1、本章內(nèi)容,1、地震波在巖層中的傳播速度 2、幾種速度概念 3、平均速度的測定 4、疊加速度的求取 5、各種速度之間的關(guān)系和一些互相換 算的公式,地震波的速度是地震勘探中最重要的一個參數(shù)。 用地震勘探方法研究地下地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)時，基本公式是HV t / 2，H是界面的深度,V是地震波的傳播速度,t是地震波從地面垂直向下到界面再返回地面的旅行時。 在資料處理和解釋的過程中，速度資料在許多環(huán)節(jié)都是一個重要參數(shù)。例如： 在進行動校正時，要有疊加速度資料； 進行偏移疊加時，要有偏移疊加速度。 時深轉(zhuǎn)換時，要有平均速度資料。,通過速度譜分析，獲得疊加速度，進而求取均方根速度、層速度，為層位對比、巖性研究提供

2、了新的途徑和資料。 熟悉各種有關(guān)的速度概念和各種速度資料的求取方法，是很重要的。,第一節(jié) 地震波在巖層中的傳播速度,思考題 地震波速度與彈性參數(shù)有何關(guān)系？ 除了彈性參數(shù)外，地震波速度還與哪些因素有關(guān)？為什么？,主要內(nèi)容,速度與巖石彈性常數(shù)的關(guān)系 速度與巖性的關(guān)系 速度與密度的關(guān)系 速度與構(gòu)造歷史和地質(zhì)年代的關(guān)系 速度與埋藏深度的關(guān)系 速度與孔隙率和含水性的關(guān)系 速度與頻率和溫度的關(guān)系 沉積巖中速度的一般分布規(guī)律,地震勘探是以研究地震波在巖層中的傳播規(guī)律為基礎的。 巖石的彈性性質(zhì)(主要表現(xiàn)為地震波的傳播速度)不同，地震波在其中傳播的情況也就不同，地震勘探正是利用這種關(guān)系來研究地下地層的地質(zhì)構(gòu)造的

3、。 理論研究和大量實際資料證明，地震波在巖層中的傳播速度和巖層的性質(zhì)，如彈性參數(shù)或巖石的成分、密度、埋藏深度、地質(zhì)年代，孔隙率等因素有關(guān)。 下面分別介紹它們之間的關(guān)系。由于目前在石油地震勘探中主要利用縱波，本章在談到波速時，除特別說明外，都是指縱波速度。,一、速度與巖石彈性參數(shù)的關(guān)系,根據(jù)彈性波波動方程，可以導出地震縱波和橫波在介質(zhì)中傳播的速度與介質(zhì)的彈性常數(shù)之間的定量關(guān)系 式中，是拉梅系數(shù)；是介質(zhì)的密度；E是楊氏模量；是泊松比。 它們都是說明介質(zhì)的彈性性質(zhì)的參數(shù)。,泊松比的值在大多數(shù)情況下約等于0.25，只有在最為疏松的巖石中0.5，可見的變化不大。 楊氏模量的大小和巖石的成分、結(jié)構(gòu)有關(guān)。

4、隨著巖石密度的增加，E比增加的級次較高，所以當巖石密度增加時，地震波的速度不是減少反而增加。 同一介質(zhì)中縱波和橫波速度比的關(guān)系如下： 由上式可見縱波與橫波速度之比取決于泊松比。因為在大多數(shù)情況下，泊松比為0.25左右，所以縱波與橫波的速度比值Vp/Vs一般為1.73。,二、速度與巖性的關(guān)系,巖石彈性性質(zhì)的參數(shù)就是上面已談到的幾個彈性常數(shù)，可以說公式就是反映速度與巖石性質(zhì)的基本關(guān)系 在用地震勘探方法解決石油勘探中的地質(zhì)問題時，還需要細致地研究地震波傳播速度與地層的巖性、地質(zhì)年代，埋藏深度和孔隙率等各種因素的關(guān)系，特別是地震波在沉積巖中其傳播速度的規(guī)律，這對實際工作有具體的指導作用。,地震波的速度

5、主要決定于構(gòu)成這些巖石的礦物本身的彈性性質(zhì)。 大多數(shù)火成巖和變質(zhì)巖只有很少或沒有孔隙，一般說來，火成巖的地震波速度的變化范圍比變質(zhì)巖和沉積巖小。 火成巖地震波速度的平均值比其它類型巖石的要高。 大多數(shù)變質(zhì)巖的地震波速度變化范圍比較大。,速度（km/s）,對于沉積巖，如砂巖、頁巖和較軟的石灰?guī)r，它們的結(jié)構(gòu)比較復雜，顆粒之間有空隙，孔隙中可能充填了液體或充填了象粘土這類軟的固體物質(zhì)。 這類巖石速度是密切地依賴于孔隙率和充滿于孔隙中的物質(zhì)。 因為油氣地震勘探的主要目標是沉積巖，今后我們將主要討論沉積巖的速度問題。,三、 速度與密度的關(guān)系,沉積巖中的波速與巖石密度有密切關(guān)系，這種關(guān)系除公式由波動方程導

6、出的嚴格的公式外 根據(jù)大量資料有時還可以把速度與密度表示成一種近似的線性關(guān)系，例如對某些石灰?guī)r和砂頁巖來說，這種關(guān)系可表示成方程式,V=6-11,式中速度V的單位是千米秒，密度的單位是gcm3。,各種巖石的波速和波阻抗,通過對大量巖石樣品作巖石物性研究，在對大量數(shù)據(jù)分析整理的基礎上，發(fā)現(xiàn)地震縱波速度與巖石密度(完全充水飽和體積密度)之間，存在著良好的定量關(guān)系，可用加德納公式表示如下： 式中速度v的單位是米秒；密度的單位是克厘米3,右圖給出了按加德納公式 計算的理論曲線和測定的速度與密度的關(guān)系。 從圖看出，這個公式對砂巖、泥巖、石灰?guī)r、白云巖等巖性比較適用； 對巖鹽和硬石膏偏差大一些，只要地層中

7、所含巖鹽及石膏厚度百分比不大，還是可以適用的。,較為接近,差距較大,差距較大,右圖給出了我國某石油探區(qū)各種地層的速度與密度、埋藏深度之間的關(guān)系。 這些經(jīng)驗公式具體地反映了速度與密度之間的關(guān)系，為參數(shù)之間的換算提供了方便。 例如在計算人工合成地震記錄時，如果已知V，但沒有密度參數(shù)，這時就可以用這些公式進行換算。,四、速度與構(gòu)造歷史和地質(zhì)年代的關(guān)系,許多實際觀測資料表明，同樣深度、成分相似的巖石，當?shù)刭|(zhì)年代不同時，波速也不同，年老的巖石比年青的巖石具有較高的速度。 速度與構(gòu)造運動的關(guān)系，在不同地區(qū)有不同的表現(xiàn)。 在強烈褶皺地區(qū)，經(jīng)常觀測到速度的增大；而在隆起的構(gòu)造頂部，則發(fā)現(xiàn)速度減低。 一般地說，

8、地震波在巖石中的傳播速度隨地質(zhì)過程中的構(gòu)造作用力的增強而增大。 根據(jù)在實驗室對巖石樣品的分析發(fā)現(xiàn)，地震波的速度與壓力之間有一定的關(guān)系，速度隨壓力的增加而增加。 此外壓力的方向不同，地震波沿不同方向傳播的速度也就不同。,五、速度與埋藏深度的關(guān)系,大量實際資料表明，在巖石性質(zhì)和地質(zhì)年代相同的條件下，地震波的速度隨巖石埋藏深度的增加而增大。其原因主要是埋藏深的巖石所受的地層壓力大的原故。 在不同地區(qū)，特別是在基底埋藏深度不同時，速度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。 由地層的埋藏深度和電阻率R計算地層波速的經(jīng)驗公式如下：,式中速度V的單位是米秒，

9、深度z的單位是米，電阻率的單位歐姆/米。這個經(jīng)驗公式在沒有地震測井和聲波測井資料但有電測井資料的地區(qū)，可用來換算速度資料。,六、速度與孔隙率和含水性的關(guān)系,地震波在沉積巖中的傳播速度與巖石的孔隙率和含水性的關(guān)系問題，近幾年進行了較多的研究。 因為巖石孔隙中含油或水或氣時，巖石的波速(及密度)會發(fā)生變化，因而引起波阻抗的變化，最后導致在該界面的反射波振幅的變化。 而利用地震波振幅變化與反射界面波阻抗直接聯(lián)系來進行直接找油找氣的方法技術(shù)就是所謂的亮點技術(shù)。 在大多數(shù)沉積巖中，巖層的實際波速是由巖石基質(zhì)的速度、孔隙率、充滿空隙的液體的速度以及顆粒之間的膠結(jié)物的成份等因素來決定的。,下式是現(xiàn)在認為比較

10、合適的關(guān)于液體速度、顆粒速度與孔隙率之間一個很簡單的關(guān)系式，叫做時間平均方程速度的倒數(shù)，毫秒米 式中V是波在巖石中的實際速度；Vf是波在孔隙流體中的速度；Vr是巖石基質(zhì)的速度；是巖石的孔隙率。 這個公式的適用條件是巖層孔隙中只有油、氣或水一種流體，并且流體壓力與巖石壓力相等。,從公式很容易看出： 當孔隙率為零，速度V等于Vr； 當孔隙率為100，VVf，右圖是幾種類型沉積巖的1/V與的關(guān)系圖。 孔隙率為0到30的砂巖，與上式的關(guān)系符合得很好。,當流體壓力降低，流體壓力這項的百分比影響就變小，當流體壓力接近大氣壓時，其影響變得最小。 因此在實際條件下，時間平均方程必須用一個壓差調(diào)節(jié)系數(shù)C加以修正

11、，這時可用下式表示： 當巖石壓力為413107帕斯卡，流體壓力等于巖石壓力的一半時，C值約為0.85。,右圖給出了根據(jù)修改后的時間平均方程(上式)得到的速度與孔隙率的關(guān)系。 總之，由于地震波在油、氣、水等流體中的傳播速度比在巖石基質(zhì)中的速度小，因而巖石孔隙中含有流體時使巖石的速度降低。,鹽,七、 速度與頻率和溫度的關(guān)系,試驗資料表明在很寬的頻率范圍內(nèi)，縱波與橫波的速度與頻率無關(guān)，這說明縱波和橫波不存在頻散現(xiàn)象。 速度隨溫度可能有很微小的變化，每升高100，減少56。,MPa是壓強單位:兆帕斯卡,八、沉積巖中速度的一般分布規(guī)律,（1）在沉積巖中速度的空間分布規(guī)律決定于地層的沉積順序及巖性特點。沉

12、積巖的基本特點之一是成層分布。 根據(jù)形成沉積的各種條件(如巖性、孔隙率等)，可以將整個地質(zhì)剖面劃分為許多地層，在各層中波傳播的速度是不同的。 因此，速度在剖面上的成層分布就成為沉積巖的基本特點，而這一特點恰恰是使用地震勘探的有利前提。,（2）速度與深度和地質(zhì)年代有關(guān)，這個關(guān)系基本上是平滑變化。所有影響因素的共同作用表現(xiàn)出速度變化具有方向性，其方向接近于垂線方向。 速度隨著深度(或反射波t0時間)的增加而增大。速度垂直梯度的存在也是速度剖面的又一重要特點。速度梯度是隨深度的增加而減小的。 （3）由于工區(qū)地質(zhì)構(gòu)造與沉積巖相的變化，也會引起速度的水平方向變化。一般說來，速度的水平梯度不會很大，但要細

13、致地處理和解釋資料，考慮速度的水平梯度還是必要的，這個問題正在引起人們的注意。,構(gòu)造破壞(如斷層)可以引起速度的突變。個別地層中的不整合及地層尖滅都會對速度的水平梯度有顯著的影響。,第二節(jié) 幾種速度概念Section2 Several Velocity Conception,思考題 疊加速度的含義是什么？怎么求疊加速度？ 平均速度、均方根速度、等效速度、疊加速度之間的聯(lián)系與區(qū)別是什么？,主要內(nèi)容,平均速度 均方根速度 等效速度 疊加速度,地震波在地層中的傳播速度是一個十分重要的參數(shù)，但又很難精確測定它的數(shù)值。 即使在同一種巖層中的各個不同部分或沿不同的方向，地震波的傳播速度都是不同的，也就是說

14、，要精確表示地震波的傳播速度應當用空間坐標的函數(shù) V = v (x,y,z)。 實際生產(chǎn)工作中，不可能真正精確確定這種函數(shù)關(guān)系，而只能根據(jù)當時生產(chǎn)工作的需要和地震勘探方法技術(shù)所能達到的水平，對極其復雜的實際情況作種種簡化，建立各種簡化介質(zhì)模型，并引進了各種速度概念。,本節(jié)討論的各種速度概念，就是根據(jù)對介質(zhì)的不同簡化，或者獲得速度的原始資料和計算方法不同，或者是用途的不同等原因引出來的。 必須明確，每種速度概念都有它的意義、引入的原因、計算或測定的方法以及使用范圍等。并且地震勘探中的各種速度概念是隨著地震勘探本身方法技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)、變化和被淘汰的。 下面分別說明幾種目前常用的速度的概念,一、平

15、均速度Vav,平均速度定義為：“一組水平層狀介質(zhì)中某一界面以上介質(zhì)的平均速度就是地震波垂直穿過該界面以上各層的總厚度與總的傳播時間之比”。（第一章）,式中 hi、Vi 分別是每一層的厚度和速度。,幾種速度概念,再從另一個角度來討論平均速度的含義。設有右圖所示的水平層狀介質(zhì)。在O點激發(fā)，在S點接收，并假定波按最短路程傳播，即當?shù)卣鸩◤腛入射到第n層的P點時，OP是直線。O*是O相對于Rn界面的虛震源，O*PS也是一條直線。所以OP=O*P，波走過的總路程相當于O*S，射線的入射角為。如果我們把平均速度定義為“在水平層狀介質(zhì)中，波沿直線傳播所走過的總路程與所需總時間之比”，那么就有,幾種速度概念,

16、因而，得到,式中l(wèi)1,l2,ln是波在每層中走過的路程長度； tl1,tl2,tln是波在每層中傳播的時間。從右圖可看出,幾種速度概念,由此可得出平均速度的定義：,注意：地震波傳播時真正遵循的是“沿最小時間路程傳播”，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”的假設就是一種對實際介質(zhì)結(jié)構(gòu)的近似簡化。,反射波時距曲線,二、 均方根速度VR,其中,上式的意義在于，如果一條時距曲線的方程可以寫成這樣的形式，就表示波是以常速傳播的。并且波速的數(shù)值就等于式中x2項的分母的平方根。下面在引入幾個速度概念時都按這個思路，先把有關(guān)

17、的方程化為上式形式，又從x2項的分母中找出引入的速度概念。,現(xiàn)在根據(jù)實際的介質(zhì)結(jié)構(gòu)情況，提出這樣的問題：如果有一水平界面，覆蓋介質(zhì)是不均勻的(如覆蓋層是連續(xù)介質(zhì)或水平層狀介質(zhì)，當然，不管介質(zhì)結(jié)構(gòu)如何，地震波總是遵從費馬原理傳播的)。那么這種情況下的反射波時距曲線的表達式將如何?它還是不是一條雙曲線?如果不是的話，能否在一定條件下，近似地把它看成雙曲線?,正確地解決這些問題是有很大實際意義的，因為在生產(chǎn)工作中進行動校正時，不管介質(zhì)是否均勻，我們都是采用雙曲線公式計算動校正量，也即把反射波時距曲線總是看成雙曲線。這樣做是有誤差的。均方根速度的概念就是在討論這些問題的過程當中，把不是雙曲線關(guān)系的時距

18、曲線方程簡化為雙曲線關(guān)系時要引入的一個速度概念。,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作雙曲線，求出的波速就是這一水平層狀介質(zhì)的均方根速度。 均方根速度的意義還可以這樣說明：把各層的速度值的平“方”按時間取其加權(quán)平“均”值，而后取平方“根”值，要注意其中速度較高的層所占比重要大，表明這種近似在一定程度上考慮了射線的偏折。,三、等效速度V,傾斜界面均勻覆蓋介質(zhì)情況下的共中心點時距曲線方程: 式中V是介質(zhì)的速度；h是共中心點處界面的法線深度；是界面傾角。上式還可改寫為 如果引入符號 （等效速度）,則上式可寫成與均勻介質(zhì)水平界面情況下一樣的形式，即,等效速度的意義：傾斜界面情況下的共中

19、心點道集的疊加效果存在兩個問題，即反射點分散和動校正不準確。 用V代替V，傾斜界面共中心點時距曲線就可以變成水平界面形式的共反射點時距曲線,也就是說，用V按水平界面動校正公式，對傾斜界面的共中心點道集進行動校正，可以取得很好的疊加效果，沒有剩余時差。 但從地質(zhì)效果來說，反射點分散的問題，并沒有解決，這個問題只有用偏移疊加才能妥善解決。,四、疊加速度Va,在一般情況下，(包括水平界面均勻介質(zhì)、傾斜界面均勻介質(zhì)、覆蓋層為層狀介質(zhì)或連續(xù)介質(zhì)等)，都可將共中心點反射波時距曲線看作雙曲線，用一個共同的式子來表示： 式中Va為疊加速度。 對于不同的介質(zhì)結(jié)構(gòu)它就有更具體的意義，例如對傾斜界面均勻介質(zhì)Va就是V ，對水平層狀介質(zhì)Va就是VR，等等。,疊加速度的含義也可以從另一個角度來理解。在實際的地震資料處理工作中，我們是通過計算速度譜來求取疊加速度的(下面將要介紹)。 即對一組共反射點道集上的某個同相軸，利用雙曲線公式選用一系列不同速度Vi計算各道的動校正量，對道集內(nèi)各道進行動校正； 當取某一個Vi能