第六章 地震波的速度

第六章地震波的速度第一节地震波速度的影响因素第二节各种速度的概念第三节速度的求取方法第四节各种速度间的关系及其用途第一节地震波速度的影响因素•一、岩石的弹性对速度的影响•二、岩性的影响•三、密度的影响•四、孔隙度的影响•五、埋深和压力的影响•六、构造历史和地质年代的影响•七、频率和温度的影响•八、孔隙流体的影响•沉积岩中速度分布的规律一、弹性常数的影响73.125.0,21)1(25.0,25.0)1(2)21)(1()1(2spspspVVVVEVEV），＝对于泊松体（只与泊松比有关纵横波速度比：（刚性度量）似与只有在最疏松岩石中近泊松比，约等于—）（成份、结构、密度等杨氏模量，与岩石有关—拉梅常数，Ｅ—、73.125.0;)(2;)23(.,21)1(25.0,25.0)1(2)(2;)23(;)21)(1()1(2spspspVVEVVEVEEV），＝对于泊松体（其中只与泊松比有关纵横波速度比：（刚性度量）似与只有在最疏松岩石中近泊松比，约等于—；份、结构、密度等有关杨氏模量，与岩石的成—拉梅常数，Ｅ—、其中弹性常数增加，速度增加二、岩性的影响岩性是影响地震波速度最明显的因素同一种类的岩石其速度具有一定的变化范围。不同种类的岩石其速度不同，但其分布范围有部分重叠；火成岩的速度最大；变质岩次之；沉积岩最低，但变化范围最大。利用速度的变化判别岩性——速度岩性预测。岩石类型速度（米/秒）沉积岩1500~6000花岗岩4500~6500玄武岩4500~8000变质岩3500~6500各类岩石的速度范围岩石或介质速度Vp（km/s）波阻抗(g/s.cm²)╳10⁴岩石或介质速度VP(km/s)波阻抗(g/s.cm²)╳10⁴空气0.2~0.36~0.004致密砂岩1.8~4.040~112风化层0.1~0.51.2~9白垩1.8~3.536~90砾石、干砂0.2~0.32.8~16泥质页岩2.7~4.865~135砂质粘土0.3~0.93.0~18石灰岩白云岩2.5~6.058~180湿砂0.6~0.83.8~19石膏无水石膏3.5~4.577~110粘土1.2~2.518~55泥灰岩2.0~3.545~100石油1.3~1.412~15冰3.1~3.630~35水1.43~1.5914~16盐岩4.2~5.558~120疏松砂岩1.5~2.527~60不同岩性的沉积岩和介质速度变化范围三、密度的影响弹性常数受密度的影响，但密度的变化所引起的弹性常数变化要大得多。因此密度越大，速度越大。速度与密度的近似关系：线性关系：V=6ρ-11适合于某些石灰岩、砂岩、页岩•加德纳(Gardner)公式：对于完全充水饱和岩石，其纵波速度与岩石密度之间的定量关系为：ρ=0.31xV0.25(米制)ρ=0.23xV0.25(英制)式中：V的单位为m/s，ρ的单位为g/cm3四、孔隙度的影响孔隙度的增加将引起密度的降低ρ=φρf＋(１-φ)ρmρf—孔隙流体的密度ρm—岩石骨架的密度从而使得地震波的速度降低，使得岩石的速度小于组成岩石的矿物的速度。Wyllie（时间平均）公式：1/V=φ/Vf＋(１-φ)/Vm修正公式：1/V=cφ/Vf＋(１-cφ)/Vm当岩石压力为4.13x107帕斯卡时，流体压力为岩石压力一半时c约为0.85。分选好的颗粒经过自由堆积形成的沉积，孔隙度可达到45%到50%。五、埋深和压力的影响埋深和压力增加使速度增加，但速度的变化梯度减小。孔隙度减小弹性常数增加经验公式：V=2x103(ZR)1/6V（速度）—m/s，Z（深度）—m，R（电阻率）—Ω/m六、构造历史和地质年代的影响深度相当成分相似的岩石，年代越老，速度越大；地质年代可看成是各种构造运动总效应的度量。构造运动剧烈的地区，地震波的速度变化较大。七、频率和温度的影响：在地震勘探所使用的频带范围内，纵波和横波的速度与频率无关，即不存在频散。速度随温度有轻微变化：每升高100℃，速度降低5~6％。地温梯度：每变化百米深度所引起的变化的温度。八、孔隙流体孔隙流体性质影响纵波的速度和反射系数，不影响横波；孔隙中含有水、油、气时，速度将依次降低；纵、横波速度比是研究孔隙流体性质的有利参数。岩性孔隙度%密度g/cm3速度m/s反射系数页岩2.254300砂岩2.655200∓0.13含气砂岩102.412510∓0.23含气砂岩202.071610∓0.49不同孔隙的砂岩与页岩的物性参数VsVpVp/Vs九、沉积岩中速度分布的规律纵向上成层性：受地层的沉积顺序和岩性特点的影响。递增性：速度与深度、地质年代有关；横向上方向性：横向上地质构造、沉积体能量、沉积相的变化等。分区性：平面上速度的分区、分带。岩石中的地震波传播速度是反映岩石性质和地质构造分析的重要参数。研究影响速度的地质因素，掌握沉积剖面中的速度分布规律对于地震勘探通过测定地层的速度来划分岩性、推测区域的岩性变化、确定沉积体系和沉积环境有重要的意义。在有利的条件下，借助速度资料可以直接寻找油气藏。第二节各种速度的概念一、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。在水平层状介质中波沿直线传播所走过的路程与所需时间之比。平均速度定义•“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各层的总厚度与总的传播时间之比”。n层水平层状介质的平均速度是：式中hi和vi分别是每一层的厚度和速度。niiniiiniiiniiavtVtVhhV1111//二、均方根速度VR•均方根速度的概念是在把不是双曲线的时距曲线方程简化为双曲线关系时所引入的一个速度概念。•对于水平层状介质，反射波时距曲线只能表示为参数方程：niiiVPtt1221niiVPiViPtx12212P=sinɵi/vi;ti为i层地震波垂直转播双程旅行时均方根速度的定义把水平层状介质情况下的反射波时距曲线近视地看成双曲线，求出的速度就是这一水平层状介质的均方根速度。均方根速度的意义还可以这样说明：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，要注意其中速度较高的层所占比重要大，表明这种近似在一定程度上考虑了射线的偏折。三、等效速度•共中心点反射波时距曲线方程：•如果引入符号；称为倾斜界面均匀介质情况下的等效速度。222202cos/VxttVcosVV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，这个问题只有用偏移叠加才能妥善解决。V四、叠加速度V22202aVxtt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，用共同的方程来表示：式中V为叠加速度。对于不同的介质结构,V就有具体的意义，对倾斜界面均匀介质V就是等效速度，对水平层状介质V就是均方根速度VR。V叠加速度的获得•动校正过程中选用不同的速度值Vi进行校正，其中某个Vi能使得双曲线型的同相轴校正为直线，这时的Vi就是该同相轴对应反射波的叠加速度。或者说使叠加效果最好的速度就是叠加速度。——速度分析的基础。构造方程式V=f(Vi)水平单层倾斜单层水平多层倾斜平行多层倾斜非平行多层用叠代射线追踪方法1VVaVVVacos1niiniiiRRattVVVV1122cosRaVV22202axVxTT不同介质结构所对应的叠加速度v1叠加速度与其他速度的关系均匀水平地层：V=Vav=V1水平层状地层：V=VR倾斜地层：V=Vφ=V/cosφ平行倾斜多层：V=VR/cosφ其它地层：利用射线追踪等技术五、层速度•稳定沉积环境、岩性和岩相下的速度趋于稳定的数值，称为层速度Vn。Vn所对应的沉积地层具有一定的厚度，Vn数目远小于实际地质上分层数目。层速度的应用：研究岩性、沉积相、孔隙流体性质等。第三节测定速度的各种方法•一、影响速度分析精度的因素：各种校正的随机误差表层速度分布不均匀地震波之间的干涉大倾角地层、复杂构造观测方式、观测误差二、测定速度的方法•测定地震波传播速度的方法基本上可分为以下几类:•（1）实验室测定法•（2）井中观测法•（3）时距曲线计算法•（4）速度谱方法•（5）速度剖面法•对上述几种速度的测定方法作简要描述（一）实验室测定•基于岩石样品的测定，关键是不要改变岩石样品在采样时的条件（温度、压力等），例如不能对岩样烘干。（二）井中观测方法1、地震测井（WellSurvey)WS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2、声波测井（ContinuousVelocityLog)CVL将声波探头下到井里，然后边向上提升，边测量声波时差，其倒数就是层速度。地震测井和声波测井的比较WS与CVL的比较：共同点：均为获取平均速度和层速度的有效方法不同点：使用波型不同（直达波、折射波）工作条件不同：炮检距关系、震源方式、工作频率工作效率：WS低，CVL高资料差异：WS：Vav精确，Vn较粗CVL：Vn精确，Vav误差大3、VSP（垂直地震剖面）•地表激发，井中接收所有波场，分为零偏和非零偏VSP，经过特殊处理可获得速度信息。（三）速度谱方法•利用速度谱方法求取叠加速度是目前生产单位提取速度参数的重要手段。对道集内某个反射波同相轴用不同的速度进行动校正并分析校正后的叠加效果，其中叠加效果最好的那个速度就是该反射波的叠加速度。具体实现时有叠加速度谱和相关速度谱。•目的：求取记录的最佳叠加速度资料；检查多次叠加剖面的质量；发现多次波以便消除它；帮助综合地质解释；提供层速度资料进而研究岩性变化、寻找地层或岩性圈闭等。起始t0值起始V0→V计算动校正量Δtx,v用Δtx,v作动校正，再叠加得ΦvVVmax?V＋ΔV→V得到该t0值的Φv～V曲线t0+Δt→t0t0Tmax?得到一张Φv～t0速度谱是是否否速度谱的获得实际资料的速度谱22202axVxTT（四）速度剖面法•这种方法基于波阻抗反演的基础上，即对地震记录做反褶积处理，再把反射系数剖面换算为波阻抗剖面，消除密度参数便得到速度剖面，用于速度的区域分布研究。PIVT速度剖面第四节各种速度之间的关系1、平均速度小于均方根速度。2、由叠加速度计算均方根速度：水平层状介质的叠加速度就是均方根速度。界面倾斜时，叠加速度是等效速度Vφ，此时叠加速度作倾角校正后，得到均方根速度：3、由均方根速度计算层速度（Dix公式）1,0,021,1,02,,02nnnRnnRnnttVtVtV为第1到第i层的均方根速度为第i层的层速度为第1到第i层的自激自收时间iRV,iVit,04、平均速度与均方根速度的换算对于不同的速度模型，方法有所不同对于水平层状介质：nniiiiRiiRinavtttVtVtV,011,0,021,1,02,,0,]][[名称用途求取方法均方根速等效速度水平叠加、偏移公式、速度谱平均速度时深转换地震测井、声波测井、VSP层速度岩性、含油气性分析、孔隙度、砂岩含量计算地震测井、声波测井、VSP叠加速度水平叠加、检查叠加剖面质量、识别绕射波、求层速度叠加速度谱地震波速度的在地震勘探中的应用