地震勘探的基本方法

1、第二章 地震勘探應用地球物理學導論什么是地震勘探n地震勘探：以不同巖（礦）石間的彈性差異為基礎，通過觀測和研究地震波在地下巖層中的傳播規(guī)律，借以實現(xiàn)地質(zhì)勘查找礦目的的物探方法。n應用領域：主要用于油氣田、煤田地質(zhì)構造的勘探，地殼測深，工程地質(zhì)勘察等。2008年在EAGE上展示的地震車海上地震船n巖石介質(zhì)的波阻抗差異（近似為速度差異，因為速度差異大于密度差異）是運用地震波進行勘探的物質(zhì)基礎，研究地震波的傳播速度規(guī)律具有極其重要的理論研究意義和實際應用價值。n地震勘探的分支方法：n折射波法；n反射波法；n面波法；n地震勘探技術的流程：n理論研究；n野外資料采集；n室內(nèi)數(shù)據(jù)處理；n地震地質(zhì)解釋；n

2、等。地震反射波勘探的基本原理n在地表附近激發(fā)的地震波向下傳播，遇到不同介質(zhì)（地層）分界面產(chǎn)生向上的反射波，檢測、記錄地下地層界面反射波引起的地面振動，可以解釋推斷地下界面的埋藏深度，地層介質(zhì)的地震波傳播速度、地層巖性、孔隙度、含油氣性等。n最簡單的是根據(jù)反射波到達地面的時間計算地下界面的深度，基本公式為：n反射波法的主要優(yōu)點是：在一定的條件下，可以查明從地表到地下數(shù)千米的整個地層剖面內(nèi)各個構造層的起伏形態(tài)，甚至是地層巖性特征。12Hvt地震勘探原理示意圖地震勘探原理示意圖早期的地震勘探技術n地震勘探的方法和技術是在運動學理論的基礎上建立和發(fā)展起來的，在很長的一段時間內(nèi)，動力學特征只被定性地利用

3、，起輔助的作用，這與地震勘探技術水平（包括野外資料采集儀器和室內(nèi)數(shù)據(jù)處理設備）和石油勘探對地震技術的要求等因素有關。n在早期，地震勘探采用光點和模擬磁帶地震儀采集數(shù)據(jù)，在地質(zhì)構造相對簡單的地區(qū)尋找構造圈閉，僅用地震波的運動學特征就可以勝任。近期的地震勘探技術n1970年代以后，石油勘探面臨的任務是復雜地表和/或復雜構造探區(qū)，以及各種復雜油氣藏（如地層、巖性油藏），運動學理論無法正確解釋復雜地質(zhì)條件下的波場，更無法根據(jù)時間場預測地層巖性特征，這就需要利用地震波的動力學特征，與此相適應，野外數(shù)字記錄和室內(nèi)數(shù)字處理技術的推廣也為地震波動力學信息的應用提供了可能。n這種必要性和可能性的結合，促使地震波

4、動力學理論的實際應用有了飛速的發(fā)展，這些進展中最有代表性的是亮點技術、波動方程偏移、波阻抗反演、地震模擬等。地震勘探因此從單純的構造研究過渡到研究巖性、巖相甚至直接找油的新階段。Ic為臨界角12sincViV折射波的形成折射波的形成2McXHtgi折射波的盲區(qū)1211221121222121222cos2(1sin)cos2coscos2coscccccccOMM PPStVVVOMM PVVXhtgihVViVXhiVViVXhiVVihiXVV2221122sincosccVVViiVV水平兩層介質(zhì)水平兩層介質(zhì)折射波時距曲線折射波時距曲線穿透時間012coscHitV折射波的形成折射波的形

5、成穿透速度1122221coscVV VUiVV多個水平折射界面的折射波理論時距曲線多個水平折射界面的折射波理論時距曲線對于有三層介質(zhì)兩個水平折射界面的地質(zhì)模型對于有三層介質(zhì)兩個水平折射界面的地質(zhì)模型02311122232 3 12cos2cos2tVXVhVhVXVPPMMVPMVSPOMt折射波方法的特點n探測能力(低速層、高速層)n斷層的影響n梯度層的影響傾斜折射界面的折射波理論時距曲線傾斜折射界面的折射波理論時距曲線iVhhVXVtgihhQOiVhhVMPVPOMOtdududucoscos)(cos12211212112sinViV下傾接收的折射波時距曲線下傾接收的折射波時距曲線2

6、111coscossin()2cosuduouuouXhhtiVVXitVhtiVsinduhhx上傾接收的折射波時距曲線上傾接收的折射波時距曲線2111coscossin()2cosuddoddodXhhtiVVXitVhtiVsinudhhx時距曲線的特點n1. 傾斜界面上的時距曲線仍然是直線，但直線斜率的倒數(shù)不等于 V 2 ，斜率的倒數(shù)為 V * = x/ t ，稱之為 視速度 。在傾斜界面情況下，在上傾、下傾方向接收到的兩支時距曲線斜率不等，下傾方向斜率為sin（i+），與上傾方向相比，斜率大視速度較??；上傾方向斜率為 sin（i-），與下傾方向相比，斜率小視速度較大。 n2. 傾斜界

7、面上折射波的盲區(qū)和臨界距離與界面的深度有關，因此在上傾方向和下傾方向接收時，初至折射波的接收范圍也有差異。 時距曲線的特點n3. 傾斜界面傾角較大時，可能出現(xiàn) i+=90的情況，若在下傾方向接收，折射波將無法返回地面，因為盲區(qū)為無限大。如在上傾方向接收，入射角總是小于臨界角，無法形成折射波。野外工作中應改變測線方向使界面視傾角與臨界角之和小于 90 。 n4. 傾斜界面情況下，在上傾方向接收，當i 時， 為正；當i= 時， 趨于無窮大，即時距曲線為水平狀，其斜率為零，這說明遠路徑的折射波和近路徑的折射波同時到達； i 時，時距曲線斜率為負， V *為負，這說明較遠路徑的折射波先于近路徑的折射波

8、到達，這是因為界面速度高于覆蓋層的速度，遠接收點處的折射波的傳播時間小于近接收點。 反射波時距曲線*112214ORRSO StVVhXV當炮檢距X=0時，t0=2h/V1，是炮點之下垂直反射波的走時。連續(xù)介質(zhì)情況下反射波時距曲線n連續(xù)介質(zhì)中波的射線和等時線方程sin( )( )zpv z 定義視速度的倒數(shù)為定義視速度的倒數(shù)為視慢度視慢度，它就是，它就是射線參數(shù)射線參數(shù)p.連續(xù)介質(zhì)情況下反射波時距曲線222sin( )( )( )1 sin( )1( )zpv zdxdztgzdzdzzp vz22( )( )cos ( )1( )dsdzdzdtv zv zzp vz取連續(xù)介質(zhì)中的一個微元，

9、記射線某一小段為ds，其垂直長度為dz，水平長度為dx。有連續(xù)介質(zhì)情況下反射波時距曲線n把它們積分，得到射線方程和等時線方程n射線方程n等時線方程022( )1( )zpv zxdzp vz0221( )zdztp vz我們來討論一下速度函數(shù)為線性的情況0( )(1)v zvz設00220(1)1(1)zpvzxdzp vz，代入射線方程，得把00sinv p 代入上式，得22200111(cot)()( csc)xz 這是圓的方程0( )(1)v zvz把代入等時線方程，最后得2222000() 1()(cot)ch vtsh vtxz這也是圓的方程繞射波時距曲線2222()lhxdhOAA

10、Dtvv 地震波在傳播過程中，當遇到斷層的棱角，地層尖滅點，不整合面的突起點或侵入體邊緣等巖石物性顯著變化的地方，將發(fā)生繞射。按照惠更斯原理，繞射波將以這些點為新震源向周圍傳播。如右圖 所示，從激發(fā)點O 發(fā)出的入射波到達繞射點A，然后以繞射波形式到達地面的任意觀測點D，顯然，波的旅行時是由兩部分組成：一部分是入射波旅行OA 所需的時間，另一部分是繞射波經(jīng)過AD 的傳播時間。多次反射波時距曲線n多次反射波時距曲線是雙曲線當?shù)叵麓嬖趶姴ㄗ杩菇缑鏁r（如在水域開展調(diào)查時的水底界面、淺層基巖面等），往往能夠產(chǎn)生多次反射波。多次反射波可分為全程多次波和層間多次波等，在地震記錄上出現(xiàn)得最多、也比較容易識別的

11、是全程多次反射波。222221sin 2sin 244sinsintxhxhv002costt 共反射點疊加：野外多次覆蓋觀測得共反射點疊加：野外多次覆蓋觀測得到的地震資料，室內(nèi)處理時采用水平疊加到的地震資料，室內(nèi)處理時采用水平疊加技術，最終得到水平疊加剖面。它利用校技術，最終得到水平疊加剖面。它利用校正后剩余時差的差異，壓制多次反射。正后剩余時差的差異，壓制多次反射。 目前該方法已經(jīng)成為最基本的反射波目前該方法已經(jīng)成為最基本的反射波法。法。水平界面的共反射點時距水平界面的共反射點時距曲線方程：曲線方程：2214thxvx各道炮檢距；各道炮檢距；h共反射點共反射點M處的法線深度；處的法線深度；

12、v界面上部均勻介質(zhì)的波速。界面上部均勻介質(zhì)的波速。正常時差正常時差：某個接收點：某個接收點t觀測到的時間與觀測到的時間與t0時間之差時間之差2200022020()()2 22nXtttttVtXXhV t X為炮檢距，為炮檢距，t0為自激自發(fā)時間為自激自發(fā)時間02htV動校正：將每一個接收點的時間減去它的正常時差動校正：將每一個接收點的時間減去它的正常時差nntt傾斜界面（下傾）的共中心點時距曲線方程：傾斜界面（下傾）的共中心點時距曲線方程：2211144sintxhh xv把把101sin2mhhx代入上式，得代入上式，得22014cosmthxv水平均勻介質(zhì)下的反射波動校正水平均勻介質(zhì)下

13、的反射波動校正2200( )xtttv 剩余時差：做過動校正后的反射時間與共中心點剩余時差：做過動校正后的反射時間與共中心點處的處的t0m之差：之差：00()()rrrttttttttt tr為波的旅行時間，為波的旅行時間，t為水平界面情況下一次反射為水平界面情況下一次反射波的旅行時間波的旅行時間多次波剩余時差公式多次波剩余時差公式2dtqx其中其中q為剩余時差系數(shù)。為剩余時差系數(shù)。 多次波的剩余時差是按照多次波的剩余時差是按照拋物線規(guī)律變化的，并與兩個拋物線規(guī)律變化的，并與兩個因素有關：因素有關：與炮檢距與炮檢距x的平的平方成正比；方成正比；q是是t0的函數(shù)。的函數(shù)。（1）共反射點時距曲線由

14、于采用一次反射波的速度進行）共反射點時距曲線由于采用一次反射波的速度進行動校正，動校正后剩余時差為零，各道反射波相位相同，動校正，動校正后剩余時差為零，各道反射波相位相同，因而一次反射波疊加后得到加強；因而一次反射波疊加后得到加強；（2）對于多次波或者其它規(guī)則干擾波，由于速度的差異，）對于多次波或者其它規(guī)則干擾波，由于速度的差異，動校正后存在剩余時差，各道的多次波其它規(guī)則干擾波動校正后存在剩余時差，各道的多次波其它規(guī)則干擾波存在相位差，因而疊加后相對較弱；存在相位差，因而疊加后相對較弱；（3）對于隨機干擾，由于其出現(xiàn)帶有隨機性，疊加時能）對于隨機干擾，由于其出現(xiàn)帶有隨機性，疊加時能互相抵消一部

15、分，因而疊加后能使隨機干擾相對削弱?；ハ嗟窒徊糠郑蚨B加后能使隨機干擾相對削弱。影響疊加效果的因素n1、動校正速度選取的影響n2、地層傾斜的影響動校正速度選取的影響n對速度精度的要求：n1、疊加次數(shù)越高，接收間隔越大，通放帶越窄，對動校正速度要求越高；n2、界面越深的反射波，速度誤差的影響越?。籲3、隨著道間距的增加，由速度誤差引起的疊加參量增大，允許的最大速度差就要減小。n有速度誤差，則經(jīng)過動校正后，還有剩余時差地層傾斜的影響n當?shù)貙觾A斜時，對水平疊加效果的影響可歸結為兩方面：n1、共反射點分散的影響；n2、把傾斜面當作水平面計算動校正造成校正不準確的影響。地震剖面的形成n1、各種速度的

16、概念n（1）真速度-瞬時速度n（2）層速度-把某一層看做均勻介質(zhì)n（3）平均速度-總厚度/總時間n（4）均方根速度-可使得層狀非均勻介質(zhì)中反射波時距曲線看成雙曲線n（5）等效速度-用于傾斜界面n（6）疊加速度-使得反射波時距曲線符合雙曲線的介質(zhì)速度，即根據(jù)共中心點時距曲線求得的速度。n瞬時速度ddsvt層速度n層速度實際上等于均勻介質(zhì)中瞬時速度 iiHvt平均速度n平均速度常常是相對多層層狀介質(zhì)而言的。地震波在多層層狀介質(zhì)中的平均速度，是指地震波垂直穿過該介質(zhì)各層的總厚度與總的傳播時間之比，即111111nnniii iiiiavnnniiiiiiihhvtvhttvn我們從另一角度來看看平均

17、速度。設有n 層水平層狀介質(zhì)，在O 點激發(fā)，在S點接收，我們先作出炮點O 的虛密度O*并假設地震波在傳播時按直線傳播即波從O 入射到Rn界面上某一點P時OP就為直線，這時波從OP，再PS 所在的路程相全于波*所走的總路程，設波入射角度為，把平均速度定義為在水平層狀介質(zhì)中波沿直線傳播所走的總路程與所需總時間之比，則有 *12*1211212112.2(.)coscoscoscoscoscos2(.).nniniavnnilllnO SinihhhhlllO Svhhhhttttvvvv等效速度n傾斜界面的時距曲線方程為22014cosmthxv可以成寫成222022cosmxttv令cosvv上

18、式可寫成均勻介質(zhì)水平界面的形式22202xttv均方根速度211nnRiiiiivvtt疊加速度n無論是水平界面的均勻介質(zhì)、傾斜界面的均勻介質(zhì)，還是覆蓋層為層狀介質(zhì)或連續(xù)介質(zhì)，都可以將共中心點反射波時距曲線看做是雙曲線，用共同的式子來表示22202axttv其中va稱為疊加速度。疊加速度的含義n對于不同介質(zhì)結構，疊加速度有具體的含義 構造水平單層傾斜單層水平多層傾斜平行多層傾斜非平行多層vava = v1va =/cosva = vRva= vR /cos 迭代射線追蹤平均速度和均方根速度速度譜n速度譜：地震波的能量相對于波速的變化關系的曲線。n根據(jù)共中心點時距曲線求得的速度叫做疊加速度。因為疊加是經(jīng)動校正后進行的，疊加振幅的大小與所用的速度值關心密切。動校正用的速度合適，則疊加后有效波的能量最強，這時的速度稱為最佳疊加速度。否則，動校正的速度用的不合適，疊加后有效波能量