《地震學(xué)與地震勘探》讀書報告

1、地震學(xué)與地震勘探讀書報告專業(yè)所在院（系、部）核工程技術(shù)學(xué)院研究生姓名郭猛猛學(xué) 號2010070807專業(yè)名稱日 期固體地球物理學(xué)2011年6月30日地震勘探是利用地下介質(zhì)彈性和密度的差異，通過觀測和分析大地對 人工激發(fā)地震波的響應(yīng)，推斷地下巖層的性質(zhì)和形態(tài)的地球物理勘探方法。 地震勘探是鉆探前勘測石油、天然氣資源、固體資源地質(zhì)找礦的重要手段， 在煤田和工程地質(zhì)勘查、區(qū)域地質(zhì)研究和地殼研究等方面，也得到廣泛應(yīng) 用。在地表以人工方法激發(fā)地震波，在向地下傳播時，遇有介質(zhì)性質(zhì)不同 的巖層分界面，地震波將發(fā)生反射與折射，在地表或井中用檢波器接收這 種地震波。收到的地震波信號與震源特性、檢波點的位置、地震

2、波經(jīng)過的 地下巖層的性質(zhì)和結(jié)構(gòu)有關(guān)。通過對地震波記錄進(jìn)行處理和解釋，可以推 斷地下巖層的性質(zhì)和形態(tài)。地震勘探在分層的詳細(xì)程度和勘查的精度上， 都優(yōu)于其他地球物理勘探方法。地震勘探的深度一般從數(shù)十米到數(shù)十千米。 地震勘探的難題是分辨率的提高，高分辨率有助于對地下精細(xì)的構(gòu)造研究， 從而更詳細(xì)了解地層的構(gòu)造與分布。爆炸震源是地震勘探中廣泛采用的非人工震源。目前已發(fā)展了一系列 地面震源，如重錘、連續(xù)震動源、氣動震源等，但陸地地震勘探經(jīng)常采用 的重要震源仍為炸藥。海上地震勘探除采用炸藥震源之外，還廣泛采用空 氣槍、蒸汽槍及電火花引爆氣體等方法。地震勘探是鉆探前勘測石油與天然氣資源的重要手段。在煤田和工程

3、 地質(zhì)勘察、區(qū)域地質(zhì)研究和地殼研究等方面，地震勘探也得到廣泛應(yīng)用。 20世紀(jì)80年代以來，對某些類型的金屬礦的勘查也有選擇地采用了地震 勘探方法。地震勘探始于19世紀(jì)中葉。1845年，R.馬利特曾用人工激發(fā)的地震波 來測量彈性波在地殼中的傳播速度。這可以說是地震勘探方法的萌芽。在 第一次世界大戰(zhàn)期間，交戰(zhàn)雙方都曾利用重炮后坐力產(chǎn)生的地震波來確定 對方的炮位。反射法地震勘探最早起源于1913年前后R.費森登的工作，但當(dāng)時的技 術(shù)尚未達(dá)到能夠?qū)嶋H應(yīng)用的水平。1921年，J.C.卡徹將反射法地震勘探投 入實際應(yīng)用，在美國俄克拉荷馬州首次記錄到人工地震產(chǎn)生的清晰的反射波。1930年，通過反射法地震勘探

4、工作，在該地區(qū)發(fā)現(xiàn)了 3個油田。從此， 反射法進(jìn)入了工業(yè)應(yīng)用的階段。折射法地震勘探始于20世紀(jì)早期德國L.明特羅普的工作。20年代， 在墨西哥灣沿岸地區(qū)，利用折射法地震勘探發(fā)現(xiàn)很多鹽丘（見底辟構(gòu)造）。30年代末，蘇聯(lián)r .A .甘布爾采夫等吸收了反射法的記錄技術(shù)，對折射法作 了相應(yīng)的改進(jìn)。早期的折射法只能記錄最先到達(dá)的折射波，改進(jìn)后的折射 法還可以記錄后到的各個折射波，并可更細(xì)致地研究波形特征。5060年代，反射法的光點照相記錄方式被模擬磁帶記錄方式所代替，從而可選用 不同因素進(jìn)行多次回放，提高了記錄質(zhì)量。70年代，模擬磁帶記錄又為數(shù)字磁帶記錄所取代，形成了以高速數(shù)字計算機(jī)為基礎(chǔ)的數(shù)字記錄、多

5、次覆 蓋技術(shù)、地震數(shù)據(jù)處理技術(shù)相互結(jié)合的完整技術(shù)系統(tǒng)，大大提高了記錄精 度和解決地質(zhì)問題的能力。從70年代初期開始，采用地震勘探方法研究巖性和巖石孔隙所含流體 成分。根據(jù)地震時間剖面振幅異常來判定氣藏的“亮點”分析，以及根據(jù) 地震反射波振幅與炮檢距關(guān)系來預(yù)測油氣藏（見圈閉）的 AVO分析，已有許 多成功的例子。從地震反射波推算地層波阻抗和層速度的地震擬測井技術(shù)， 在條件有利時，可以取得有地質(zhì)解釋意義的實際效果?，F(xiàn)代的地震勘探正 由以構(gòu)造勘探為主的階段向著巖性勘探的方向發(fā)展。中國于1951年開始進(jìn)行地震勘探，并將其應(yīng)用于石油和天然氣資源勘 查、煤田勘查、工程地質(zhì)勘查及某些金屬礦的勘查。在野外觀測

6、作業(yè)中，一般是沿地震測線等間距布置多個檢波器來接收 地震波信號。安排測 線采用與地質(zhì)構(gòu)造走向相垂直的方向。依觀測儀器的 不同，檢波器或檢波器組的數(shù)量少的有 24個、48個，多的有96個、120 個、240個甚至1000多個。每個檢波器組等效于該組中心處的單個檢波器。 每個檢波器組接收的信號通過放大器和記錄器，得到一道地震波形記錄， 稱為記錄道。為適應(yīng)地震勘探各種不同要求，各檢波器組之間可有不同排 列方式，如中間放炮排列、端點放炮排列等。記錄器將放大后的電信號按 一定時間間隔離散采樣，以數(shù)字形式記錄在磁帶上。磁帶上的原始數(shù)據(jù)可 回放而顯示為圖形。常規(guī)的觀測是沿直線測線進(jìn)行，所得數(shù)據(jù)反映測線下方二

7、維平面內(nèi)的 地震信息。這種二維的數(shù)據(jù)形式難以確定側(cè)向反射的存在以及斷層走向方 向等問題，為精細(xì)詳查地層情況以及利用地震資料進(jìn)行儲集層描述，有時 在地面的一定面積內(nèi)布置若干條測線，以取得足夠密度的三維形式的數(shù)據(jù) 體，這種工作方法稱為三維地震勘探。三維地震勘探的測線分布有不同的 形式，但一般都是利用反射點位于震源與接收點之中點的正下方這個事實 來設(shè)計震源與接收點位置，使中點分布于一定的面積之內(nèi)。數(shù)據(jù)處理的任務(wù)是加工處理野外觀測所得地震原始資料，將地震數(shù)據(jù) 變成地質(zhì)語言一地震剖面圖或構(gòu)造圖。經(jīng)過分析解釋，確定地下巖層的 產(chǎn)狀和構(gòu)造關(guān)系，找出有利的含油氣地區(qū)。還可與測井資料、鉆井資料綜 合進(jìn)行解釋（見

8、鉆孔地球物理勘探），進(jìn)行儲集層描述，預(yù)測油氣及劃定油 水分界。削弱干擾、提高信噪比和分辨率是地震數(shù)據(jù)處理的重要目的。根據(jù)所 需要的反射與不需要的干擾在波形上的不同與差異進(jìn)行鑒別，可以削弱十 擾。震源波形已知時，信號校正處理可以校正波形的變化，以利于反射的追蹤與識別。對高次覆蓋記錄提供的重覆信息進(jìn)行疊加處理以及速度濾波 處理，可以削弱許多類型的相干波列和隨機(jī)干擾。預(yù)測反褶積和共深度點 疊加，可消除或減弱多次反射波。統(tǒng)計性反褶積處理有助于消除淺層混響， 并使反射波頻帶展寬，使地震子波壓縮，有利于分辨率的提高。地震數(shù)據(jù)處理的另一重要目的是實現(xiàn)正確的空間歸位。各種類型的波 動方程地震偏移處理是構(gòu)造解釋

9、的重要工具，有助于提供復(fù)雜構(gòu)造地區(qū)的 正確地震圖像。地震數(shù)據(jù)處理需進(jìn)行大數(shù)據(jù)量運算，現(xiàn)代的地震數(shù)據(jù)處理中心由高速 電子數(shù)字計算機(jī)及其相應(yīng)的外圍設(shè)備組成。常規(guī)地震數(shù)據(jù)處理程序是復(fù)雜 的軟件系統(tǒng)。包括地震構(gòu)造解釋、地震地層解釋及地震烴類解釋或地震地質(zhì)解釋。地震構(gòu)造解釋以水平疊加時間剖面和偏移時間剖面為主要資料，分析 剖面上各種波的特征，確定反射標(biāo)準(zhǔn)層層位和對比追蹤，解釋時間剖面所 反映的各種地質(zhì)構(gòu)造現(xiàn)象，構(gòu)制反射地震標(biāo)準(zhǔn)層構(gòu)造圖。地震地層解釋以時間剖面為主要資料，或是進(jìn)行區(qū)域性地層研究，或 是進(jìn)行局部構(gòu)造的巖性巖相變化分析。劃分地震層序是地震地層解釋的基 礎(chǔ)，據(jù)此進(jìn)行地震層序之沉積特征及地質(zhì)時代的

10、研究，然后進(jìn)行地震相分 析，將地震相轉(zhuǎn)換為沉積相，繪制地震相平面圖，劃分出含油氣的有利相 帶。地震烴類解釋利用反射振幅、速度及頻率等信息，對含油氣有利地區(qū) 進(jìn)行烴類指標(biāo)分析。通常需綜合運用鉆井資料與測井資料進(jìn)行標(biāo)定分析與 模擬解釋，對地震異常作定性與定量分析，進(jìn)一步識別烴類指示的性質(zhì)，進(jìn) 行儲集層描述，估算油氣層厚度及分布范圍等。包括反射法、折射法和地震測井（見鉆孔地球物理勘探）。前兩種方 法在陸地和海洋均可應(yīng)用。研究很淺或很深的界面、尋找特殊的高速地層時，折射法比反射法有 效。但應(yīng)用折射法必須滿足下層波速大于上層波速的特定要求，故折射法 的應(yīng)用范圍受到限制。應(yīng)用反射法只要求巖層波阻抗有所變化

11、，易于得到 滿足，因而地震勘探中廣泛采用的是反射法。利用反射波的波形記錄的地震勘探方法。地震波在其傳播過程中遇到 介質(zhì)性質(zhì)不同的巖層界面時，一部分能量被反射，一部分能量透過界面而繼 續(xù)傳播。在垂直入射情形下有反射波的強(qiáng)度受反射系數(shù)影響，在噪聲背景相當(dāng) 強(qiáng)的條件下，通常只有具有較大反射系數(shù)的反射界面才能被檢測識別。地 下每個波阻抗變化的界面，如地層面、不整合面（見不整合）、斷層面（見 斷層）等都可產(chǎn)生反射波。在地表面接收來自不同界面的反射波，可詳細(xì) 查明地下巖層的分層結(jié)構(gòu)及其幾何形態(tài)。反射波的到達(dá)時間與反射面的深度有關(guān)，據(jù)此可查明地層埋藏深度及 其起伏。隨著檢波點至震源距離（炮檢距）的增大，同一

12、界面的反射波走 時按雙曲線關(guān)系變化，據(jù)此可確定反射面以上介質(zhì)的平均速度。反射波振 幅與反射系數(shù)有關(guān)，據(jù)此可推算地下波阻抗的變化，進(jìn)而對地層巖性作出 預(yù)測。反射法勘探采用的最大炮檢距一般不超過最深目的層的深度。除記錄 到反射波信號之外，?？捎涗浀窖氐乇韨鞑サ拿娌ā\層折射波以及各種 雜亂振動波。這些與目的層無關(guān)的波對反射波信號形成干擾，稱為噪聲。使噪聲衰減的主要方法是采用組合檢波，即用多個檢波器的組合代替單個 檢波器，有時還需用組合震源代替單個震源，此外還需在地震數(shù)據(jù)處理中 采取進(jìn)一步的措施。反射波在返回地面的過程中遇到界面再度反射，因而 在地面可記錄到經(jīng)過多次反射的地震波。如地層中具有較大反射

13、系數(shù)的界 面，可能產(chǎn)生較強(qiáng)振幅的多次反射波，形成干擾。反射法觀測廣泛采用多次覆蓋技術(shù)。連續(xù)地相應(yīng)改變震源與檢波點在 排列中所在位置，在水平界面情形下，可使地震波總在同一反射點被反射 返回地面，反射點在炮檢距中心點的正下方。具有共同中心反射點的相應(yīng) 各記錄道組成共中心點道集，它是地震數(shù)據(jù)處理時所采用的基本道集形式， 稱為CDP道集。多次覆蓋技術(shù)具有很大的靈活性，除 CDP道集之外，視數(shù)據(jù) 處理或解釋之需要，還可采用具有共同檢波點的共檢波點道集、具有共同炮 點的共炮點道集、具有相同炮檢距的共炮檢距道集等不同的道集形式。采 用多次覆蓋技術(shù)的好處之一就是可以削弱這類多次波干擾，同時尚需采用 特殊的地震

14、數(shù)據(jù)處理方法使多次反射進(jìn)一步削弱。反射法可利用縱波反射和橫波反射。巖石孔隙含有不同流體成分，巖 層的縱波速度便不相同，從而使縱波反射系數(shù)發(fā)生變化。當(dāng)所含流體為氣 體時，巖層的縱波速度顯著減小，含氣層頂面與底面的反射系數(shù)絕對值往 往很大，形成局部的振幅異常，這是出現(xiàn)“亮點”的物理基礎(chǔ)。橫波速度 與巖層孔隙所含流體無關(guān)，流體性質(zhì)變化時，橫波振幅并不發(fā)生相應(yīng)變化。 但當(dāng)巖石本身性質(zhì)出現(xiàn)橫向變化時，則縱波與橫波反射振幅均出現(xiàn)相應(yīng)變 化。因而，聯(lián)合應(yīng)用縱波與橫波，可對振幅變化的原因作出可靠判斷，進(jìn) 而作出可靠的地質(zhì)解釋。地層的特征是否可被觀察到，取決于與地震波波長相比它們的大小。 地震波波速一般隨深度增

15、加而增大，高頻成分隨深度增加而迅速衰減，從 而頻率變低，因此波長一般隨深度增加而增大。波長限制了地震分辨能力， 深層特征必須比淺層特征大許多，才能產(chǎn)生類似的地震顯示。如各反射界 面彼此十分靠近，則相鄰界面的反射往往合成一個波組，反射信號不易分 辨，需采用特殊數(shù)據(jù)處理方法來提高分辨率。利用折射波（又稱明特羅普波或首波）的地震勘探方法。地層的地震 波速度如大于上面覆蓋層的波速，則二者的界面可形成折射面。以臨界角 入射的波沿界面滑行，沿該折射面滑行的波離開界面又回到原介質(zhì)或地面， 這種波稱為折射波。折射波的到達(dá)時間與折射面的深度有關(guān)，折射波的時 距曲線（折射波到達(dá)時間與炮檢距的關(guān)系曲線）接近于直線，其斜率決定 于折射層的