1、地震勘探原理07第六章地震波速度第一頁，共132頁。地震勘探原理緒論第二章 幾何地震學(xué)第三章 地震數(shù)據(jù)采集第四章 地震勘探組合法第五章 多次覆蓋方法第六章 地震波的速度第七章 地震勘探資料解釋第八章 幾種專門的地震方法10/9/20222第二頁，共132頁。本章要點(diǎn)1、常用彈性參數(shù)的定義和相互關(guān)系。2、影響地震波速度的因素 。3、常用速度的概念及相互關(guān)系。4、速度的求取方法。第六章地震波速度10/9/20223第三頁，共132頁。第六章地震波速度 研究地震波速度的意義：1、資料處理 （動校正、偏移疊加等）;2、模型正演 ；3、反演（構(gòu)造解釋、巖性解釋、參數(shù)反演) 。10/9/20224第四頁，

2、共132頁。第六章地震波速度 6.1 地震波速度的影響因素及縱橫波速度關(guān)系6.1.1 速度的影響因素： 1）彈性常數(shù)與地震波速度的關(guān)系；2）巖性與地震波速度的關(guān)系；3）密度與地震波速度的關(guān)系；4）構(gòu)造歷史和沉積年代與地震波速度的關(guān)系；5）埋藏深度與地震波速度的關(guān)系；6）孔隙度及流體性質(zhì)與地震波速度的關(guān)系；7）溫度壓力與地震波速度的關(guān)系。10/9/20225第五頁，共132頁。第六章地震波速度 6.1 地震波速度的影響因素及縱橫波速度關(guān)系6.1.1 速度的影響因素： 1、彈性模量。常用彈性參數(shù)及相互關(guān)系 在各向同性的彈性介質(zhì)中，廣義虎克定律中36個彈性系數(shù)中只有2個是獨(dú)立的。其中描述彈性特征常用

3、的有以下5個彈性系數(shù)，即：1楊氏模量E（或彈性模量），它是物質(zhì)對受力作用的阻力的度量。固體介質(zhì)對拉伸力的阻力愈大，彈性愈好，E值愈大。其物理意義是使單位截面積的桿件伸長1倍的應(yīng)力值。2泊松比 ，它表示桿件受載荷作用的相對縮短量（伸長量）與它的截面尺寸相對增大量（縮小量）之比。的絕對值介于005之間。 10/9/20226第六頁，共132頁。第六章地震波速度 6.1 地震波速度的影響因素及縱橫波速度關(guān)系6.1.1 速度的影響因素： 1、彈性模量。常用彈性參數(shù)及相互關(guān)系3切變模量（或橫波模量） ，它是切應(yīng)力與切應(yīng)變的比，是阻止剪切應(yīng)變的一個度量。流體剪切模量為0。4體積模量 ，它表示物體的抗壓縮性

4、質(zhì)，說明巖石的耐壓程度。5拉梅系數(shù) ，它是阻止橫向壓縮所需的拉應(yīng)力的一個度量。阻止橫向壓縮的拉應(yīng)力愈大，值也愈大。10/9/20227第七頁，共132頁。10/9/20228第八頁，共132頁。第六章地震波速度 6.1 地震波速度的影響因素及縱橫波速度關(guān)系6.1.1 速度的影響因素： 1、彈性模量。它們分別表示縱波和橫波在介質(zhì)中的傳播速度，可知彈性波的傳播速度是由介質(zhì)的彈性常數(shù)和密度決定的。10/9/20229第九頁，共132頁。第六章地震波速度 6.1 地震波速度的影響因素及縱橫波速度關(guān)系6.1.1 速度的影響因素： 1、彈性模量。在完全彈性假定條件下，密度、體積模量和剪切模量是巖石的基本動

5、力學(xué)參數(shù)。在實(shí)際問題中，彈性波速度是常用到的兩個彈性參數(shù)，這是因?yàn)樗鼈兣c巖石的基本動力學(xué)參數(shù)有直接的關(guān)系，而且在了解地球內(nèi)部彈性性質(zhì)時，它們是最容易測量的兩個量。10/9/202210第十頁，共132頁。第六章地震波速度 6.1 地震波速度的影響因素及縱橫波速度關(guān)系6.1.1 速度的影響因素： 2、巖性地下巖石是復(fù)雜的，巖石物性與許多因素有關(guān)，巖石彈性性質(zhì)也受許多因素影響。依各因素作用的強(qiáng)弱，可分為主要和次要因素。人們總結(jié)認(rèn)為巖性、孔隙度、孔隙流體性質(zhì)及含量、上覆巖層壓力與巖石孔隙流體壓力之差和巖石壓實(shí)程度為主要因素，溫度等為次要因素。由于各因素不是孤立存在的，它們互相影響、互相制約地控制巖石

6、的彈性性質(zhì)。10/9/202211第十一頁，共132頁。第六章地震波速度 6.1 地震波速度的影響因素及縱橫波速度關(guān)系6.1.1 速度的影響因素： 2、巖性造巖礦物成分不同的巖石，由于造巖礦物的密度、體積模量、剪切模量的不同，又由于造巖礦物是組成巖石的主要成分，因此是影響巖石彈性性質(zhì)的主要因素。10/9/202212第十二頁，共132頁。10/9/202213第十三頁，共132頁。第六章地震波速度 6.1 地震波速度的影響因素及縱橫波速度關(guān)系6.1.1 速度的影響因素： 2、巖性10/9/202214第十四頁，共132頁。礦物體積模量（Gpa）剪切模量（Gpa）密度（g/cm3）（km/s）（

7、km/s）泊松比鎂橄欖石129.884.43.328.545.040.23橄欖石130803.328.454.910.24鐵鋁榴石176.395.24.188.514.770.27鋯石19.819.74.563.182.080.13綠簾石106.561.13.407.434.240.26透輝石111.263.73.317.74.390.26斜輝石94.157.03.267.224.180.25白云母61.541.12.796.463.840.23金云母58.540.12.806.333.790.22黑云母59.742.33.056.173.730.21高嶺石1.51.41.581.440.93

8、0.14條紋長石46.723.632.545.553.050.28斜長石75.625.62.636.463.120.35長石37.5152.624.682.390.32石英37442.656.054.090.08石英和粘土39332.655.593.520.1710/9/202215第十五頁，共132頁。第六章地震波速度 6.1 地震波速度的影響因素及縱橫波速度關(guān)系6.1.1 速度的影響因素： 2、巖性一般：沉積巖花崗巖 玄武巖 變質(zhì)巖10/9/202216第十六頁，共132頁。第六章地震波速度 6.1 地震波速度的影響因素及縱橫波速度關(guān)系6.1.1 速度的影響因素： 3、巖石密度幾乎各種巖石

9、的波速都隨密度增大而增大。砂泥巖縱波速度-密度 砂泥巖橫波速度-密度10/9/202217第十七頁，共132頁。第六章地震波速度 6.1 地震波速度的影響因素及縱橫波速度關(guān)系6.1.1 速度的影響因素： 3、巖石密度早在1974年，Gardner等主要依據(jù)北美地區(qū)大量的試驗(yàn)測量和野外觀測資料，統(tǒng)計出沉積巖中縱波速度與體積密度之間的關(guān)系（ Gardner 公式）：注意：不同地區(qū)的速度與密度之間的關(guān)系是不一樣的。10/9/202218第十八頁，共132頁。第六章地震波速度 6.1 地震波速度的影響因素及縱橫波速度關(guān)系6.1.1 速度的影響因素： 4、孔隙度儲集巖層大多是由顆粒狀的各種礦物、巖石碎屑

10、、巖石成分組成，不同性質(zhì)的各種顆粒之間出現(xiàn)了孔隙，一般情況下，粗顆粒結(jié)構(gòu)儲集層的孔隙較大，如砂巖等；而細(xì)顆粒結(jié)構(gòu)儲集層的孔隙較小，如石灰?guī)r等。可見，從結(jié)構(gòu)方面分析、研究一塊固體巖石，它基本上可以分成兩部分：一是礦物或巖石顆粒的本身，稱之為巖石的骨架；另一部分是顆粒之間的孔隙（這些顆粒之間的孔隙中可不同程度的充填不同性質(zhì)的流體）。10/9/202219第十九頁，共132頁。第六章地震波速度地震波在這種結(jié)構(gòu)的巖層中傳播時，實(shí)際上相當(dāng)于它在巖石的骨架和孔隙兩種介質(zhì)中傳播。一般來說，地震波在孔隙流體中的傳播速度遠(yuǎn)小于它在巖石骨架中的傳播速度，孔隙度的大小和地震波的速度成反比規(guī)律，即：同樣巖性的巖層，孔

11、隙度較大時，地震波速度值相對變小。在飽和單相流體時，Wyllie （1956）提出的表示兩者間關(guān)系的數(shù)學(xué)表達(dá)式的時間平均方程寫為（ Wyllie 時間平均方程）： 注意：當(dāng)砂巖的孔隙度在0%30%的范圍時，方程的符合程度較好 。10/9/202220第二十頁，共132頁。第六章地震波速度 6.1 地震波速度的影響因素及縱橫波速度關(guān)系6.1.1 速度的影響因素： 5、埋深埋深增加時波速通常要增大。10/9/202221第二十一頁，共132頁。第六章地震波速度 6.1 地震波速度的影響因素及縱橫波速度關(guān)系6.1.1 速度的影響因素： 5、埋深 一般來說，隨深度的增加地震波速度增大。不同的地區(qū)，速度

12、隨深度變化的垂直梯度可能相差很大。一般地說，在淺處速度梯度較大；深度增加時，梯度減小。1951年Faust根據(jù)美國和加拿大的500多口井的資料統(tǒng)計得出砂泥巖的縱波速度與深度關(guān)系的經(jīng)驗(yàn)式（ Faust 公式）。10/9/202222第二十二頁，共132頁。第六章地震波速度 6.1 地震波速度的影響因素及縱橫波速度關(guān)系6.1.1 速度的影響因素： 6、壓力壓力對致密巖石和多孔巖石波速的影響是不同的。致密巖石壓力的影響很小，一般可忽略。10/9/202223第二十三頁，共132頁。第六章地震波速度 6.1 地震波速度的影響因素及縱橫波速度關(guān)系6.1.1 速度的影響因素： 6、壓力孔隙介質(zhì)上覆壓力（O

13、verburden Pressure）:地層上方所有固體和流體物質(zhì)所引起的垂直壓力。流體壓力（Fluid Pressure）: 與地層相平衡的自由流體所產(chǎn)生的壓力。骨架壓力（Matrix Pressure）:巖石骨架所受到的壓力（有效壓力）。 骨架壓力=上覆壓力-流體壓力10/9/202224第二十四頁，共132頁。第六章地震波速度 6.1 地震波速度的影響因素及縱橫波速度關(guān)系6.1.1 速度的影響因素： 6、壓力孔隙介質(zhì)Phillips試驗(yàn)公式：10/9/202225第二十五頁，共132頁。第六章地震波速度 6.1 地震波速度的影響因素及縱橫波速度關(guān)系6.1.1 速度的影響因素： 7、孔隙流

14、體因不同的流體，其密度和體積模量不同。如：石油速度為1070-1320m/s，水的速度為1483m/s，甲烷的速度為430m/s。對于孔隙度相同的儲集層，當(dāng)其孔隙空間所含流體性質(zhì)不同時，其速度和體積模量是不同的。根據(jù)沈聯(lián)蒂等（1992）、Wyllie（1956）、Wang（1990）等的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：孔隙度相同的砂巖，其含水時的速度高于含油時的速度，而且砂巖的孔隙度越大，砂巖骨架的速度越高，則孔隙度相同的含水砂巖和含油砂巖的速度差異越明顯。 10/9/202226第二十六頁，共132頁。第六章地震波速度 6.1 地震波速度的影響因素及縱橫波速度關(guān)系6.1.1 速度的影響因素： 7、孔隙流體對于

15、孔隙度為2530%的純砂巖，二者相差在715%之間。含氣砂巖與含水砂巖之間的差異更明顯，對于孔隙度為2530%的純砂巖，孔隙中完全含氣時的速度比孔隙中完全含水時的速度約低30%。 10/9/202227第二十七頁，共132頁。第六章地震波速度 6.1 地震波速度的影響因素及縱橫波速度關(guān)系6.1.1 速度的影響因素： Biot-Gassmann 理論石油地震勘探目的之一是預(yù)測油氣分布區(qū)域。為此目的，地震的反射信號信息必須能夠分辨儲層中由于油氣含量的變化引起的地震響應(yīng)的差異。因此，了解孔隙油氣含量的改變引起密度和模量的變化是十分重要的。流體飽和的多孔介質(zhì)的速度通常是用Biot-Gassmann方程

16、計算，通過流體替代模型，我們可以分析了解流體成分改變對地震響應(yīng)特征的影響。10/9/202228第二十八頁，共132頁。第六章地震波速度 6.1 地震波速度的影響因素及縱橫波速度關(guān)系6.1.1 速度的影響因素： Biot-Gassmann 理論Biot-Gassmann方程計算只適用于零頻率情形，它要求滿足：（1）巖石（基質(zhì)和骨架）宏觀上是均勻的；（2）所有的孔隙內(nèi)部是連通的；（3）孔隙充填無摩擦的流體；（4）巖石流體系統(tǒng)是封閉的；（5）孔隙流體不與巖石固體部分發(fā)生作用，例如，不軟化和硬化骨架。10/9/202229第二十九頁，共132頁。第六章地震波速度 6.1 地震波速度的影響因素及縱橫波

17、速度關(guān)系6.1.1 速度的影響因素： Biot-Gassmann 理論 地震為低頻情形，近似滿足Biot-Gassmann條件。因此，Biot-Gassmann方程可用于計算多孔介質(zhì)飽和不同流體成分的地震速度，它是通過已知的巖石基質(zhì)、骨架和孔隙流體的體積模量來計算流體飽和的多孔介質(zhì)的彈性模量，根據(jù)巖石骨架性質(zhì)計算流體替換對地震性質(zhì)的影響。 10/9/202230第三十頁，共132頁。第六章地震波速度 6.1 地震波速度的影響因素及縱橫波速度關(guān)系6.1.1 速度的影響因素： 7、孔隙流體 未固結(jié)砂巖中流體飽和度對P波速度的影響 油水兩相當(dāng)含水飽和度從0變化到1，也就是從完全含油到完全含水，砂巖的

18、波速是單調(diào)增大的。當(dāng)深度增大時，總的變化值減小。氣水兩相當(dāng)含水飽和度從0變化到0.8時，波速是隨之緩緩減小的，然后隨著含水飽和度的增大而增大，在含水飽和度為0.95時急劇增大。10/9/202231第三十一頁，共132頁。第六章地震波速度10/9/202232第三十二頁，共132頁。第六章地震波速度 6.1 地震波速度的影響因素及縱橫波速度關(guān)系6.1.1 速度的影響因素： 7、孔隙流體 固結(jié)砂巖中流體飽和度對P波速度的影響 飽含液體時比飽含氣體時P波速度要高； P波速度隨含水飽和度的變化是非線性的；當(dāng)原先充滿液體的孔隙空間變成含有少量氣體時， P波速度明顯降低；深度增大時， P波速度隨含水飽和

19、度變化的幅度變?。粰M波速度幾乎不受含水飽和度的影響。10/9/202233第三十三頁，共132頁。第六章地震波速度 6.1 地震波速度的影響因素及縱橫波速度關(guān)系6.1.1 速度的影響因素： 8、溫度溫度的變化也會使巖石的密度和彈性參數(shù)發(fā)生改變，主要是使孔隙中流體的彈性參數(shù)發(fā)生變化。據(jù)Wang 和Nur（1990）溫度從22C到122C時，含氣砂巖速度變化約5%；含水砂巖速度變化約57%；飽和輕質(zhì)油砂巖速度變化約68%；飽和重質(zhì)油砂巖速度變化較大，約1530% 。10/9/202234第三十四頁，共132頁。第六章地震波速度 6.1 地震波速度的影響因素及縱橫波速度關(guān)系6.1.1 速度的影響因素

20、： 8、溫度10/9/202235第三十五頁，共132頁。第六章地震波速度 6.1 地震波速度的影響因素及縱橫波速度關(guān)系6.1.1 速度的影響因素： 9、地質(zhì)年齡巖石地質(zhì)年齡越老，速度越高。因?yàn)閹r石年齡越老，受到壓實(shí)時間越長，巖石變得越致密。10/9/202236第三十六頁，共132頁。第六章地震波速度 6.1 地震波速度的影響因素及縱橫波速度關(guān)系6.1.2 縱波速度與橫波速度的關(guān)系： 由于速度是研究巖石時使用廣泛的參數(shù)之一，我們可以利用速度求得巖石的其他彈性參數(shù)，如楊氏模量、體積模量、拉梅系數(shù)等。然而在很多時候只有縱波速度數(shù)據(jù)，沒有橫波速度資料，或者橫波速度資料很少，人們對橫波速度規(guī)律了解得

21、也比較少。所以不少學(xué)者研究縱波速度和橫波速度的關(guān)系，得出經(jīng)驗(yàn)公式，以期能夠通過縱波速度推算出橫波速度，再利用其來計算研究巖石的其他彈性參數(shù)。10/9/202237第三十七頁，共132頁。第六章地震波速度 6.1 地震波速度的影響因素及縱橫波速度關(guān)系6.1.2 縱波速度與橫波速度的關(guān)系： 不少研究者只是對某一特定地區(qū)特定的巖性進(jìn)行分析得出的經(jīng)驗(yàn)公式，所以這些經(jīng)驗(yàn)公式只能是在這些特定的情況下使用，而不能生搬硬套。Castagna（1985）泥巖線公式為式中， 縱波速度（km,/s）， 橫波速度（km,/s）。以下各式相同。Castagna認(rèn)為這個公式不僅適用于泥巖，也適用于細(xì)粒砂巖。10/9/20

22、2238第三十八頁，共132頁。第六章地震波速度 6.1 地震波速度的影響因素及縱橫波速度關(guān)系6.1.2 縱波速度與橫波速度的關(guān)系： Smith（1987）趨勢線公式：甘利燈（1990）使用勝利、遼河及中原油田的井資料擬合直線方程 ：李慶忠（1992）綜合Castagna、Smith和甘利燈的數(shù)據(jù)，采用拋物線擬合：10/9/202239第三十九頁，共132頁。10/9/202240第四十頁，共132頁。第六章地震波速度 6.2 幾種常用速度的概念6.2.1 平均速度 平均速度表示在水平層狀介質(zhì)中波沿直線傳播所走的總路程與所用總旅行時之比。注意：引入平均速度的思想地震波傳播時真正遵循的“沿最小時

23、間路程傳播”，在非均勻介質(zhì)（如層狀介質(zhì)）中最小時間路程將是折線而不是直線，可見我們這樣引入平均速度時所作的“地震波沿最短路程直線傳播”的假設(shè)就是一種對實(shí)際介質(zhì)結(jié)構(gòu)的近似簡化。也就是說，引入平均速度概念的目的在于：把沿時間最短路徑傳播轉(zhuǎn)化為沿最短距離路徑傳播，是對實(shí)際介質(zhì)結(jié)構(gòu)的一種簡化。 。所以平均速度對應(yīng)的旅行時大于沿實(shí)際射線路徑的旅行時。10/9/202241第四十一頁，共132頁。第六章地震波速度 6.2 幾種常用速度的概念6.2.1 平均速度 n層水平層狀介質(zhì)的平均速度公式：10/9/202242第四十二頁，共132頁。第六章地震波速度 6.2 幾種常用速度的概念6.2.1 平均速度 從

24、另一角度考慮，如圖，得： 10/9/202243第四十三頁，共132頁。第六章地震波速度 6.2 幾種常用速度的概念6.2.2 均方根速度 均勻介質(zhì)水平界面情況下反射波的時距曲線是一條雙曲線，即： 或 （6-2-4）式中： h0是界面法線深度； t0是雙程垂直反射時間； x 是接收點(diǎn)與激發(fā)點(diǎn)距離； t 是在x處接收到的反射波時間。10/9/202244第四十四頁，共132頁。第六章地震波速度 6.2 幾種常用速度的概念6.2.2 均方根速度 如果不是水平均勻介質(zhì)呢？在水平界面復(fù)雜介質(zhì)結(jié)構(gòu)（連續(xù)介質(zhì)、層狀介質(zhì)）時，我們能否把水平非均勻?qū)訝罱橘|(zhì)情況下時距曲線寫成雙曲線的形式，來處理和分析復(fù)雜情況下

25、時距曲線方程。 根據(jù)水平均勻介質(zhì)情況下時距曲線方程的形式，在水平非均勻?qū)訝罱橘|(zhì)情況下，引入的這種速度有什么意義，這個速度如何反映地層實(shí)際參數(shù)信息。 10/9/202245第四十五頁，共132頁。第六章地震波速度 6.2 幾種常用速度的概念6.2.2 均方根速度 下面以水平層狀介質(zhì)為例，分析均方根速度的物理意義和地質(zhì)含義：在O點(diǎn)激發(fā)，S點(diǎn)接收到第n層底面的反射傳播時間為： (6-2-5) 相應(yīng)的炮檢距x為： (6-2-6) 10/9/202246第四十六頁，共132頁。第六章地震波速度 6.2 幾種常用速度的概念6.2.2 均方根速度 以上兩式是水平層狀介質(zhì)反射波時距曲線的參數(shù)方程。為了方便，引

26、入射線參數(shù)P：（根據(jù)折射定律）所以有: (6-2-7) (6-2-8)其中 是波在第I層介質(zhì)中沿垂直界面反射雙程時間。 10/9/202247第四十七頁，共132頁。第六章地震波速度 6.2 幾種常用速度的概念6.2.2 均方根速度 對水平層狀介質(zhì)，當(dāng)： （6-2-9）時，（ 6-2-7）、（ 6-2-8）可以展開成 的冪級數(shù)，且級數(shù)收斂 ： （6-2-10） 式中， 是n層中最大的層速度。10/9/202248第四十八頁，共132頁。第六章地震波速度 6.2 幾種常用速度的概念6.2.2 均方根速度 根據(jù)函數(shù)的冪級展開式，把（6-2-7）展開：兩邊平方，并整理得：10/9/202249第四十

27、九頁，共132頁。第六章地震波速度 6.2 幾種常用速度的概念6.2.2 均方根速度 同理，把x的表達(dá)式也進(jìn)行冪級數(shù)的展開：平方后整理成p的升冪排列：依次求得 各項 ，再代入（6-2-10）有： 10/9/202250第五十頁，共132頁。第六章地震波速度6.2.2 均方根速度 上式兩邊都是P的多項式，等式要成立，則等式兩邊的P冪次相同的項的系數(shù)必須相等。所以有： 第一項： （6-2-16） 第二項： （6-2-17）10/9/202251第五十一頁，共132頁。第六章地震波速度6.2.2 均方根速度 再由(6-2-15)式，可算出 。令等式兩邊 項的系數(shù)相等，有 用已經(jīng)得出的 值代入上式，得

28、 10/9/202252第五十二頁，共132頁。第六章地震波速度6.2.2 均方根速度 化簡得： （6-2-18） 、 、 的計算從略。把 全部推導(dǎo)出來，可以看到它們是一個正、負(fù)相間的交錯級數(shù)，是一個收斂的級數(shù)，所以這些系數(shù)的值是越來越小的。 為表示 的方便，引入下列符號和公式：10/9/202253第五十三頁，共132頁。第六章地震波速度6.2.2 均方根速度 則有 ： （6-2-19）10/9/202254第五十四頁，共132頁。第六章地震波速度6.2.2 均方根速度 現(xiàn)在就可以把水平層狀介質(zhì)的反射波時距曲線方程寫成我們所需要的形式了，先引入下面的符號，使公式寫起來方便：于是（6-2-10

29、）可以寫成 （6-2-22）10/9/202255第五十五頁，共132頁。第六章地震波速度6.2.2 均方根速度 在一定的近似之下，可以把 等高次項略去，便得到在形式上與均勻覆蓋介質(zhì)情況下完全一樣的雙曲線型的時距曲線方程 ： （6-2-23）把（6-2-23）與（6-2-4）比較可看出， 就相當(dāng)于均勻介質(zhì)情況下的波速，我們把 （6-2-24）稱為n層水平狀介質(zhì)的均勻根速度。 10/9/202256第五十六頁，共132頁。第六章地震波速度6.2.2 均方根速度 定義：把水平層狀介質(zhì)情況下的反射波時距曲線近似地當(dāng)作雙曲線 ，求出的波速是這一水平層狀介質(zhì) 的均方根速度 。 注意：1、把水平層狀介質(zhì)、

30、連續(xù)介質(zhì)情況下時距曲線方程作一定的限制和簡化，與水平均勻介質(zhì)情況下時距曲線方程類比，得出的速度形式。2、當(dāng)滿足條件： 或時，時距曲線可以寫成雙曲線的形式 10/9/202257第五十七頁，共132頁。第六章地震波速度6.2.3 等效速度 傾斜界面 均勻覆蓋介質(zhì)情況下的共中心點(diǎn)時距曲線方程式中V是介質(zhì)的速度； 是共中心點(diǎn)處界面的法線深度； 是界面傾角。上式還可改寫為： （6-2-34）式中 ：10/9/202258第五十八頁，共132頁。第六章地震波速度6.2.3 等效速度 如果引入符號 ： （6-2-35）則（6-2-34）式可寫成與均勻介質(zhì)水平界面情況下一樣的形式，即 ： （6-2-36）

31、叫做傾斜界面均勻介質(zhì)情況下的等效速度。 10/9/202259第五十九頁，共132頁。第六章地震波速度6.2.3 等效速度 意義：1、傾斜界面情況下共中心點(diǎn)道集的疊加效果存在的兩個問題：（1）、反射點(diǎn)分散，（2）、動校正不準(zhǔn)確。2、如果用 代替V，傾斜界面共中心點(diǎn)時距曲線一可以變成水平界面形式的共反射點(diǎn)時距曲線，也就是說用 按水平界面動校正公式，對傾斜界面的共中心點(diǎn)道集進(jìn)行動校正，可以取得很好的疊加效果，沒有剩余時差。解決了上面第（2）個問題。3、不足之處：反射點(diǎn)分散的問題并沒有解決，只能通過偏移疊加才能妥善解決。10/9/202260第六十頁，共132頁。第六章地震波速度6.2.4 疊加速度

32、 在實(shí)際資料處理工作中，我們通過計算速度譜來求取速度的，就是對一組共反射點(diǎn)道集上的某個同相軸，利用雙曲線公式選用一系列不同的速度 計算各道的動校正量，對各道進(jìn)行動校正，當(dāng)取某一個 能把同相軸校成水平直線（將得到最好的疊加效果）時，這個 就是這條同相軸對應(yīng)的疊加速度。10/9/202261第六十一頁，共132頁。第六章地震波速度6.2.4 疊加速度 共中心點(diǎn)反射波時距曲線方程：10/9/202262第六十二頁，共132頁。第六章地震波速度6.2.4 疊加速度 水平界面均勻覆蓋介質(zhì)時， 就是上覆介質(zhì)真速度； 傾斜界面均勻覆蓋介質(zhì)時， 就是等效速度 ：10/9/202263第六十三頁，共132頁。第

33、六章地震波速度6.2.4 疊加速度 水平層狀介質(zhì)， 就是均方根速度 ：10/9/202264第六十四頁，共132頁。第六章地震波速度6.2.5 射線平均速度 當(dāng)?shù)卣鸩ㄔ趯?shí)際介質(zhì)中傳播時，沿不同的射線路徑有不同的傳播速度，射線各個點(diǎn)上的速度也可能不一樣，要嚴(yán)格描述速度的實(shí)際空間變化是難以做到的。 根據(jù)實(shí)際計算的需要，引入射線平均速度的概念，即把地震波沿某一條射線所走的總路程除以所用的總旅行時，叫做波沿這條射線的射線平均速度。10/9/202265第六十五頁，共132頁。第六章地震波速度水平層狀介質(zhì)： 連續(xù)介質(zhì)：10/9/202266第六十六頁，共132頁。第六章地震波速度6.2.6 正常時差速度

34、 正常時差速度：是以沿法線入射射線的地層參數(shù)表示的速度。10/9/202267第六十七頁，共132頁。第六章地震波速度6.2.6 正常時差速度 （1）傾角相同的傾斜層狀介質(zhì)情況法向入射射線的出射角 等于地層傾角10/9/202268第六十八頁，共132頁。第六章地震波速度6.2.6 正常時差速度 （2）水平層狀介質(zhì)10/9/202269第六十九頁，共132頁。第六章地震波速度 6.3 速度的測定和計算平均速度的用途：將地震空間（時間）轉(zhuǎn)換為地質(zhì)空間（深度）。平均速度測定的方法： 1）巖石物理測定（巖石物理學(xué)），在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行； 2）由疊加速度求層速度、平均速度； 3）井中測量（地震測井或VSP，

35、聲波測井）。10/9/202270第七十頁，共132頁。第六章地震波速度 6.3 速度的測定和計算6.3.1 由VSP測井資料計算速度的方法 垂直地震剖面VSP（Vertical Seismic Profiling）,是一種井中地震方法。用VSP法獲得的平均速度數(shù)據(jù)是地震勘探中獲得平均速度最準(zhǔn)確的方法。10/9/202271第七十一頁，共132頁。第六章地震波速度1、工作原理地震測井的情況及有關(guān)參數(shù)，可以用圖6-3-4表示。激發(fā)點(diǎn)在地面的位置是O，但真正位置是井底O*；爆炸井深hc ，爆炸井同深井的水平距離是d.原理：10/9/202272第七十二頁，共132頁。第六章地震波速度 6.3 速度

36、的測定和計算6.3.1 由VSP測井資料計算速度的方法1、工作方法炮點(diǎn)位置的確定： 1）井源距越小對速度分析越有利，但為了觀測井的安全，都偏離觀測井一段距離，一般小于100米。 2）當(dāng)?shù)貙觾A斜時，炮點(diǎn)應(yīng)布置在地層下傾方向，以防止折射波的干擾。在地層上傾方向放炮時，容易接收到折射波，在地層下傾方向放炮時，不易接收到折射波。10/9/202273第七十三頁，共132頁。第六章地震波速度 6.3 速度的測定和計算6.3.1 由VSP測井資料計算速度的方法補(bǔ)充說明：炮井距d的選擇： 1、炮點(diǎn)不能太遠(yuǎn)。射線平均速度一般大于平均速度，尤其在淺層更為顯著，深層速度逐漸靠近平均速度。因此d應(yīng)該盡量小一些。 2

37、、炮點(diǎn)不能太近。d太小則可能出現(xiàn)電纜波或套管波的干擾，對深井也不安全。所以，d不能選得太小。10/9/202274第七十四頁，共132頁。第六章地震波速度近炮點(diǎn)距離：波沿AS傳播遠(yuǎn)炮點(diǎn)距離：波沿OS傳播近炮點(diǎn)平均速度：遠(yuǎn)炮點(diǎn)：射線平均速度10/9/202275第七十五頁，共132頁。第六章地震波速度2、工作方法炮點(diǎn)位置的確定：1）、一般設(shè)遠(yuǎn)近兩個炮點(diǎn)，近炮點(diǎn)距深井50100米，炮井按扇形排列，遠(yuǎn)炮點(diǎn)距深井300500米，炮點(diǎn)按矩形排列，井距10米左右（見圖6-3-2）10/9/202276第七十六頁，共132頁。第六章地震波速度炮點(diǎn)在地層上傾方向時，波的入射角為 ，可能會達(dá)到臨界角，引起折射波

38、，井中檢波器先接收到的可能是折射波或滑行波，而不是下行初至波。10/9/202277第七十七頁，共132頁。第六章地震波速度 6.3 速度的測定和計算6.3.1 由VSP測井資料計算速度的方法2、速度計算于是10/9/202278第七十八頁，共132頁。第六章地震波速度 6.3 速度的測定和計算6.3.1 由VSP測井資料計算速度的方法2、速度計算注意： 由于井中測點(diǎn)是等間隔布置，各測點(diǎn)一般都不在巖性界面或地層時代分界面上，所以得到的“層速度”一般不是某巖性或地質(zhì)意義上某地層的層速度，也不是速度分層的層速度。實(shí)際上僅僅表示 與 兩個深度間隔之間距離與旅行時之比，因此也稱之為“間隔速度”。10/

39、9/202279第七十九頁，共132頁。第六章地震波速度 6.3 速度的測定和計算3、資料的整理：1）、利用得到的 和 ，把數(shù)據(jù)畫在的坐標(biāo)系中，就得到平均速度（隨 變化）曲線（見右圖）2）、把的對應(yīng)數(shù)據(jù)點(diǎn)在坐標(biāo)系中，得到沿垂直向下方向傳播的距離與傳播時間之間的關(guān)系，叫做垂直時距曲線。3）、當(dāng)速度分層明顯時，可以根據(jù)垂直時距曲線求出各層的層速度 后，作出 曲線反映層速度隨深度變化的情況。10/9/202280第八十頁，共132頁。第六章地震波速度 6.3 速度的測定和計算6.3.3 由聲波測井獲取速度資料 (AC) Acoustic logging 聲波測井是礦場地球物理的一種常規(guī)方法。這種方法

40、可獲得高分辨率的層速度數(shù)據(jù)。地震勘探中主要利用它來制作合成地震記錄(synthetic seismogram)和計算層速度。10/9/202281第八十一頁，共132頁。第六章地震波速度1：原理 超聲波發(fā)生器O發(fā)射的20KHz脈沖波，以臨界角： （其中， 是泥漿速度， 是地層速度）入射到井壁上，產(chǎn)生一個沿井壁方向前進(jìn)的滑行波。該波的一部分能量又經(jīng)過泥漿，以臨界角折射到接收器M和N，形成時差 ，時差的大小決定于M和N之間的地層速度 。10/9/202282第八十二頁，共132頁。第六章地震波速度 6.3 速度的測定和計算6.3.3 由聲波測井獲取速度資料 因?yàn)镸、N之間的距離是固定的，時差大表示

41、聲波在地層中的傳播速度??；時差小表示傳播速度大，通過井上儀器的記錄可得到一條聲速時差曲線，一般記錄的時差是聲波傳播0.5米距離所用的時間，為使用方便，地面記錄時，換算成1米距離所用時間 ，其倒數(shù)就是相應(yīng)的層速度。即： 這就是聲波測井求取層速度的基本原理和過程。速度的倒數(shù)也稱為“慢數(shù)（Slowness)”，用S表示。10/9/202283第八十三頁，共132頁。第六章地震波速度 6.3 速度的測定和計算6.3.3 由聲波測井獲取速度資料 2、聲波測井的應(yīng)用： 1）、求平均速度 2）、求層速度10/9/202284第八十四頁，共132頁。第六章地震波速度 6.3 速度的測定和計算6.3.3 由聲波

42、測井獲取速度資料 3）、計算地層孔隙度 根據(jù)Wylie公式： t=(1-) tma+tf =(t-tma)/(tf -tma) 聲波測井是我國常規(guī)測井系列中唯一的一種孔隙度測井方法，一般在碎屑巖剖面中，對于中高孔隙度地層，聲波測井求取孔隙度精度較高。由于tma、tf影響因素多，變化復(fù)雜，因此，現(xiàn)場常使用巖芯實(shí)測孔隙度。用實(shí)測與t采用多元回歸統(tǒng)計方法尋找統(tǒng)計關(guān)系式，常用的回歸模型是一元線性回歸： =At+B 另外，由于地層模型的復(fù)雜性，t尚受壓實(shí)、泥質(zhì)含量、碳酸鹽含量的影響，故應(yīng)做它們的校正，這樣才能獲得較高精度的孔隙度。 10/9/202285第八十五頁，共132頁。第六章地震波速度 6.3

43、速度的測定和計算6.3.3 由聲波測井獲取速度資料 3、影響聲波時差測井精度的因素：1）井徑變化2）周波跳躍：在某些情況下（地層含氣）由于折射波太弱不足以先后觸發(fā)兩個接收器，第二個接收器被后來的續(xù)至波觸發(fā)，這時測得的時差將增大，其增大量是聲波周期的倍數(shù)。3）泥漿侵入井壁造成的巖性變化4）巖層厚度太薄5）儀器本身10/9/202286第八十六頁，共132頁。第六章地震波速度 6.3 速度的測定和計算地震測井和聲速測井的異同點(diǎn)：相同點(diǎn)：都可以有效的求取平均速度和層速度。不同點(diǎn)：1）、取得速度資料方法不同。地震測井信號頻率在2080Hz；而聲速測井在20KHZ。實(shí)際生產(chǎn)中，地震測井更精確。2）、工作

44、條件不同。前者工作復(fù)雜，效率低，不方便；后者可與測井同時進(jìn)行，效率高，方便。3）、所得資料不同。地震測井干擾小，平均速度誤差小精度高；后者連續(xù)性好，10/9/202287第八十七頁，共132頁。電阻率測井10/9/202288第八十八頁，共132頁。地層傾角測井10/9/202289第八十九頁，共132頁。電磁波傳播測井10/9/202290第九十頁，共132頁。成像測井10/9/202291第九十一頁，共132頁。井徑測井10/9/202292第九十二頁，共132頁。微電阻率測井10/9/202293第九十三頁，共132頁。側(cè)向測井10/9/202294第九十四頁，共132頁。第六章地震波速

45、度 6.4 疊加速度的求取1、疊加法制作速度譜的原理10/9/202295第九十五頁，共132頁。第六章地震波速度 6.4 疊加速度的求取10/9/202296第九十六頁，共132頁。第六章地震波速度 6.4 疊加速度的求取 由速度譜計算速度的方法 共中心點(diǎn)反射波時距曲線可看成一條雙曲線。設(shè)共中心點(diǎn)道集上有一個反射波同相軸，那么，根據(jù)這個同相軸的 值，以及相應(yīng)的速度值和各道的炮檢距，就可以計算出道集內(nèi)各道的動校正量 ，對這個道集進(jìn)行動校正，使雙曲線形狀的同相軸被校正成水平直線形狀的同相軸。動校正公式：10/9/202297第九十七頁，共132頁。第六章地震波速度 6.4 疊加速度的求取 由速度

46、譜計算速度的方法 10/9/202298第九十八頁，共132頁。第六章地震波速度 6.4 疊加速度的求取 由速度譜計算速度的方法 如果速度選取得正確，動校正量 就合適，動校正后的共反射時距曲線就是水平直線。所謂速度譜分析，就是利用這個原理。即選用一系列不同的速度值對共反射點(diǎn)時距曲線進(jìn)行動校正，當(dāng)能把共反射點(diǎn)時距曲線校正為水平直線時的速度值，就是合適的疊加速度。共反射點(diǎn)時距曲線校正為水平直線的判別方法：（1）疊加速度譜法（2）多道相關(guān)法10/9/202299第九十九頁，共132頁。第六章地震波速度 6.4 疊加速度的求取 計算速度的方法 （1）疊加速度譜法 疊加速度譜：把這些共反射點(diǎn)道進(jìn)行疊加。

47、如果校成直線了，則各道的波形都沒有相位差，疊加后的波形能量最強(qiáng)。如果沒有校正成直線，各道和波形仍然存在相位差，疊后的波形能量較弱。（2）多道相關(guān)法 多道相關(guān)函數(shù)法：計算共反射點(diǎn)道集的多道相關(guān)函數(shù)，用相關(guān)函數(shù)值的相對大小來判斷是否同相。10/9/2022100第一百頁，共132頁。10/9/2022101第一百零一頁，共132頁。10/9/2022102第一百零二頁，共132頁。a-速度譜b-最大能量與t0關(guān)系曲線c-對應(yīng)的共中心點(diǎn)道集速度譜解釋時，根據(jù)b曲線上的峰值，從淺到深找出對應(yīng)速度譜曲線上的速度。這樣找出的能量峰值對應(yīng)的速度，并非都是我們要求的一次反射波的疊加速度，他們可能是多次波、轉(zhuǎn)換

48、波或其他干擾波，在解釋時首先應(yīng)將這些干擾波剔除。10/9/2022103第一百零三頁，共132頁。第六章地震波速度 6.5 各種速度間的關(guān)系不同概念的速度間的關(guān)系：如平均速度、均方根速度、射線平均速度、疊加速度間的關(guān)系。不同方法獲得的速度間的關(guān)系：由速度譜、聲波測井獲得的速度與VSP獲得的速度間的關(guān)系。10/9/2022104第一百零四頁，共132頁。第六章地震波速度 6.5 各種速度間的關(guān)系 各種概念的速度間的關(guān)系： 均方根速度、平均速度、射線平均速度平均速度和均方根速度都是對介質(zhì)模型作了不同的簡化，都是把不均勻的介質(zhì)簡化為具有某種“假想速度”的均勻介質(zhì)。引入不同的假設(shè)后，為了評價速度的精度

49、，引入射線平均速度的概念。其它的速度與射線速度比較，看究竟哪種速度更接近實(shí)際情況。射線平均速度：當(dāng)?shù)卣鸩ㄔ诜蔷鶆蚪橘|(zhì)中傳播時，沿不同的射線路徑有不同的傳播速度，我們把沿不同路徑傳播求得的速度叫射線平均速度。10/9/2022105第一百零五頁，共132頁。第六章地震波速度不同介質(zhì)結(jié)構(gòu)情況下，射線平均速度的形式：1）、水平層狀介質(zhì)情況下： (6-5-1)2）、連續(xù)介質(zhì)情況下：10/9/2022106第一百零六頁，共132頁。第六章地震波速度例題：設(shè)一組由三個水平均勻?qū)咏M成的層狀介質(zhì)模型，各層參數(shù)如圖6-5-1所示?，F(xiàn)在分別計算 界面以上介質(zhì)的平均速度和均方根速度；計算分別以入射角 等入射到 界面

50、，向下傳播，然后在 界面發(fā)生反射和各條射線的射線平均速度。 10/9/2022107第一百零七頁，共132頁。第六章地震波速度10/9/2022108第一百零八頁，共132頁。第六章地震波速度平均速度 ：均方根速度 ：由（6-2-24）式，有10/9/2022109第一百零九頁，共132頁。第六章地震波速度射線平均速度的計算:當(dāng) 時:由圖-可看出 這條射線向下入射到 界面時在三層介質(zhì)中每一層的傳播路程長度分別是10/9/2022110第一百一十頁，共132頁。第六章地震波速度地震波沿這條射線傳播的時間是：所以射線平均速度為 :這條射線從 界面反射，返回到地面在 點(diǎn)出射，炮檢距 等于 。 10/

51、9/2022111第一百一十一頁，共132頁。第六章地震波速度按照上述方法，可以計算出以不同角度入射到 界面的各條射線的射線平均速度。結(jié)果如下： 10/9/2022112第一百一十二頁，共132頁。第六章地震波速度從上面的計算可以得出以下幾點(diǎn)認(rèn)識：1）、當(dāng)介質(zhì)不均勻時，沿不同路路徑計算的射線平均速度不同，炮檢距的增大，射線平均速度趨近于高速層速度，與費(fèi)馬原理一致。2）、對某一種介質(zhì)來說，只有一個平均速度和一個均方根速度。而射線平均速度卻不唯一，因此，用同一速度對道集中各道作動校正，不能完全校正準(zhǔn)確，誤差隨炮檢距增加而增大。3）、平均速度一定小于或等于均方根速度。4）、射線平均速度、平均速度、均

52、方根速三者有圖6-5-2所示的關(guān)系。 10/9/2022113第一百一十三頁，共132頁。第六章地震波速度10/9/2022114第一百一十四頁，共132頁。R3界面按多層介質(zhì)計算出的時距曲線以及用 ， 分別計算出的時距曲線示意圖10/9/2022115第一百一十五頁，共132頁。第六章地震波速度 6.5 各種速度間的關(guān)系 由速度譜計算速度的方法 2、由疊加速度計算層速度和平均速度設(shè)有n層水平層狀介質(zhì)，各層層速度為，層厚為 ，在各小層中單程垂直傳播時間為：顯然：第一層至第n層的均方根速度 為： (6-5-23)第一層至第n-1層的均方根速度為： (6-5-24)10/9/2022116第一百一十六頁，共132頁。第六章地震波速度（6-5-23）減去（6-5-24），可得: (6-5-25)又 （6-5-26）由（6-5-25）和（6-5-26）最后得 ：10/9/2022117第一百一十七頁，共132頁。第六章地震波速度10/9/2022118第一百一十八頁，共132頁。第六章地震波速度10/9/2022119第一百一十九頁，共132頁。第6