地震波動(dòng)力學(xué)

會(huì)計(jì)學(xué)1地震波動(dòng)力學(xué)地震波動(dòng)力學(xué)地震波動(dòng)力學(xué)：研究地震波在運(yùn)動(dòng)狀態(tài)中的能量、波形、頻譜等特征及其變化規(guī)律的一門(mén)學(xué)科，它是地震資料地層、巖性解釋的基礎(chǔ)。實(shí)質(zhì)：動(dòng)力學(xué)特征與地層結(jié)構(gòu)、巖石性質(zhì)、流體性質(zhì)等有較好的內(nèi)在聯(lián)系。目的：研究地層、巖性、沉積、圈閉甚至直接檢測(cè)油氣。第1頁(yè)/共41頁(yè)第一節(jié)地震波的頻譜分析一、頻譜的概念1、頻譜:組成一個(gè)復(fù)雜振動(dòng)的各個(gè)諧振動(dòng)分量的特性與其頻率關(guān)系的總和稱(chēng)為該振動(dòng)的頻譜，包括振幅譜和相位譜。一個(gè)復(fù)雜的振動(dòng)信號(hào)，可以看成是由許多簡(jiǎn)諧分量疊加而成；這些簡(jiǎn)諧分量及其各自的振幅、頻率和初相，就叫做復(fù)雜振動(dòng)的頻譜。第2頁(yè)/共41頁(yè)第3頁(yè)/共41頁(yè)2、頻譜分析的數(shù)學(xué)工具傅立葉變換（分析）：滿(mǎn)足一定條件的一個(gè)任意周期函數(shù)可以展成傅立葉級(jí)數(shù)，即展成許多諧振動(dòng)函數(shù)的和。諧振動(dòng)：具有一定的初始振幅、相位和頻率的振動(dòng)。單個(gè)的地震子波可以看作是一個(gè)諧振動(dòng)每一道上的地震記錄（由無(wú)數(shù)個(gè)地震子波組成）可以看成一個(gè)復(fù)雜振動(dòng)。第4頁(yè)/共41頁(yè)二、地震波頻譜資料的獲得1、知道時(shí)間函數(shù)的具體形式f(t)，可以直接用付氏變換公式計(jì)算頻譜F(ω)第5頁(yè)/共41頁(yè)二、地震波頻譜資料的獲得2、知道信號(hào)的圖形，但不知道具體的函數(shù)關(guān)系。（1）模擬方法：把波形變成一個(gè)連續(xù)的電信號(hào)，用頻譜分析儀進(jìn)行頻譜分析。（2）數(shù)字磁帶方法：把記錄到的離散化的地震信號(hào)（振幅值），利用離散付氏變換或快速付氏變換（FFT），在數(shù)字計(jì)算機(jī)上計(jì)算出地震信號(hào)的頻譜。第6頁(yè)/共41頁(yè)第7頁(yè)/共41頁(yè)第8頁(yè)/共41頁(yè)三、描述頻譜的參數(shù)1、主頻：頻譜曲線(xiàn)極大值所對(duì)應(yīng)的頻率（ω

0）稱(chēng)為頻譜的主頻。2、頻寬（帶寬）：振幅譜等于最大值的0.707倍處的兩個(gè)頻率值之間的寬度。?ω

=ω2-ω1第9頁(yè)/共41頁(yè)四、地震波頻譜特征及其應(yīng)用1、各種地震波的頻譜特征與地震勘探有關(guān)的一些波的頻譜特點(diǎn)面波頻率低（10-30Hz）；

反射波主頻（30-50Hz）；

深層反射頻率更低；聲波頻率較高，大于100Hz；

工業(yè)交流電，50Hz左右窄帶；第10頁(yè)/共41頁(yè)第11頁(yè)/共41頁(yè)2、影響頻譜的因素（1）激發(fā)條件對(duì)地震波頻譜有影響：藥量大，頻譜向低頻方向移動(dòng)；巖石致密，頻譜向高頻方向移動(dòng)；（2）不同類(lèi)型反射波頻譜有差異：同一界面的反射縱波比反射橫波頻率較高；其原因主要是橫波的高頻成分被吸收嚴(yán)重；（3）相同類(lèi)型反射波隨傳播距離增加頻率降低。；

第12頁(yè)/共41頁(yè)第13頁(yè)/共41頁(yè)3、頻譜資料在地震勘探中的應(yīng)用分析有效波和干擾波在頻譜上的差異指導(dǎo)設(shè)計(jì)地震儀、選擇處理參數(shù)和野外工作方法；地震波的頻譜資料中含有地層、巖性及含油氣性信息，可以用來(lái)指導(dǎo)地震資料的地質(zhì)解釋。第14頁(yè)/共41頁(yè)實(shí)際應(yīng)用利用主頻的高低判別地層巖性的厚?。唬ū』拥姆瓷洳ㄖ黝l相對(duì)巖性相同的厚層較高，隨著厚度的增加反射頻率會(huì)漸漸降低）利用頻譜的差異劃分巖性利用主頻的變化來(lái)檢測(cè)含油氣性。儲(chǔ)層含油氣后其主頻通常會(huì)變小。第15頁(yè)/共41頁(yè)第二節(jié)地震波的能量分析一、研究振幅的意義采集方面：激發(fā)強(qiáng)的有效波，壓制干擾波，記錄真振幅；處理上：保持真振幅，使振幅能更好地與界面上下的巖性結(jié)合起來(lái)。解釋上：構(gòu)造解釋?zhuān)貙?、巖性解釋的基礎(chǔ)；波的對(duì)比、追蹤的依據(jù)；劃分巖性、薄層厚度及其縱橫向變化、尋找油氣的標(biāo)志。第16頁(yè)/共41頁(yè)二、影響反射波振幅的因素1、激發(fā)條件。含水砂巖或粘土中激發(fā)；低速帶以下激發(fā)；增大藥量（但不可太大）。激發(fā)因素對(duì)地震波的影響是一個(gè)常數(shù)因子。2、波前擴(kuò)散。作為球面波的地震波在介質(zhì)中傳播時(shí)，地震波的振幅與傳播距離或反射時(shí)間成反比，波前擴(kuò)散因子與傳播時(shí)間有關(guān)。第17頁(yè)/共41頁(yè)二、影響反射波振幅的因素3、吸收衰減：介質(zhì)的非完全彈性引起地震波的衰減。由均勻的非完全彈性介質(zhì)所產(chǎn)生的吸收作用將使地震波的振幅隨著傳播距離的增大呈指數(shù)衰減。巖石吸收系數(shù)×10??(1/m)花崗巖0.21～0.32玄武巖0.21～0.41石灰?guī)r0.04～0.366砂巖0.71～1.77頁(yè)巖0.68第18頁(yè)/共41頁(yè)二、影響反射波振幅的因素4、界面的反射系數(shù)由界面上下波阻抗差定義的反射系數(shù)是影響振幅的主要因素，反射系數(shù)越大，反射波的振幅越強(qiáng)。由地質(zhì)因素引起的這個(gè)因素是地震地質(zhì)解釋的主要原理。5、中間界面的透射損失理論上，反射波的能量加上透射波的能量應(yīng)與入射波的能量相等，反射波的能量不可能與入射波的能量相等。通常把透射的能量相對(duì)反射能量來(lái)說(shuō)，看成是損失。第19頁(yè)/共41頁(yè)二、影響反射波振幅的因素6、反射界面形態(tài)。當(dāng)?shù)叵陆缑嫦蛏习紩r(shí)，反射波的能量將會(huì)集中、振幅增強(qiáng)；而當(dāng)?shù)叵陆缑嫦蛏贤箷r(shí)，反射波的能量將會(huì)分散、形成散射、振幅減弱。7、接收條件指檢波器類(lèi)型和組合方式、記錄儀的頻率特性等。這些因素對(duì)一道或一張記錄來(lái)說(shuō)是相同的也即為常數(shù)因子入射角的變化、巖相的變化、波的干涉、各種噪聲的干擾及處理因素等均對(duì)振幅有影響。第20頁(yè)/共41頁(yè)影響反射波振幅的因素總結(jié)在前述的眾多影響因素中，有些因素可以進(jìn)行補(bǔ)償消除影響，如擴(kuò)散、吸收；有些是常數(shù)因子，如激發(fā)、接收條件；其它的影響因素—來(lái)自地下地質(zhì)現(xiàn)象的，是我們所需要的。反射系數(shù)---波阻抗變化、巖性；透射損失---了解深層；入射角的變化---AVO技術(shù)；巖相變化—振幅橫向的變化指示了巖性、巖相變化。第21頁(yè)/共41頁(yè)總結(jié)地震波運(yùn)動(dòng)學(xué)：時(shí)間、空間地震波動(dòng)力學(xué)：能量、頻率、波形及其變化地震波的頻譜分析：頻譜及頻譜分析、頻譜的特點(diǎn)及其影響因素、頻譜的應(yīng)用等地震波的能量分析：研究振幅的意義、振幅的影響因素第22頁(yè)/共41頁(yè)第三節(jié)影響地震波傳播的地質(zhì)因素一、介質(zhì)和界面對(duì)地震波傳播的影響地震波是在地層介質(zhì)中傳播并且在層面或巖性界面上產(chǎn)生反射的。地層介質(zhì)的成層性及剖面上部的不均勻性使地震波的傳播方向、運(yùn)動(dòng)形式發(fā)生改變。剖面中各界面的質(zhì)量對(duì)波的強(qiáng)度、穩(wěn)定性也將產(chǎn)生極大的影響。第23頁(yè)/共41頁(yè)1、介質(zhì)的成層性真實(shí)的地層介質(zhì)是層狀分布的，各層的物性及波速的差異，可以在地下形成一系列的地震反射界面，眾多反射界面的存在盡管使地震波的射線(xiàn)發(fā)生偏折，但也是界面上產(chǎn)生反射波，從而使地震勘探得以進(jìn)行的條件。介質(zhì)的成層性是地震勘探有利的、必不可少的地質(zhì)條件。第24頁(yè)/共41頁(yè)2、界面的質(zhì)量

1）顯著性：界面兩側(cè)物性差異程度。地下巖層之間物理性質(zhì)突然的、明顯的差異是獲得強(qiáng)反射的有利條件。但是如果太明顯就會(huì)對(duì)深層起一個(gè)屏蔽作用。2）平滑性：地層界面的平滑程度。地下界面的凹凸不平會(huì)使反射波能量分散，而光滑平整的界面是形成連續(xù)反射的有利條件。3）穩(wěn)定性：地層界面的延伸長(zhǎng)度。地層界面橫向的穩(wěn)定性對(duì)地震剖面的對(duì)比有很大的幫助。第25頁(yè)/共41頁(yè)3、剖面上部的均勻性（1）介質(zhì)不均勻會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的吸收和散射，使地震波的傳播缺乏規(guī)律和不穩(wěn)定（2）表層介質(zhì)的不均勻性對(duì)地震波的傳播影響更大（表層低速帶）。表層低速帶對(duì)地震波激發(fā)、接收的影響。第26頁(yè)/共41頁(yè)二、有利的地震地質(zhì)條件1、地質(zhì)剖面中存在反射面，其層位與地質(zhì)界面一致，界面的質(zhì)量應(yīng)是顯著的、平滑的和穩(wěn)定的，地層傾角不大。2、剖面上部介質(zhì)結(jié)構(gòu)均勻，有含水層。無(wú)太顯著的反射面，表層低速帶沉積均勻、厚度不大，地形平坦。第27頁(yè)/共41頁(yè)第四節(jié)地震記錄的分辨率地震記錄是地下地質(zhì)現(xiàn)象的地震響應(yīng)。地震記錄的分辨率包括：縱向分辨率：縱向上能分辨巖性單元的最小厚度；橫向分辨率：橫向上確定特殊地質(zhì)體的大小、范圍、位置和邊界的精確程度。第28頁(yè)/共41頁(yè)一、縱向分辨率度量分辨能力強(qiáng)弱的兩種表示：一是距離表示，分辨的垂向距離或橫向范圍越小，則分辨能力越強(qiáng)；二是時(shí)間表示，在地震時(shí)間剖面上，相鄰地層時(shí)間間隔dt越小，則分辨能力越強(qiáng)?？v向分辨率通常可以從兩個(gè)方面來(lái)考慮從傳播時(shí)間上從地震波波形的變化上第29頁(yè)/共41頁(yè)一、縱向分辨率1、從傳播時(shí)間上：假設(shè)地震脈沖的延續(xù)時(shí)間為Δt，地震脈沖通過(guò)地層頂?shù)椎碾p程旅行時(shí)間為Δτ，Δτ=2

Δh/v當(dāng)Δτ﹥?chǔ)

時(shí)，可以根據(jù)頂?shù)椎姆瓷涿}沖來(lái)分辨地層的厚度。當(dāng)Δτ〈Δt

時(shí)，頂?shù)椎姆瓷涿}沖重疊，不易分出地層的頂?shù)捉缑?。結(jié)論：時(shí)間上能分辨的地層厚度為Δτ

?

Δt

或2Δh/v?λ/v即Δh?λ/2第30頁(yè)/共41頁(yè)一、縱向分辨率2、從地震波波形的變化上（振幅）地質(zhì)模型：均勻介質(zhì)中夾有一楔狀地層，頂?shù)捉缑嫔戏瓷湎禂?shù)大小相等、符號(hào)相反。V1V1V2頂界反射底界反射合成結(jié)果+？第31頁(yè)/共41頁(yè)縱向分辨率的限度當(dāng)頂?shù)字g的反射時(shí)間差半個(gè)周期時(shí)，則會(huì)出現(xiàn)同相疊加，從而表現(xiàn)為振幅的增大。Δτ=T/2=2Δh/V=λ/2VΔh=λ/4

縱向分辨率的限度：h≥/4，只有當(dāng)?shù)貙雍穸却笥?4時(shí)才有可能根據(jù)復(fù)合反射的振幅和波形特征分出頂?shù)捉缑娴?2頁(yè)/共41頁(yè)第33頁(yè)/共41頁(yè)實(shí)際地層介質(zhì)中的分辨率淺層速度低、頻率高，地震波波長(zhǎng)約為40米，可分辨的厚度為10米；深層速度增大、頻率降低（約20Hz）波長(zhǎng)大約250米，地層的分辨厚度為62.5米。淺層的分辨率比深層的分辨率要高。第34頁(yè)/共41頁(yè)二、橫向分辨率1、分析思路：S點(diǎn)自激自收，波在界面O點(diǎn)產(chǎn)生的反射最早到達(dá)地面S點(diǎn)，界面O點(diǎn)兩側(cè)所有點(diǎn)產(chǎn)生的繞射到達(dá)地面的時(shí)間均晚于O點(diǎn)雙程時(shí)間不晚于半個(gè)周期的界面點(diǎn)所產(chǎn)生的繞射，到達(dá)地面S點(diǎn)時(shí)是相互加強(qiáng)的。超過(guò)半個(gè)周期的界面點(diǎn)所產(chǎn)生的繞射對(duì)地面S點(diǎn)的貢獻(xiàn)不大。BAB＝t/2*V=(T/2)/2*V=VT/4=/4第35頁(yè)/共41頁(yè)二、橫向分辨率2、菲涅爾帶：以激發(fā)點(diǎn)為圓心，以界面至激發(fā)點(diǎn)的垂直深度和在界面點(diǎn)的/4之和為半徑畫(huà)圓，所畫(huà)圓內(nèi)包括的界面段，稱(chēng)為相對(duì)O點(diǎn)的菲涅爾帶，它是組成反射的最小界面單元。菲涅爾帶的（半徑）范圍：或者寫(xiě)成：第36頁(yè)/共41頁(yè)3、橫向分辨率的結(jié)論地面上一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)上的反射實(shí)際上是來(lái)自地下界面一個(gè)帶（菲涅爾帶）的；菲涅爾帶隨深度的增加、頻率的降低而增大；實(shí)際剖面上，斷點(diǎn)及巖性變化的棱點(diǎn)上，反射波不會(huì)突然消失，地震記錄上確定的地下斷點(diǎn)、尖滅點(diǎn)的平面位置，必然存在有合理的誤差。第37頁(yè)/共41頁(yè)三、反射波的干涉1、干涉的產(chǎn)生當(dāng)反射脈沖之間的時(shí)間間隔小于脈沖自身的延續(xù)時(shí)間時(shí)就會(huì)產(chǎn)生兩個(gè)或兩個(gè)以上反射波的干涉從而形成一個(gè)干涉疊加的復(fù)合脈沖或稱(chēng)