概念。对称的概念。在井间地震中

51、定义炮点和检波器位置深度在井间地震中定义炮点和检波器位置深度的差值为偏移距。每一个地震记录都有的差值为偏移距。每一个地震记录都有一个震源深度和一个检波器深度，也就一个震源深度和一个检波器深度，也就对应一个偏移距。对应一个偏移距。共偏移距道集就是指具有相等偏移距的道共偏移距道集就是指具有相等偏移距的道集按照震源深度和检波器深度由浅到深集按照震源深度和检波器深度由浅到深排列形成的道集。排列形成的道集。中心深度是指一个地震道的震源深度中心深度是指一个地震道的震源深度和检波器深度的平均值。和检波器深度的平均值。共中心线道集（或称共中心深度道集）共中心线道集（或称共中心深度道集）是指具有相同中心深度的地

52、震道按是指具有相同中心深度的地震道按照炮点深度增加和检波器位置深度照炮点深度增加和检波器位置深度减小排列，或者按照炮点深度减小减小排列，或者按照炮点深度减小和检波器位置深度增加排列形成的和检波器位置深度增加排列形成的道集。道集。共偏移距道集共偏移距道集共中心深度道集共中心深度道集D）井间地震资料处理简介：）井间地震资料处理简介：井间地震资料处理的目的就是将野外井间地震资料处理的目的就是将野外采集的数据带经过数据解编、消除采集的数据带经过数据解编、消除干扰波、增强有效波的一系列处理，干扰波、增强有效波的一系列处理，拾取直达波旅行时以进行层析成像，拾取直达波旅行时以进行层析成像，分离反射波场并获取

53、反射波剖面。分离反射波场并获取反射波剖面。井间地震波场中的各种地震波在不同井间地震波场中的各种地震波在不同的地震道集中具有不同的特性，为的地震道集中具有不同的特性，为后续的波场分离，干扰波消除提供后续的波场分离，干扰波消除提供了可能。了可能。共炮点道集是井间地震资料处理的基共炮点道集是井间地震资料处理的基本数据。在共炮点道集上接收井套本数据。在共炮点道集上接收井套管波同相轴为一倾斜直线；而在共管波同相轴为一倾斜直线；而在共接收点道集上激发井套管波同相轴接收点道集上激发井套管波同相轴为一倾斜直线。在这两类道集上使为一倾斜直线。在这两类道集上使用视速度滤波器可以有效地压制两用视速度滤波器可以有效地

54、压制两类套管波。类套管波。共中心深度道集可以用来鉴别反射波。共中心深度道集可以用来鉴别反射波。在共中心深度道集上来自同一深度在共中心深度道集上来自同一深度的反射波旅行时相等，排成一个与的反射波旅行时相等，排成一个与记录时间线相平行的同相轴。记录时间线相平行的同相轴。共偏移距道集可以用来鉴别透射波。由激共偏移距道集可以用来鉴别透射波。由激发点直接传播到接收点的透射波，因激发点直接传播到接收点的透射波，因激发点与接收点相对位置不变，其旅行时发点与接收点相对位置不变，其旅行时相等，在道集上排成一个平行时间线的相等，在道集上排成一个平行时间线的同相轴。可利用共偏移距道集，使用视同相轴。可利用共偏移距道

55、集，使用视速度滤波器或速度滤波器或F-KF-K波数滤波器，加强有效波数滤波器，加强有效反射波或透射波，删除其它类型规则干反射波或透射波，删除其它类型规则干扰波。扰波。激发点和接收点在同一个水平线上，垂直激发点和接收点在同一个水平线上，垂直间距为零的道集，称为共激发间距为零的道集，称为共激发接收零接收零间隔距道集。已知激发井和接收井之间间隔距道集。已知激发井和接收井之间的距离，可以根据初至旅行时，求取地的距离，可以根据初至旅行时，求取地层平均速度。层平均速度。零间隔距道集记录的反射，其反射点零间隔距道集记录的反射，其反射点位于激发井和接收井中间的垂直线位于激发井和接收井中间的垂直线上。对这样的道

56、集记录，使用速度上。对这样的道集记录，使用速度扫描做偏移归位，可以实现偏移速扫描做偏移归位，可以实现偏移速度分析。度分析。井间地震资料处理可以分为两大模块，即井间地震资料处理可以分为两大模块，即旅行时反演模块和反射波偏移成像模块。旅行时反演模块和反射波偏移成像模块。野外井间地震资料经过解编后，就沿着野外井间地震资料经过解编后，就沿着这两个方向进行处理。井间地震资料微这两个方向进行处理。井间地震资料微机处理包括如下的处理模块：机处理包括如下的处理模块：|野外地震带解编。野外地震带解编。|道集选排。道集选排。|带通滤波、增益控制。带通滤波、增益控制。|解释初至波，拾取初至波旅行时。解释初至波，拾取

57、初至波旅行时。|旅行时反演旅行时反演|波场分离和视速度滤波。波场分离和视速度滤波。|偏移速度扫描。偏移速度扫描。|超级迭加。超级迭加。一一) )野外地震带解编。野外地震带解编。把野外数据转换成微机数据格式。把野外数据转换成微机数据格式。二二) )道集选排。道集选排。根据需要把井间地震记录排成不同的道集记录，根据需要把井间地震记录排成不同的道集记录，用以考察各类地震波，初步分析井间地震波场，用以考察各类地震波，初步分析井间地震波场，识别不同类型的地震波。识别不同类型的地震波。三三) )带通滤波、增益控制。带通滤波、增益控制。滤除低频和高频噪音，消除随机噪音；补偿波前滤除低频和高频噪音，消除随机噪

58、音；补偿波前扩散。扩散。四四) )解释初至波，拾取初至波旅行时。解释初至波，拾取初至波旅行时。初至波主要用来做旅行时反演。对井间地震资料初至波主要用来做旅行时反演。对井间地震资料一道一道识别初至波，画出解释线，最终根据一道一道识别初至波，画出解释线，最终根据解释线拾取初至波旅行时，以供旅行时反演使解释线拾取初至波旅行时，以供旅行时反演使用。用。在初至波解释过程中画出的解释线还有另外一个在初至波解释过程中画出的解释线还有另外一个用途，那就是用来切除初至波。用途，那就是用来切除初至波。五五) )旅行时反演旅行时反演前面已经得到了初至波旅行时，用这些旅前面已经得到了初至波旅行时，用这些旅行时数据可以

59、进行旅行时反演，获得一行时数据可以进行旅行时反演，获得一个井间速度剖面。虽然旅行时反演得到个井间速度剖面。虽然旅行时反演得到的速度剖面精度不高，但是该剖面能大的速度剖面精度不高，但是该剖面能大体上反映出井间地质剖面的形态。体上反映出井间地质剖面的形态。六六) )波场分离和视速度滤波。波场分离和视速度滤波。波场分离和视速度滤波是井间地震反射波波场分离和视速度滤波是井间地震反射波资料处理过程中最重要的一个环节。该资料处理过程中最重要的一个环节。该流程主要目的是提取反射波波场。几种流程主要目的是提取反射波波场。几种波场分离方法都是在变换后作切除，然波场分离方法都是在变换后作切除，然后再反变换回来的，

60、因而在原来无数据后再反变换回来的，因而在原来无数据区域会畸变，因而需要画解释线切除畸区域会畸变，因而需要画解释线切除畸变部分。变部分。七七) )偏移速度扫描。偏移速度扫描。这是为超级迭加作准备。首先抽取零偏移这是为超级迭加作准备。首先抽取零偏移距道集，然后对上行反射波和下行反射距道集，然后对上行反射波和下行反射波分别作偏移速度扫描，得到两张速度波分别作偏移速度扫描，得到两张速度谱剖面，对这两张剖面分别解释，得到谱剖面，对这两张剖面分别解释，得到适合于上行反射波和下行反射波偏移的适合于上行反射波和下行反射波偏移的速度。速度。八八) )超级迭加。超级迭加。这是井间地震资料处理的最终环节。按照这是井

61、间地震资料处理的最终环节。按照超级迭加理论处理反射波波场，可以获超级迭加理论处理反射波波场，可以获得上行波深度剖面和下行波深度剖面。得上行波深度剖面和下行波深度剖面。这两张剖面有一部分是互相重迭的。将这两张剖面有一部分是互相重迭的。将这两张剖面上由于迭加次数不够和受到这两张剖面上由于迭加次数不够和受到干扰比较严重的部分切除后迭加起来，干扰比较严重的部分切除后迭加起来，得到一张完整的井间反射波深度剖面。得到一张完整的井间反射波深度剖面。井间地震原始资料抽道集零偏移距道集偏移速度谱扫描上行波速度谱下行波速度谱解释直达波直达波解释线切除直达波反射波场波场分离上行波场下行波场反射波成像下行反射波深度剖

62、面反射波成像上行反射波深度剖面切除叠加次数不足区域，然后两剖面相加反射波深度剖面解编旅行时反演速度剖面综合解释初至波旅行时初始模型射线追踪射线路径时间旅行时残差射线路径数据旅行时反演计算修改后的新模型达到精度?n ny y结束迭代 输出最终模型|波场分离是井间地震反射波资料处理的一个重要环节。|井间地震资料反射波处理的目的就是要从井间地震波场中提取出反射波信息（这里包括上行反射波和下行反射波）。|目前波场分离的方法主要有波场分离、视速度滤波和三维滤波。这些方法都是根据地震波旅行时特性和地震波同相轴在地震剖面上的斜率来设计的。一一)F-K)F-K波场分离：波场分离：F-KF-K波场分离主要用来分

63、离上行波和下行波。波场分离主要用来分离上行波和下行波。 在共炮点道集中，上行波就是那些由检波在共炮点道集中，上行波就是那些由检波器下方传播过来的地震波，下行波就是器下方传播过来的地震波，下行波就是指共炮点道集中那些来自检波器上方的指共炮点道集中那些来自检波器上方的地震波，两者最大的区别是传播方向不地震波，两者最大的区别是传播方向不同。一般认为速度是一个正值，但是如同。一般认为速度是一个正值，但是如果赋予速度方向性，则速度也可以有正果赋予速度方向性，则速度也可以有正负之分。上行波和下行波传播方向不同，负之分。上行波和下行波传播方向不同，就可以表示成速度正负符号的不同。就可以表示成速度正负符号的不

64、同。 下图表示的是上行波和下行波在时间下图表示的是上行波和下行波在时间深深度域的形态，同相轴度域的形态，同相轴1 1表示的是下行波，表示的是下行波，同相轴同相轴2 2表示的是上行波。地震波速度的表示的是上行波。地震波速度的定义是单位时间内地震波传播的距离，定义是单位时间内地震波传播的距离，用公式表示成：用公式表示成：显然上式定义的速度值可能为负。对同相显然上式定义的速度值可能为负。对同相轴轴1 1来说，结果是正的，即下行波的速度来说，结果是正的，即下行波的速度是正值，同相轴是正值，同相轴2 2对应的速度是负值，即对应的速度是负值，即上行波速度是负值。上行波速度是负值。dtdxv xt若将井间地

65、震波场变换到频率若将井间地震波场变换到频率波数域，则有下波数域，则有下图成立：图成立： 上行波和下行波分别具有负速度和正速度，在上行波和下行波分别具有负速度和正速度，在频率频率波数域内上行波将分布在一三象限内，波数域内上行波将分布在一三象限内，而下行波将分布在二四象限内。波场分离的主而下行波将分布在二四象限内。波场分离的主要思想就是将地震剖面数据由要思想就是将地震剖面数据由t-xt-x域变化到域变化到F-KF-K域，域，然后把然后把F-KF-K域一三象限数据充成零，或者把二四域一三象限数据充成零，或者把二四象限数据充成零，再作二维象限数据充成零，再作二维FourierFourier逆变换，就逆

66、变换，就可以分别获得下行波和上行波。可以分别获得下行波和上行波。v0v0v0v0K)0()0()()( ),(fifxvkievkdxekp 无论是有效波还是规则干扰波，在地震记无论是有效波还是规则干扰波，在地震记录上总是表现为上行波或下行波录上总是表现为上行波或下行波 。因而。因而波场分离用来分离反射波场虽然有效，波场分离用来分离反射波场虽然有效，却不能完全消除干扰波。却不能完全消除干扰波。波场分离的优点是直观，物理意义清楚，波场分离的优点是直观，物理意义清楚，而且比较容易实现，速度快。缺点是效而且比较容易实现，速度快。缺点是效果并不是很好，尤其是在规则干扰波和果并不是很好，尤其是在规则干扰波和反射波具有相似形态时，这种方法将失反射波具有相似形态时，这种方法将失效。因为这种方法仅仅使用了速度的极效。因为这种方法仅仅使用了速度的极性。性。另外由于切除效应，一些地震波同相轴会另外由于切除效应，一些地震波同相轴会发生拉伸现象，这在记录边缘特别明显，发生拉伸现象，这在记录边缘特别明显，有时在波场分离后还需做切除处理。有时在波场分离后还需做切除处理。二）二）视速度滤波：视速度滤波：F-KF-K