地震勘探资料的理论基础

1、 重点掌握重点掌握 一道地震记录的形成以及水平一道地震记录的形成以及水平迭加剖面的形成及其特点；断棱绕迭加剖面的形成及其特点；断棱绕射波的主要特点；地震勘探的水平射波的主要特点；地震勘探的水平分辨率和垂直分辨率。分辨率和垂直分辨率。 掌握：之倾角、侧倾角及侧线掌握：之倾角、侧倾角及侧线之间的关系；真深度，法线深度、之间的关系；真深度，法线深度、视深度之间的关系；地震剖面的偏视深度之间的关系；地震剖面的偏移现象；掌握各种偏移方法原理。移现象；掌握各种偏移方法原理。要求了解弯曲界面反射波的特点。要求了解弯曲界面反射波的特点。 第六章第六章 地震勘探资料的理论基础地震勘探资料的理论基础 目目 录录第

2、一节第一节 地震剖面的形成及特点地震剖面的形成及特点 第二节第二节 地震绕射波和物理地震学地震绕射波和物理地震学 第三节第三节 地震勘探的分辨能力地震勘探的分辨能力 第一节第一节 地震剖面的形成及特点地震剖面的形成及特点 一、地震记录的形成一、地震记录的形成震源产生的信号传播一段时间后，波形趋震源产生的信号传播一段时间后，波形趋于稳定，我们称这时的地震波为地震子波。于稳定，我们称这时的地震波为地震子波。地震子波：地震子波：爆炸时产生的尖脉冲，在爆炸点附近的介质爆炸时产生的尖脉冲，在爆炸点附近的介质中以冲击波的形式传播，当传播到一的距离中以冲击波的形式传播，当传播到一的距离后，波形逐渐稳定，我们

3、称时的地震波为地后，波形逐渐稳定，我们称时的地震波为地震子波。震子波。 地震波在传播过程中，其振幅会因各种原地震波在传播过程中，其振幅会因各种原因而衰减，但波形的变化是很小的，在一因而衰减，但波形的变化是很小的，在一定的条件下，可以看成不变。定的条件下，可以看成不变。地震子波在向下传播的过程中，遇到波阻地震子波在向下传播的过程中，遇到波阻抗界面会发生反射和透射，最后，地震子抗界面会发生反射和透射，最后，地震子波从地下各个反射面反射回来。波从地下各个反射面反射回来。 这些反射回来的子波在波形上，严格讲是有这些反射回来的子波在波形上，严格讲是有差别的，近似地可以认为一样，并且这些反差别的，近似地可

4、以认为一样，并且这些反射子波在振幅上有大有小（主要决定于反射射子波在振幅上有大有小（主要决定于反射界面的反射系数），极性有正有负（决定于界面的反射系数），极性有正有负（决定于子波反射系数的正负），到达时间有先有后子波反射系数的正负），到达时间有先有后（决定于界面的深度和波速）。（决定于界面的深度和波速）。反射系数：反射系数：iiiiiiiiiiiiZZZZK111111另外，地下地层的厚薄对于记录面貌的形成另外，地下地层的厚薄对于记录面貌的形成也有影响。设地震子波的延续时间为也有影响。设地震子波的延续时间为 ,穿穿出岩层的时间为出岩层的时间为 。t如图：如图：S点接收到的来自点接收到的来自R1

5、，R2，R3界面的地震子界面的地震子波，相互迭加的结果，波，相互迭加的结果，+的复波。的复波。 岩层较厚，岩层较厚， 同一接收点收到的来自界同一接收点收到的来自界面面R1和和R2的两个反射面也可以分开。形成的两个反射面也可以分开。形成2个单波。保留着各自的波形特征。这种情况，个单波。保留着各自的波形特征。这种情况，一般较少。一般较少。t岩层较薄时，岩层较薄时， RO*AO*整条绕射波时距曲线在反射波时整条绕射波时距曲线在反射波时距曲线的上方。距曲线的上方。以上指出的绕射波时距特点，绕射波时距以上指出的绕射波时距特点，绕射波时距曲线与反射波时距曲线关系，对于我们在曲线与反射波时距曲线关系，对于我

6、们在一张共炮点地震记录上识别绕射波是很有一张共炮点地震记录上识别绕射波是很有用的。用的。一般情况下，则线不一定与断棱垂直，这时一般情况下，则线不一定与断棱垂直，这时绕射波特征曲线特点同。绕射波特征曲线特点同。测线方向与数据棱走向之间的夹角有关。测线方向与数据棱走向之间的夹角有关。图：图：h=2000,v=2400,下，不同下，不同 角（测线与角（测线与垂直断棱之间的夹角），所对应的绕射波垂直断棱之间的夹角），所对应的绕射波时距曲线。时距曲线。 越小，时距曲线弯曲程度越大。即：测越小，时距曲线弯曲程度越大。即：测线与断棱正交。（线与断棱正交。（ =0）绕射时距曲线最）绕射时距曲线最陡陡温暖线与断

7、棱平行（温暖线与断棱平行（ = ），绕射波时距），绕射波时距曲线最缓。曲线最缓。o90三、水平迭加剖面上折射波的特点三、水平迭加剖面上折射波的特点讨论折射波等异常波的目的是要了解它们讨论折射波等异常波的目的是要了解它们的特点，以便对它们进行压制，识别或利的特点，以便对它们进行压制，识别或利用。因此，讨论折射波在在水平迭加剖面用。因此，讨论折射波在在水平迭加剖面上的特点最有实际意义。上的特点最有实际意义。进行水平迭加时，不管是反射波还是折射进行水平迭加时，不管是反射波还是折射波，都按平界面反射波动校可量公式进行波，都按平界面反射波动校可量公式进行校正，然后再进行共中心点迭加。校正，然后再进行共中

8、心点迭加。思路：思路：定量分析：定量分析：折射波按平其齐界面一次波动校正后剩余折射波按平其齐界面一次波动校正后剩余时差。时差。 OrtrtvLxhvLxvhxvhLxvhLhxvhhLxvhhLvhhxvhLxhLvtt2222222222222222222)2(4)2(42)(2)81 (2)2)(1 ()21 (41)(1反动校正后折射波时距曲线是一条抛物线，极动校正后折射波时距曲线是一条抛物线，极小点在小点在x=2L处，处， 极小点位置会随激发点的极小点位置会随激发点的位置（位置（L的大小）的变化而变化。的大小）的变化而变化。但在时间剖面上，是把炮检距为但在时间剖面上，是把炮检距为x的道

9、的道 的波的波形画在形画在x/2,处，处，在时间剖面上，动较正后在时间剖面上，动较正后与绕射波时距曲线的极小点又正好移回到与绕射波时距曲线的极小点又正好移回到绕射点上，并不管炮点的位置如何变化，绕射点上，并不管炮点的位置如何变化，极小点位置都保持不变。极小点位置都保持不变。 动校正后，绕射波的极小点位置，极小点时动校正后，绕射波的极小点位置，极小点时间，以及曲线上的各点相对于极小点时间的间，以及曲线上的各点相对于极小点时间的剩余时差等，在时间剖面上的与激发点的位剩余时差等，在时间剖面上的与激发点的位置无关。置无关。结论：结论：即：不同位置激发所得以的动校正后的绕射即：不同位置激发所得以的动校正

10、后的绕射波的时距曲线在时间剖面上是重合的。波的时距曲线在时间剖面上是重合的。在水平迭加的剖面上，反射波得到加强。在水平迭加的剖面上，反射波得到加强。即：在水平迭加剖面上，绕射波显示得更即：在水平迭加剖面上，绕射波显示得更加清楚。加清楚。水平迭加剖面上绕射波同相轴极小点位置，水平迭加剖面上绕射波同相轴极小点位置，反映断棱位置，利用此特点，研究断层，确反映断棱位置，利用此特点，研究断层，确定断点位置。定断点位置。又：又：四、物理地震学的基本思路四、物理地震学的基本思路在本节前面的讨论中，只涉及绕射波的时在本节前面的讨论中，只涉及绕射波的时距曲线问题距曲线问题绕射波的动力学特点。绕射波的动力学特点。

11、至于绕射波动力学问题没有进行讨论。至于绕射波动力学问题没有进行讨论。R点点产生的绕射波，在测线上观测时，各点所产生的绕射波，在测线上观测时，各点所接收到的接收到的R绕射波在能量上是否一样？绕射波在能量上是否一样？人们通过对大量生产工作，试验工作的总人们通过对大量生产工作，试验工作的总结及理论研究，推出一套物理地震学理论结及理论研究，推出一套物理地震学理论。首先介绍一下物理地震学的基本概念，并从首先介绍一下物理地震学的基本概念，并从物理地震学观点出发进一步说明绕射波的性物理地震学观点出发进一步说明绕射波的性质。质。反入长期以来，我们主要从几何地震学的观点长期以来，我们主要从几何地震学的观点来解释

12、地震波，认为地震波沿来解释地震波，认为地震波沿“射线射线”路路径在介质中传播，入射到分界面时，按径在介质中传播，入射到分界面时，按 发生反射，并认为：地面上某点接收到的发生反射，并认为：地面上某点接收到的反射波是来自地下界面上的某点。反射波是来自地下界面上的某点。构造简单地区：构造简单地区：用几何地震学的观点计算地用几何地震学的观点计算地震记录是行之有效的。震记录是行之有效的。 小断块发育构造复杂地区：小断块发育构造复杂地区：用几何地震学用几何地震学的观点计算，许多现象不好解释，有局限的观点计算，许多现象不好解释，有局限性。性。物理地震学观点：物理地震学观点：对反射波形成解释，地震波是一个波动

13、，不对反射波形成解释，地震波是一个波动，不能简单地把它看成是沿射线传播，地震波从能简单地把它看成是沿射线传播，地震波从震源出发，以球面波的方式向下传播到达反震源出发，以球面波的方式向下传播到达反射界面射界面S，S可以看成由许多小面积元组成的可以看成由许多小面积元组成的（ 大小接近地震波的波长大小接近地震波的波长70100米）。米）。s每个小面积元都可以看成是一个绕射体，每个小面积元都可以看成是一个绕射体，（由惠更斯原理）每个小面积元都可以看（由惠更斯原理）每个小面积元都可以看成是一个小点震源，并发出一系列的球面成是一个小点震源，并发出一系列的球面子波向四面八方传播。对于地面上的某个子波向四面八

14、方传播。对于地面上的某个接收点接收点P来说，它所收到的反射波就是来来说，它所收到的反射波就是来自自S面上的每个小面积元产生绕射波，在面上的每个小面积元产生绕射波，在P点迭加的结果。因此，点迭加的结果。因此，P点收到的能量点收到的能量并不只是来自地下反射界的某一点，而是并不只是来自地下反射界的某一点，而是界面上的所有点。界面上的所有点。 总之，物理地震学的基本观点认为绕射是总之，物理地震学的基本观点认为绕射是最基本的，反射波是反射界面上所有小面最基本的，反射波是反射界面上所有小面积产生的绕射的总和。物理地震学的概念积产生的绕射的总和。物理地震学的概念与几何地震学的概念并不矛盾。与几何地震学的概念

15、并不矛盾。二者的适用范围主要取决于所勘探的断块二者的适用范围主要取决于所勘探的断块大小与地震波波长的大小两者的关系。大小与地震波波长的大小两者的关系。当断块的大小比地震波波长大得多时，几当断块的大小比地震波波长大得多时，几何地震学行之有效。何地震学行之有效。几何地震学只研究运动学问题，不能保留波几何地震学只研究运动学问题，不能保留波的动力学特性，对复杂的地构造产生的动力学特性，对复杂的地构造产生 的复的复杂的波场不能做出正确的解释。物理地震学杂的波场不能做出正确的解释。物理地震学处理地震波场时，既考虑了波的传播时间，处理地震波场时，既考虑了波的传播时间，也考虑了波的强度，同时的研究运动学问题也

16、考虑了波的强度，同时的研究运动学问题和动力学问题和动力学问题 。当断块很小，与地震波波长相当时，地震波当断块很小，与地震波波长相当时，地震波波动特点表现得很突出，用物理地震学观点波动特点表现得很突出，用物理地震学观点来计算小断块构造的各种地震波特点。来计算小断块构造的各种地震波特点。另一点差别：另一点差别：因此，有可能对复杂的地质体产生的波场作因此，有可能对复杂的地质体产生的波场作出正确的计算。出正确的计算。从物理地震学的观点，关于绕射波的性质，从物理地震学的观点，关于绕射波的性质，绕射波与反射波的关系等主要有以下几点绕射波与反射波的关系等主要有以下几点结论：结论：1）几何的点或线不能产生绕射

17、波）几何的点或线不能产生绕射波实际上被记录到的，具有一定能量的绕射波，实际上被记录到的，具有一定能量的绕射波，是由具有一定面积的界面产生的。所以一个是由具有一定面积的界面产生的。所以一个绕射体必须大到与一个地震波波长相当的程绕射体必须大到与一个地震波波长相当的程度或更大些，才能产生可观度或更大些，才能产生可观 的绕射能量。的绕射能量。2)短反射段的反射波相当于点绕射短反射段的反射波相当于点绕射两个半幅射点是断点位置两个半幅射点是断点位置短反射段：短反射段：反射段长度反射段长度2a，地震波波长为，地震波波长为 ，界面深度为界面深度为H三者之间满足三者之间满足 211012Ha短反射时距曲线几乎和

18、几何点绕射一样。它短反射时距曲线几乎和几何点绕射一样。它与几何点绕射有本质的区别。与几何点绕射有本质的区别。它是由相距比较近的两个断点形成它是由相距比较近的两个断点形成 的，所的，所以在时间剖面上见到有极小点的对称又支以在时间剖面上见到有极小点的对称又支绕射绕射是短反射段的反映，它不代表断是短反射段的反映，它不代表断棱点，是还没有破碎的小断点。（它的中棱点，是还没有破碎的小断点。（它的中央振幅与反射段长度成正比，长度为零，央振幅与反射段长度成正比，长度为零，振幅也为零。）振幅也为零。） 3）长反射段）长反射段 满足满足 关系的反射段称为长反射段。关系的反射段称为长反射段。212Ha一个主体，两

19、个尾巴绕射波与主体的切点一个主体，两个尾巴绕射波与主体的切点为断点。为断点。特点：特点：长反射段的终断点产生左右两支绕射，两支长反射段的终断点产生左右两支绕射，两支的相位相差的相位相差180度。（断点的振幅为正常振度。（断点的振幅为正常振幅的一半）在断点处的绕射波与反射波相连，幅的一半）在断点处的绕射波与反射波相连，形成形成”层断波不断，绕射连反射层断波不断，绕射连反射”现象。现象。水平粗线一个水平反射同相轴（用水平粗线一个水平反射同相轴（用V表示）表示）在断点处产生绕射波（在断点处产生绕射波（D）。沿反射段延）。沿反射段延伸方向为绕射波正半支，沿反射段延伸方伸方向为绕射波正半支，沿反射段延伸

20、方向为绕射波负半支。向为绕射波负半支。 在多次迭加剖面上，在多次迭加剖面上，反射波与绕射波切点为断点位置。反射波与绕射波切点为断点位置。如图：如图：所以：长反射段是所以：长反射段是“一个主体，两个尾一个主体，两个尾巴巴”， 主体是反射波，尾巴是绕射波的正主体是反射波，尾巴是绕射波的正半支。半支。4）除去无限延伸反射系数不变的平面以外，）除去无限延伸反射系数不变的平面以外，任何地下反射体都能产生绕射波。任何地下反射体都能产生绕射波。构造越复杂，埋得越深，绕射现象越严重。构造越复杂，埋得越深，绕射现象越严重。也就是说，只要反射界面发生突变，在一定也就是说，只要反射界面发生突变，在一定条件下就会产生

21、绕射。条件下就会产生绕射。五、地震绕射波的识别和利用五、地震绕射波的识别和利用 前面讨论的关于绕射波在水平前面讨论的关于绕射波在水平 迭加剖面上迭加剖面上的运动不学和动力学特点，就是我们识别的运动不学和动力学特点，就是我们识别绕射波的主要依据。绕射波的主要依据。此外，还经常采用一两种鉴别绕射波的办此外，还经常采用一两种鉴别绕射波的办法。法。 一种是利用绕射波时距曲线上的时间值，一种是利用绕射波时距曲线上的时间值，画反射界面的剖面，如是绕射波，则几个画反射界面的剖面，如是绕射波，则几个圆弧应交于一点。圆弧应交于一点。对断棱绕射波，如测线与断棱不正交，画对断棱绕射波，如测线与断棱不正交，画剖面的圆

22、弧不交于一点，交成一个小三角剖面的圆弧不交于一点，交成一个小三角形。形。注意注意 ：画剖面时，必须采用极小点的画剖面时，必须采用极小点的 所对应的所对应的平均速度。平均速度。0t另一种在一定的假设条件下计算一套绕射另一种在一定的假设条件下计算一套绕射波时距曲线量板，然后把实测的绕射波时波时距曲线量板，然后把实测的绕射波时距曲线与理论时距曲线比较，这样来鉴别距曲线与理论时距曲线比较，这样来鉴别绕射波和确定绕射点的深度。在水平迭加绕射波和确定绕射点的深度。在水平迭加剖面上，绕射波显示得较清楚，为利用绕剖面上，绕射波显示得较清楚，为利用绕射波来识别断层、确定断点提供了有利条射波来识别断层、确定断点提

23、供了有利条件。件。 比如古潜山顶面绕射波较发育，正确认识比如古潜山顶面绕射波较发育，正确认识和计算绕射波，对研究古潜山很重要。在和计算绕射波，对研究古潜山很重要。在侵入体边沿或礁块边沿，绕射波也会大量侵入体边沿或礁块边沿，绕射波也会大量出现。出现。从宏观上反映了侵入体的边界。若经过偏从宏观上反映了侵入体的边界。若经过偏移迭加，则绕射波收敛，侵入体边界更清移迭加，则绕射波收敛，侵入体边界更清晰。晰。 第三节第三节 地震勘探的分辨能力地震勘探的分辨能力 。（横向）位置和边界的精确程度大小、平方向能分辨地质体的水平方向分辨：指沿水（纵向）最薄的层。录沿垂直方向能分辨的垂直分辨：指用地震记一、分辨能力

24、及其意义一、分辨能力及其意义地震勘探的分辨能力：地震勘探的分辨能力：为了更细致地研究地下地质情况，要求地为了更细致地研究地下地质情况，要求地震勘探的分辨能力越高越好。（震勘探的分辨能力越高越好。（ 越越小越好），我们弄清楚影响分辨能力的各小越好），我们弄清楚影响分辨能力的各种因素，就有可能通过各种办法提高分辨种因素，就有可能通过各种办法提高分辨能力能力 。sh ,二、垂直分辨率（垂向分辨能力）二、垂直分辨率（垂向分辨能力） 1、表示方法：、表示方法： 设地震子波延续时间为设地震子波延续时间为 ，垂直通过地，垂直通过地层的双稳时间为层的双稳时间为 ，可以用比较，可以用比较 和和 的的办法来表示垂

25、向分辨能力。办法来表示垂向分辨能力。tt当当 时，在地震记录上可以分辨出这个时，在地震记录上可以分辨出这个地层上下界面的反射波。当地层上下界面的反射波。当 时子波较尖锐，时子波较尖锐，延续短延续短t22hvvh2、n=2(这种情况是常见的这种情况是常见的)，要能分辨，要能分辨 厚厚地层，有地层，有 hthvvh223、n=3(这种情况是少见的这种情况是少见的)，要能分辨应，要能分辨应有：有： t2332hvvh即：从时间分辨能力的观点，子波视周期即：从时间分辨能力的观点，子波视周期不同，相应的薄层定义也不同。不同，相应的薄层定义也不同。根据地震不同视周期数可以导出以上三式根据地震不同视周期数可

26、以导出以上三式的关系。的关系。影响地震记录分辨能力的因素很多。影响地震记录分辨能力的因素很多。2、影响因素、影响因素影响影响 的主要因素的主要因素 ：震源特性。大地滤波，：震源特性。大地滤波，记录仪器特性等。记录仪器特性等。t影响影响 的因素：主要是地层的波速的因素：主要是地层的波速 v，和，和地层厚度地层厚度 （ ）在同一种岩层中，）在同一种岩层中， 利用横波勘探对于同一种岩层，利用横波勘探对于同一种岩层，可以分辨的厚度就更小些。即：可以提高垂可以分辨的厚度就更小些。即：可以提高垂向分辨能力。这也是横波法所具有的优点之向分辨能力。这也是横波法所具有的优点之一。一。hvh2psvv针对这些因素

27、，可以选择合适的激发条件，针对这些因素，可以选择合适的激发条件，使地震波具有较高的频率。使地震波具有较高的频率。在资料处理中，采用反褶积方法，压缩地震在资料处理中，采用反褶积方法，压缩地震延续时间等等。延续时间等等。还要指出，勘探深层总是比较困难的，部还要指出，勘探深层总是比较困难的，部分原因是深层的波速分原因是深层的波速 V大，地震会到深层频大，地震会到深层频率也明显降低，因此，同们厚度的地层，率也明显降低，因此，同们厚度的地层，在线可以分辨，在深处不一定能分辨。在线可以分辨，在深处不一定能分辨。三、水平健身的分辨能力三、水平健身的分辨能力水平分辨率从几何观点来看，地震波沿射水平分辨率从几何

28、观点来看，地震波沿射线传播，地面上一点只收到地上面上一个线传播，地面上一点只收到地上面上一个点的反射，那么，分辨率是极高的。点的反射，那么，分辨率是极高的。从物理地震学的观点，地震波的一个波动，从物理地震学的观点，地震波的一个波动，在地面上一点可以接收到地下许多点来的在地面上一点可以接收到地下许多点来的绕射波。绕射波。当炮炸激发地震后，地面上一个收到的可以当炮炸激发地震后，地面上一个收到的可以“分米分米”的发射，是来自某一范围内绕射子的发射，是来自某一范围内绕射子波迭加的结果，则水平方向的分辨力就是该波迭加的结果，则水平方向的分辨力就是该范围的大小，再小就无法分辨。范围的大小，再小就无法分辨。

29、如图：如图：在在O点自激自收，到达点自激自收，到达O点最快的是来自界点最快的是来自界面上面上 点的绕射波，界面上在点的绕射波，界面上在 两侧的绕射两侧的绕射子波到达子波到达O点的时间要依次稍晚一些，离点的时间要依次稍晚一些，离开开 点一定距离的点，若它产生的绕射波与点一定距离的点，若它产生的绕射波与 产生的绕射波，到达产生的绕射波，到达O点时差达到半个周点时差达到半个周期，就不能起相互加强的作用。期，就不能起相互加强的作用。ooo若在界面上若在界面上 点两侧的点两侧的C， 点产生的绕射点产生的绕射子波与子波与 点产生的绕射子波到达点产生的绕射子波到达O点的时差点的时差为为T/2，则认为，则认为

30、C， 以内的点产生的绕射子以内的点产生的绕射子波在波在O点是加强的，点是加强的，C， 以内的点产生的以内的点产生的绕射波在绕射波在O点不再相互加强，我们以点不再相互加强，我们以O为圆为圆心，心， 为半径画圆，则：在反射界面上画为半径画圆，则：在反射界面上画出的范围（圆内包括的界央段出的范围（圆内包括的界央段 ），叫），叫做产生的波在界面上的（第一）菲涅尔带做产生的波在界面上的（第一）菲涅尔带。 ooCCCCCCC菲涅尔带：菲涅尔带：即：即：O点自激自收接收到点自激自收接收到 的反射，实际上的反射，实际上是来自界面上是来自界面上 范围内所有的点。范围内所有的点。CC小于这个范围的地质体在时间剖面上是不小于这个范围的地质体在时间剖面上是不可能准确地分辨出来。可能准确地分辨出来。菲涅尔带半径：（用波长表示）菲涅尔带半径：（用波长表示）所以：所以：C点比点比 的反射到达地面晚的反射到达地面晚T/2.o222_2_4hhOCDOOCT/2的时间为双倍的时间为双倍CD路程行走的时间。路程行走的时间。441.221_TVVTCDo其中，其中，D与与 在同一等相位面上。在同一等相位面上。菲涅尔半径：菲涅尔半径： 如果如果h ,略去略去 项项2hOC21_实际的勘探精度与上述结论是相当符合的。实际的勘探精度与上述