第三讲-地震波速度

第三讲地震波速度地震波波速度-地球物理勘探技术地下建筑与工程系地震速度概念地震速度？–地震波在岩层中的传播速度，简称地震速度，有时又叫岩石速度，如常说砂岩速度，页岩速度，泥岩速度。地震速度是地震勘探中最重要的一个参数，从资料处理到资料解释都要用到速度。研究地震波速度的意义？–1、资料处理（动校正、偏移等）;–2、模型正演（岩性、流体）；–3、反演（构造解释、参数反演)。地震波波速度-地球物理勘探技术地下建筑与工程系主要内容1地震波速度的影响因素2几种常用速度的概念3平均速度的测定4各种速度间的关系地震波波速度-地球物理勘探技术地下建筑与工程系地震波速度的影响因素与岩石弹性常数的关系弹性模量：拉梅系数λ、剪切模量μ、密度ρ、体变模量K、杨氏模量E、泊松比ν。地震波波速度-地球物理勘探技术地下建筑与工程系与岩石弹性常数的关系纵波横波速度关系(1)(1)(12)2(1)2(1)120.251.73pspspsVVVVVV两式相除：泊松比约为，所以地震波波速度-地球物理勘探技术地下建筑与工程系与岩石弹性常数的关系岩性是影响地震波速度最明显的因素。一种岩石的速度具有一定的分布范围：–速度分布范围互相重叠–利用速度识别砂岩、页岩纵横波速度比能反映岩性地震波波速度-地球物理勘探技术地下建筑与工程系岩性对地震波速度的影响变质岩和火成岩速度沉积岩；沉积岩：石灰岩速度页岩砂岩水油接近，空气最小地震波波速度-地球物理勘探技术地下建筑与工程系岩性对地震波速度的影响地震波波速度-地球物理勘探技术地下建筑与工程系岩性对地震波速度的影响地震波波速度-地球物理勘探技术地下建筑与工程系岩性对地震波速度的影响地震波波速度-地球物理勘探技术地下建筑与工程系与岩石密度的关系几乎各种岩石的波速都随密度增大而增大。砂泥岩纵波速度-密度砂泥岩横波速度-密度地震波波速度-地球物理勘探技术地下建筑与工程系与岩石密度的关系沉积岩中的波速与岩石密度的关系:如对某些石灰岩、页岩来说，可用线性方程来描述：式中V：Km/s，ρ：g/cm3116V地震波波速度-地球物理勘探技术地下建筑与工程系与岩石密度的关系完全充水饱和时，地震纵波速度与岩石密度之间存在着良好的定量关系，非线性关系经验公式（加德纳公式）：4131.0V地震波波速度-地球物理勘探技术地下建筑与工程系与岩石密度的关系地震波波速度-地球物理勘探技术地下建筑与工程系与埋藏深度和压力的关系一般来说，随深度的增加，地震波速度增大。不同的地区，速度随深度变化的垂直梯度可能相差很大。一般地说，在浅处速度梯度较大；深度增加时，梯度减小。2100)1()()(HVHVHVHV地震波波速度-地球物理勘探技术地下建筑与工程系与埋藏深度和压力的关系一般地，随岩石埋藏深度的增加，地震波的速度增大，垂直梯度减小地震波波速度-地球物理勘探技术地下建筑与工程系与埋藏深度和压力的关系随压力的增加，地震波速度增大地震波波速度-地球物理勘探技术地下建筑与工程系与构造历史和沉积年代的关系一般来说，地层越深，沉积年代越久，构造历史越远，地震波速度越大。地震波波速度-地球物理勘探技术地下建筑与工程系与构造历史和沉积年代的关系一般来说，沉积年代越久，地震波速度越大地震波波速度-地球物理勘探技术地下建筑与工程系与构造历史和沉积年代的关系地震波速度与沉积地质年代、地质构造历史有关,不同的地区有不同的表现，主要有以下几个特点：–地质年代越长、构造历史越远，地震波速度越高；地质年代越短、构造历史越近，地震波速度越低。–在强烈褶皱地区，经常观测到的地震波速度大；而在隆起的构造顶部，速度降低。地震波波速度-地球物理勘探技术地下建筑与工程系孔隙度对地震波速度的关系隙孔度：粗颗粒岩石细颗粒岩石，如砂岩石灰岩地震波速度与孔隙度成反比。Wylie(1956)提出时间平均方程:𝑣地震波速度;𝑣𝑚岩石骨架地震波速度；𝑣𝐿孔隙中充填物地震波速度；𝜑岩石孔隙度。孔隙度3%增加到30%时，岩石速度变化达60%。1𝑣=(1−𝜑)𝑣𝑚+𝜑𝑣𝐿(8)地震波波速度-地球物理勘探技术地下建筑与工程系孔隙度对地震波速度的关系速度与孔隙度的关系密度与孔隙度的关系地震波波速度-地球物理勘探技术地下建筑与工程系孔隙度对地震波速度的关系密度与孔隙度的关生系𝜌𝑚岩石骨架密度；𝜌𝐿孔隙充填物密度；𝜑岩石孔隙度。例：一套砂泥岩地层，根据公式（8）可得出计算速度与砂泥岩百分含量的经验公式：𝜌=𝜌𝐿𝜑+（1−𝜑）𝜌𝑚(9)1𝑣=(1−𝑃泥)𝑣砂+𝑃泥𝑣泥（10）𝑃砂+𝑃泥=11𝑣=(1−𝜑)𝑣𝑚+𝜑𝑣𝐿(8)地震波波速度-地球物理勘探技术地下建筑与工程系孔隙度对地震波速度的关系孔隙中的充填物对地震波速度的影响地震波传播速度：固体液体（水或油）气体孔隙流体性质影响纵波的速度和反射系数，不影响横波。纵横波速度比是研究孔隙流体性质的有利参数。地震波波速度-地球物理勘探技术地下建筑与工程系当岩石完全充水饱和时，𝜌=0.31×𝑣1/4孔隙度对地震波速度的关系地震波波速度-地球物理勘探技术地下建筑与工程系孔隙度对地震波速度的关系当考虑流体压力变化影响因素时，引入压差调节系数C，wyllie公式变为：Φ：孔隙度；V：波在岩石中的实际速度；Vf：波在孔隙流体中的速度；Vr：波在岩石基质中的速度；C：压差调节系数。rfVCVCV11地震波波速度-地球物理勘探技术地下建筑与工程系孔隙度对地震波速度的关系地震波波速度-地球物理勘探技术地下建筑与工程系地震波波速度-地球物理勘探技术地下建筑与工程系岩石密度与速度的关系式（1）表明，地震波速度应随岩石密度的增加而降低？实际是增大，为什么呢？因为杨氏模量随密度的增加而增加，杨氏模量的增加比密度增加快。𝑣𝑝=𝐸(1−𝜎)𝜌(1+𝜎)(1−2𝜎)（1）地震波波速度-地球物理勘探技术地下建筑与工程系与频率和温度压力的关系速度与频率无关（无频散）温度每升高100度，速度减少5~6％。地震波波速度-地球物理勘探技术地下建筑与工程系与频率和温度压力的关系地震波波速度-地球物理勘探技术地下建筑与工程系几种常用速度的概念（1）平均速度与层速度（2）均方根速度（3）等效速度（4）叠加速度地震波波速度-地球物理勘探技术地下建筑与工程系（1）平均速度一组水平层状介质中某一界面以上介质的平均速度就是地震波垂直穿过该界面以上所有地层的总厚度与总传播时间之比。vhhvhvhvhhhh11221121avV地震波波速度-地球物理勘探技术地下建筑与工程系（1）平均速度在水平层状介质中波沿直线传播所做过的路程与所需时间之比。由此可知：引入平均速度的基本假设是：地震波沿着最短路径传播，即直线传播。*12av1212121av12112VcoscoscosVcoscoscosnnnnniinniinilllOSllltvvvhhhhhhhhvvvv地震波波速度-地球物理勘探技术地下建筑与工程系（2）均方根速度n22i1n22i11212ni221/2i=122220122202n2121sinsinsinx2()x==+iiiiiinnimiiiiRhvpxvphtvvppvvvVhVVttxxttV层水平层状介质时距曲线方程：当:参数方程可展开成的幂级数:略去高次项，得到：tvtv地震波波速度-地球物理勘探技术地下建筑与工程系（2）均方根速度均方根速度的概念–将水平层状介质情况下反射波时距曲线看成双曲线时求得的速度其意义还可这样说明：–把各层的速度值的平“方”按时间取其加权平“均”值，而后取平方“根”值。211niiiRniitvvt地震波波速度-地球物理勘探技术地下建筑与工程系（3）等效速度222202coscosxttVVV倾斜界面共中心点时距曲线方程：等效速度定义为：地震波波速度-地球物理勘探技术地下建筑与工程系（3）等效速度等效速度的意义：–倾斜界面情况下共中心点道集的叠加效果存在两个问题，即反射点分散和动校正不准确。引入等效速度后，用Vφ按水平界面动校正公式，对倾斜界面的共中心点道集进行动校正，可以取得很好的叠加效果，没有剩余时差。但不应忘记，从地质效果来说，反射点分散的问题并没有解决，这个问题只能用偏移叠加才能妥善解决。地震波波速度-地球物理勘探技术地下建筑与工程系（4）叠加速度在一般情况下（包括水平均匀介质、倾斜界面均匀介质、覆盖层为层状介质或连续介质等），都可将共中心点反射波时距曲线看做双曲线，用共同的式子表示：式中Vα为叠加速度。对于不同的介质结构，Vα有不同的具体意义：均匀介质Vav、水平层状介质为VR、倾斜界面为Vφ22202=+xttV地震波波速度-地球物理勘探技术地下建筑与工程系构造方程式水平单层Vα=Vav=V1倾斜单层Vα=V1/cosφ=Vφ水平多层Vα=VR倾斜平行多层Vα=VR/cosφ倾斜非平行多层用叠带射线追踪方法地震波波速度-地球物理勘探技术地下建筑与工程系平均速度的测定用途：–时深转换测定方法：–岩石物理测定–井中测量（地震测井、声波测井、vsp）–时距曲线计算法–速度谱–速度剖面地震波波速度-地球物理勘探技术地下建筑与工程系地震测井野外观测方法：–用电缆将检波器放入深井中，在井口附近激发地震波，记录能量从震源传播到检波器的时间，每激发一次，就向上提升一次检波器。–检波器记录从井口到检波器深度处直达波的传播时间t，检波器深度H可由电缆长度测得，可求得该深度H以上各地层平均速度。地震波波速度-地球物理勘探技术地下建筑与工程系地震测井工作原理–激发点在地面的位置是O，但真正位置是井底O*；爆炸井深hc；井源距d。–原理：tSVav地震波波速度-地球物理勘探技术地下建筑与工程系地震测井近炮点距离：波沿AS传播远炮点距离：波沿O`S传播近炮点平均速度：远炮点：射线平均速度cvHhVtcSHh*22cSOSdHh（）22*cavccdHhOSVtt（）地震波波速度-地球物理勘探技术地下建筑与工程系地震测井当地层倾角时，炮点应布置在地层下倾方向，以防止折射波的干扰。在地层上倾方向放炮时，容易接收到折射波。在地层下倾方向放炮时，不易接收到折射波。地震波波速度-地球物理勘探技术地下建筑与工程系地震测井补充说明（炮井距d的选择）：–炮点不能太远•射线平均速度一般大于平均速度，尤其在浅层更为显著，深层速度逐渐靠近平均速度–炮点不能太近•d太小则可能出现电缆波或套管波的干扰，对深井也不安全地震波波速度-地球物理勘探技术地下建筑与工程系地震测井资料的整理：–1利用得到的t和Vav，先把t换算成t0。把数据画在的坐标系中，就得到平均速度（随t0变化）曲线。–2把H~t0/2对应数据点标在坐标系中，得到沿垂直向下方向传播的距离与传播时间之间的关系，叫做垂直时距曲线。–3当速度分层明显时，可以根据垂直时距曲线求出各层的层速度Vn，作出Vn-H曲线，反映层速度随深度变化的情况。地震波波速度-地球物理勘探技术地下建筑与工程系声波测井•原理–声波发生器O发射的20KHz脉冲波，以临界角：Vn是泥浆速度，Vk是地层速度，入射到井壁上，产生一个沿井壁方向前进的滑行波。该波的一部分能量又经过泥浆，以临界角折射到接收器M和N，形成时差Δtk，时差的大小决定于M和N之间的地层速度Vk。kncVV1sin地震波波速度-地球物理勘探技术地下建筑与工程系声波测井因为M、N之间的距离是固定的，时差大表示声波在地层中的传播速度小；时差小表示传播速度大，通过井上仪器的记录可得到一条声速时差曲线，一般记录的时差是声波传播0.5米距离所用的时间，为使用方便，地面记录时，换算成1米距离所用时间，其倒数就是相应的层速度即。速度的倒数也称为慢度（Slowness