影響速度的因素分析

1、地球物理勘探地球物理勘探課課 程程 內(nèi)內(nèi) 容容 第第1章章 緒論緒論 第第2章章 地震波運動學(xué)理論地震波運動學(xué)理論 第第3章章 地震資料采集方法與技術(shù)地震資料采集方法與技術(shù) 第第4章章 地震波速度地震波速度 第第5章章 地震資料解釋的理論基礎(chǔ)地震資料解釋的理論基礎(chǔ) 第第6章章 地震資料構(gòu)造解釋地震資料構(gòu)造解釋第第4 4章章 地震波速度地震波速度第一節(jié)第一節(jié) 影響速度的因素分析影響速度的因素分析第二節(jié)第二節(jié) 各種速度概念各種速度概念 第三節(jié)第三節(jié) 速度的測定方法速度的測定方法 第四節(jié)第四節(jié) 各種速度間的轉(zhuǎn)換關(guān)系各種速度間的轉(zhuǎn)換關(guān)系 第一節(jié)第一節(jié) 影響速度的因素分析影響速度的因素分析一、與巖石彈性

2、常量的關(guān)系一、與巖石彈性常量的關(guān)系二、與巖性的關(guān)系二、與巖性的關(guān)系三、與密度的關(guān)系三、與密度的關(guān)系四、與構(gòu)造歷史和地質(zhì)年代的關(guān)系四、與構(gòu)造歷史和地質(zhì)年代的關(guān)系五、與埋藏深度的關(guān)系五、與埋藏深度的關(guān)系六、與孔隙率和含水性的關(guān)系六、與孔隙率和含水性的關(guān)系七、與頻率和溫度的關(guān)系七、與頻率和溫度的關(guān)系八、沉積巖中速度的一般分布規(guī)律八、沉積巖中速度的一般分布規(guī)律第一節(jié)第一節(jié) 影響速度的因素分析影響速度的因素分析一、與巖石彈性常量的關(guān)系一、與巖石彈性常量的關(guān)系建立波動方程時已導(dǎo)出地震縱波和橫波在介質(zhì)中的傳建立波動方程時已導(dǎo)出地震縱波和橫波在介質(zhì)中的傳播速度與介質(zhì)的彈性常數(shù)之間的定量關(guān)系：播速度與介質(zhì)的彈性

3、常數(shù)之間的定量關(guān)系： )21)(1 ()1 (2EVp)1 (2EVS式中式中，是拉梅是拉梅(Lame)系數(shù)；系數(shù)；是介質(zhì)密度；是介質(zhì)密度；E是楊氏是楊氏模量；模量；是是泊松比泊松比(Poissons ratio) 。它們都是說明介質(zhì)。它們都是說明介質(zhì)彈性性質(zhì)的參數(shù)。泊松比彈性性質(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，只有在最為疏松的巖石中0.5。楊氏模量的大小。楊氏模量的大小和巖石的成分、結(jié)構(gòu)有關(guān)。隨著巖石密度的增加，和巖石的成分、結(jié)構(gòu)有關(guān)。隨著巖石密度的增加，E比比增加的級次更高，所以當(dāng)巖石的密度增加時，地震波的增加的級次更高，所以

4、當(dāng)巖石的密度增加時，地震波的速度不是減少反而增加。速度不是減少反而增加。第一節(jié)第一節(jié) 影響速度的因素分析影響速度的因素分析由由Vp和和Vs的表達(dá)式可以得到同一介質(zhì)中的表達(dá)式可以得到同一介質(zhì)中縱波和橫波速縱波和橫波速度比度比的關(guān)系如下：的關(guān)系如下：21)1 (2SPVV可見縱波與橫波速度之比取決于泊松比可見縱波與橫波速度之比取決于泊松比。因為在大多。因為在大多數(shù)情況下，泊松比為數(shù)情況下，泊松比為0.25左右，所以縱波與橫波的速度左右，所以縱波與橫波的速度之比值一般為之比值一般為1.73。二、與巖性的關(guān)系二、與巖性的關(guān)系第一節(jié)第一節(jié) 影響速度的因素分析影響速度的因素分析 大多數(shù)火成巖和變質(zhì)巖孔隙度

5、度比較小，因此地震波大多數(shù)火成巖和變質(zhì)巖孔隙度度比較小，因此地震波的速度主要取決于組成這些巖石的礦物本身的彈性性質(zhì)。的速度主要取決于組成這些巖石的礦物本身的彈性性質(zhì)。通?；鸪蓭r的波速變化范圍比變質(zhì)巖和沉積巖的要小，通常火成巖的波速變化范圍比變質(zhì)巖和沉積巖的要小，火成巖波速的平均值比其他類型巖石的要高。大多數(shù)變火成巖波速的平均值比其他類型巖石的要高。大多數(shù)變質(zhì)巖的地震波速度變化范圍比較大。對于沉積巖，由于質(zhì)巖的地震波速度變化范圍比較大。對于沉積巖，由于其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，且顆粒間有孔隙，孔隙中可能充填液其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，且顆粒間有孔隙，孔隙中可能充填液體或固體物質(zhì)，故這類巖石速度是密切地依賴于孔隙度體

6、或固體物質(zhì)，故這類巖石速度是密切地依賴于孔隙度和充滿于孔隙中的物質(zhì)。和充滿于孔隙中的物質(zhì)。第一節(jié)第一節(jié) 影響速度的因素分析影響速度的因素分析 巖石類型巖石類型 速度（速度（m/sm/s） 沉積巖沉積巖 花崗巖花崗巖 玄武巖玄武巖 變質(zhì)巖變質(zhì)巖 1500 150060006000 4500 450065006500 4500 450080008000 3500 350065006500第一節(jié)第一節(jié) 影響速度的因素分析影響速度的因素分析不同巖性橫波與縱波速度的實驗不同巖性橫波與縱波速度的實驗室測試結(jié)果（聲波時差）室測試結(jié)果（聲波時差）第一節(jié)第一節(jié) 影響速度的因素分析影響速度的因素分析不同巖性橫波與

7、縱波速度關(guān)系圖不同巖性橫波與縱波速度關(guān)系圖第一節(jié)第一節(jié) 影響速度的因素分析影響速度的因素分析三、與密度的關(guān)系三、與密度的關(guān)系 經(jīng)驗表明：沉積巖中的波速與巖石密度有密切關(guān)系，經(jīng)驗表明：沉積巖中的波速與巖石密度有密切關(guān)系，這種關(guān)系除了這種關(guān)系除了Vp和和Vs的理論公式外，在實用上根據(jù)大的理論公式外，在實用上根據(jù)大量資料（見下表）可以把量資料（見下表）可以把速度與密度表示成近似的線性速度與密度表示成近似的線性關(guān)系關(guān)系，例如對某些石灰?guī)r和砂頁巖來說，這種關(guān)系可以，例如對某些石灰?guī)r和砂頁巖來說，這種關(guān)系可以表示成方程式：表示成方程式： 116V式中速度式中速度V的單位是的單位是km/s，密度，密度的單位

8、是的單位是g / cm3。巖石成分巖石成分 （m/sm/s）礫巖、碎石、干砂礫巖、碎石、干砂 2002008008002 28 81616砂質(zhì)粘土砂質(zhì)粘土 3003009009003 310101818濕砂濕砂 6006008008003 38 81919粘土粘土 120012002500250018185555疏松巖石疏松巖石 150015002500250014141616致密巖石致密巖石 180018004000400027276060白堊白堊 18001800350035004040112112泥質(zhì)頁巖泥質(zhì)頁巖 270027004100410036369090石灰?guī)r，致密白云巖石灰?guī)r，

9、致密白云巖 25002500610061006565135135石膏，無水石膏石膏，無水石膏 35003500450045005858180180泥灰?guī)r泥灰?guī)r 20002000350035007777110110冰冰 31003100360036004545100100巖鹽巖鹽 420042005500550030303535pV）scmgVp24/(10速度速度波阻抗波阻抗第一節(jié)第一節(jié) 影響速度的因素分析影響速度的因素分析在在10kbar條件下硅條件下硅質(zhì)巖與氧質(zhì)巖與氧化物的速化物的速度密度度密度關(guān)系圖關(guān)系圖第一節(jié)第一節(jié) 影響速度的因素分析影響速度的因素分析 通過對大量巖石樣品作巖石物性研究

10、，在對大量數(shù)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(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)地震縱波速度與巖石密度據(jù)分析整理的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)地震縱波速度與巖石密度之間存在著良好的定量關(guān)系，可用之間存在著良好的定量關(guān)系，可用Gardner公式公式表示如表示如下：下：4/131. 0V式中速度式中速度V的單位是的單位是m/s；密度；密度的單位是的單位是g/cm3。 這些經(jīng)驗公式具體地反映了速度與密度間的關(guān)系，為這些經(jīng)驗公式具體地反映了速度與密度間的關(guān)系，為參數(shù)之間的換算提供了方便。參數(shù)之間的換算提供了方便。第一節(jié)第一節(jié) 影響速度的因素分析影響速度的因素分析四、與構(gòu)造歷史和地質(zhì)年代的關(guān)系四、與構(gòu)造歷史和地質(zhì)年代的

11、關(guān)系 許多實際觀測資料表明，同樣深度許多實際觀測資料表明，同樣深度成分相似的巖石，成分相似的巖石，當(dāng)?shù)刭|(zhì)年代不同時，波速也不同，古老的巖石比年輕的當(dāng)?shù)刭|(zhì)年代不同時，波速也不同，古老的巖石比年輕的巖石具有較高的速度。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)。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(qiáng)烈褶皺地區(qū)，經(jīng)常觀測到速度的增大；而在隆起的在強(qiáng)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)速度降低。一般地說，地震波在巖石構(gòu)造頂部，則發(fā)現(xiàn)速度降低。一般地說，地震波在巖石中地傳播速度隨地質(zhì)過程中的構(gòu)造作用力之間有一定的中地傳播速度隨地質(zhì)過程中的構(gòu)造作

12、用力之間有一定的關(guān)系，速度隨壓力的增加而增加。此外壓力的方向不同，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。地震波沿不同方向傳播的速度也就不同。第一節(jié)第一節(jié) 影響速度的因素分析影響速度的因素分析由砂巖巖由砂巖巖心心(2塊塊)測測試的縱波試的縱波速度與圍速度與圍壓間關(guān)系壓間關(guān)系圖圖第一節(jié)第一節(jié) 影響速度的因素分析影響速度的因素分析五、與埋藏深度的關(guān)系五、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。條件下，地震波的速度隨巖石埋藏深度的增加而增大。

13、其原因主要是埋藏深的巖石所受的地層壓力大的緣故。其原因主要是埋藏深的巖石所受的地層壓力大的緣故。 在不同地區(qū)，特別是在基底埋藏深度不同時速度隨在不同地區(qū)，特別是在基底埋藏深度不同時速度隨深度變化的深度變化的垂直梯度垂直梯度可能相差很大。一般地說，在淺可能相差很大。一般地說，在淺處速度梯度較大；深度增加時，梯度減小。處速度梯度較大；深度增加時，梯度減小。第一節(jié)第一節(jié) 影響速度的因素分析影響速度的因素分析墨西哥灣墨西哥灣地區(qū)砂巖地區(qū)砂巖和泥巖速和泥巖速度深度度深度關(guān)系圖關(guān)系圖式中式中V是波在巖石中的實際速度；是波在巖石中的實際速度； 是波在孔隙的流體是波在孔隙的流體中的速度；中的速度； 是巖石基質(zhì)

14、的速度；是巖石基質(zhì)的速度；是巖石的孔隙度。是巖石的孔隙度。這個公式的適用條件是巖層孔隙中只有油、氣或水一種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。流體，并且流體壓力與巖石壓力相等。第一節(jié)第一節(jié) 影響速度的因素分析影響速度的因素分析六、與孔隙度和含水性的關(guān)系六、與孔隙度和含水性的關(guān)系 在大多數(shù)沉積巖中，巖層的實際速度是由巖石基質(zhì)的在大多數(shù)沉積巖中，巖層的實際速度是由巖石基質(zhì)的速度、孔隙度，充滿孔隙的液體的速度以及顆粒之間的速度、孔隙度，充滿孔隙的液體的速度以及顆粒之間的膠結(jié)物的成分等因素來決定的。目前認(rèn)為比較合適的是膠結(jié)物的成分等因素來決定的。目前認(rèn)為比

15、較合適的是Wyllie等提供的關(guān)于液體速度、基質(zhì)速度與孔隙度之間等提供的關(guān)于液體速度、基質(zhì)速度與孔隙度之間一個很簡單的關(guān)系式，叫做時間平均方程或一個很簡單的關(guān)系式，叫做時間平均方程或Wyllie 方程方程，即：即： rfVVV11fVrV第一節(jié)第一節(jié) 影響速度的因素分析影響速度的因素分析幾種硅質(zhì)巖石的幾種硅質(zhì)巖石的1/v與與關(guān)系圖關(guān)系圖 第一節(jié)第一節(jié) 影響速度的因素分析影響速度的因素分析速度速度與孔與孔隙度隙度的關(guān)的關(guān)系圖系圖第一節(jié)第一節(jié) 影響速度的因素分析影響速度的因素分析速度與速度與孔隙度孔隙度（孔隙（孔隙中含不中含不同流體）同流體）的關(guān)系的關(guān)系圖圖第一節(jié)第一節(jié) 影響速度的因素分析影響速度

16、的因素分析孔隙流體性質(zhì)影響縱波的速度和反射系數(shù)，孔隙流體性質(zhì)影響縱波的速度和反射系數(shù)，不影響橫波。不影響橫波?？v橫波速度比是研究孔隙流體性質(zhì)的有利縱橫波速度比是研究孔隙流體性質(zhì)的有利參數(shù)。參數(shù)。Wyllie 方程是亮點技術(shù)的理論基礎(chǔ)。方程是亮點技術(shù)的理論基礎(chǔ)。第一節(jié)第一節(jié) 影響速度的因素分析影響速度的因素分析氣飽和或水飽和砂巖中橫縱波速比氣飽和或水飽和砂巖中橫縱波速比/與孔隙度與孔隙度間的關(guān)系間的關(guān)系氣氣/水飽和與油水飽和與油/水飽和對速度的影響；水飽和對速度的影響；(a)縱波速度與縱波速度與飽和度之比；飽和度之比；(b)含氣或含油砂巖與泥巖蓋層間的反射含氣或含油砂巖與泥巖蓋層間的反射系數(shù)變化

17、系數(shù)變化不同巖石特征對縱橫波速度的影響（不同巖石特征對縱橫波速度的影響（Tatham,1991）第一節(jié)第一節(jié) 影響速度的因素分析影響速度的因素分析七、與頻率和溫度的關(guān)系七、與頻率和溫度的關(guān)系 實驗資料表明在很寬的頻率范圍內(nèi)，實驗資料表明在很寬的頻率范圍內(nèi)，Vp和和Vs與頻率與頻率無關(guān)，這說明縱波和橫波不存在無關(guān)，這說明縱波和橫波不存在頻散頻散（dispersion-波的波的傳播速度是頻率的函數(shù)）現(xiàn)象。傳播速度是頻率的函數(shù)）現(xiàn)象。 速度隨溫度可能有很微小的變化，每升高速度隨溫度可能有很微小的變化，每升高100，波，波速減少速減少56%，見下圖。，見下圖。 縱波速度與溫縱波速度與溫度的關(guān)系度的關(guān)系

18、 橫波速度與溫橫波速度與溫度的關(guān)系度的關(guān)系 第一節(jié)第一節(jié) 影響速度的因素分析影響速度的因素分析第一節(jié)第一節(jié) 影響速度的因素分析影響速度的因素分析八、沉積巖中速度的一般分布規(guī)律八、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。沉積巖的基本特點之一是成層分積順序及巖性特點。沉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，可將整個地質(zhì)剖面劃布。根據(jù)形成沉積的各種條件，可將整個地質(zhì)剖面劃分為許多地層，在各層中波傳播的速度是不同的。因分為許多地層，在各層中波傳播的速度是不同的。因此，此，速度在剖面上的成層分布速度在剖面上的成層分布就成為沉積巖的基本特就成為沉積巖的基