第6章地震波的速度

速度信息的应用野外观测系统设计时需要速度来确定具体的采集参数；地震资料处理动校正、水平叠加需要叠加速度；偏移归位需要偏移速度；深度偏移需要速度模型或速度场；在地震资料的解释过程中，平均速度主要用于时深转换，以便于制作合成地震记录和绘制深度构造图；层速度信息主要用于地层、岩性解释，也可用于储层参数、含油性预测。第六章地震波的速度影响速度的各种因素岩石速度与物性参数的关系，主要是在实验室进行了相应的研究。基于实验数据，速度和岩石参数之间的物理关系才能确定。对这些测量方法的结果和解释必须依靠于实验室的核心数据和岩石物理学知识。第一节地震波速度及影响速度的因素建立波动方程时将导出地震纵波和横波在介质中的传播速度与介质的弹性常数之间的定量关系：其中,λ、µ是拉梅系数(Lame)，ρ是介质的密度，E是杨氏模量；σ是泊松比(Poisson’sratio)；K是体变模量；它们都是介质的弹性性质的参数(弹性模量)。)1(2EVS第一节地震波速度及影响速度的因素1、岩石速度与弹性常数的关系)(34)21)(1()1(2EVP纵波和横波速度比与泊松比同一介质中纵波和横波速度比的关系如下纵波与横波速度之比取决于泊松比。泊松比σ的值在大多数情况下约等于0.25，所以，纵波与横波的速度比位VP/VS一般为1.73。只有在最为疏松的岩石中σ≈0.5。21)1(2SPVV第一节地震波速度及影响速度的因素)1(2EVS)(34)21)(1()1(2EVP2、速度与岩性的关系岩性－－主要指岩石的矿物性质，包括矿物成分、结构、颗粒等。有火成岩、变质岩和沉积岩等。1）火成岩的地震波速度的变化范围比变质岩和沉积岩小，速度的平均值比其他类型岩石要高。因为火成岩只有很少或没有孔隙。2）大多数变质岩的地震波速度变化范围比较大，主要是成岩环璄的影响。岩性可能是影响速度的最重要的一个因素第一节地震波速度及影响速度的因素3）沉积岩中的岩性结构比较复杂，在颗粒之间有空隙，孔隙中可能充填液体或像粘土等固体物质。故这类岩石速度是密切地依赖于孔隙度和充满于孔隙中的物质。4）速度测试表明：不同岩性的速度范围互相重叠，甚至还会超出主要范围。速度不是一个区分岩性的好的标准。第一节地震波速度及影响速度的因素3、速度与密度的关系1）沉积岩中，地震波速度与岩石密度的有密切关系，大多数随密度增加而增大。也有例外，如，与白云岩相比硬石膏具有更高的体积密度但却有更低的速度。2）资料表明，把速度与密度可以表示成一种近似的线性关系。①对石灰岩和砂页岩来说，这种关系可表示成方程式式中，V—速度(km/s)；ρ—密度(g/cm3)。116V第一节地震波速度及影响速度的因素②地震纵波速度与岩石密度（完全充水饱和体积密度）之间，存在着良好的定量关系，可用加德纳(Gardner)公式表示如下：式中，V—速度(km/s)；ρ—密度(g/cm3)Gardner的关系式仅考虑从水饱和沉积岩石的体积密度来估算纵波速度。虽然Gardner等根据上式处理了所有沉积岩石（作为单独一组），确实给出了不同岩性的独立曲线，但这样一来对所有沉积岩石就只存在单一的Vp－ρ关系了。4/131.0V第一节地震波速度及影响速度的因素※4、与埋藏深度的关系在岩石性质和地质年代相同的条件下，地震波的速度随岩石埋藏深度的增加而增大。其原因主要是埋藏深的岩石所受的地层压力大的原故。不同地区，速度随深度变化的垂直梯度可能相差很大。在浅处速度梯度较大；深度增加时，梯度减小。第一节地震波速度及影响速度的因素根据地层的埋藏深度和电阻率R计算地层波速的经验公式：式中：V—速度(m/s)，z—深度(m)，R—电阻率(Ω·m)此经验公式在没有地震测井资料的地区，可用来换算速度资料。6/13)(102RzV第一节地震波速度及影响速度的因素5、与构造历史和地质年代的关系①同样深度、成分相似的岩石，当地质年代不同时，波速也不同，年老的岩石比年青的岩石具有较高的速度。②速度与构造运动的关系，在不同地区有不同的表现。在强烈褶皱地区，经常观测到速度的增大；③地震波在岩石中的传播速度随地质过程中的构造作用力的增强而增大。第一节地震波速度及影响速度的因素6、与孔隙度和含流体的关系大多数沉积岩中，岩层的实际波速是由岩石基质的速度、孔隙率，充满空隙的流体的速度以及颗粒之间的胶结物的成分等因素来决定的。简单的单位体积的岩石模型骨架(基质)中传播时间：ts=(1-φ)/Vs孔隙流体中传播时间：tf=φ/Vf总传播时间：t=tf+ts式中，Vf是孔隙流体中的速度；Vs是岩石基质的速度；Φ是岩石的孔隙率。第一节地震波速度及影响速度的因素地层速度：在地震勘探中比较常用的，关于颗粒速度与流体速度、孔隙率之间一个很简单的关系式，叫做时间平均方程(Wyllie方程)——Wyllie方程sffsVVttV111总传播时间传播距离sfVVV11第一节地震波速度及影响速度的因素①孔隙度越高，岩层速度越低；②流体速度越高，岩层速度越高；③岩石骨架速度越高，岩层速度越高；④岩石孔隙的不均匀性或孔隙形状的变化，都会导致岩层速度的变化。sfVVV11第一节地震波速度及影响速度的因素当速度还受孔隙流体压力的影响，流体压力降低，流体压力这项的百分比影响就变小，当流体压力接近大气压时，其影响变得最小。在实际条件下，时间平均方程必须用一个压差调节系数c加以修正。流体压力等于岩石压力的一半时，C值约为0.85。sfVcVcV11第一节地震波速度及影响速度的因素地震波在油、气、水等流体中的传播速度比在岩石基质中的速度小，因而岩石孔隙中含有流体时使岩石的速度降低。孔隙流体性质影响纵波的速度和反射系数，不影响横波。Wyllie方程是亮点技术的理论基础。第一节地震波速度及影响速度的因素孔隙流体未固结砂岩中流体饱和度对P波速度的影响⑴油水两相当含水饱和度从0变化到1，也就是从完全含油到完全含水，砂岩的波速是单调增大的。⑵气水两相当含水饱和度从0变化到0.8时，波速是随之缓缓减小的，然后随着含水饱和度的增大而增大，在含水饱和度为0.95时急剧增大。第一节地震波速度及影响速度的因素压力对致密岩石和多孔岩石波速的影响是不同的。⑴致密岩石压力的影响很小，一般可忽略。⑵孔隙介质在储层中总是存在两种不同的压力：上覆岩层压力（Po）是整个上覆岩石地层所施加的压力，也称为围岩压力；储层压力（Pp）是流体质量所施加的力，也称为流体压力或孔隙压力。7、速度与压力的关系第一节地震波速度及影响速度的因素1.上覆压力增加，而孔隙压力不变，那么岩石基质将被挤压得越紧密，岩石弹性模量将增加而密度变化不大，地层速度增加。2.孔隙压力增加，而上覆压力不变，那么孔隙流体承受的上覆压力部分将增加，岩石就显得较松，体积模量减小，泊松比增大，地层速度降低。第一节地震波速度及影响速度的因素8、与岩石结构的影响地震波速度受岩石的基质结构所控制，诸如颗粒-颗粒接触关系、圆度、分选性、胶结程度等。1.颗粒-颗粒接触关系差通常导致很低的地震速度，而胶结程度好速度明显地增强。因为颗粒之间的接触区域大，所以大颗粒的砂层比细颗粒砂层呈现更高的地震速度。2.分选性差的砂层呈现较高的地震速度。因为分选性差降低了孔隙度。第一节地震波速度及影响速度的因素9、与温度的关系当温度升高时，气饱或水饱和岩石的地震速度仅稍有减少（Timur，1977；Wang和Nur，1990）。如温度从22°C到122°C时速度会减少5-7%。当岩石为原油饱和时，纵波速度随着温度的增加而大幅度地降低。在重油砂层，当温度从25°C增至125°C时，Vp几乎下降了35%至90%！这样巨大的降低部分地是由于原油的可压缩率增加所造成。第一节地震波速度及影响速度的因素10、与频率的关系一般认为，在很宽的频率范围内，纵波与横波的速度与频率无关，这说明纵波和横波不存在频散现象。实际资料中或实验室测试发现，在液体饱和的岩石中存在着速度频散现象。实验研究认为，频散是液体在孔隙空间中流动造成的；第一节地震波速度及影响速度的因素1)在沉积岩中速度的空间分布规律决定于地层的沉积顺序及岩性特点。沉积岩的基本特点之一是成层分布。根据形成沉积的各种条件(如岩性、孔隙率等)，可以将整个地质剖面划分为许多地层，在各层中波传播的速度是不同的。速度在剖面上的成层分布就成为沉积岩的基本特点.11、沉积岩中速度的一般分布规律第一节地震波速度及影响速度的因素2)速度与深度和地质年代有关，这个关系基本上是平滑变化。速度随着深度(或反射波t0时间)的增加而增大。速度垂直梯度的存在也是速度剖面的又一重要特点。速度梯度是随深度的增加而减小的。第一节地震波速度及影响速度的因素3)由于工区地质构造与沉积岩相的变化，会引起速度的水平方向变化。一般说来，速度的水平梯度不会很大。构造破坏可以引起速度水平梯度的突变。•如断层、地层中的不整合及地层尖灭。第一节地震波速度及影响速度的因素一、层速度Vi(intervalvelocity)定义：在地震勘探中，把某一相对稳定或岩性基本一致的沉积地层所对应的速度称为该地层的层速度。层速度是一种对地震资料进行地质解释很有用的资料。声波测井资料、地震测井或零井源距VSP资料可以得到比较细致、精确的层速度资料。第二节几种速度概念二、平均速度Vav(averagevelocity)定义A——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：第二节几种速度概念同样得到：注意：引入平均速度的思想——地震波传播遵循的是“沿最小时间路程传播”，在非均匀介质(如层状介质)中，最小时间路程将是折线而不是直线，引入平均速度时所作的“地震波沿最短路程直线传播”假设就是对一种实际介质结构的近似简化。引入平均速度的目的——把沿最短时间路径传播转化为沿最短距离路径传播，不符合“费马”原理，但具有一定的用途，如时深转换。niiniiiniiiniiavtvtvhhV1111第二节几种速度概念三、均方根速度VR(rootmeansquarevelocity)水平层状介质的反射波时距曲线是否还是双曲线？如果不是的话，能否近似地把它看成双曲线?n层水平层状介质，O点激发，S点接收，反射波的传播时间：相应的炮检距：这两个方程不能写成简单的t=f(x)显函数形式。niiiiVht1cos2niiihx1tan2第二节几种速度概念1、问题的提出VR——相当于均匀介质情况下的波速，称为n层水平层状介质的均方根速度。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似地当作双曲线时，求出的波速就是这一水平层状介质的均方根速度。均方根速度的意义：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。22202RVxttniniiiiRtVtV112/第二节几种速度概念四、等效速度Vφ(equivalentvelocity)均匀倾斜界面的共中心点时距曲线方程为式中：h0是共中心点处界面的法线深度引入速度则叫做倾斜界面均匀介质情况下的等效速度。2220cos41xhVt222202cosVxttVht00222202VxttcosVV第二节几种速度概念1）倾斜界面情况下的共中心点道集的叠加效果存在两个问题①反射点分散；②动校正不准确。2）等效速度的意义用Vφ代替V，倾斜界面共中心点时距曲线就可以变成水平界面形式的共反射点时距曲线。此时用等效速度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。3）不足之处反射点分散的问题并没有解决，只能通过偏移叠加才能妥善解决。等效速度意义第二节几种速度概念五、叠加速度Vα(stackingvel