勘探地球物理學(xué)-第四章地震勘探2

1、參考資料：應(yīng)用地球物理學(xué)原理地震勘探 何樵登 熊維綱編，地質(zhì)出版社，1991年,第四章 地震勘探,二、 地震波的傳播規(guī)律,（一）地震波傳播所遵守的原理和定理 4、時(shí)間場(chǎng)和視速度定理,地震波在介質(zhì)中傳播，若已知地震波速度的分布，波前到達(dá)介質(zhì)內(nèi)任一點(diǎn)（x,y,z）的時(shí)間t。 這個(gè)標(biāo)量場(chǎng)叫做時(shí)間場(chǎng)。 t (x,y,z)叫做時(shí)間場(chǎng)函數(shù)。 時(shí)間場(chǎng)滿足的微分方程式為：,二、 地震波的傳播規(guī)律,視速度定理,視速度：地震波沿測(cè)線傳播的速度。,（二） 地震波的反射和透射,當(dāng)?shù)卣鸩ㄍ渡涞綄訝罱橘|(zhì)的分界面上時(shí)，就會(huì)發(fā)生反射、透射和折射。產(chǎn)生反射、透射波、折射波和轉(zhuǎn)換波，見右圖。 滿足Snell定律：,（二） 地震波

2、的反射和透射,當(dāng)垂直入射時(shí)，不產(chǎn)生轉(zhuǎn)換波。 此時(shí)反射系數(shù)為： 當(dāng) 時(shí)，反射系數(shù)為正值，反射波相位與入射波相位一致。 當(dāng) 時(shí)，反射系數(shù)為負(fù)值，反射波相位與入射波相位相反。 當(dāng) 時(shí)，無反射波。,（二） 地震波的反射和透射,透射波 透射系數(shù):,透射波產(chǎn)生的條件？ 透射波的能量？ 透射波的極性？ 透射系數(shù)的取值范圍？,（二）地震波的反射和透射,當(dāng)?shù)卣鸩▋A斜入射時(shí)，其能量分配比較復(fù)雜。由入射角、界面上下介質(zhì)的速度比和密度比決定。下圖是反射和透射系數(shù)隨入射角的變化曲線。 圖1-8a是縱波從高速介質(zhì)中入射。 此時(shí)， 圖1-8b是縱波從低速介質(zhì)中入射。 此時(shí)，,折射波的形成,折射波 見圖， 當(dāng),這個(gè)角度叫做臨

3、界角。折射波盲區(qū),折射波產(chǎn)生的條件？,（一）地震波的波前擴(kuò)散,地震波傳播時(shí)，波前面不斷擴(kuò)張，單位面積的能量密度不斷減小，因此地震波的振幅隨傳播距離增大而不斷減小。這種現(xiàn)象叫做波前擴(kuò)散。,三、 地震波在實(shí)際介質(zhì)中的傳播特性,（二）大地對(duì)彈性波的吸收與衰減 大地不是完全彈性介質(zhì)，在彈性波傳播過程中，高頻成分容易被吸收。從而對(duì)震源激發(fā)的地震子波起到改造作用，稱為大地濾波作用。 由粘彈性理論證明：吸收系數(shù)與頻率成正比。 還與地層的物質(zhì)成分、結(jié)構(gòu)的不均勻性有關(guān)。一般疏松地層比致密地層對(duì)彈性波的吸收更大。,三、 地震波在實(shí)際介質(zhì)中的傳播特性,（三）速度及影響波速的因素 地震波的速度是指地震波在巖層中的傳播

4、速度。 是一個(gè)極為重要的參數(shù)，也是進(jìn)行地震勘探的物理基礎(chǔ)之一。 波阻抗是速度與密度的乘積。,彈性模量之間的關(guān)系,巖石的彈性性質(zhì)決定了彈性波的傳播規(guī)律。彈性塑性 物質(zhì)的彈性性質(zhì)可用幾個(gè)彈性模量或常量來描述。它們可以定量地描述不同類型的應(yīng)力和應(yīng)變的關(guān)系。,式中：K為壓縮模量 (Bulk modulus) E為楊氏模量(Youngs) 為剪切模量(Shear) 為泊松比(Poissons Ratio),上述常量是由物質(zhì)本身性質(zhì)決定的，由此可以描述彈性波的傳播性質(zhì)。,影響巖石波速的因素,速度是地震探測(cè)的物理基礎(chǔ)之一，是一個(gè)非常重要的參數(shù)。 速度的測(cè)定主要有三種方法：1、根據(jù)地震波的時(shí)距曲線 2、巖石樣

5、品的實(shí)驗(yàn)室測(cè)定。 3、井中觀測(cè)資料。 影響速度的因素： 孔隙度、巖石的埋藏深度、變質(zhì)、脫水、相變等等。,彈性波的速度產(chǎn)生各向異性效應(yīng)，即不同方向速度不同,（四）振幅及影響振幅的因素,振幅也是地震勘探中的一個(gè)重要參數(shù)。 通過振幅信息可以預(yù)測(cè)巖性，在油氣勘探中可以直接檢測(cè)油氣。 Amplitude Versus Offset（AVO） 影響振幅的因素有三類： 第一類是激發(fā)和接收條件的影響。對(duì)某一道記錄是不變的。 第二類是波在地震地層中傳播時(shí)波振幅受到的影響，主要包括波前擴(kuò)散、介質(zhì)的吸收、透射系數(shù)、反射系數(shù)的大小等。 第三類是地層界面的反射系數(shù)隨入射角（偏移距offset）的變化而變化。不同的速度結(jié)

6、構(gòu)有不同的變化特征。,第二節(jié) 地震波的時(shí)距曲線,第二節(jié) 地震波的時(shí)距曲線,利用地震波的走時(shí)特征獲得地質(zhì)構(gòu)造信息的學(xué)科稱為幾何地震學(xué)。 所謂幾何地震學(xué)就是研究地震波在傳播過程中波前面的空間位置與其傳播時(shí)間的關(guān)系，這種關(guān)系稱為時(shí)距曲面，而在一條測(cè)線上觀測(cè)到的時(shí)距關(guān)系則構(gòu)成一條曲線，成稱時(shí)距曲線。 下面分別介紹反射波、折射波、多次反射波、繞射波的時(shí)距曲線。,一、反射波時(shí)距曲線,（一）水平層的反射波時(shí)距曲線和正常時(shí)差（P135）,設(shè)地層是水平的，傾角為零，,很明顯這是一個(gè)雙曲線方程，,一、反射波時(shí)距曲線,（一）水平層的反射波時(shí)距曲線和正常時(shí)差（P135）,設(shè)地層是水平的，傾角為零，,因此，在水平界面下

7、， 時(shí)間也是最小的反射時(shí)間，它直接與反射界面的法線深度有關(guān)，因此可以由 確定 反射層的位置。,令x=0，此時(shí)的反射波傳播時(shí)間稱為法線反射時(shí)間,一、反射波時(shí)距曲線,（一）水平層的反射波時(shí)距曲線和正常時(shí)差（P135）,當(dāng)2hx時(shí)，把下式進(jìn)行二項(xiàng)式展開,在任意兩個(gè)觀測(cè)點(diǎn)上時(shí)間差為（只保留前兩項(xiàng)）,一、反射波時(shí)距曲線,（一）水平層的反射波時(shí)距曲線和正常時(shí)差（P135）,當(dāng)x1在原點(diǎn)上，則此時(shí)的時(shí)差稱為正常時(shí)差。,x是炮檢距，對(duì)每一個(gè)反射層，v和t0是常數(shù)，正常時(shí)差只與炮檢距有關(guān)。 可以根據(jù)正常時(shí)差判斷是否是正常反射波（雙曲線） 共深度點(diǎn)疊加前，必須先做動(dòng)校正,一、反射波時(shí)距曲線,（二）傾斜層的反射波時(shí)

8、距曲線和傾角時(shí)差（P137）,一般地，地層并不是水平的，有傾角,在上傾方向,在下傾方向,一、反射波時(shí)距曲線,（二）傾斜層的反射波時(shí)距曲線和傾角時(shí)差（P137）,傾斜界面時(shí)距曲線的一般式：,特征：,極小點(diǎn) t0時(shí)間 地面接收點(diǎn)間距與地下反射點(diǎn)間距的關(guān)系？ 時(shí)距曲線的彎曲情況（可用視速度定理解釋）,一、反射波時(shí)距曲線,（二）傾斜層的反射波時(shí)距曲線和傾角時(shí)差（P138）,同樣進(jìn)行二項(xiàng)式展開,利用震源對(duì)稱的兩個(gè)點(diǎn)，可求傾角,稱為傾角時(shí)差,一、反射波時(shí)距曲線,（三）復(fù)雜介質(zhì)中的時(shí)距曲線（P138）,復(fù)雜介質(zhì)中，時(shí)距曲線沒有解析表達(dá)式，一般用矢量形式，通過射線追蹤求解射線長(zhǎng)度和走時(shí)。,二、多次反射波時(shí)距曲

9、線,多次波：地震波遇到波阻抗分界面時(shí)，除產(chǎn)生一次反射外，還會(huì)產(chǎn)生一些來往于分界面之間幾次反射的波，這種波稱為多次反射波。,多次波的類型：全程多次反射波、短程多次反射波、微曲多次反射波、虛反射。,二、多次反射波時(shí)距曲線,這樣的界面有：基巖面、不整合面、火成巖面、低速帶底界面、海水面和海底面等。,只有在反射系數(shù)較大的反射界面產(chǎn)生的多次反射，才能夠形成較強(qiáng)的多次波。,相同t0時(shí)間的多次波時(shí)距曲線比一次波時(shí)距曲線陡-深層速度比淺層速度高。 因此多次波的正常時(shí)差比一次波大。,三、折射波時(shí)距曲線,水平層的折射波時(shí)距曲線和正常時(shí)差,當(dāng)下層介質(zhì)速度大于上層速度時(shí),因此折射波時(shí)距曲線為一條直線，其斜率為1/v2

10、,延長(zhǎng)線與T軸的交點(diǎn)稱交叉時(shí)，與界面的法向深度有關(guān)。,三、折射波時(shí)距曲線,下面我們來看一下直達(dá)波、折射波、反射波之間的關(guān)系：,反射波法勘探應(yīng)在A點(diǎn)以內(nèi)觀測(cè)； 折射波法勘探應(yīng)在B點(diǎn)以外觀測(cè)。,A,B,三種波在時(shí)距曲線上到達(dá)時(shí)間是不同的,盲區(qū),四、繞射波時(shí)距曲線,地層中，當(dāng)存在斷層、直立地層的棱角、地層尖滅點(diǎn)等不連續(xù)點(diǎn)時(shí)，可以產(chǎn)生繞射現(xiàn)象。（狹義繞射）,繞射點(diǎn),惠更斯原理：每個(gè)點(diǎn)都可以看成新的繞射源，地面上某點(diǎn)觀測(cè)到的反射波是所有繞射的疊合。 （廣義繞射）,四、繞射波時(shí)距曲線,一般提到的繞射是指狹義繞射。 其時(shí)距曲線：,時(shí)距曲線同樣為雙曲線，極小點(diǎn)在D，與反射波時(shí)距曲線有一段相切。改變激發(fā)點(diǎn),時(shí)距

11、曲線的形狀及極小值點(diǎn)的位置不變,位于斷點(diǎn)的正上方.,繞射波,反射波,一、地震儀器的發(fā)展 從50年代前的光點(diǎn)記錄50年代的磁帶模擬記錄70年代的24道數(shù)字記錄現(xiàn)在的千道、萬道記錄儀。 主要的地震儀器生產(chǎn)廠家：SERCEL、I/O、GEOX、FAIRFIELD等。 其產(chǎn)品對(duì)于2ms的采樣，最多可達(dá)19200道，單線最多接收道數(shù)1200道，最小采樣率1/8ms。,第三節(jié) 地震觀測(cè)儀器,第三節(jié) 地震觀測(cè)儀器,二、地震儀的組成：主要有記錄系統(tǒng)和回放系統(tǒng)組成。 記錄系統(tǒng)：震源、檢波器、前放濾波電路、多路轉(zhuǎn)換開關(guān)、主放、采樣保持器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、磁記錄器等。 回放是記錄的逆過程。,1、震源：是激發(fā)介質(zhì)振動(dòng)的能

12、源?？煞譃檎ㄋ幷鹪春头钦ㄋ幷鹪?。 炸藥震源具有良好的脈沖特性（激發(fā)的地震子波強(qiáng)度高、頻帶寬），是一種理想震源。 非炸藥震源：落重法震源、可控震源、氣槍、電火花等。,2、檢波器 是安置在地面、水中或井下以拾取地面振動(dòng)的地震探測(cè)器或接收器。它實(shí)際上是將機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的一種傳感器。 現(xiàn)在一般為動(dòng)圈式傳感器。如圖。,高頻、中頻、低頻 動(dòng)圈式檢波器 渦流檢波器 壓電檢波器 三分量檢波器,3、前放濾波電路 包括：前置放大器、高通、低通和陷波器 前置放大器可以對(duì)微弱的地震信號(hào)進(jìn)行低噪聲的線性放大。濾波電路可濾除面波等干擾。陷波器可壓制50Hz的交流電干擾。,4、多路轉(zhuǎn)換開關(guān) 一個(gè)作用是對(duì)連續(xù)的信號(hào)進(jìn)行采樣 另一個(gè)作用是把“多路并行”的數(shù)據(jù)傳輸方式變?yōu)椤皢温反小钡姆绞健?順序傳送數(shù)據(jù),5、主放 能夠不畸變地放大能量相差懸