地震勘探原理第6章地震波的速度

2020/2/51第六章地震波的速度研究地震波速度的意义：1、反演（构造解释、岩性解释、参数反演)2、资料处理；3、模型正演.2020/2/52主要内容：一、影响地震波速度的因素二、几种速度的概念三、平均速度的测定四、各种速度之间的关系五、速度场的建立2020/2/53第一节影响地震波速度的因素弹性常数岩性密度•与地震波速度有关的因素：介质性质吸收衰减构造历史和沉积年代埋藏深度孔隙度及流体性质温度压力2020/2/54一、速度与岩石弹性常数的关系2020/2/55弹性模量拉梅系数、体变模量K、杨氏模量E、泊松比v2020/2/56剪切模量2020/2/57体变模量2020/2/58杨氏模量)1(2)21)(1()1(spVV2020/2/59)1(2)21)(1()1(spVV21)1(2spVV上两式相除：2020/2/510泊松比v为0.25左右，所以（含气时泊松比变小）21)1(2spVV73.1spVV2020/2/511二、地震波速度与岩性的关系岩石类型速度（米/秒）沉积岩1500——6000玄武岩4500——8000变质岩3500——6500花岗岩4500——6500表6-1-1各大类岩石的波速2020/2/512岩石类型速度（米/秒）砾岩碎石干砂200~800砂质粘土300~900湿砂600~800粘土1200~2500砂岩1400~4500泥灰岩2000~3500石灰岩，白云岩2500~6100泥质页岩2700~4100盐岩4200~5500表6-1-2几种沉积岩的波速2020/2/5132020/2/5142020/2/5152020/2/516三、地震波速度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，——116V3/cmg2020/2/517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2020/2/5182020/2/519四、速度与构造历史和沉积年代的关系一般来说，地层越深，地震波速度越大2020/2/520一般来说，沉积年代越久，地震波速度越大2020/2/521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：1）、地质年代越长、构造历史越久，地震波速度越高；地质年代越短、构造历史越短，地震波速度越低。2）、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，则发现速度减低。2020/2/522五、地震波速度与埋藏深度的关系一般来说，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2020/2/523一般地，随岩石埋藏深度的增加，地震波的速度增大，垂直梯度减小。2020/2/524六、与孔隙度和流体性质的关系岩石孔隙度示意图rfVVV11岩石骨架流体（孔隙）fVrV2020/2/525当考虑流体压力变化影响因素时，引入压差调节系数C，上式变为：——孔隙度；V——波在岩石中的实际速度；——波在孔隙流体中的速度；——波在岩石基质中的速度；C——压差调节系数。rfVCVCV11fVrV2020/2/5262020/2/5272020/2/5282020/2/529rfVVV112020/2/530七、与频率和温度压力的关系与频率无关，温度每升高100度，速度减少5~6％。2020/2/5312020/2/532理论曲线图2020/2/533八、沉积岩中速度的一般分布规律：1、沉积岩的成层沉积决定了速度剖面上成层分布。2、速度梯度是随深度的增加而减小的。3、一般地，速度的水平梯度不会很大，细致处理和解释资料时，考虑速度的水平梯度还是必要的。如构造破坏（断层）、地层不整合及尖灭。2020/2/534第二节几种速度的概念速度类型：一、平均速度与层速度二、均方根速度三、等效速度四、叠加速度2020/2/535平均速度定义与计算公式：一、平均速度与层速度vhhvhvhvhhhh11221121avV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2020/2/536从另一角度考虑(如图)：vlvlvlllltSO221121avVvhhvhvhvhhhh11221121avVcoscoscoscoscoscos2020/2/537地震波在地层中实际传播遵循费马原理，即沿时间最短的路径传播。在界面两侧遵循透射定律。二、均方根速度n1i22n1i221212pvvhtpvpvhxpvvvsinsinsin214)1(xtvvvvxtt2020/2/538式中：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。tvtvtvtv11442020/2/539三、等效速度倾斜界面共中心时距曲线方程:2222022220coscos41VxttxhVt或2cosVV其中：22202Vxtt其等效方程：2020/2/540四叠加速度的求取一：速度分析原理二：叠加速度谱的形成三：速度谱的解释与应用2020/2/5412020/2/5422020/2/543四、叠加速度由前面讨论的几个速度知道，在一般情况下，(包括水平界面均匀介质、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作双曲线，用一个共同的式子来表示：式中Vα称为叠加速度,t0为偏移距为零时的反射时间。对于不同的地质结构，它就有更具体的意义，例如对倾斜界面均匀介质Vα就是Vφ，对水平层就是VR。22202avxtt2020/2/544叠加速度Vα的含义也可以从另一个角度来理解。在实际的地震资料处理工作中，是通过计算速度谱来求取叠加速度的。即对一组共反射点道集上的某个同相轴，利用双曲线公式选用一系列不同速度Vi计算各道的动校正量，对道集内各道进行动校正；当取某一个Vi能把同相轴校成水平直线(将得到最好的叠加效果)时，则这个Vi就是这条同相轴对应的反射波的叠加速度。2020/2/545四、叠加速度2020/2/5462020/2/547第三节：平均速度的测定平均速度的用途：地震时间剖面转换为深度剖面。平均速度测定的方法：1）、岩石物理测定（岩石物理学），在实验室进行；2）、由叠加速度求层速度、平均速度；3）、井中测量（地震测井、声波测井、vsp）。2020/2/5481、工作原理地震测井的情况及有关参数，可以用图6-3-4表示。激发点在地面的位置是O，但真正位置是井底O*；爆炸井深，爆炸井同深井的水平距离是d.原理：chtSVav一、地震测井2020/2/549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tHVvHS22`）（chHdSOScccavthHdtSOV22`）（2020/2/5502、工作方法炮点位置的确定：1）、一般设远近两个炮点，近炮点距深井50—100米，炮井按扇形排列，远炮点距深井300—500米，炮点按矩形排列，井距10米左右（见图6-3-2）2020/2/5512）、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（见图6-3-3）。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。2020/2/552补充说明：炮井距d的选择：1、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。因此d应该尽量小一些。2、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。所以，d不能选得太小。2020/2/5533、资料的整理成果：1）、利用得到的t和，先把t换算成。把数据画在的坐标系中，就得到平均速度（随变化）曲线（见图6-3-5）avV0t0t2020/2/554avV2）、把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后，作出曲线反映层速度随深度变化的情况。HVnnV2020/2/555二、声波测井1：原理超声波发生器O发射的20千周脉冲波，以临界角：（其中，是泥浆速度，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，时差的大小决定于M和N之间的地层速度。kncVV1sinnVkVktkV2020/2/556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：这就是声波测井求取层速度的基本原理和过程。速度的倒数也称为“慢数（Slowness)”，用S表示.kkkV12020/2/5572：声波测井的应用1）、求平均速度2）、求层速度HHhavdhhHtHV0,)(kkV12020/2/558地震测井和声速测井的异同点：相同点：求取平均速度和层速度。不同点：1）、取得速度资料方法不同。地震测井信号频率在20—80周；而声速测井在20千周。实际生产中，地震测井更精确。2）、工作条件不同。前者工作复杂，效率低，不方便；后者可与测井同时进行，效率高，方便。3）、地震测井干扰小，平均速度误差小精度高；后者连续性好，2020/2/559第四节：各种速度之间的关系速度的类型：平均速度、均方根速度、叠加速度、层速度、等效速度。一、平均速度与均方根速度的比较二、由叠加速度计算均方根速度三、由均方根速度计算层速度四、各种介质结构情况下各种速度的计算公式与相互转换2020/2/560一、平均速度与均方根速度定义射线平均速度：当地震波在非均匀介质中传播时，沿不同的射线路径有不同的传播速度，即把地震波沿某一条射线传播所走的总路程长度除以所需的时间叫做波沿这条射线的射线平均速度。。2020/2/561不同介质结构情况下，射线平均速度的形式：1）、水平层状介质情况下：(6-5-1)2）、连续介质情况下：niiiiniiiVpVhVphtstPV02202211),(zzzVpzVdzzVpdztpV022022)(1)()(1),(2020/2/562平均速度和均方根速度的比较平均速度和均方根速度都是把层状介质假想成某种均匀介质，它对某一种结构，只有一个平均速度和均方根速度。实际上，地震波在同一种介质中，沿不同射线传播，射线平均速度是不同的。此时用同一速度对道集进行动校正，肯定不能完全校正准确，这种误差随炮检距增大而增大。平均速度就是地震波垂直穿过该层以上的总地层厚度与总传播时间之比。2020/2/563平均速度和均方根速度的比较用一个假想速度(平均速度)来代替各小层的速度，使层状介质转化为理想的均匀介质。而这个假想速度—平均速度并不是各小层速度的线性平均，而是按各小层速度Vi对垂直旅行时加权平均。在平均速度中。垂直旅行时间大的层的速度就对平均速度影响大，小的就影响小。平均速度能较好描述炮检距为零（垂直入射和反射）的情况。所以设计井深，进行时深转换时要用它。但当偏移距大时就不很准确了。2020/2/564均方根速度是沿着回声反射行程的介质速度对时间取均方根值。同一般均方值一样，数值大影响也大。所以，在均方根速度中，速度高的影响大些。均方根速度近似地考虑了层状介质中地震射线的偏折