勘探地球物理學(xué)-第四章地震勘探2

1、參考資料：《應(yīng)用地球物理學(xué)原理——地震勘探》 何樵登 熊維綱編，地質(zhì)出版社，1991年,第四章 地震勘探,二、 地震波的傳播規(guī)律,（一）地震波傳播所遵守的原理和定理4、時(shí)間場(chǎng)和視速度定理,地震波在介質(zhì)中傳播，若已知地震波速度的分布，波前到達(dá)介質(zhì)內(nèi)任一點(diǎn)（x,y,z）的時(shí)間t。這個(gè)標(biāo)量場(chǎng)叫做時(shí)間場(chǎng)。t (x,y,z)叫做時(shí)間場(chǎng)函數(shù)。時(shí)間場(chǎng)滿(mǎn)足的微分方程式為：,二、 地震波的傳播規(guī)律,視速度定理,視速度：地震波沿測(cè)線(xiàn)傳

2、播的速度。,（二） 地震波的反射和透射,當(dāng)?shù)卣鸩ㄍ渡涞綄訝罱橘|(zhì)的分界面上時(shí)，就會(huì)發(fā)生反射、透射和折射。產(chǎn)生反射、透射波、折射波和轉(zhuǎn)換波，見(jiàn)右圖。 滿(mǎn)足Snell定律：,,（二） 地震波的反射和透射,當(dāng)垂直入射時(shí)，不產(chǎn)生轉(zhuǎn)換波。此時(shí)反射系數(shù)為：當(dāng) 時(shí)，反射系數(shù)為正值，反射波相位與入射波相位一致。當(dāng) 時(shí)，反射系數(shù)為負(fù)值，反射波相位與入射波相位相反。當(dāng) 時(shí)，無(wú)反射波。

3、,,（二） 地震波的反射和透射,透射波透射系數(shù):,,透射波產(chǎn)生的條件？透射波的能量？透射波的極性？透射系數(shù)的取值范圍？,,（二）地震波的反射和透射,當(dāng)?shù)卣鸩▋A斜入射時(shí)，其能量分配比較復(fù)雜。由入射角、界面上下介質(zhì)的速度比和密度比決定。下圖是反射和透射系數(shù)隨入射角的變化曲線(xiàn)。 圖1-8a是縱波從高速介質(zhì)中入射。此時(shí)，圖1-8b是縱波從低速介質(zhì)中入射。此時(shí)，,,折射波的形成,折射波見(jiàn)圖，當(dāng),,這個(gè)角度叫做臨界角。折

4、射波盲區(qū),折射波產(chǎn)生的條件？,（一）地震波的波前擴(kuò)散,地震波傳播時(shí)，波前面不斷擴(kuò)張，單位面積的能量密度不斷減小，因此地震波的振幅隨傳播距離增大而不斷減小。這種現(xiàn)象叫做波前擴(kuò)散。,,三、 地震波在實(shí)際介質(zhì)中的傳播特性,（二）大地對(duì)彈性波的吸收與衰減大地不是完全彈性介質(zhì)，在彈性波傳播過(guò)程中，高頻成分容易被吸收。從而對(duì)震源激發(fā)的地震子波起到改造作用，稱(chēng)為大地濾波作用。由粘彈性理論證明：吸收系數(shù)與頻率成正比。還與地層的物質(zhì)成分、結(jié)構(gòu)

5、的不均勻性有關(guān)。一般疏松地層比致密地層對(duì)彈性波的吸收更大。,三、 地震波在實(shí)際介質(zhì)中的傳播特性,（三）速度及影響波速的因素地震波的速度是指地震波在巖層中的傳播速度。是一個(gè)極為重要的參數(shù)，也是進(jìn)行地震勘探的物理基礎(chǔ)之一。波阻抗是速度與密度的乘積。,彈性模量之間的關(guān)系,巖石的彈性性質(zhì)決定了彈性波的傳播規(guī)律。彈性～塑性物質(zhì)的彈性性質(zhì)可用幾個(gè)彈性模量或常量來(lái)描述。它們可以定量地描述不同類(lèi)型的應(yīng)力和應(yīng)變的關(guān)系。,式中：K為壓縮模量

6、(Bulk modulus) E為楊氏模量(Young’s) ?為剪切模量(Shear) ?為泊松比(Poisson’s Ratio),上述常量是由物質(zhì)本身性質(zhì)決定的，由此可以描述彈性波的傳播性質(zhì)。,影響巖石波速的因素,速度是地震探測(cè)的物理基礎(chǔ)之一，是一個(gè)非常重要的參數(shù)。速度的測(cè)定主要有三種方法：1、根據(jù)地震波的時(shí)距曲線(xiàn)

7、 2、巖石樣品的實(shí)驗(yàn)室測(cè)定。 3、井中觀測(cè)資料。影響速度的因素： 孔隙度、巖石的埋藏深度、變質(zhì)、脫水、相變等等。,,彈性波的速度產(chǎn)生各向異性效應(yīng)，即不同方向速度不同,（四）振幅及影響振幅的因素,振幅也是地震勘探中的一個(gè)重要參數(shù)。通過(guò)振幅信息可以預(yù)測(cè)巖性，在油氣勘探中可以直接檢測(cè)油氣。 Amplitude Versus O

8、ffset（AVO）影響振幅的因素有三類(lèi)： 第一類(lèi)是激發(fā)和接收條件的影響。對(duì)某一道記錄是不變的。 第二類(lèi)是波在地震地層中傳播時(shí)波振幅受到的影響，主要包括波前擴(kuò)散、介質(zhì)的吸收、透射系數(shù)、反射系數(shù)的大小等。 第三類(lèi)是地層界面的反射系數(shù)隨入射角（偏移距offset）的變化而變化。不同的速度結(jié)構(gòu)有不同的變化特征。,,第二節(jié) 地震波的時(shí)距曲線(xiàn),,第二節(jié) 地震波的時(shí)距曲線(xiàn),利用地震波的走時(shí)特征獲得地質(zhì)構(gòu)造信息的學(xué)科

9、稱(chēng)為幾何地震學(xué)。所謂幾何地震學(xué)就是研究地震波在傳播過(guò)程中波前面的空間位置與其傳播時(shí)間的關(guān)系，這種關(guān)系稱(chēng)為時(shí)距曲面，而在一條測(cè)線(xiàn)上觀測(cè)到的時(shí)距關(guān)系則構(gòu)成一條曲線(xiàn)，成稱(chēng)時(shí)距曲線(xiàn)。下面分別介紹反射波、折射波、多次反射波、繞射波的時(shí)距曲線(xiàn)。,,一、反射波時(shí)距曲線(xiàn),（一）水平層的反射波時(shí)距曲線(xiàn)和正常時(shí)差（P135）,設(shè)地層是水平的，傾角為零，,很明顯這是一個(gè)雙曲線(xiàn)方程，,一、反射波時(shí)距曲線(xiàn),（一）水平層的反射波時(shí)距曲線(xiàn)和正常時(shí)差（P135

10、）,設(shè)地層是水平的，傾角為零，,因此，在水平界面下， 時(shí)間也是最小的反射時(shí)間，它直接與反射界面的法線(xiàn)深度有關(guān)，因此可以由 確定 反射層的位置。,令x=0，此時(shí)的反射波傳播時(shí)間稱(chēng)為法線(xiàn)反射時(shí)間,一、反射波時(shí)距曲線(xiàn),（一）水平層的反射波時(shí)距曲線(xiàn)和正常時(shí)差（P135）,當(dāng)2h>>x時(shí)，把下式進(jìn)行二項(xiàng)式展開(kāi),在任意兩個(gè)觀測(cè)點(diǎn)上時(shí)間差為（只保留前兩項(xiàng)）,一、反射波時(shí)距曲線(xiàn),（一）水平層的反射波時(shí)距曲線(xiàn)和正常時(shí)差（P135）,

11、當(dāng)x1在原點(diǎn)上，則此時(shí)的時(shí)差稱(chēng)為正常時(shí)差。,x是炮檢距，對(duì)每一個(gè)反射層，v和t0是常數(shù)，正常時(shí)差只與炮檢距有關(guān)?？梢愿鶕?jù)正常時(shí)差判斷是否是正常反射波（雙曲線(xiàn)）共深度點(diǎn)疊加前，必須先做動(dòng)校正,一、反射波時(shí)距曲線(xiàn),（二）傾斜層的反射波時(shí)距曲線(xiàn)和傾角時(shí)差（P137）,一般地，地層并不是水平的，有傾角,在上傾方向,在下傾方向,一、反射波時(shí)距曲線(xiàn),（二）傾斜層的反射波時(shí)距曲線(xiàn)和傾角時(shí)差（P137）,傾斜界面時(shí)距曲線(xiàn)的一般式：,特征：,極小點(diǎn)

12、t0時(shí)間地面接收點(diǎn)間距與地下反射點(diǎn)間距的關(guān)系？時(shí)距曲線(xiàn)的彎曲情況（可用視速度定理解釋?zhuān)?一、反射波時(shí)距曲線(xiàn),（二）傾斜層的反射波時(shí)距曲線(xiàn)和傾角時(shí)差（P138）,同樣進(jìn)行二項(xiàng)式展開(kāi),利用震源對(duì)稱(chēng)的兩個(gè)點(diǎn)，可求傾角,稱(chēng)為傾角時(shí)差,一、反射波時(shí)距曲線(xiàn),（三）復(fù)雜介質(zhì)中的時(shí)距曲線(xiàn)（P138）,復(fù)雜介質(zhì)中，時(shí)距曲線(xiàn)沒(méi)有解析表達(dá)式，一般用矢量形式，通過(guò)射線(xiàn)追蹤求解射線(xiàn)長(zhǎng)度和走時(shí)。,二、多次反射波時(shí)距曲線(xiàn),多次波：地震波遇到波阻抗分界面時(shí)，除產(chǎn)生

13、一次反射外，還會(huì)產(chǎn)生一些來(lái)往于分界面之間幾次反射的波，這種波稱(chēng)為多次反射波。,多次波的類(lèi)型：全程多次反射波、短程多次反射波、微曲多次反射波、虛反射。,二、多次反射波時(shí)距曲線(xiàn),這樣的界面有：基巖面、不整合面、火成巖面、低速帶底界面、海水面和海底面等。,只有在反射系數(shù)較大的反射界面產(chǎn)生的多次反射，才能夠形成較強(qiáng)的多次波。,相同t0時(shí)間的多次波時(shí)距曲線(xiàn)比一次波時(shí)距曲線(xiàn)陡-----深層速度比淺層速度高。 因此多次波的正常時(shí)差比一

14、次波大。,三、折射波時(shí)距曲線(xiàn),水平層的折射波時(shí)距曲線(xiàn)和正常時(shí)差,當(dāng)下層介質(zhì)速度大于上層速度時(shí),因此折射波時(shí)距曲線(xiàn)為一條直線(xiàn)，其斜率為1/v2,延長(zhǎng)線(xiàn)與T軸的交點(diǎn)稱(chēng)交叉時(shí)，與界面的法向深度有關(guān)。,三、折射波時(shí)距曲線(xiàn),下面我們來(lái)看一下直達(dá)波、折射波、反射波之間的關(guān)系：,反射波法勘探應(yīng)在A點(diǎn)以?xún)?nèi)觀測(cè)；折射波法勘探應(yīng)在B點(diǎn)以外觀測(cè)。,,,A,B,三種波在時(shí)距曲線(xiàn)上到達(dá)時(shí)間是不同的,,盲區(qū),四、繞射波時(shí)距曲線(xiàn),地層中，當(dāng)存在斷層、直立地層的棱角

15、、地層尖滅點(diǎn)等不連續(xù)點(diǎn)時(shí)，可以產(chǎn)生繞射現(xiàn)象。（狹義繞射）,,繞射點(diǎn),惠更斯原理：每個(gè)點(diǎn)都可以看成新的繞射源，地面上某點(diǎn)觀測(cè)到的反射波是所有繞射的疊合。（廣義繞射）,四、繞射波時(shí)距曲線(xiàn),一般提到的繞射是指狹義繞射。其時(shí)距曲線(xiàn)：,時(shí)距曲線(xiàn)同樣為雙曲線(xiàn)，極小點(diǎn)在D’，與反射波時(shí)距曲線(xiàn)有一段相切。改變激發(fā)點(diǎn),時(shí)距曲線(xiàn)的形狀及極小值點(diǎn)的位置不變,位于斷點(diǎn)的正上方.,,,繞射波,反射波,一、地震儀器的發(fā)展從50年代前的光點(diǎn)記錄—50年代的磁帶

16、模擬記錄———70年代的24道數(shù)字記錄——現(xiàn)在的千道、萬(wàn)道記錄儀。 主要的地震儀器生產(chǎn)廠(chǎng)家：SERCEL、I/O、GEOX、FAIRFIELD等。 其產(chǎn)品對(duì)于2ms的采樣，最多可達(dá)19200道，單線(xiàn)最多接收道數(shù)1200道，最小采樣率1/8ms。,第三節(jié) 地震觀測(cè)儀器,第三節(jié) 地震觀測(cè)儀器,二、地震儀的組成：主要有記錄系統(tǒng)和回放系統(tǒng)組成。記錄系統(tǒng)：震源、檢波器、前放濾波電路、多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、主放、采樣保持器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、磁記錄器等。

17、回放是記錄的逆過(guò)程。,1、震源：是激發(fā)介質(zhì)振動(dòng)的能源。可分為炸藥震源和非炸藥震源。 炸藥震源具有良好的脈沖特性（激發(fā)的地震子波強(qiáng)度高、頻帶寬），是一種理想震源。 非炸藥震源：落重法震源、可控震源、氣槍、電火花等。,2、檢波器 是安置在地面、水中或井下以拾取地面振動(dòng)的地震探測(cè)器或接收器。它實(shí)際上是將機(jī)械振動(dòng)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的一種傳感器。 現(xiàn)在一般為動(dòng)圈式傳感器。如圖。,高頻、中頻、低頻動(dòng)圈式檢波器渦流檢波器

18、壓電檢波器三分量檢波器,3、前放濾波電路包括：前置放大器、高通、低通和陷波器 前置放大器可以對(duì)微弱的地震信號(hào)進(jìn)行低噪聲的線(xiàn)性放大。濾波電路可濾除面波等干擾。陷波器可壓制50Hz的交流電干擾。,4、多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)一個(gè)作用是對(duì)連續(xù)的信號(hào)進(jìn)行采樣另一個(gè)作用是把“多路并行”的數(shù)據(jù)傳輸方式變?yōu)椤皢温反小钡姆绞?。順序傳送?shù)據(jù),5、主放能夠不畸變地放大能量相差懸殊的地震信號(hào)，即主放具有較大的動(dòng)態(tài)范圍。動(dòng)態(tài)范圍是指放