第四节低速带测定及海上勘探

第四节低速带测定及海上勘探第一页，共四十五页，编辑于2023年，星期五主要内容低速带存在及其影响浅层折射法测定低速带参数基本原理微地震测井海上地震反射波法野外工作概述海上地震勘探特殊干扰波海上震源海上定位第二页，共四十五页，编辑于2023年，星期五一、低速带存在及其影响在地表附近一定深度范围内，地震波的传波速度往往要比它下面的地层地震波速度低得多，这个深度范围的地层称为低速带。低速带的存在对地震波能量有强烈吸收作用，产生散射及噪音，并使反射波旅行时显著增大。由于低速带的厚度和波速都会沿测线方向变化，因而导致反射波时距曲线形状的畸变。第三页，共四十五页，编辑于2023年，星期五在低速带底部有明显的速度突变，使地震射线剧烈弯曲，因此无论在低速带下部从什么方向向上入射的射线，通过低速带后都变成近于垂直出射到地面。在地震勘探中，讨论反射波时距曲线时，实际上做了一系列假设的。如，覆盖介质是均匀的、界面是平面、激发点和接收点都在同一平面上等等，这些条件常常并不能严格满足。地震勘探的生产实践显示，无论是地表相对平坦的我国东部地区，还是地表条件十分复杂（沙漠、戈壁、黄土塬、山前地带等等）的西部地区，低速带测定都是野外工作的重要内容之一。第四页，共四十五页，编辑于2023年，星期五为了校正低速带存在对地震波传播时间和其它特点的畸变影响，就要对低速带的层数、厚度、波速进行测定，为进行必要的校正提供参数。（静校正处理的目的之一就是使校正后的资料尽量满足地震勘探原理的基本假设条件）表层调查方法一般分为地震勘探方法和非地震勘探方法。地震勘探方法常见的有浅层折射法、微地震测井，近年又发展了小反射法、面波法、大折射法、基于初至的回折波法和层析反演法等等；非地震勘探方法常见有地面地质调查、地质雷达、大地电磁测深等方法。第五页，共四十五页，编辑于2023年，星期五二、浅层折射法测定低速带低速带底界是一个良好的折射界面，这为我们提供了用折射法勘查低速带的可能性。在两层介质(即只有低速带)的情况下，通过用折射波法观测，可以得到一条直达波时距曲线和一条折射波时距曲线，以它们作为基础资料，可按下列步骤求得低速带参数。第六页，共四十五页，编辑于2023年，星期五第七页，共四十五页，编辑于2023年，星期五(1)从直达波时距曲线可求出第一层(低速带)的V0(2)从折射波时距曲线斜率可求出低速带下的高速层速度V1第八页，共四十五页，编辑于2023年，星期五把折射波的时距曲线延长与t轴相交，得交叉时ti，因为又所以求出V0、V1、

ti后，就可计算出h0第九页，共四十五页，编辑于2023年，星期五对三层介质，即同时存在低速带、降速带的情况，可按下列步骤求得低速带和降速带的参数：①用直达波时距曲线计算出低速带波速V0②用折射波I的时距曲线计算出降速带波速V1③用折射波II的时距曲线计算出基岩波速V2④用折射波I的交叉时ti1求得低速带厚度h0⑤延长折射波II的时距曲线，得交叉时ti2求降速带厚度h1第十页，共四十五页，编辑于2023年，星期五第十一页，共四十五页，编辑于2023年，星期五第十二页，共四十五页，编辑于2023年，星期五浅层折射实际上是折射波法在测定低速带中的应用。由于一般低速带厚度不大，所以低速带底界的高速层折射波盲区较小，故此低速带总的接收长度可以较短，也就是说野外施工时，排列可以短些，所以有“小排列”或“小折射”之称。浅层折射的野外施工要求较严格:要求排列要直检波器埋置条件要尽量一致炮点、检波点高程应该尽量一致第十三页，共四十五页，编辑于2023年，星期五浅层折射的排列形式，可根据试验所获得的低速层其厚度和速度的不同而变化，一般有两种：(1)第一种，排列中的道距两头小中间大这是由于在炮点附近直达波时距曲线视速度很低，用较小的接收道距才能清楚地反映直达波时距曲线的形状，便于波的对比识别。对于低速带底界高速层的折射波因视速度大，要用较大的接收道距才能满足精度要求。第十四页，共四十五页，编辑于2023年，星期五这种方法的优点是可以两边放炮，获得互换的折射波时距曲线；缺点是远离炮点处的道距太小，排列长度受到限制。第十五页，共四十五页，编辑于2023年，星期五(2)第二种，排列中的道距采用一头小，一头大，即近炮点处接收道距较小，远离炮点的接收道距增大。这种方法的优点是可以增大排列长度，有利于记录直达波和追踪高速层，充分利用每个接收道；缺点是效率很低，且单边放炮精度不高，若需要两头放炮时，还需改变排列，即把大小道距重新安排。第十六页，共四十五页，编辑于2023年，星期五排列长度一般考虑高速层的埋藏深度，并根据高速层折射波的时距曲线是否有足够长的长度而定。往往把排列长度定为低速层总厚度的8～10倍，对于十几米左右厚度的低速带来说，排列长度100～200米左右便可以了。总之排列长度和道间距的选择，以必须保证低速带的直达波及高速层折射波都能记录到为原则。第十七页，共四十五页，编辑于2023年，星期五由于测定低速带的目的是为了对反射波法的观测结果进行校正，因此小折射的排列应最好在反射波法的原排列地方进行铺设，在低速带分布均匀的地区，可每隔一定地段放一个排列即可。在低速带变化较大的地区，则应多布置一些排列，以确保取准取全低速带资料，生产中往往先取低速带资料后作反射波法观测，也有在与反射波法勘探的同时，在排列上先放小折射，后放大排列的反射。第十八页，共四十五页，编辑于2023年，星期五浅层折射一般采用浅坑爆炸，药量在保证初至波清晰的基础上尽量减少，对于不同的地区激发条件不同，一般在0.2至数公斤范围内，坑深在20～50厘米左右。应尽量缩小炮点至首道的距离，不使低速带的直达波在记录中漏掉。由于各地区表层条件差异很大，因此在小折射施工时的激发条件及接收条件都需要经过试验而选择。第十九页，共四十五页，编辑于2023年，星期五接收时必须注意使各道都能够清晰地辨认直达波或折射波的初至，应消除地震道间的相互感应。浅层折射资料的整理目的，是为了得出低速带的厚度、速度。关键是通过时距曲线图求出各层速度和折射交叉时。第二十页，共四十五页，编辑于2023年，星期五求取交叉时及界面速度的方法很多有延长时距曲线求交叉时法；相遇法求交叉时；追逐法求交叉时。复合时距曲线求交叉时；差异时距曲线求界面速度等等。一般因低速带较薄，往往呈水平状态，所以生产中使用延长时距曲线法求交叉时这一简单的方法较多。第二十一页，共四十五页，编辑于2023年，星期五注意：在生产实际中所获得的折射资料，往往出现直达波的时距曲线不是通过坐标原点，而是和坐标原点有一定的距离。其原因是由于接收仪器本身存在着一定的延迟时(主要是由于电阻，电容等电子元件的延迟作用造成的)。这个仪器的延迟时也影响折射波的交叉时，因此在求取交叉时以前，应先求出仪器的延迟时。一般说来，各台仪器的延迟时间是不一样的，即使同一类型的仪器延迟时间也有差别。第二十二页，共四十五页，编辑于2023年，星期五测定的方法是选一地形平坦、低速层厚度较大且较均匀分布的地段，排列和炮点严格摆成直线，量准距离，检波器距离1～2米，用雷管在地面激发，然后根据靠近炮点几道的初至画出直达波时距曲线，并延长时距曲线到t轴，这时得到的时间即为仪器初至的延迟时间。求折射波交叉时必须除去仪器初至的延迟时间的影响。第二十三页，共四十五页，编辑于2023年，星期五三、微地震测井浅层折射法，有它的不足之处，如初至折射波所得界面速度往往比层速度（真速度）大。因为初至波法所观测的，有时只是剖面上部某些高速薄层的折射波，不能反映低速带的全貌。同时在地形复杂及低速带变化剧烈的地区，初至波法就显得不足。而在炮井中进行微地震测井可以更加直接地研究低速带的变化，因为地震波传播速度在低速带上下有着明显的差别。为了掌握低速层速度和厚度的变化规律，在有条件的情况下，可以在打穿低速带的浅井中做微地震测井，以取得低速层的厚度和速度资料。第二十四页，共四十五页，编辑于2023年，星期五微地震测井也叫炮井地震测井。在炮井内放炮，地面接收；或地面放炮，在炮井内接收。由深到浅逐点(按一定间隔)观测，获得不同深度的地震记录。对于所获得的记录进行初至波对比后，即可作出t-h垂直时距曲线。地震仪激发点检波器第二十五页，共四十五页，编辑于2023年，星期五根据t-h曲线斜率的不同，划分出不同的速度层，如低速带、降速带(过渡带)以及下伏高速的老地层。例如陕甘地区根据地质资料划分出层速度小于900米／秒为低速层，速度在1700～2100米／秒之间的为降速层，速度在3000米／秒以上的为高速的老地层。第二十六页，共四十五页，编辑于2023年，星期五上面从两个方面介绍了低速带的测定和计算。那么如何对所获得的结果进行综合和分析呢?首先要对各种方法获得的数据进行比较，通常微地震测井资料是作为较精确的数据，起着控制作用；其次要沿测线绘出大比例尺的剖面图，在剖面图上绘出主要界面并注上相应的速度值。如果有比较多的测线作了低速带的测定，还可以作出低速带平面厚度变化图。这些工作对于进一步研究低速带校正是很有价值的。第二十七页，共四十五页，编辑于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仪器安装在船上，使用海上专用的电缆和检波器，在观测船航行中连续进行地震波的激发和接收。海上地震工作方法发展到现代阶段，具有这几方面的特点：首先广泛使用非炸药震源，炸药震源已杜绝使用；比陆上更早实现了野外记录数字化；使用等浮电缆；单船作业，记录仪器和震源在同一条船上，不需要采用松放电缆的措施就能保证连续工作。第二十八页，共四十五页，编辑于2023年，星期五其次全部采用多次复盖技术，并且复盖次数较高。为了适应高复盖次数的需要，等浮电缆的道数不断增加。在海洋中进行多次复盖观测时，观测船的前进速度为常数（恒速）这一点很重要，因为它关系到震源的激发时间。但是船速受风浪涌流等多种因素的影响，必须使用多普勒声纳及时调节船速才能保持它的恒定。此外，在海上连续工作的情况下，还有一些影响多次复盖的因素。第二十九页，共四十五页，编辑于2023年，星期五因为由于海流的影响，电缆与测线往往具有一定的夹角(叫做电缆偏角)，炮点间距也不均匀，在反射层倾角很大时，会造成道集内反射点之间分散性较大。这些问题在海上地震工作中都要注意。为了减小电缆偏角的影响，测线要尽可能垂直于反射层走向，为了减小电缆偏角本身，可以在可能条件下适当增大船速以克服侧流影响。最后在海上进行地震工作与陆上地震工作相比，很显著的特点，是需要导航定位，没有适当的导航定位设备与技术(卫星定位）的保证，即使地震工作本身做得很好，也会因为缺乏关于测线位置的可靠资料而变得毫无价值。第三十页，共四十五页，编辑于2023年，星期五五、海上地震勘探中的干扰波在海上地震勘探中经常观测到一些海上特有的干扰波，如重复冲击、交混回响、侧反射、底波等。下面对它们的形成原因、性质进行一些讨论。第三十一页，共四十五页，编辑于2023年，星期五海上三维测量要在若干条彼此相距较近且平行的二维测线（线炮）上放炮（在浅水环境下，采用陆上的条带放炮技术进行数据采集比较合适）。船航行的方向称纵测线方向，与其垂直的称横测线方向。

由于侧流（crosscurrent）的影响，接收电缆总要与真正的接收线向边部漂离一定的距离（羽状效应）。实际的电缆位置和炮线方向（船的航行路线）之间的夹角称为羽状偏角（featheringangle），此夹角不总是固定不变的，即使沿着单炮的电缆亦是如此。虽然我们可以沿着测线2放炮，实际上是在与相邻测线有关的中心点上记录数据。设羽状偏角为10°，电缆长2400米，与最远接收器有关的中心点偏离炮线约200米以上，这种偏离距相当于移动了四个50米的测线间距。第三十二页，共四十五页，编辑于2023年，星期五1、重复冲击

震源在海水中激发所产生的气泡，在静水压力作用下将产生胀缩运动(气泡效应)。每次胀缩都是一个新震源。重复冲击波在记录上最明显的表现为在初至波以后一定时间内，再次出现与初至波的视速度及方向相同的振动。如果没有摩擦损耗，水泡也不升到水面，这个胀缩过程将无限地继续下去。因为气泡上面的水层阻碍它向上运动，当它的半径很大时，气泡的滞留深度差不多不变。当气泡的直径为最小时，水的阻力也最小，气泡以最大的速度上升。第三十三页，共四十五页，编辑于2023年，星期五2、鸣震

因为海水表面和海底是两个反射系数比较大的界面，因此在夹着水层的这两个界面之间，会形成多次反射。当海底起伏不平时，由于地震波的散射和水层内多次波相互干涉，会造成一种严重的干扰，称为交混回响。如果海底是比较平的，反射系数比较稳定的界面，则进入水层内的能量产生多次反射造成水层共振现象，称为鸣震。它具有稳定的似正弦形的波形，延续时间较长，会把有效波掩盖，是海上地震工作中一种主要干扰波。第三十四页，共四十五页，编辑于2023年，星期五3、侧面反射波

这是指海底潜山，水下暗礁等产生的反射，由于它不是我们在石油勘探中的研究对象，因而成为一种干扰。它的强度衰减较慢，以各种不同的视速度在整张记录上出现，有时可以连续很长。这要在解释中认真识别。4、底波

这是与海底界面有关的面波。在浅海域，当淤泥较厚时，常观测到这种面波。它的特点是频率和视速度都较低，而且离开海底即迅速衰减。第三十五页，共四十五页，编辑于2023年，星期五海底是个反射系数比较大的界面，因此在夹着水层的这两个界面之间，会形成多次反射。第三十六页，共四十五页，编辑于2023年，星期五六、海上震源现在海上已普遍改用非炸药震源，这是因为在海上地震工作中，炸药震源有一些明显的缺点。首先，前面已经提到，炸药在海水中爆炸会产生汽泡效应，为了不产生重复冲击，要通过试验确定炸药的最佳沉放深度。第二，使用炸药震源不安全，妨碍提高海上地震勘探的生产效率。现代海上地震工作是在观测船航行中进行的，船速一般为5～6节，即每小时9～11公里。作单次复盖观测要求3～4分钟爆炸一次，多次复盖则必须进一步缩短爆炸的间隔时间，甚至要十几秒钟一次。在这样短促的时间内很难将炸药包准备好，也容易产生事故。第三十七页，共四十五页，编辑于2023年，星期五第三，炸药震源对海洋鱼类资源有严重的杀伤，还会造成环境污染。鉴于这些原因，现在已广泛使用非炸药震源。第三十八页，共四十五页，编辑于2023年，星期五海上用的非炸药震源种类很多，这里只能选择几种有代表性的作简单介绍如下：电火花震源电火花震源是利用高压电极在水中的放电效应，使其间的水介质形成通路，电极间放电产生的热能使海水汽化，对海水产生巨大的冲击力，激发出地震信号。空气枪震源

它是将压缩空气在短暂的瞬间内释放于水中，可以和炸药爆炸一样，形成气泡并造成强烈的地震振动。海洋地震勘探中使用的各种空气枪的具体结构不完全一样，但它们的工作原理可概括如下：第三十九页，共四十五页，编辑于2023年，星期五空气压缩将空气送进空气枪的气室中并达到一定的压力。工作时，用电磁阀打开气室，其中的压缩空气即迅速进入水中形成气泡，造成振动。气枪的具体结构有两种类型：一种是低压大容积的空气枪，一种是高压小容积的空气枪。第四十页，共四十五页，编辑于2023年，星期五无气泡蒸汽枪无气泡蒸汽枪震源是在海水中释放高温蒸汽造成地震振动，蒸汽在海水中迅速散热并恢复其体积可以消除气泡效应并达到良好的地震效果。蒸汽枪震源有许多优点。这种装置无笨重的转动机械或电子部件，各部分工作性能良好，无噪声和振动，便于使用。它消耗的是与一般轮船所用相同的燃料。激发速度的