地震勘探第二章ppt課件

第二章地震勘探的地質(zhì)基礎(chǔ) 一個(gè)地區(qū)地震勘探工作效果的好壞 取決于兩個(gè)因素 技術(shù)裝備和工作方法 地震地質(zhì)條件 第一節(jié)巖土介質(zhì)的一般波速特征及影響因素 一 巖土介質(zhì)的一般波速特征 不同巖土介質(zhì)由于其彈性性質(zhì)的差異而具有不同的傳播速度和波阻抗 一般 火成巖和變質(zhì)巖比沉積巖的波速大 沉積巖的波速較低而變化范圍較大 下表列出了部分常見巖土介質(zhì)的波速和波阻抗 從表可見 不同巖石或地層之間 存在著波速和波阻抗的差異 因而不同巖性的分界面 往往就是地震波的反射或折射界面 這是開展淺層地震勘探工作的基礎(chǔ) 二 影響地震波傳播速度的地質(zhì)因素 地震勘探中 影響波傳播速度的地質(zhì)因素很多 除具有不同巖石成分和結(jié)構(gòu)的巖性外 主要還與巖石的密度 孔隙度 孔隙充填物 地質(zhì)年代 埋藏深度等因素有關(guān) 1 密度 沉積巖中波速與巖石密度相關(guān) 兩者關(guān)系為 如果巖石密度處于1 9g cm3與2 7g cm3之間 則V 間存在線性關(guān)系 表達(dá)式為 由于自然界大多數(shù)巖 礦石的密度處于1 9g cm3 2 7g cm3之間 因此式 2 2 有著更重要的實(shí)用價(jià)值 圖2 1表示了不同巖石的密度與速度的關(guān)系 2 孔隙度 圖2 1不同巖石的密度與速度的關(guān)系曲線 單相介質(zhì) 只有同一巖相的介質(zhì) 雙相介質(zhì) 由兩種巖相組成的介質(zhì) 對(duì)于一塊巖石 從結(jié)構(gòu)上來說 由二部分組成 一部分 礦物顆粒本身 巖石骨架 基質(zhì) 另一部分 各種氣體或液體充填的孔隙 巖石實(shí)際上是雙相介質(zhì) 地震波就在這種雙相介質(zhì)中傳播 時(shí)間平均方程 計(jì)算波速和孔隙度之關(guān)系的公式 2 3 孔隙度 V 波速 Vm 骨架波速 VL 孔隙介質(zhì)波速 方程說明 波在巖層中傳播總時(shí)間 骨架時(shí)間 充填物時(shí)間 一般 波在流體中傳播速度 骨架波速 因此 孔隙度大的巖石 波速減小 反之 孔隙度變小 速度增大 圖2 2孔隙度和速度的關(guān)系曲線 孔隙度的變化也會(huì)影響巖石密度的變化 密度和孔隙度之間成反比關(guān)系 孔隙度增大 巖石密度相對(duì)變小 反之則變大 3 孔隙充填物 V氣 V油 V水 充填物不同 V 不同 R不同 三者之間會(huì)形成良好的波阻抗界面 4 風(fēng)化程度 風(fēng)化作用使巖體礦物變異 原生結(jié)構(gòu)破壞導(dǎo)致質(zhì)點(diǎn)間彈性聯(lián)系減弱巖體波速隨風(fēng)化程度增加而減小 下表給出了長江三峽壩區(qū)結(jié)晶巖 閃長花崗巖 中不同風(fēng)化帶的波速 表2 2長江三峽壩區(qū)結(jié)晶巖中風(fēng)化帶的波速 從上表可見 全 強(qiáng)風(fēng)化帶其波速要比新鮮巖體小得多 而微風(fēng)化帶與新鮮巖體幾乎波速不可分 波速因巖體受風(fēng)化而減小的特征是淺層地震勘探劃分風(fēng)化帶的重要依據(jù) 5 其它因素地質(zhì)年代 埋藏深度 地壓力 一般 年代越久 埋藏越深 上覆地層壓力時(shí)間越長 強(qiáng)度越大 孔隙度變小 密度增大 第二節(jié)地震介質(zhì)的劃分 在討論地震波傳播速度與深度的關(guān)系時(shí) 把實(shí)際的巖層假設(shè)為均勻介質(zhì) 均勻?qū)訝罱橘|(zhì)和連續(xù)介質(zhì) 這是為了方便問題的研究 先從理想簡單的情況入手 然后再去討論實(shí)際的復(fù)雜的情況 這種由簡單到復(fù)雜 由已知到未知 由理想條件到實(shí)際條件的研究問題的方法是科學(xué)研究中經(jīng)常采用的 一 均勻介質(zhì) 定義 波速不隨深度變化 各向同性 最理想的假設(shè) 定義 速度隨深度成層分布 在V Z坐標(biāo)中的圖象是階梯狀的 最簡單的層狀介質(zhì)稱水平層狀介質(zhì) 二 均勻?qū)訝罱橘|(zhì) 定義 速度隨深度成層分布 在V Z坐標(biāo)中的圖象是階梯狀的 最簡單的層狀介質(zhì)稱水平層狀介質(zhì) 層狀介質(zhì)模型是最常用的物理模型 因?yàn)樵诔练e巖地區(qū)巖層有很好的成層性 把實(shí)際地層理想化成層狀介質(zhì)具有實(shí)際意義 圖2 3 a 均勻介質(zhì) b 層狀介質(zhì) c 連續(xù)介質(zhì) 三 連續(xù)介質(zhì) 定義 速度隨深度的增加連續(xù)緩慢地增加 在V Z坐標(biāo)中的圖象是一條平滑的曲線或斜直線 對(duì)于連續(xù)介質(zhì)的地層 通過大量的觀測數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì) 可近似地認(rèn)為速度隨深度連續(xù)變化的規(guī)律可表示為 式中 V0Z 0時(shí)的速度 即地表速度 速度增長系數(shù) n等于或大于1的整數(shù) 當(dāng)n 1時(shí) 速度隨深度呈線性增加 線性連續(xù)介質(zhì) 為一個(gè)常數(shù) 當(dāng)n 1時(shí) 非線性連續(xù)介質(zhì) 線性連續(xù)介質(zhì)數(shù)學(xué)表達(dá)式簡單 也便于問題的討論 實(shí)際工作中常把非線性簡化為線性 第三節(jié)地震地質(zhì)條件 一 淺層地震地質(zhì)特點(diǎn) 淺層地震勘探一般都在近地表進(jìn)行 地表附近的地貌和地質(zhì)特征 往往會(huì)影響地震波的激發(fā) 傳播和接收 因此有必要首先對(duì)淺層地震地質(zhì)特點(diǎn)進(jìn)行簡單討論 1 覆蓋層 定義 指第四系各種不同成因類型沉積或堆積的松散地層 覆蓋層的結(jié)構(gòu)比較松散 透水性較強(qiáng) 其中粘土層常為相對(duì)隔水層 而砂層和砂礫石層則為透水層 覆蓋層的波速通常比基巖波速低 在覆蓋層中 地下水面以上的波速又比地下水面以下的波速低 因此 地下水面 潛水面 通常是一個(gè)良好的速度界面 基巖頂板一般為良好的折射界面和反射界面 土層或砂層與礫石層之間 沖積 洪積層與冰積層之間亦可能形成折射界面和反射界面 淺層地震方法探測覆蓋層通常包括以下工作內(nèi)容 覆蓋層厚度探測 覆蓋層分層和覆蓋層彈性力學(xué)參數(shù)的測定 2 基巖風(fēng)化帶 定義 據(jù)基巖風(fēng)化程度的不同 可將風(fēng)化帶分為全風(fēng)化 強(qiáng)風(fēng)化 中風(fēng)化 弱風(fēng)化和微風(fēng)化 或未風(fēng)化 五層 各風(fēng)化層間 下層的波速 密度一般都大于上層 多數(shù)情況下基巖風(fēng)化層存在著3 4個(gè)速度或波阻抗界面 這些界面常與全風(fēng)化 強(qiáng)風(fēng)化 中風(fēng)化 弱風(fēng)化和微風(fēng)化界面相一致或相接近 通常情況下 全風(fēng)化層和其上覆蓋層在波速上差異甚小 容易造成兩者混淆 3 隱伏構(gòu)造破碎帶 定義 指覆蓋層以下的斷層破碎帶 按斷層兩盤巖性劃分 通常有以下三種情況 上 下盤為同一巖性的斷層破碎帶 上 下盤為相同巖性 但基巖面有一定高差的斷層破碎帶 上 下盤為不同巖性的斷層破碎帶 各種構(gòu)造破碎帶中大都有斷層泥 糜棱巖和破碎 充水等特征 因此地震波在破碎帶中傳播時(shí)高頻成分易被吸收 且波速較低 此外 當(dāng)斷層面比較光滑且其兩側(cè)巖石的波阻抗有明顯差異時(shí) 斷層面本身就是一個(gè)反射界面 4 巖溶地質(zhì) 在我國南方 尤其在沿海省份的硫酸鹽巖和碳酸鹽巖地區(qū)廣泛存在著巖溶 要在這些巖溶分布區(qū)修建大壩 橋梁 鐵路 機(jī)場等重要基礎(chǔ)設(shè)施 必須對(duì)巖溶的分布范圍 形狀 規(guī)模 位置及發(fā)育程度探查清楚 以便進(jìn)行合理的施工設(shè)計(jì) 巖溶的形成與發(fā)育 主要與地層巖性 地質(zhì)構(gòu)造和地下水的活動(dòng)等因素有關(guān) 巖溶經(jīng)常形成于厚塊狀可溶性的純灰?guī)r地層 多沿巖層層面或斷層破碎帶發(fā)育成溶洞或溶蝕裂隙 地表水和地下水活動(dòng)愈劇烈 水量愈大時(shí) 巖溶發(fā)育就愈強(qiáng)烈 巖溶洞穴與其圍巖之間 一般存在著明顯的密度 波速和波阻抗差異 因此 可用地震方法來探明巖溶地區(qū)溶洞的分布和發(fā)育情況 5 滑坡 圖2 4滑波地貌特征示意圖定義 在鐵路 高速公路 大型水庫等的施工或使用過程中 都可能遇到滑波這樣的災(zāi)害地質(zhì)現(xiàn)象 工程地質(zhì)上依據(jù)滑坡體組成物質(zhì)的不同 一般將滑坡分為土體滑坡和巖石滑坡兩大類 滑坡體在滑動(dòng)過程中常使其巖土結(jié)構(gòu)受到不同程度的破壞 產(chǎn)生大小不等的裂隙 從而使滑坡體的波速降低 滑坡體的波速一般都比滑動(dòng)面以下的巖 土 體低 之間會(huì)形成明顯的速度界面 因此 可以用淺層地震方法來探測滑坡體的分布范圍和厚度 如圖2 4所示為滑波地貌特征示意圖 6 沉積層中的軟弱夾層 特點(diǎn) 軟弱夾層往往具有滲透性差 波速低和密度小 因此 可用淺層地震反射方法來探測砂礫石層中所夾的土層 如淤泥 粘土層 和基巖中的泥化夾層等的位置及其厚度 由于軟弱夾層有速度倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象 因此一般不適合用折射波法來探測 7 含水層和滲漏帶 含水層一般可分為兩類 一類 是第四系地層中的含水層 主要是孔隙度大 透水性強(qiáng)的砂層和砂礫石層 它們與透水性弱的粘土層之間會(huì)形成一個(gè)良好的波阻抗界面 二類 基巖中的裂隙帶 巖溶發(fā)育帶 斷層破碎帶等含水層 帶 會(huì)形成良好的速度界面和波阻抗界面 滲漏帶 具備良好地下水活動(dòng)條件的地帶 當(dāng)它們與水源連通時(shí) 成為含水層 帶 二 淺層地震地質(zhì)條件 淺層地震地質(zhì)條件 地表附近和地下淺部的地質(zhì)條件 1 表層地震地質(zhì)條件 指地表附近的地貌和地質(zhì)特點(diǎn) 影響地震勘探的激發(fā) 傳播和接收 包括 1 低速帶 定義 地表附近的巖層 由于長期遭受風(fēng)化而變得比較疏松 地震波在其中的傳播速度較基巖低得多 低速帶對(duì)高頻有很強(qiáng)吸收作用 使波能量變?nèi)?因此低速帶內(nèi)難激發(fā)較強(qiáng)的地震波 如低速帶厚度太大 則傳到深層巖石界面上的能量大大削弱 以致不能接收到返回地面的有效波 從而大大降低勘探深度 如沙漠 戈壁地區(qū) 如果低速帶厚度變化大 或橫向上變化不均勻 會(huì)使反射波返回地表時(shí)產(chǎn)生時(shí)間上的滯后 從而造成時(shí)間剖面資料解釋的困難 甚至造成解釋結(jié)果的失真 因此在對(duì)地震原始資料進(jìn)行處理時(shí)要進(jìn)行必要的校正 以消除低速帶對(duì)構(gòu)造失真的影響 這種校正通常稱為低速帶校正或靜校正 低速帶與基巖往往形成一個(gè)明顯的速度界面 是良好的折射界面 淺層折射波法就是利用這一特性來探測基巖起伏的 這也是一個(gè)很強(qiáng)的波阻抗界面 會(huì)產(chǎn)生多次反射波 2 潛水面 潛水面常常就是低速帶的底部 所以低速帶一般是指不含水的風(fēng)化帶 表層介質(zhì)中的含水率對(duì)波速影響很大 實(shí)踐證明 在水中激發(fā)時(shí) 即使振源強(qiáng)度不是太大 亦能激發(fā)較強(qiáng)的地震波 且頻譜十分豐富 因此潛水面高是工作的有利條件 由于潛水面上 下界面的波速差異明顯 因此 地震上追蹤的第一個(gè)界面往往就是潛水面 3 高速夾層 當(dāng)?shù)刭|(zhì)層位中存在著高速夾層 厚層 時(shí) 它與頂 底板的巖層形成很強(qiáng)的反射界面 使下傳的地震波遇此界面能量大部分被反射回地表 透射波能量很小 限制了地震波的穿透能力 影響對(duì)下部地層的勘探 地震勘探把此現(xiàn)象稱作 高速層的屏蔽 4 地形 地貌和植被 測區(qū)地形平坦 地貌簡單 植被和建筑物稀少 不僅施工方便 而且人文引起的微震干擾也少 否則地形起伏 水系縱橫 植被茂盛 建筑物林立 不僅施工困難 而且影響記錄質(zhì)量 2 深部地震地質(zhì)條件 深部地震地質(zhì)條件同地下地質(zhì)構(gòu)造的復(fù)雜程度有關(guān) 它關(guān)系到地震勘探的可行性和解決地質(zhì)問題的程度 好的深部條件一般是 1 地震界面質(zhì)量好 存在形成反射波的波阻抗界面或形成折射波的速度分界面 界面連續(xù) 上下地層波速穩(wěn)定 界面傾角小于30 40 地震界面與地質(zhì)界面吻合或二者相關(guān)性好 有規(guī)律可循 2 具有地震標(biāo)準(zhǔn)層 地震標(biāo)準(zhǔn)層 有效波能量強(qiáng) 波形穩(wěn)定且在工作區(qū)能被連續(xù)追蹤的地震層位 地震標(biāo)準(zhǔn)層和地質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)層一樣 具有重要意義 它是層位對(duì)比 連接以及控制構(gòu)造的重要依據(jù) 所以當(dāng)工作區(qū)存