VSP技术在油气田勘探开发中发挥着连接地面地震、钻井、地质资料的桥梁作用,特别是在新区的勘探研究中有着不可替代的作用。随着斜井、水平井等定向井技术的大量应用,定向井中部署VSP勘探项目越来越多。目前定向井VSP观测系统主要有固定位置激发、检波点上方激发、定向井Walkaway VSP观测、定向井3DVSP观测等几种形式。虽然定向井VSP的基本原理与直井相类似,但在数据采集和处理技术上,又存在一定的区别。本文主要从定向井VSP的观测方式、地震波激发与接收、数据处理等方面展开分析研究。定向井VSP每个观测点都对应一个偏移距,观测方式更为灵活,以常规的零偏、非零偏等角度来划分定向井VSP观测系统没有实际意义。在采集过程中,充分考虑了检波器倾斜状态对地震波信号接收产生的影响,采用了安装万向节装置和使用全向检波器芯两种解决方案。在下井方式上,针对复杂井况下采用钻具输送、爬行器牵引等手段辅助仪器下井。针对复杂地层条件下的定向井VSP正演模拟表明,定向井VSP资料中直达波、反射波的视速度有可能都是正或者都是负,确定了在开展波场分离时需要准确识别各类波场及其特征、然后有针对性的进行滤波分离的地震资料处理思路。针对定向井VSP数据处理技术,重点分析了速度求取中的直线法、折线法、旅行时反演法,采用旅行时反演法反演精度最高,折线法次之,直线法误差最大。推导了适用于定向井VSP的三分量旋转定向公式,对τ-P域滤波、F-K滤波、中值滤波等波场分离方法在复杂波场下的适用性进行了分析。在反射波成像数据处理上,VSPCDP变换、叠加方法对于定向井VSP同样适用,针对生产中浅层速度资料普遍缺失的现状讨论了VSPCDP成像存在的问题和改进方法。通过对海上、陆地的定向井VSP原始资料进行数据处理,采用速度反演、三分量合成、波场分离、走廊叠加、VSPCDP处理等方法,最终获取了井区的速度参数、物性参数、VSPLOG、桥式剖面图、VSPCDP成像剖面等成果,为井区的的地质层位标定、地面地震资料处理和解释提供了参数依据。