地震勘探的基本方法

1、第二章 地震勘探應(yīng)用地球物理學(xué)導(dǎo)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(chǔ)，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(shí)現(xiàn)地質(zhì)勘查找礦目的的物探方法。n應(yīng)用領(lǐng)域：主要用于油氣田、煤田地質(zhì)構(gòu)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?yàn)樗俣炔町惔笥诿芏炔町悾┦沁\(yùn)用地震波進(jìn)行勘探的物質(zhì)基礎(chǔ)，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(shí)際應(yīng)用價(jià)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(shù)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(dá)地面的時(shí)間計(jì)算地下界面的深度，基本公式為：n反射波法的主要優(yōu)點(diǎn)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(gòu)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(shù)n地震勘探的方法和技術(shù)是在運(yùn)動學(xué)理論的基礎(chǔ)上建立和發(fā)展起來的，在很長的一段時(shí)間內(nèi)，動力學(xué)特征只被定性地利用

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

4、動力學(xué)理論的實(shí)際應(yīng)用有了飛速的發(fā)展，這些進(jìn)展中最有代表性的是亮點(diǎn)技術(shù)、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(gòu)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(shí)距曲線折射波時(shí)距曲線穿透時(shí)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(shí)距曲線多個水平折射界面的折射波理論時(shí)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(diǎn)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(shí)距曲線傾斜折射界面的折射波理論時(shí)距曲線iVhhVXVtgihhQOiVhhVMPVPOMOtdududucoscos)(cos12211212112sinViV下傾接收的折射波時(shí)距曲線下傾接收的折射波時(shí)距曲線2

6、111coscossin()2cosuduouuouXhhtiVVXitVhtiVsinduhhx上傾接收的折射波時(shí)距曲線上傾接收的折射波時(shí)距曲線2111coscossin()2cosuddoddodXhhtiVVXitVhtiVsinudhhx時(shí)距曲線的特點(diǎn)n1. 傾斜界面上的時(shí)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(shí)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(guān)，因此在上傾方向和下傾方向接收時(shí)，初至折射波的接收范圍也有差異。 時(shí)距曲線的特點(diǎn)n3. 傾斜界面傾角較大時(shí)，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?yàn)槊^(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(yīng)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(dāng)i 時(shí)， 為正；當(dāng)i= 時(shí)， 趨于無窮大，即時(shí)距曲線為水平狀，其斜率為零，這說明遠(yuǎn)路徑的折射波和近路徑的折射波同時(shí)到達(dá)； i 時(shí)，時(shí)距曲線斜率為負(fù)， V *為負(fù)，這說明較遠(yuǎn)路徑的折射波先于近路徑的折射波

8、到達(dá)，這是因?yàn)榻缑嫠俣雀哂诟采w層的速度，遠(yuǎn)接收點(diǎn)處的折射波的傳播時(shí)間小于近接收點(diǎn)。 反射波時(shí)距曲線*112214ORRSO StVVhXV當(dāng)炮檢距X=0時(shí)，t0=2h/V1，是炮點(diǎn)之下垂直反射波的走時(shí)。連續(xù)介質(zhì)情況下反射波時(shí)距曲線n連續(xù)介質(zhì)中波的射線和等時(shí)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(shí)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(shí)距曲線n把它們積分，得到射線方程和等時(shí)線方程n射線方程n等時(shí)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(shè)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(shí)線方程，最后得2222000() 1()(cot)ch vtsh vtxz這也是圓的方程繞射波時(shí)距曲線2222()lhxdhOAA

10、Dtvv 地震波在傳播過程中，當(dāng)遇到斷層的棱角，地層尖滅點(diǎn)，不整合面的突起點(diǎn)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(diǎn)為新震源向周圍傳播。如右圖 所示，從激發(fā)點(diǎn)O 發(fā)出的入射波到達(dá)繞射點(diǎn)A，然后以繞射波形式到達(dá)地面的任意觀測點(diǎn)D，顯然，波的旅行時(shí)是由兩部分組成：一部分是入射波旅行OA 所需的時(shí)間，另一部分是繞射波經(jīng)過AD 的傳播時(shí)間。多次反射波時(shí)距曲線n多次反射波時(shí)距曲線是雙曲線當(dāng)?shù)叵麓嬖趶?qiáng)波阻抗界面時(shí)（如在水域開展調(diào)查時(shí)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(diǎn)疊加：野外多次覆蓋觀測得共反射點(diǎn)疊加：野外多次覆蓋觀測得到的地震資料，室內(nèi)處理時(shí)采用水平疊加到的地震資料，室內(nèi)處理時(shí)采用水平疊加技術(shù)，最終得到水平疊加剖面。它利用校技術(shù)，最終得到水平疊加剖面。它利用校正后剩余時(shí)差的差異，壓制多次反射。正后剩余時(shí)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(diǎn)時(shí)距水平界面的共反射點(diǎn)時(shí)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(diǎn)共反射點(diǎn)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(shí)差正常時(shí)差：某個接收點(diǎn)：某個接收點(diǎn)t觀測到的時(shí)間與觀測到的時(shí)間與t0時(shí)間之差時(shí)間之差2200022020()()2 22nXtttttVtXXhV t X為炮檢距，為炮檢距，t0為自激自發(fā)時(shí)間為自激自發(fā)時(shí)間02htV動校正：將每一個接收點(diǎn)的時(shí)間減去它的正常時(shí)差動校正：將每一個接收點(diǎn)的時(shí)間減去它的正常時(shí)差nntt傾斜界面（下傾）的共中心點(diǎn)時(shí)距曲線方程：傾斜界面（下傾）的共中心點(diǎn)時(shí)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(shí)差：做過動校正后的反射時(shí)間與共中心點(diǎn)剩余時(shí)差：做過動校正后的反射時(shí)間與共中心點(diǎn)處的處的t0m之差：之差：00()()rrrttttttttt tr為波的旅行時(shí)間，為波的旅行時(shí)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(shí)間波的旅行時(shí)間多次波剩余時(shí)差公式多次波剩余時(shí)差公式2dtqx其中其中q為剩余時(shí)差系數(shù)。為剩余時(shí)差系數(shù)。 多次波的剩余時(shí)差是按照多次波的剩余時(shí)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(guān)：因素有關(guān)：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(diǎn)時(shí)距曲線由

14、于采用一次反射波的速度進(jìn)行）共反射點(diǎn)時(shí)距曲線由于采用一次反射波的速度進(jìn)行動校正，動校正后剩余時(shí)差為零，各道反射波相位相同，動校正，動校正后剩余時(shí)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(qiáng)；因而一次反射波疊加后得到加強(qiáng)；（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(shí)差，各道的多次波其它規(guī)則干擾波動校正后存在剩余時(shí)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(jī)干擾，由于其出現(xiàn)帶有隨機(jī)性，疊加時(shí)能）對于隨機(jī)干擾，由于其出現(xiàn)帶有隨機(jī)性，疊加時(shí)能互相抵消一部

15、分，因而疊加后能使隨機(jī)干擾相對削弱。互相抵消一部分，因而疊加后能使隨機(jī)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，速度誤差的影響越小；n3、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(shí)差地層傾斜的影響n當(dāng)?shù)貙觾A斜時(shí)，對水平疊加效果的影響可歸結(jié)為兩方面：n1、共反射點(diǎn)分散的影響；n2、把傾斜面當(dāng)作水平面計(jì)算動校正造成校正不準(zhǔn)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(shí)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(shí)間n（4）均方根速度-可使得層狀非均勻介質(zhì)中反射波時(shí)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(shí)距曲線符合雙曲線的介質(zhì)速度，即根據(jù)共中心點(diǎn)時(shí)距曲線求得的速度。n瞬時(shí)速度ddsvt層速度n層速度實(shí)際上等于均勻介質(zhì)中瞬時(shí)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(shí)間之比，即111111nnniii iiiiavnnniiiiiiihhvtvhttvn我們從另一角度來看看平均

17、速度。設(shè)有n 層水平層狀介質(zhì)，在O 點(diǎn)激發(fā)，在S點(diǎn)接收，我們先作出炮點(diǎn)O 的虛密度O*并假設(shè)地震波在傳播時(shí)按直線傳播即波從O 入射到Rn界面上某一點(diǎn)P時(shí)OP就為直線，這時(shí)波從OP，再PS 所在的路程相全于波*所走的總路程，設(shè)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(shí)間之比，則有 *12*1211212112.2(.)coscoscoscoscoscos2(.).nniniavnnilllnO SinihhhhlllO Svhhhhttttvvvv等效速度n傾斜界面的時(shí)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(diǎn)反射波時(shí)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(jié)構(gòu)，疊加速度有具體的含義 構(gòu)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(guān)系的曲線。n根據(jù)共中心點(diǎn)時(shí)距曲線求得的速度叫做疊加速度。因?yàn)榀B加是經(jīng)動校正后進(jìn)行的，疊加振幅的大小與所用的速度值關(guān)心密切。動校正用的速度合適，則疊加后有效波的能量最強(qiáng)，這時(shí)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