地震勘探的基本方法.

第二章地震勘探应用地球物理学导论什么是地震勘探地震勘探：以不同岩（矿）石间的弹性差异为基础，通过观测和研究地震波在地下岩层中的传播规律，借以实现地质勘查找矿目的的物探方法。应用领域：主要用于油气田、煤田地质构造的勘探，地壳测深，工程地质勘察等。2008年在EAGE上展示的地震车海上地震船岩石介质的波阻抗差异（近似为速度差异，因为速度差异大于密度差异）是运用地震波进行勘探的物质基础，研究地震波的传播速度规律具有极其重要的理论研究意义和实际应用价值。地震勘探的分支方法：折射波法；反射波法；面波法；地震勘探技术的流程：理论研究；野外资料采集；室内数据处理；地震地质解释；‥‥等。地震反射波勘探的基本原理在地表附近激发的地震波向下传播，遇到不同介质（地层）分界面产生向上的反射波，检测、记录地下地层界面反射波引起的地面振动，可以解释推断地下界面的埋藏深度，地层介质的地震波传播速度、地层岩性、孔隙度、含油气性等。最简单的是根据反射波到达地面的时间计算地下界面的深度，基本公式为：反射波法的主要优点是：在一定的条件下，可以查明从地表到地下数千米的整个地层剖面内各个构造层的起伏形态，甚至是地层岩性特征。12Hvt地震勘探原理示意图早期的地震勘探技术地震勘探的方法和技术是在运动学理论的基础上建立和发展起来的，在很长的一段时间内，动力学特征只被定性地利用，起辅助的作用，这与地震勘探技术水平（包括野外资料采集仪器和室内数据处理设备）和石油勘探对地震技术的要求等因素有关。在早期，地震勘探采用光点和模拟磁带地震仪采集数据，在地质构造相对简单的地区寻找构造圈闭，仅用地震波的运动学特征就可以胜任。近期的地震勘探技术1970年代以后，石油勘探面临的任务是复杂地表和/或复杂构造探区，以及各种复杂油气藏（如地层、岩性油藏），运动学理论无法正确解释复杂地质条件下的波场，更无法根据时间场预测地层岩性特征，这就需要利用地震波的动力学特征，与此相适应，野外数字记录和室内数字处理技术的推广也为地震波动力学信息的应用提供了可能。这种必要性和可能性的结合，促使地震波动力学理论的实际应用有了飞速的发展，这些进展中最有代表性的是亮点技术、波动方程偏移、波阻抗反演、地震模拟等。地震勘探因此从单纯的构造研究过渡到研究岩性、岩相甚至直接找油的新阶段。Ic为临界角12sincViV折射波的形成2McXHtgi折射波的盲区1211221121222121222cos2(1sin)cos2coscos2coscccccccOMMPPStVVVOMMPVVXhtgihVViVXhiVViVXhiVVihiXVV2221122sincosccVVViiVV水平两层介质折射波时距曲线穿透时间012coscHitV折射波的形成穿透速度1122221coscVVVUiVV多个水平折射界面的折射波理论时距曲线对于有三层介质两个水平折射界面的地质模型02311122232''''''3''''12''cos2cos2tVXVhVhVXVPPMMVPMVSPOMt折射波方法的特点探测能力(低速层、高速层)断层的影响梯度层的影响倾斜折射界面的折射波理论时距曲线iVhhVXVtgihhQOiVhhVMPVPOMOtdududucoscos)(cos12211212112sinViV下倾接收的折射波时距曲线2111coscossin()2cosuduouuouXhhtiVVXitVhtiVsinduhhx上倾接收的折射波时距曲线2111coscossin()2cosuddoddodXhhtiVVXitVhtiVsinudhhx时距曲线的特点1.倾斜界面上的时距曲线仍然是直线，但直线斜率的倒数不等于V2，斜率的倒数为V*=△x/△t，称之为视速度。在倾斜界面情况下，在上倾、下倾方向接收到的两支时距曲线斜率不等，下倾方向斜率为sin（i+φ），与上倾方向相比，斜率大视速度较小；上倾方向斜率为sin（i-φ），与下倾方向相比，斜率小视速度较大。2.倾斜界面上折射波的盲区和临界距离与界面的深度有关，因此在上倾方向和下倾方向接收时，初至折射波的接收范围也有差异。时距曲线的特点3.倾斜界面倾角较大时，可能出现i+φ=90的情况，若在下倾方向接收，折射波将无法返回地面，因为盲区为无限大。如在上倾方向接收，入射角总是小于临界角，无法形成折射波。野外工作中应改变测线方向使界面视倾角与临界角之和小于90°。4.倾斜界面情况下，在上倾方向接收，当iφ时，为正；当i=φ时，趋于无穷大，即时距曲线为水平状，其斜率为零，这说明远路径的折射波和近路径的折射波同时到达；iφ时，时距曲线斜率为负，V*为负，这说明较远路径的折射波先于近路径的折射波到达，这是因为界面速度高于覆盖层的速度，远接收点处的折射波的传播时间小于近接收点。反射波时距曲线*112214ORRSOStVVhXV当炮检距X=0时，t0=2h/V1，是炮点之下垂直反射波的走时。连续介质情况下反射波时距曲线连续介质中波的射线和等时线方程sin()()zpvz定义视速度的倒数为视慢度，它就是射线参数p.连续介质情况下反射波时距曲线222sin()()()1sin()1()zpvzdxdztgzdzdzzpvz22()()cos()1()dsdzdzdtvzvzzpvz取连续介质中的一个微元，记射线某一小段为ds，其垂直长度为dz，水平长度为dx。有连续介质情况下反射波时距曲线把它们积分，得到射线方程和等时线方程射线方程等时线方程022()1()zpvzxdzpvz0221()zdztpvz我们来讨论一下速度函数为线性的情况0()(1)vzvz设00220(1)1(1)zpvzxdzpvz，代入射线方程，得把00sinvp代入上式，得22200111(cot)[()](csc)xz这是圆的方程0()(1)vzvz把代入等时线方程，最后得2222000()1()(cot)[][]chvtshvtxz这也是圆的方程绕射波时距曲线2222()lhxdhOAADtvv地震波在传播过程中，当遇到断层的棱角，地层尖灭点，不整合面的突起点或侵入体边缘等岩石物性显著变化的地方，将发生绕射。按照惠更斯原理，绕射波将以这些点为新震源向周围传播。如右图所示，从激发点O发出的入射波到达绕射点A，然后以绕射波形式到达地面的任意观测点D，显然，波的旅行时是由两部分组成：一部分是入射波旅行OA所需的时间，另一部分是绕射波经过AD的传播时间。多次反射波时距曲线多次反射波时距曲线是双曲线当地下存在强波阻抗界面时（如在水域开展调查时的水底界面、浅层基岩面等），往往能够产生多次反射波。多次反射波可分为全程多次波和层间多次波等，在地震记录上出现得最多、也比较容易识别的是全程多次反射波。222221sin2sin2'44sinsintxhxhv00'2costt共反射点方法共反射点叠加：野外多次覆盖观测得到的地震资料，室内处理时采用水平叠加技术，最终得到水平叠加剖面。它利用校正后剩余时差的差异，压制多次反射。目前该方法已经成为最基本的反射波法。共反射点时距曲线水平界面的共反射点时距曲线方程：2214thxvx——各道炮检距；h——共反射点M处的法线深度；v——界面上部均匀介质的波速。正常时差正常时差：某个接收点t观测到的时间与t0时间之差2200022020()()222nXtttttVtXXhVtX为炮检距，t0为自激自发时间02htV动校正动校正：将每一个接收点的时间减去它的正常时差nntt共反射点时距曲线倾斜界面（下倾）的共中心点时距曲线方程：2211144sintxhhxv把101sin2mhhx代入上式，得22014cosmthxv多次波的剩余时差水平均匀介质下的反射波动校正2200()xtttv剩余时差：做过动校正后的反射时间与共中心点处的t0m之差：00()()rrrttttttttttr为波的旅行时间，t为水平界面情况下一次反射波的旅行时间多次波的剩余时差多次波剩余时差公式2dtqx其中q为剩余时差系数。多次波的剩余时差是按照抛物线规律变化的，并与两个因素有关：①与炮检距x的平方成正比；②q是t0的函数。共反射点叠加法原理（1）共反射点时距曲线由于采用一次反射波的速度进行动校正，动校正后剩余时差为零，各道反射波相位相同，因而一次反射波叠加后得到加强；（2）对于多次波或者其它规则干扰波，由于速度的差异，动校正后存在剩余时差，各道的多次波其它规则干扰波存在相位差，因而叠加后相对较弱；（3）对于随机干扰，由于其出现带有随机性，叠加时能互相抵消一部分，因而叠加后能使随机干扰相对削弱。影响叠加效果的因素1、动校正速度选取的影响2、地层倾斜的影响动校正速度选取的影响对速度精度的要求：1、叠加次数越高，接收间隔越大，通放带越窄，对动校正速度要求越高；2、界面越深的反射波，速度误差的影响越小；3、随着道间距的增加，由速度误差引起的叠加参量增大，允许的最大速度差就要减小。有速度误差，则经过动校正后，还有剩余时差地层倾斜的影响当地层倾斜时，对水平叠加效果的影响可归结为两方面：1、共反射点分散的影响；2、把倾斜面当作水平面计算动校正造成校正不准确的影响。地震剖面的形成1、各种速度的概念（1）真速度-瞬时速度（2）层速度-把某一层看做均匀介质（3）平均速度-总厚度/总时间（4）均方根速度-可使得层状非均匀介质中反射波时距曲线看成双曲线（5）等效速度-用于倾斜界面（6）叠加速度-使得反射波时距曲线符合双曲线的介质速度，即根据共中心点时距曲线求得的速度。瞬时速度ddsvt层速度层速度实际上等于均匀介质中瞬时速度iiHvt平均速度平均速度常常是相对多层层状介质而言的。地震波在多层层状介质中的平均速度，是指地震波垂直穿过该介质各层的总厚度与总的传播时间之比，即111111nnniiiiiiiavnnniiiiiiihhvtvhttv我们从另一角度来看看平均速度。设有n层水平层状介质，在O点激发，在S点接收，我们先作出炮点O的虚密度O*并假设地震波在传播时按直线传播即波从O入射到Rn界面上某一点P时OP就为直线，这时波从O→P，再P→S所在的路程相全于波Ｏ*→Ｐ→Ｓ所走的总路程，设波入射角度为α，把平均速度定义为在水平层状介质中波沿直线传播所走的总路程与所需总时间之比，则有*12*1211212112...2(...)coscoscoscoscoscos2(...)...nniniavnnilllnOSinihhhhlllOSvhhhhttttvvvv等效速度倾斜界面的时距曲线方程为22014cosmthxv可以成写成222022cosmxttv令cosvv上式可写成均匀介质水平界面的形式22202xttv均方根速度211nnRiiiiivvtt叠加速度无论是水平界面的均匀介质、倾斜界面的均匀介质，还是覆盖层为层状介质或连续介质，都可以将共中心点反射波时距曲线看做是双曲线，用共同的式子来表示22202axttv其中va称为叠加速度。叠加速度的含义对于不同介质结构，叠加速度有具体的含义构造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vava=v1va=/cosφva=vRva=vR/cosφ迭代射线追踪平均速度和均方根速度速度谱速度谱：地震波的能量相对于波速的变化关系的曲线。根据共中心点时距曲线求得的速度叫