地震勘探资料的理论基础演示文稿

地震勘探资料的理论基础演示文稿1当前第1页\共有72页\编于星期四\21点2优选地震勘探资料的理论基础当前第2页\共有72页\编于星期四\21点第一节地震剖面的形成及特点当前第3页\共有72页\编于星期四\21点一、地震记录的形成震源产生的信号传播一段时间后，波形趋于稳定，我们称这时的地震波为地震子波。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，我们称时的地震波为地震子波。当前第4页\共有72页\编于星期四\21点

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。当前第5页\共有72页\编于星期四\21点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）。反射系数：当前第6页\共有72页\编于星期四\21点另外，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,穿出岩层的时间为。如图：当前第7页\共有72页\编于星期四\21点S点接收到的来自R1，R2，R3界面的地震子波，相互迭加的结果，①+②+③的复波。①

岩层较厚，>同一接收点收到的来自界面R1和R2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，一般较少。②岩层较薄时，<来自相距很近的各个反射界面的地震反射子波，到达地面一个地质点时，相互迭加，形成复波。当前第8页\共有72页\编于星期四\21点它到此已分不出哪是R1上的波形，哪是R2上的波形，哪是R3上的波形。地震记录上看到的一个反射波组，并不是简单的等于一个反射波，即：并不是来自一个界面上的反射波，而是来自一组靠得很近的界面的许多地震反射子波迭加的结果。说明：当前第9页\共有72页\编于星期四\21点在这一组靠得很近的界面中，必有起着主要作用的界面。那么，以某一个界面为主的一组靠得很近的界面，只要这些薄层的厚度和岩性一定的地段或地区是相对稳定的，则来自这组界面的许多地震反射子波的相互关系也是相对稳定的。因而，它们的迭加结果——地震记录上的反射子波组，其波组特征（相位个数，哪个相位最强等），也一定具有某些相对稳定的性质。当前第10页\共有72页\编于星期四\21点这就是地震记录面貌形成的过程。同时也说明了，地震记录上的波组与地下岩层之间既有联系又有差别的关系。上述地震记录面貌形成的物理过程。（合成地质记录）X(t)=K(t)+R(t)R(t)：测井资料当前第11页\共有72页\编于星期四\21点二、地震剖面上的各种波形的识别上面讲的是一道地震记录形成的机理，在实际工作中，用于解释的是“一张由许多地震道依次排列的地震剖面。”不同的类型和传播特点的波的同相轴，在剖面上会表现出不同的特点。这些特点，就是我们进行解释时，在地震剖面上识别各种波的依据。（外科中，在剖面识别各种波的工作中叫“波的对比”）当前第12页\共有72页\编于星期四\21点下面介绍一下各种在地震剖面上的特点1、同相性：由于同一反射波到达相邻很近的两个检波点的路程是很相近的，因而，同一反射波的相同的同相位，在相邻地震道上的到达时间也是相近的。因而，每道记录下来的振动图是相似的，所以同相轴应是一条圆滑的曲线，有一定的规律，相邻道的波形相似或渐变。（相干性）当前第13页\共有72页\编于星期四\21点同一反射波在相邻的地震道上的波形特征，主周期，相位数等是相似的。（由于震存所发出的地震子波基本相同，同一界面反射波传播路程相的这，传播过和中所经受的地层吸收等因素的影响也相近）。2、振幅显著增强由于野外采集和室内处理中，已采取了许多产增强信噪比的措施，所以在地震剖央上，反射有效波的能量一般都大于干扰背景的能量。所以反射波的能量较强。3、波形特征（动力学特征）当前第14页\共有72页\编于星期四\21点这是在地震剖面上总值别波的类型的重要依据。4、时差变化的规律：（δk）地震剖面已经过了动校正和水平迭加，可以看作自激自收记录。在地震剖面上，一次反射波同相轴是直线；绕射波和多次波同相轴仍是弯曲的，直达波、折射波（在共山岭记录上是直线）的同相轴，动较正后变成了曲线。当前第15页\共有72页\编于星期四\21点上述四个标志中，1，2两点用来识别，在地震剖面上是否有一个波出现。3，4两点可以帮助我们进一步识别波的类型特征。以及对交生这个波的界面的特点作出推断。三、水平迭加时间剖面的形成及其特点形成:1、给定中心点，抽取该中心点道集。2、动较正，使反射波时距曲线成直线。当前第16页\共有72页\编于星期四\21点目前，在资料中使用最多的最基本的仍然是水平迭加时间剖面（3D资料用经过3D偏移的3D数据体）3、水平迭加形成一道，放在中心点正下方。前面已经指出了水平迭加剖面的一些特点，下面把水平迭加剖面手工艺轧些特点小结一下。当前第17页\共有72页\编于星期四\21点经水平迭加后剖面，已相当于地面各点自己的自吸剖面。一般情况下（地层倾角小，构造简单），能直观地反映地下地质构造特征，同时也保留了各种地震波的现象和特点，为我们进行地质计算提供了直观的丰实的资料。时间剖面并不是沿线铅垂向下的地质剖面。时间剖面与地质面之间有许多重要的差别。当前第18页\共有72页\编于星期四\21点特点：①在测线上同一点，由钻井资料得到的地剖面上地层界面与时间剖面上的反射同相轴在数量上出现后置上看，常常不是一一对应。另外，时间剖面的纵坐标是t0，不是深度，（v随深度面变化）所以，时间剖面上的反射同相轴，所反映的界面形态有假象。要引入速度函数，把t0变换成h后，才能与钻井剖面或测井曲线对比。当前第19页\共有72页\编于星期四\21点②时间剖面上的反射同相轴及波形本身都包含了地下地层的构造和岩性信息。反射同相轴是与地下界面对应的，一个界面的反射特性又与界面两边的岩性有关。一个反射波并不是与一个层简单对应，而是与两个层有关。必须经过一些特殊的处理（波阻抗技术等），能把反射波包含的界面信息转换成为与“层”有关的信息。这时才能与地质和钻井资料更直接地对比。当前第20页\共有72页\编于星期四\21点③：水平迭加剖面上存在偏移现象。当界面倾斜时，水平迭加剖面上反射波的位置不与反射点的位置一致，反射点向上倾方向偏移，这种现象称为水平迭加剖面的偏移现象。偏移现象：时间剖面，当界面倾斜时，时间剖面行列的来自倾斜反射层的法线反射时间，是放在记录点的正下方。当前第21页\共有72页\编于星期四\21点图(a):深度剖面，3个水平界面，2个倾斜界面；图(b):在地面自激自收得到的时间剖面；其中，在地面0点的自激自收记录道上有5个反射，在时间剖面上把这5个反射都显示在0点的正下方。当前第22页\共有72页\编于星期四\21点④在构造复杂的地区，在时间剖面上还会出现各种异常波，如法射波，凹界面的回转波等，它们的同相轴形态与地质剖面完全不同，不能直接用来用地质解释。（必须经过严格处理才能用来解释，恢复真实面貌）但实际上，从（a）可以看出，两个反射波的反射点都不在0点正下方，而是沿界面上倾方向偏移了一段距离。当前第23页\共有72页\编于星期四\21点

第二节地震绕射波和物理地震学当前第24页\共有72页\编于星期四\21点在第一章，对层状介质、均匀介质、连续介质反射界面为平面的情况，讨论了反射波的传播规律。但是，把地层分界面看成是一些延伸很长的平滑的平面，只是对地下实际情况的一种很粗略的简化。实际上地上地质构造往往是很复杂的，由于构造运动的结果，会产生断层、不整合、地层的绕曲褶皱等。当前第25页\共有72页\编于星期四\21点由于存在这些比较复杂的构造，地下的地层界面就可能发生中断、弯曲或变得起伏不平，当地下的地质构造除了产生次反射波外，还会出现一些与复杂构造有关的地震波，如断面反射波、绕射波、回转波等等。习惯上把它们称为异常波。异常波的存在，一方面会与一次反射波发生干涉，使地震剖面的面貌复杂化，给波的对比和解释带来困难；另一方面，异常波是地下复杂的地质构造引起的，必须同地下复杂的构造有着某些联系——提供了利用它们来了解地下复杂构造的特点的可能。当前第26页\共有72页\编于星期四\21点异常波：不管是要从剖面上把异常波造成的假象识别出来，还是进一步对它加以利用，都必须对它们产生的原因、传播规律以及在剖面上出现的特点进行研究。首先在这一节中讨论地震绕射波。当前第27页\共有72页\编于星期四\21点一、绕射波的产生地震在传播过程中，如果遇到一些地层岩性的初变点，（断层的断棱，地层的尖灭点等）。这些突变点一会成为新震源，再次发出球面波，向四周传播。这种波在地震勘探中，称为绕射波。定义：当前第28页\共有72页\编于星期四\21点二、断棱绕射波的主要特点主要证讨论测线与断棱正交这种情况。如图：当前第29页\共有72页\编于星期四\21点测线ox垂直断棱，o点激发的地震入射到达绕点R，然后，以R为新震源产生绕射波，传播到地面测线上各点。推导一下绕射波的曲线方程：绕射波的整个传播时间分为两个部分，一部分为入射波从O到R所需的时间。当前第30页\共有72页\编于星期四\21点另一部分，R点产生的绕射波传播到测线上各点所需的时间∴绕射波的整个传播时间为：当前第31页\共有72页\编于星期四\21点如图画出了O点激发，RS界面上的反射波时距曲线。画出了O点激发，R点产生的绕射时距曲线。通过分析，得到绕射波时距曲线特点。1、是一条双曲线，R点产生的绕射波时距曲线与在R点激发。到此，深度为h/2水平界面的反射波时距曲线，在形状上是一样的。（R为虚）当前第32页\共有72页\编于星期四\21点2、绕射波时距曲线极小点坐标（L,）,曲线的极小点在绕射点的正上方。注意：激发点稳动，曲线极大点在测线上位置不变，绕射点正上方。但整条绕射波曲线沿t轴平稳，曲线形状保持不变。3、两曲线在x=2L外相切。绕射波时距曲线与同界面反射波时距曲线在x=2l上相切。当前第33页\共有72页\编于星期四\21点M点:Rm为反射波的最后一条射线。同时RM又是在M点的一条绕射波射线。可见，在M点，界面RS上的反射波，和R点的绕射波是同时到达的。证明：两曲线在M点（x=2L处）斜率相等当前第34页\共有72页\编于星期四\21点∴在M点处两曲线斜率相等在M点相切。在测线上除M点以外的其它各点，O放炮，A点接收的反射波绕射波，当前第35页\共有72页\编于星期四\21点O→R→A=+RA>整条绕射波时距曲线在反射波时距曲线的上方。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，对于我们在一张共炮点地震记录上识别绕射波是很有用的。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。当前第36页\共有72页\编于星期四\21点测线方向与数据棱走向之间的夹角有关。图：h=2000,v=2400,下，不同角（测线与垂直断棱之间的夹角），所对应的绕射波时距曲线。当前第37页\共有72页\编于星期四\21点

越小，时距曲线弯曲程度越大。即：测线与断棱正交。（=0）绕射时距曲线最陡温暖线与断棱平行（=），绕射波时距曲线最缓。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上的特点最有实际意义。当前第38页\共有72页\编于星期四\21点进行水平迭加时，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校正，然后再进行共中心点迭加。思路：定量分析：折射波按平其齐界面一次波动校正后剩余时差。当前第39页\共有72页\编于星期四\21点动校正后折射波时距曲线是一条抛物线，极小点在x=2L处，极小点位置会随激发点的位置（L的大小）的变化而变化。当前第40页\共有72页\编于星期四\21点但在时间剖面上，是把炮检距为x的道的波形画在x/2,处，∴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。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剩余时差等，在时间剖面上的与激发点的位置无关。结论：当前第41页\共有72页\编于星期四\21点即：不同位置激发所得以的动校正后的绕射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。即：在水平迭加剖面上，绕射波显示得更加清楚。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，确定断点位置。又：当前第42页\共有72页\编于星期四\21点四、物理地震学的基本思路在本节前面的讨论中，只涉及绕射波的时距曲线问题——绕射波的动力学特点。至于绕射波动力学问题没有进行讨论。R点产生的绕射波，在测线上观测时，各点所接收到的R绕射波在能量上是否一样？人们通过对大量生产工作，试验工作的总结及理论研究，推出一套物理地震学理论。当前第43页\共有72页\编于星期四\21点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质。长期以来，我们主要从几何地震学的观点来解释地震波，认为地震波沿“射线”路径在介质中传播，入射到分界面时，按发生反射，并认为：地面上某点接收到的反射波是来自地下界面上的某点。构造简单地区：用几何地震学的观点计算地震记录是行之有效的。当前第44页\共有72页\编于星期四\21点小断块发育构造复杂地区：用几何地震学的观点计算，许多现象不好解释，有局限性。物理地震学观点：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，地震波从震源出发，以球面波的方式向下传播到达反射界面S，S可以看成由许多小面积元组成的（大小接近地震波的波长70~100米）。当前第45页\共有72页\编于星期四\21点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。对于地面上的某个接收点P来说，它所收到的反射波就是来自S面上的每个小面积元产生绕射波，在P点迭加的结果。因此，P点收到的能量并不只是来自地下反射界的某一点，而是界面上的所有点。当前第46页\共有72页\编于星期四\21点总之，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。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。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。当前第47页\共有72页\编于星期四\21点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复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，也考虑了波的强度，同时的研究运动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。另一点差别：当前第48页\共有72页\编于星期四\21点因此，有可能对复杂的地质体产生的波场作出正确的计算。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结论：1）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，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度或更大些，才能产生可观的绕射能量。当前第49页\共有72页\编于星期四\21点2)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短反射段：反射段长度2a，地震波波长为，界面深度为H三者之间满足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。当前第50页\共有72页\编于星期四\21点它是由相距比较近的两个断点形成的，所以在时间剖面上见到有极小点的对称又支绕射——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。（它的中央振幅与反射段长度成正比，长度为零，振幅也为零。）3）长反射段满足关系的反射段称为长反射段。当前第51页\共有72页\编于星期四\21点一个主体，两个尾巴绕射波与主体的切点为断点。特点：长反射段的终断点产生左右两支绕射，两支的相位相差180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，形成”层断波不断，绕射连反射”现象。当前第52页\共有72页\编于星期四\21点水平粗线一个水平反射同相轴（用V表示）在断点处产生绕射波（D）。沿反射段延伸方向为绕射波正半支，沿反射段延伸方向为绕射波负半支。在多次迭加剖面上，反射波与绕射波切点为断点位置。如图：当前第53页\共有72页\编于星期四\21点所以：长反射段是“一个主体，两个尾巴”，主体是反射波，尾巴是绕射波的正半支。4）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。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，在一定条件下就会产生绕射。当前第54页\共有72页\编于星期四\21点五、地震绕射波的识别和利用前面讨论的关于绕射波在水平迭加剖面上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。此外，还经常采用一两种鉴别绕射波的办法。当前第55页\共有72页\编于星期四\21点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，则几个圆弧应交于一点。对断棱绕射波，如测线与断棱不正交，画剖面的圆弧不交于一点，交成一个小三角形。注意：画剖面时，必须采用极小点的所对应的平均速度。当前第56页\共有72页\编于星期四\21点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件。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。在侵入体边沿或礁块边沿，绕射波也会大量出现。当前第57页\共有72页\编于星期四\21点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，侵入体边界更清晰。当前第58页\共有72页\编于星期四\21点

第三节地震勘探的分辨能力当前第59页\共有72页\编于星期四\21点一、分辨能力及其意义地震勘探的分辨能力：当前第60页\共有72页\编于星期四\21点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。（越小越好），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能力。二、垂直分辨率（垂向分辨能力）1、表示方法：当前第61页\共有72页\编于星期四\21点①

设地震子波延续时间为，垂直通过地层的双稳时间为，可以用比较和的办法来表示垂向分辨能力。当>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<，则不可分辨。这里。②可以用地震波的波长和地层厚度来表示垂直分辨能力。当前第62页\共有72页\编于星期四\21点设地震子波的延续长度是n个视周期（习惯上说2n个相位，包括n个正相位及n个负相位）。把上面与关系分别用=nT(n为周期数，T是周期)和代入，可得：1、n=1(这种情况要经过努力才能达到)要能分辨原地层，有>时子波较尖锐，延续短当前第63页\共有72页\编于星期四\21点2、n=2(这种情况是常见的)，要能分辨厚地层，有>3、n=3(这种情况是少见的)，要能分辨应有：>当前第64页\共有72页\编于星期四\21点即：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。根据地震不同视周期数可以导出以上三式的关系。影响地震记录分辨能力的因素很多。2、影响因素①影响的主要因素：震源特性。大地滤波，记录仪器特性等。当前第65页\共有72页\编于星期四\21点②影响的因素：主要是地层的波速v，和地层厚度（）在同一种岩层中，利用横波勘探对于同一种岩层，可以分辨的厚度就