第四節(jié)低速帶測定及海上勘探

第四節(jié)低速帶測定及海上勘探第一頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五主要內(nèi)容低速帶存在及其影響淺層折射法測定低速帶參數(shù)基本原理微地震測井海上地震反射波法野外工作概述海上地震勘探特殊干擾波海上震源海上定位第二頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五一、低速帶存在及其影響在地表附近一定深度范圍內(nèi)，地震波的傳波速度往往要比它下面的地層地震波速度低得多，這個(gè)深度范圍的地層稱為低速帶。低速帶的存在對地震波能量有強(qiáng)烈吸收作用，產(chǎn)生散射及噪音，并使反射波旅行時(shí)顯著增大。由于低速帶的厚度和波速都會(huì)沿測線方向變化，因而導(dǎo)致反射波時(shí)距曲線形狀的畸變。第三頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五在低速帶底部有明顯的速度突變，使地震射線劇烈彎曲，因此無論在低速帶下部從什么方向向上入射的射線，通過低速帶后都變成近于垂直出射到地面。在地震勘探中，討論反射波時(shí)距曲線時(shí)，實(shí)際上做了一系列假設(shè)的。如，覆蓋介質(zhì)是均勻的、界面是平面、激發(fā)點(diǎn)和接收點(diǎn)都在同一平面上等等，這些條件常常并不能嚴(yán)格滿足。地震勘探的生產(chǎn)實(shí)踐顯示，無論是地表相對平坦的我國東部地區(qū)，還是地表?xiàng)l件十分復(fù)雜（沙漠、戈壁、黃土塬、山前地帶等等）的西部地區(qū)，低速帶測定都是野外工作的重要內(nèi)容之一。第四頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五為了校正低速帶存在對地震波傳播時(shí)間和其它特點(diǎn)的畸變影響，就要對低速帶的層數(shù)、厚度、波速進(jìn)行測定，為進(jìn)行必要的校正提供參數(shù)。（靜校正處理的目的之一就是使校正后的資料盡量滿足地震勘探原理的基本假設(shè)條件）表層調(diào)查方法一般分為地震勘探方法和非地震勘探方法。地震勘探方法常見的有淺層折射法、微地震測井，近年又發(fā)展了小反射法、面波法、大折射法、基于初至的回折波法和層析反演法等等；非地震勘探方法常見有地面地質(zhì)調(diào)查、地質(zhì)雷達(dá)、大地電磁測深等方法。第五頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五二、淺層折射法測定低速帶低速帶底界是一個(gè)良好的折射界面，這為我們提供了用折射法勘查低速帶的可能性。在兩層介質(zhì)(即只有低速帶)的情況下，通過用折射波法觀測，可以得到一條直達(dá)波時(shí)距曲線和一條折射波時(shí)距曲線，以它們作為基礎(chǔ)資料，可按下列步驟求得低速帶參數(shù)。第六頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五第七頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五(1)從直達(dá)波時(shí)距曲線可求出第一層(低速帶)的V0(2)從折射波時(shí)距曲線斜率可求出低速帶下的高速層速度V1第八頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五把折射波的時(shí)距曲線延長與t軸相交，得交叉時(shí)ti，因?yàn)橛炙郧蟪鯲0、V1、

ti后，就可計(jì)算出h0第九頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五對三層介質(zhì)，即同時(shí)存在低速帶、降速帶的情況，可按下列步驟求得低速帶和降速帶的參數(shù)：①用直達(dá)波時(shí)距曲線計(jì)算出低速帶波速V0②用折射波I的時(shí)距曲線計(jì)算出降速帶波速V1③用折射波II的時(shí)距曲線計(jì)算出基巖波速V2④用折射波I的交叉時(shí)ti1求得低速帶厚度h0⑤延長折射波II的時(shí)距曲線，得交叉時(shí)ti2求降速帶厚度h1第十頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五第十一頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五第十二頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五淺層折射實(shí)際上是折射波法在測定低速帶中的應(yīng)用。由于一般低速帶厚度不大，所以低速帶底界的高速層折射波盲區(qū)較小，故此低速帶總的接收長度可以較短，也就是說野外施工時(shí)，排列可以短些，所以有“小排列”或“小折射”之稱。淺層折射的野外施工要求較嚴(yán)格:要求排列要直檢波器埋置條件要盡量一致炮點(diǎn)、檢波點(diǎn)高程應(yīng)該盡量一致第十三頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五淺層折射的排列形式，可根據(jù)試驗(yàn)所獲得的低速層其厚度和速度的不同而變化，一般有兩種：(1)第一種，排列中的道距兩頭小中間大這是由于在炮點(diǎn)附近直達(dá)波時(shí)距曲線視速度很低，用較小的接收道距才能清楚地反映直達(dá)波時(shí)距曲線的形狀，便于波的對比識別。對于低速帶底界高速層的折射波因視速度大，要用較大的接收道距才能滿足精度要求。第十四頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五這種方法的優(yōu)點(diǎn)是可以兩邊放炮，獲得互換的折射波時(shí)距曲線；缺點(diǎn)是遠(yuǎn)離炮點(diǎn)處的道距太小，排列長度受到限制。第十五頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五(2)第二種，排列中的道距采用一頭小，一頭大，即近炮點(diǎn)處接收道距較小，遠(yuǎn)離炮點(diǎn)的接收道距增大。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是可以增大排列長度，有利于記錄直達(dá)波和追蹤高速層，充分利用每個(gè)接收道；缺點(diǎn)是效率很低，且單邊放炮精度不高，若需要兩頭放炮時(shí)，還需改變排列，即把大小道距重新安排。第十六頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五排列長度一般考慮高速層的埋藏深度，并根據(jù)高速層折射波的時(shí)距曲線是否有足夠長的長度而定。往往把排列長度定為低速層總厚度的8～10倍，對于十幾米左右厚度的低速帶來說，排列長度100～200米左右便可以了?？傊帕虚L度和道間距的選擇，以必須保證低速帶的直達(dá)波及高速層折射波都能記錄到為原則。第十七頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五由于測定低速帶的目的是為了對反射波法的觀測結(jié)果進(jìn)行校正，因此小折射的排列應(yīng)最好在反射波法的原排列地方進(jìn)行鋪設(shè)，在低速帶分布均勻的地區(qū)，可每隔一定地段放一個(gè)排列即可。在低速帶變化較大的地區(qū)，則應(yīng)多布置一些排列，以確保取準(zhǔn)取全低速帶資料，生產(chǎn)中往往先取低速帶資料后作反射波法觀測，也有在與反射波法勘探的同時(shí)，在排列上先放小折射，后放大排列的反射。第十八頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五淺層折射一般采用淺坑爆炸，藥量在保證初至波清晰的基礎(chǔ)上盡量減少，對于不同的地區(qū)激發(fā)條件不同，一般在0.2至數(shù)公斤范圍內(nèi)，坑深在20～50厘米左右。應(yīng)盡量縮小炮點(diǎn)至首道的距離，不使低速帶的直達(dá)波在記錄中漏掉。由于各地區(qū)表層條件差異很大，因此在小折射施工時(shí)的激發(fā)條件及接收條件都需要經(jīng)過試驗(yàn)而選擇。第十九頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五接收時(shí)必須注意使各道都能夠清晰地辨認(rèn)直達(dá)波或折射波的初至，應(yīng)消除地震道間的相互感應(yīng)。淺層折射資料的整理目的，是為了得出低速帶的厚度、速度。關(guān)鍵是通過時(shí)距曲線圖求出各層速度和折射交叉時(shí)。第二十頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五求取交叉時(shí)及界面速度的方法很多有延長時(shí)距曲線求交叉時(shí)法；相遇法求交叉時(shí)；追逐法求交叉時(shí)。復(fù)合時(shí)距曲線求交叉時(shí)；差異時(shí)距曲線求界面速度等等。一般因低速帶較薄，往往呈水平狀態(tài)，所以生產(chǎn)中使用延長時(shí)距曲線法求交叉時(shí)這一簡單的方法較多。第二十一頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五注意：在生產(chǎn)實(shí)際中所獲得的折射資料，往往出現(xiàn)直達(dá)波的時(shí)距曲線不是通過坐標(biāo)原點(diǎn)，而是和坐標(biāo)原點(diǎn)有一定的距離。其原因是由于接收儀器本身存在著一定的延遲時(shí)(主要是由于電阻，電容等電子元件的延遲作用造成的)。這個(gè)儀器的延遲時(shí)也影響折射波的交叉時(shí)，因此在求取交叉時(shí)以前，應(yīng)先求出儀器的延遲時(shí)。一般說來，各臺儀器的延遲時(shí)間是不一樣的，即使同一類型的儀器延遲時(shí)間也有差別。第二十二頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五測定的方法是選一地形平坦、低速層厚度較大且較均勻分布的地段，排列和炮點(diǎn)嚴(yán)格擺成直線，量準(zhǔn)距離，檢波器距離1～2米，用雷管在地面激發(fā)，然后根據(jù)靠近炮點(diǎn)幾道的初至畫出直達(dá)波時(shí)距曲線，并延長時(shí)距曲線到t軸，這時(shí)得到的時(shí)間即為儀器初至的延遲時(shí)間。求折射波交叉時(shí)必須除去儀器初至的延遲時(shí)間的影響。第二十三頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五三、微地震測井淺層折射法，有它的不足之處，如初至折射波所得界面速度往往比層速度（真速度）大。因?yàn)槌踔敛ǚㄋ^測的，有時(shí)只是剖面上部某些高速薄層的折射波，不能反映低速帶的全貌。同時(shí)在地形復(fù)雜及低速帶變化劇烈的地區(qū)，初至波法就顯得不足。而在炮井中進(jìn)行微地震測井可以更加直接地研究低速帶的變化，因?yàn)榈卣鸩▊鞑ニ俣仍诘退賻舷掠兄黠@的差別。為了掌握低速層速度和厚度的變化規(guī)律，在有條件的情況下，可以在打穿低速帶的淺井中做微地震測井，以取得低速層的厚度和速度資料。第二十四頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五微地震測井也叫炮井地震測井。在炮井內(nèi)放炮，地面接收；或地面放炮，在炮井內(nèi)接收。由深到淺逐點(diǎn)(按一定間隔)觀測，獲得不同深度的地震記錄。對于所獲得的記錄進(jìn)行初至波對比后，即可作出t-h垂直時(shí)距曲線。地震儀激發(fā)點(diǎn)檢波器第二十五頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五根據(jù)t-h曲線斜率的不同，劃分出不同的速度層，如低速帶、降速帶(過渡帶)以及下伏高速的老地層。例如陜甘地區(qū)根據(jù)地質(zhì)資料劃分出層速度小于900米／秒為低速層，速度在1700～2100米／秒之間的為降速層，速度在3000米／秒以上的為高速的老地層。第二十六頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五上面從兩個(gè)方面介紹了低速帶的測定和計(jì)算。那么如何對所獲得的結(jié)果進(jìn)行綜合和分析呢?首先要對各種方法獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，通常微地震測井資料是作為較精確的數(shù)據(jù)，起著控制作用；其次要沿測線繪出大比例尺的剖面圖，在剖面圖上繪出主要界面并注上相應(yīng)的速度值。如果有比較多的測線作了低速帶的測定，還可以作出低速帶平面厚度變化圖。這些工作對于進(jìn)一步研究低速帶校正是很有價(jià)值的。第二十七頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五四、海上地震反射波法野外工作概述海上地震工作是把地震儀器安裝在船上，使用海上專用的電纜和檢波器，在觀測船航行中連續(xù)進(jìn)行地震波的激發(fā)和接收。海上地震工作方法發(fā)展到現(xiàn)代階段，具有這幾方面的特點(diǎn)：首先廣泛使用非炸藥震源，炸藥震源已杜絕使用；比陸上更早實(shí)現(xiàn)了野外記錄數(shù)字化；使用等浮電纜；單船作業(yè)，記錄儀器和震源在同一條船上，不需要采用松放電纜的措施就能保證連續(xù)工作。第二十八頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五其次全部采用多次復(fù)蓋技術(shù)，并且復(fù)蓋次數(shù)較高。為了適應(yīng)高復(fù)蓋次數(shù)的需要，等浮電纜的道數(shù)不斷增加。在海洋中進(jìn)行多次復(fù)蓋觀測時(shí)，觀測船的前進(jìn)速度為常數(shù)（恒速）這一點(diǎn)很重要，因?yàn)樗P(guān)系到震源的激發(fā)時(shí)間。但是船速受風(fēng)浪涌流等多種因素的影響，必須使用多普勒聲納及時(shí)調(diào)節(jié)船速才能保持它的恒定。此外，在海上連續(xù)工作的情況下，還有一些影響多次復(fù)蓋的因素。第二十九頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五因?yàn)橛捎诤Ａ鞯挠绊?，電纜與測線往往具有一定的夾角(叫做電纜偏角)，炮點(diǎn)間距也不均勻，在反射層傾角很大時(shí)，會(huì)造成道集內(nèi)反射點(diǎn)之間分散性較大。這些問題在海上地震工作中都要注意。為了減小電纜偏角的影響，測線要盡可能垂直于反射層走向，為了減小電纜偏角本身，可以在可能條件下適當(dāng)增大船速以克服側(cè)流影響。最后在海上進(jìn)行地震工作與陸上地震工作相比，很顯著的特點(diǎn)，是需要導(dǎo)航定位，沒有適當(dāng)?shù)膶?dǎo)航定位設(shè)備與技術(shù)(衛(wèi)星定位）的保證，即使地震工作本身做得很好，也會(huì)因?yàn)槿狈﹃P(guān)于測線位置的可靠資料而變得毫無價(jià)值。第三十頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五五、海上地震勘探中的干擾波在海上地震勘探中經(jīng)常觀測到一些海上特有的干擾波，如重復(fù)沖擊、交混回響、側(cè)反射、底波等。下面對它們的形成原因、性質(zhì)進(jìn)行一些討論。第三十一頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五海上三維測量要在若干條彼此相距較近且平行的二維測線（線炮）上放炮（在淺水環(huán)境下，采用陸上的條帶放炮技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集比較合適）。船航行的方向稱縱測線方向，與其垂直的稱橫測線方向。

由于側(cè)流（crosscurrent）的影響，接收電纜總要與真正的接收線向邊部漂離一定的距離（羽狀效應(yīng)）。實(shí)際的電纜位置和炮線方向（船的航行路線）之間的夾角稱為羽狀偏角（featheringangle），此夾角不總是固定不變的，即使沿著單炮的電纜亦是如此。雖然我們可以沿著測線2放炮，實(shí)際上是在與相鄰測線有關(guān)的中心點(diǎn)上記錄數(shù)據(jù)。設(shè)羽狀偏角為10°，電纜長2400米，與最遠(yuǎn)接收器有關(guān)的中心點(diǎn)偏離炮線約200米以上，這種偏離距相當(dāng)于移動(dòng)了四個(gè)50米的測線間距。第三十二頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五1、重復(fù)沖擊

震源在海水中激發(fā)所產(chǎn)生的氣泡，在靜水壓力作用下將產(chǎn)生脹縮運(yùn)動(dòng)(氣泡效應(yīng))。每次脹縮都是一個(gè)新震源。重復(fù)沖擊波在記錄上最明顯的表現(xiàn)為在初至波以后一定時(shí)間內(nèi)，再次出現(xiàn)與初至波的視速度及方向相同的振動(dòng)。如果沒有摩擦損耗，水泡也不升到水面，這個(gè)脹縮過程將無限地繼續(xù)下去。因?yàn)闅馀萆厦娴乃畬幼璧K它向上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)它的半徑很大時(shí)，氣泡的滯留深度差不多不變。當(dāng)氣泡的直徑為最小時(shí)，水的阻力也最小，氣泡以最大的速度上升。第三十三頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五2、鳴震

因?yàn)楹Ｋ砻婧秃５资莾蓚€(gè)反射系數(shù)比較大的界面，因此在夾著水層的這兩個(gè)界面之間，會(huì)形成多次反射。當(dāng)海底起伏不平時(shí)，由于地震波的散射和水層內(nèi)多次波相互干涉，會(huì)造成一種嚴(yán)重的干擾，稱為交混回響。如果海底是比較平的，反射系數(shù)比較穩(wěn)定的界面，則進(jìn)入水層內(nèi)的能量產(chǎn)生多次反射造成水層共振現(xiàn)象，稱為鳴震。它具有穩(wěn)定的似正弦形的波形，延續(xù)時(shí)間較長，會(huì)把有效波掩蓋，是海上地震工作中一種主要干擾波。第三十四頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五3、側(cè)面反射波

這是指海底潛山，水下暗礁等產(chǎn)生的反射，由于它不是我們在石油勘探中的研究對象，因而成為一種干擾。它的強(qiáng)度衰減較慢，以各種不同的視速度在整張記錄上出現(xiàn)，有時(shí)可以連續(xù)很長。這要在解釋中認(rèn)真識別。4、底波

這是與海底界面有關(guān)的面波。在淺海域，當(dāng)淤泥較厚時(shí)，常觀測到這種面波。它的特點(diǎn)是頻率和視速度都較低，而且離開海底即迅速衰減。第三十五頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五海底是個(gè)反射系數(shù)比較大的界面，因此在夾著水層的這兩個(gè)界面之間，會(huì)形成多次反射。第三十六頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五六、海上震源現(xiàn)在海上已普遍改用非炸藥震源，這是因?yàn)樵诤Ｉ系卣鸸ぷ髦?，炸藥震源有一些明顯的缺點(diǎn)。首先，前面已經(jīng)提到，炸藥在海水中爆炸會(huì)產(chǎn)生汽泡效應(yīng)，為了不產(chǎn)生重復(fù)沖擊，要通過試驗(yàn)確定炸藥的最佳沉放深度。第二，使用炸藥震源不安全，妨礙提高海上地震勘探的生產(chǎn)效率?，F(xiàn)代海上地震工作是在觀測船航行中進(jìn)行的，船速一般為5～6節(jié)，即每小時(shí)9～11公里。作單次復(fù)蓋觀測要求3～4分鐘爆炸一次，多次復(fù)蓋則必須進(jìn)一步縮短爆炸的間隔時(shí)間，甚至要十幾秒鐘一次。在這樣短促的時(shí)間內(nèi)很難將炸藥包準(zhǔn)備好，也容易產(chǎn)生事故。第三十七頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五第三，炸藥震源對海洋魚類資源有嚴(yán)重的殺傷，還會(huì)造成環(huán)境污染。鑒于這些原因，現(xiàn)在已廣泛使用非炸藥震源。第三十八頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五海上用的非炸藥震源種類很多，這里只能選擇幾種有代表性的作簡單介紹如下：電火花震源電火花震源是利用高壓電極在水中的放電效應(yīng)，使其間的水介質(zhì)形成通路，電極間放電產(chǎn)生的熱能使海水汽化，對海水產(chǎn)生巨大的沖擊力，激發(fā)出地震信號?？諝鈽屨鹪?/p>

它是將壓縮空氣在短暫的瞬間內(nèi)釋放于水中，可以和炸藥爆炸一樣，形成氣泡并造成強(qiáng)烈的地震振動(dòng)。海洋地震勘探中使用的各種空氣槍的具體結(jié)構(gòu)不完全一樣，但它們的工作原理可概括如下：第三十九頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五空氣壓縮將空氣送進(jìn)空氣槍的氣室中并達(dá)到一定的壓力。工作時(shí)，用電磁閥打開氣室，其中的壓縮空氣即迅速進(jìn)入水中形成氣泡，造成振動(dòng)。氣槍的具體結(jié)構(gòu)有兩種類型：一種是低壓大容積的空氣槍，一種是高壓小容積的空氣槍。第四十頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五無氣泡蒸汽槍無氣泡蒸汽槍震源是在海水中釋放高溫蒸汽造成地震振動(dòng)，蒸汽在海水中迅速散熱并恢復(fù)其體積可以消除氣泡效應(yīng)并達(dá)到良好的地震效果。蒸汽槍震源有許多優(yōu)點(diǎn)。這種裝置無笨重的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械或電子部件，各部分工作性能良好，無噪聲和振動(dòng)，便于使用。它消耗的是與一般輪船所用相同的燃料。激發(fā)速度的