横波勘探讲解

1、物探新方法技术（地震勘探） 第三讲：横波勘探,常规地震勘探是利用单一的纵波进行勘探。 多波勘探是指不仅利用纵波、还利用横波、转换波进行勘探，以提供有关地质、油气藏更多的信息，解决单一纵波勘探所不能解决的问题,近年来，由于勘探目标区的复杂程度大大增加，油田开发的难度也日益增大，国内外都在研究利用多波勘探。 多波勘探是近年来发展较快的新勘探方法之一。 由于采用的三分量检波器记录，不仅记录z分量，同时记录x分量和y分量，且震源也可以沿x、y、z三个方向激发，这样在地震记录上就得到了更丰富的信息，不仅可以研究岩性，还可以研究地下介质的裂缝特性，为石油天然气的精细勘探和开发服务,思考题,1) 横波有哪些

2、特点？ (2) 横波双折射的概念？ (3) 已知震源子波偏振方向、给定检波器最 大灵敏度方向下所能观测到何种类型的波？ (4) 横波有哪些应用,一、基本原理 二、资料采集 三、资料处理 四、资料应用 五、思考题参考答案,横波勘探,物探新方法技术（地震勘探,一、基本原理,1纵波、横波及转换波的特点 （1）纵波：从地震波动力学中已知，地震波在弹性介质中会产生两种波，一种是在介质中质点振动方向与波的传播方向一致的纵波， 其传播速度,一、基本原理,1纵波、横波及转换波的特点 （2）横波：另一种是介质中质点振动的方向与波传播的方向相互垂直的横波，其传播速度为,一、基本原理,1纵波、横波及转换波的特点 又

3、有两种横波： 一种是在射线平面以内传播的sh横波,一、基本原理,1纵波、横波及转换波的特点 另一种是垂直于射线平面的sv横波。 这两种横波偶合在一起，所以横波具有极化性,一、基本原理,1纵波、横波及转换波的特点 （3）转换波：当存在一个半无限弹性介质的分界面时，入射一个纵波，会产生四种波，即反射纵波、反射横波、透射纵波、透射横波。 这时的反射横波不是由横波震源产生的，而是由入射纵波转换产生的，所以叫转换波,一、基本原理,1纵波、横波及转换波的特点 （3）转换波： 它无需用横波震源，利用纵波震源，采用三分量检波器记录，就可以得到转换反射横波，利用这些方法进行勘探叫转换波反射法勘探，它大大地节省了

4、野外施工的成本和减少了施工的难度。因为纵波震源比横波震源简易得多。转换波不同于纵波的特点在于其射线路径是不对称的，其处理应有独特的方法,一、基本原理,2地震各向异性 多年来应用的地震勘探理论都是建立在各向同性、均匀、完全弹性介质的假设基础上，各向同性是指假设介质的弹性参数与波的传播方向无关。实际介质的弹性参数与波的传播方向有关，包括波传播的速度、振幅、偏振特性等，具有这种性质的介质叫各向异性介质。实际介质中存在着广泛的各向异性性质，油气勘探和开发中也是如此,一、基本原理,1）地震各向异性分类 速度各向异性：波的传播速度与传播方向有关。 在各向异性介质中，例如波沿着地层水平方向传播速度与沿着地层

5、垂直方向传播速度不同。在地震勘探中，常见的各向异性介可简化为两种,一种是横向各向同性(简称ti介质)，它具有一个垂直对称轴，在垂直于对称轴的平面内，介质是各向同性的，在其它平面内，介质是各向异性的。 如周期性的薄互层就属于此类,一、基本原理,1）地震各向异性分类 另一种是方位各向异性(简称为eda介质)：它是由平行的垂直裂隙或定向的空隙所引起的，具有水平的无限次旋转轴的介质。 还有其它的复杂的各向异性介质,一、基本原理,1）地震各向异性分类 利用牛顿定理，广义虎克定律和应变位移方程，可以导出各向异性介质中的波动方程，利用这种波动方程，就可以研究各向异性介质中的弹性波的传播规律，这里我们先从正演

6、模型来看各向异性情况下波场的特点,一、基本原理,1）地震各向异性分类 (a)ti介质中弹性波数值模拟，在均匀各向同性介质中，在同一时刻波场波前快照是个圆，表示波的传播速度各方向相同。而在各向异性介质中，波前是一个椭圆，表示波的传播速度各方向不同,一、基本原理,1）地震各向异性分类 (b)eda介质中的三维弹性波数值模拟。在eda介质中，考虑裂隙是垂直于地面的情况。理论研究表明：平行于裂隙面和垂直于裂隙面波前特征不同。首先，看平行于裂隙面的情况，取某一时刻的快照: 有纵波和横波，它们的波前面都是圆,一、基本原理,1）地震各向异性分类 (b)eda介质中的三维弹性波数值模拟。 再看垂直于裂隙面的情

7、况，取某时刻的快照:纵波和一个横波耦合在一起，称为准纵波、准横波，此时准纵波波前为菱形，而准横波为梅花状，另有一个纯横波波前面是椭圆，若既不平行也不垂直裂隙面则波场更加复杂,一、基本原理,2）横波双折射 横波的质点振动方向垂直于波的传播方向，通过传播介质时，可以引起特定方向的偏振，横波对各向异性介质很敏感，在各向异性介质中，每一条射线路径可以分裂成两种不同速度的偏振波，而且在后续的各向同性介质中，仍然保留下来,横波双折射 方位各向异性介质中横波的分裂,一、基本原理,2）横波双折射 这时出现两种横波，一种是沿平行于裂隙方向传播的s1波，一种是沿垂直裂隙方向传播的s2波，它们各自有对应的速度，前者

8、传播的速度较快，叫快横波，后者传播的速度较慢，叫慢横波,一、基本原理,2）横波双折射 由于传播的速度不同，在各向异性介质中形成快慢横波时差，振幅衰减等，这些都与各向异性性质有关(例如，裂隙方位和密度)。因此可根据快、慢波的时差、波形、振幅衰减等反过来研究裂隙的方位和密度,一、基本原理,横波双折射特点： （a）eda介质中弹性波地面地震记录模拟,一、基本原理,横波双折射特点： （b）eda介质中弹性波vsp记录模拟 第一层是各向同性介质，第二层是各向异性介质，第三层是各向同性介质,一、基本原理,小结：横波特点 （1） 垂直面内极化的sv波 在界面上有二次波型转换 （2） 水平面内极化的sh波 在

9、界面上没有波型转换，也称自生波。 （3） 转换横波p-sv,一、基本原理,3反射横波的时距曲线 （1）sh反射波的时距曲线 tos为横波的双程垂直旅行时。 是双曲线,一、基本原理,2）水平反射面上的p-sv波的时距曲线 tpo为纵波的单程垂直旅行时，tso为横波的单程垂直旅行时。 由得： 近似为一条双曲线,一、基本原理,3）倾斜反射面上的p-sv波的时距曲线 是一条二次曲线,一、基本原理,4横波的能量分配,a） =0时，61%纵波能量向下透射，39%反射； （b） 近于临界角（33度），透射能量急剧减小； （c） 临界角后，所有能量都反射了，反射纵波能量占10%， p_sv波占90%。 （d）

10、 090度，输入地下的横波能量为纵波能量的3倍,二、横波的野外观测,3多波采集方式 （1）九分量采集 真正的多波采集勘探是用三个震源(一个纵波、两个横波)激发，三分量检波器接收。这样可以得到九分量记录,二、横波的野外观测,3多波采集方式 （1）九分量采集 这样可以得到九分量记录,二、横波的野外观测,3多波采集方式 （2）四分量记录 在已作过纵波勘探的地区，可以采用四分量记录，即两个横波震源，两个横波检波器,二、横波的野外观测,3多波采集方式 （3）三分量记录 一个纵波震源，三分量检波器，也叫转换波勘探，这样记录到耦合在一起的纵波、转换波，经过波场分离可得到纵波、转换横波，大大节省了采集费用和提

11、高了效率,二、横波的野外观测,4. 观测系统 观测系统设计的主要参数包括最小炮检距、最大炮检距、道间距、覆盖次数和接收参数等。在资料处理中，缺少小炮检距的资料会降低速度分析对反射层的分辨率，而缺少大炮距的资料会降低速度分析对速度的分辨率，这都不利于确定精确的纵、横波速度比，这在设计观测系统时要加以考虑。 (1)最小炮检距。由于转换波在近炮检距的反射能量较弱，一般认为偏移距(最小炮距)应该加大。但是考虑到要接收纵波反射时，偏移距不宜过大，一般仍采用纵波观测系统所设计的偏移距,二、横波的野外观测,4. 观测系统 (2)最大炮检距。最大炮检距的选取一般与目的层的深度、目的层的转换波反射系数有关。由于

12、转换波在大入射角时才会有足够的能量，所以，一般情况下，最大炮检距要比纵波勘探的最大炮检距大。 (3)其它如道间距、覆盖次数等参数与常规纵波勘探类似。 (4)由于转换波频率较低，接收仪器的频率要比接收纵波时低一些,二、横波的野外观测,波型与地震分量之间的关系,二、横波的野外观测,x为测线方向，y为垂直测线方向,三、多波的资料处理,1. 多波资料处理流程,三、多波的资料处理,1）波场分离,理论模型,三、多波的资料处理,1）波场分离,实际记录,三、多波的资料处理,2转换波资料处理流程,三、资料处理,1）p-sv波的水平叠加问题,三、资料处理,2）共转换点道集选排 a)转换波时距方程,三、资料处理,2

13、）共转换点道集选排 b)转换点的确定 要把纵波的水平叠加技术应用到转换波中，必须找到真正的共转换点，关键是求时距方程中的xp，可推导出公式求出xp,三、资料处理,2）共转换点道集选排 c)共转换点道集的抽取,三、资料处理,2）共转换点道集选排 d)转换波速度分析 由于在转换波的处理中，转换点坐标的计算与纵波、横波速度有关，而速度分析又需要转换点道集，因此转换波的速度又分为两部分内容，先在共中心点道集上作初步速度分析，后在转换点道集上进行精细速度分析，反复迭代可求得高精度的转换横波叠加速度,三、资料处理,2）共转换点道集选排 d)转换波速度分析,三、资料处理,d)转换波速度分析三次迭代速度谱图,

14、三、资料处理,2）共转换点道集选排 e)转换波水平叠加 由于转换波路径不对称性，如要利用共转换点进行叠加，则在抽取道集时，要进行地面元的划分，面元划分的标准应当是在不影响分辨率的情况下，使得各个面元的覆盖次数尽量一致，使各面元上的炮检距变化范围一致。常规方法是以半个道间距为 面元的宽度和面元中心间距来划分面元,三、资料处理,2）共转换点道集选排 e)转换波水平叠加,四、横波资料的解释与应用,1横波和纵波层位的对比,四、横波资料的解释与应用,2纵波和横波的联合应用 （1）利用纵横波的振幅信息直接寻找油气 a）直接检测：对于含水砂岩，纵波、横波均表示弱反射，对含煤砂岩，纵、横波均为强反射，但对于含

15、气砂岩，纵波为强反射，横波为弱反射，这样就直接检测了气藏,四、横波资料的解释与应用,2纵波和横波的联合应用 （1）利用纵横波的振幅信息直接寻找油气 a）直接检测,四、横波资料的解释与应用,2纵波和横波的联合应用 （1）利用纵横波的振幅信息直接寻找油气 b)多波avo。因为地震波振幅的变化与许多因素有关，多解性很强，如果不仅用纵波也用横波、转换波，就会大大减少多解性。 多波avo是将纵波和横波的avo结合起来综合 应用，不但可以去伪存真，还可以得到更多的岩石物理参数，并能提高有些参数的精度,四、横波资料的解释与应用,2纵波和横波的联合应用 （2) 用速度比研究岩性变化 （3） 根据速度比求岩石的

16、弹性参数 （4） 由波的旅行时比和速度比之差异鉴别岩层的各向异性,四、横波资料的解释与应用,2利用横波分裂研究裂隙 前面提到地震横波入射到各向异性介质中会产生横波双折射，产生快、慢波。当地下存在含裂隙地层时，表现为各向异性，含裂隙油气储层中的裂隙分布控制油气产量，所以研究裂隙的方位、密度对油气田勘探与开发具有重要意义，利用地震波在含裂隙介质中传播的特征，可反演裂隙的参数,四、横波资料的解释与应用,2利用横波分裂研究裂隙,思考题,1横波特点 （1） 垂直面内极化的sv波 在界面上有二次波型转换 （2） 水平面内极化的sh波 在界面上没有波型转换，也称自生波。 （3） 转换横波p-sv,思考题,2 横波双折射 横波的质点振动方向垂直于波的传播方向，通过传播介质时，可以引起特定方向的