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1、2022-5-251第六章 地震波的速度研究地震波速度的意義:研究地震波速度的意義:1 1、反演(構(gòu)造解釋、巖性解釋、參、反演(構(gòu)造解釋、巖性解釋、參數(shù)反演數(shù)反演) )2 2、資料處理;、資料處理;3 3、模型正演、模型正演. .2022-5-252主要內(nèi)容:主要內(nèi)容:一、影響地震波速度的因素一、影響地震波速度的因素二、幾種速度的概念二、幾種速度的概念三、平均速度的測定三、平均速度的測定四、速度分析的基本原理四、速度分析的基本原理五、各種速度之間的關(guān)系五、各種速度之間的關(guān)系六、速度場的建立六、速度場的建立2022-5-253第一節(jié)第一節(jié) 影響地震波速度的因素影響地震波速度的因素彈性常數(shù)巖性密度
2、與地震波速度有關(guān)的因素:介質(zhì)性質(zhì)吸收衰減構(gòu)造歷史和沉積年代埋藏深度孔隙度及流體性質(zhì)溫度壓力2022-5-254一、速度與巖石彈性常數(shù)的關(guān)系)1 (2)21)(1 ()1 ()(342spVV2022-5-255彈性模量拉梅系數(shù)、體變模量K、楊氏模量E、泊松比v)1 (2)21)(1 ()1 ()(342spVV2022-5-256剪切模量spVV22022-5-257體變模量2022-5-258楊氏模量)1 (2)21)(1 ()1 (spVV2022-5-259)1 (2)21)(1 ()1 (spVV21)1 (2spVV上兩式相除:2022-5-2510 泊松比v為0.25左右,所以(含
3、氣時泊松比變?。?1)1 (2spVV73. 1spVV2022-5-2511二、地震波速度與巖性的關(guān)系巖 石 類 型速 度 (米/秒)沉積巖15006000玄武巖45008000變質(zhì)巖35006500花崗巖45006500表6-1-1 各大類巖石的波速2022-5-2512巖石類型速度 (米/秒)礫巖碎石干砂200800砂質(zhì)粘土300 900濕砂600 800粘土1200 2500砂巖1400 4500泥灰?guī)r2000 3500石灰?guī)r,白云巖2500 6100泥質(zhì)頁巖2700 4100鹽巖4200 5500表6-1-2 幾種沉積巖的波速2022-5-25132022-5-25142022-5-
4、25152022-5-2516三、地震波速度與巖石密度的關(guān)系沉積巖中的波速與巖石密度的關(guān)系:如對某些石灰?guī)r、頁巖來說,可用線性方程來描述: 式中VKm/s, 116 V3/ cmg)21)(1 ()1 (pV2022-5-2517完全充水飽和時,地震縱波速度與巖石密度之間存在著良好的定量關(guān)系,非線性關(guān)系經(jīng)驗公式(加德納公式 ):4131. 0V2022-5-25182022-5-2519四、速度與構(gòu)造歷史和沉積年代的關(guān)系一般來說,地層越深,一般來說,地層越深,地震波速度越大地震波速度越大2022-5-2520一般來說,沉積年代越一般來說,沉積年代越久,地震波速度越大久,地震波速度越大2022-
5、5-2521地震波速度與沉積地質(zhì)年代、地質(zhì)構(gòu)造歷史有關(guān),不同的地區(qū)有不同的表現(xiàn),主要有以下幾個特點:1)、地質(zhì)年代越長、構(gòu)造歷史越久,地震波速度越高;地質(zhì)年代越短、構(gòu)造歷史越短,地震波速度越低。2)、在強烈褶皺地區(qū),經(jīng)常觀測到的地震波速度大;而在隆起的構(gòu)造頂部,則發(fā)現(xiàn)速度減低。2022-5-2522五、地震波速度與埋藏深度的關(guān)系一般來說,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。2100)1 ()()(HVHVHVHV2022-5-2523一般地,隨巖石埋藏深度的增加,地震波的速度增大,垂直梯度減小。202
6、2-5-2524六、與孔隙度和流體性質(zhì)的關(guān)系 巖石孔隙度示意圖rfVVV11巖石骨架流體(孔隙) fVrV2022-5-2525當考慮流體壓力變化影響因素時,引入壓差調(diào)節(jié)系數(shù)C,上式變?yōu)椋?孔隙度; V 波在巖石中的實際速度; 波在孔隙流體中的速度; 波在巖石基質(zhì)中的速度; C 壓差調(diào)節(jié)系數(shù)。 rfVCVCV11fVrV2022-5-25262022-5-25272022-5-25282022-5-2529rfVVV112022-5-2530七、與頻率和溫度壓力的關(guān)系與頻率無關(guān),溫度每升高100度,速度減少56。 2022-5-25312022-5-2532理論曲線圖2022-5-2533八、
7、沉積巖中速度的一般分布規(guī)律:1、沉積巖的成層沉積決定了速度剖面上成層分布。2、速度梯度是隨深度的增加而減小的。3、一般地,速度的水平梯度不會很大,細致處理和解釋資料時,考慮速度的水平梯度還是必要的。如構(gòu)造破壞(斷層)、地層不整合及尖滅。2022-5-2534第二節(jié) 幾種速度的概念速度類型:一、平均速度與層速度二、均方根速度三、等效速度四、疊加速度2022-5-2535平均速度定義與計算公式平均速度定義與計算公式:一、平均速度與層速度11221121avV由此可知:引入平均速度由此可知:引入平均速度的基本假設是:地震波沿的基本假設是:地震波沿著最短路徑傳播,即直線著最短路徑傳播,即直線傳播傳播2
8、022-5-2536從另一角度考慮(如圖) :221121avV11221121avV2022-5-2537地震波在地層中實際傳播遵循費馬原理,即沿時間最短的路徑傳播。在界面兩側(cè)遵循透射定律。二、均方根速度n1i22n1i221212212022-5-2538式中: 均方根速度的概念:將水平層狀介質(zhì)情況下反射波時距曲線看成雙曲線時求得的速度。11442022-5-2539三、等效速度傾斜界面共中心時距曲線方程: 2222022220coscos41VxttxhVt或cosVV 其中:22202Vxtt其等效方程:2022-5-2540四 疊加速度的求取一:速度分析原理二:疊加速度譜的形成三:速
9、度譜的解釋與應用2022-5-25412022-5-25422022-5-2543四、疊加速度由前面討論的幾個速度知道,在一般情況下,由前面討論的幾個速度知道,在一般情況下,( (包括包括水平界面均勻介質(zhì)、傾斜界面均勻介質(zhì)、覆蓋層為水平界面均勻介質(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)等層狀介質(zhì)或連續(xù)介質(zhì)等) ),都可將共中心點反射波時,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:距曲線看作雙曲線,用一個共同的式子來表示:式中式中V V稱為疊加速度稱為疊加速度,t,t0 0為偏移距為零時的反射時間。為偏移距為零時的反射時間。對于不同的地質(zhì)結(jié)構(gòu),它就有更具體的意義,例
10、如對于不同的地質(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)對傾斜界面均勻介質(zhì)V V就是就是V V ,對水平層就是,對水平層就是V VR R。22202avxtt2022-5-2544疊加速度疊加速度V V的含義也可以從另一個角度來理解。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,是通過計算速在實際的地震資料處理工作中,是通過計算速度譜來求取疊加速度的。即對一組共反射點道度譜來求取疊加速度的。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集上的某個同相軸,利用雙曲線公式選用一系列不同速度列不同速度V Vi i計算各道的動校正量,對道集內(nèi)各計算各道的動校正量,對道
11、集內(nèi)各道進行動校正;當取某一個道進行動校正;當取某一個V Vi i能把同相軸校成水能把同相軸校成水平直線平直線( (將得到最好的疊加效果將得到最好的疊加效果) )時,則這個時,則這個V Vi i就就是這條同相軸對應的反射波的疊加速度。是這條同相軸對應的反射波的疊加速度。2022-5-2545四、疊加速度2022-5-25462022-5-2547五 各種速度之間的關(guān)系速度的類型:平均速度、均方根速度、平均速度、均方根速度、疊加速度、層速度、疊加速度、層速度、等效速度。一、平均速度與均方根速度的比較二、由疊加速度計算均方根速度三、由均方根速度計算層速度四、各種介質(zhì)結(jié)構(gòu)情況下各種速度的 計算公式與
12、相互轉(zhuǎn)換2022-5-2548一、平均速度與均方根速度當?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,即把地震波沿某一條射線傳播所走的即把地震波沿某一條射線傳播所走的總路程長度除以所需的時間叫做波沿這條射總路程長度除以所需的時間叫做波沿這條射線的射線平均速度。線的射線平均速度。2022-5-2549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:niiiiniiiVpVhVphtstPV02202211),(zzzVpzVdzzVpdztpV022022)(1)()(1),(2022-5-2550平均速度和均方根速度的比較
13、平均速度和均方根速度的比較平均速度和均方根速度都是把層狀介質(zhì)假想成某種均勻介質(zhì),它對某一種結(jié)構(gòu),只有一個平對某一種結(jié)構(gòu),只有一個平均速度和均方根速度。實際上,地震波在同一均速度和均方根速度。實際上,地震波在同一種介質(zhì)中,沿不同射線傳播,射線平均速度是種介質(zhì)中,沿不同射線傳播,射線平均速度是不同的。不同的。此時用同一速度對道集進行動校正,肯定不能完全校正準確,這種誤差隨炮檢距增大而增大。平均速度就是地震波垂直穿過該層以上的總地層厚度與總傳播時間之比。2022-5-2551平均速度和均方根速度的比較平均速度和均方根速度的比較用一個假想速度用一個假想速度( (平均速度平均速度) )來代替各小層的速來
14、代替各小層的速度,使層狀介質(zhì)轉(zhuǎn)化為理想的均勻介質(zhì)。而這度,使層狀介質(zhì)轉(zhuǎn)化為理想的均勻介質(zhì)。而這個假想速度個假想速度平均速度并不是各小層速度的線平均速度并不是各小層速度的線性平均,而是按各小層速度性平均,而是按各小層速度V Vi i對垂直旅行時加對垂直旅行時加權(quán)平均。權(quán)平均。在平均速度中。垂直旅行時間大的層的速度就在平均速度中。垂直旅行時間大的層的速度就對平均速度影響大,小的就影響小。對平均速度影響大,小的就影響小。平均速度能較好描述炮檢距為零(垂直入射和平均速度能較好描述炮檢距為零(垂直入射和反射)的情況。所以設計井深,進行時深轉(zhuǎn)換反射)的情況。所以設計井深,進行時深轉(zhuǎn)換時要用它。但當偏移距大
15、時就不很準確了。時要用它。但當偏移距大時就不很準確了。2022-5-2552均方根速度是沿著回聲反射行程的介質(zhì)速度對時間取均方根速度是沿著回聲反射行程的介質(zhì)速度對時間取均方根值。均方根值。同一般均方值一樣,數(shù)值大影響也大。所以,在均方同一般均方值一樣,數(shù)值大影響也大。所以,在均方根速度中,速度高的影響大些。根速度中,速度高的影響大些。均方根速度近似地考慮了層狀介質(zhì)中地震射線的偏折均方根速度近似地考慮了層狀介質(zhì)中地震射線的偏折效應。效應。均方根速度考慮了射線通過界面透射時發(fā)生的偏折均方根速度考慮了射線通過界面透射時發(fā)生的偏折( (但推導時又采用了近似算法但推導時又采用了近似算法) )。對炮檢距為
16、例零的射。對炮檢距為例零的射線它不如平均速度準確;但隨著炮檢距增大,它就比線它不如平均速度準確;但隨著炮檢距增大,它就比較準確了;可是炮檢距過大時,它的精度也要降低。較準確了;可是炮檢距過大時,它的精度也要降低。總的來說,它畢竟可以代表大多數(shù)??偟膩碚f,它畢竟可以代表大多數(shù)。 2022-5-2553均方根速度是對通過計算速度譜得到的疊加速度進行換算均方根速度是對通過計算速度譜得到的疊加速度進行換算求得。其中主要包括下面種種情況和內(nèi)容,其中最重要的求得。其中主要包括下面種種情況和內(nèi)容,其中最重要的是傾角校正。是傾角校正。 1)1)對水平層狀介質(zhì)對水平層狀介質(zhì)或水平界面覆蓋層是連續(xù)介質(zhì)或水平界面覆
17、蓋層是連續(xù)介質(zhì),疊,疊加速度就是均方根速度,不再作傾角校正,即當加速度就是均方根速度,不再作傾角校正,即當=0=0時,時, V VR R=V=Va a 2)2)當界面傾角為當界面傾角為,覆蓋層為均勻介質(zhì)時求得的疊加速度覆蓋層為均勻介質(zhì)時求得的疊加速度是等效速度是等效速度V V,這時要作傾角這時要作傾角校正校正 在上式用在上式用V Va a求求V VR R時,要知道界面角時,要知道界面角。cosaRVV2022-5-2554例題:設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,向下傳播,然
18、后在 界面發(fā)生反射和各條射線的射線平均速度。 3R321、1R3R2022-5-25552022-5-2556平均速度 :由(6-2-1)式,有均方根速度 :由(6-2-24)式,有 秒米/42866000100050001000300010001000100010003131iiiiivVhhV秒米/447260001000500010003000100060006000100050005000100030003000100022231312iiiiiRtVtVRVavV2022-5-2557射線平均速度的計算:當 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
19、分別是10124163000500010sinsin0011)(0120500060002416sinsin0011)(3R321lll、米米米10650120cos100010442416cos1000106110cos1000030201lll2022-5-2558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 點出射,炮檢距 等于 。 秒725. 0600010655000104430001016T秒米)(、/4310725. 02106510441061231RV3R1S1OS1x米16840120100024161000101000 21tgt
20、gtgx2022-5-2559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:3RmVmVmVRRR6080 xm/s4560253977xm/s4420201684xm/s431010332211333231mVmVmVRRR27025xm/s54503015455xm/s516030297570 xm/s4670273625143332312022-5-2560小結(jié)小結(jié):從上面的計算可以得出以下幾點認識: 1)、當介質(zhì)不均勻時,沿不同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,與費馬原理一致。 2)、對某一種介質(zhì)來說,只有一個平
21、均速度和一個均方根速度,而射線平均速度卻不唯一。對同一道集中各道作動校正,動校正不能完全準確,誤差隨炮檢距增加而增大。2022-5-25613)、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、均方根速三者有圖6-5-2所示的關(guān)系2022-5-25622022-5-2563根據(jù)許瓦茲(Schwarz)不等式有現(xiàn)在取 于是有:2122)()()()(dttgdttfdttgtfbababa)()(, 1)(tVtgtf)()()()(1)(11)(11)(21022102020tVTVtVdttVTdttVdtTdttVTTVRavRTTTTav2022-5-2564二、由疊加速
22、度Va計算均方根 )對水平層狀介質(zhì)(或水平界面覆蓋層是連續(xù)介質(zhì)),疊加速度等于均方根速度。 當 時, 2)當界面傾斜,覆蓋層為均勻介質(zhì)時, 0VVRcosVVR2022-5-256510211121212niininiiiininRtVttVtV,三,由均方根速度計算層速度三,由均方根速度計算層速度設有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: 為第一層至第n層的時間。第一層至第n-1層的均方根速度為: iVihniVhtiii321 ,nniiiniiniiinRtVttVtV,01211222nRV、2022-5-256
23、6以上兩式相減得:又 最后得Dix公式 :nniiniiininRnnRntVVtVtVtVt221121211020222,2222100111100nnnnniiniinntttttttt,1002110202100221102022nnnRnnRnnnnnnRnnRnttVtVtVttVVtVt,2022-5-2567四、各種介質(zhì)結(jié)構(gòu)情況下各種速度的計算及四、各種介質(zhì)結(jié)構(gòu)情況下各種速度的計算及相互換算公式相互換算公式在實際工作中,常常需要討論在各種不同介質(zhì)結(jié)構(gòu)情況下各種速度的特點及變化規(guī)律,以及各種速度之間的相互換算。例如:進行動校正,要有疊加速度資料;進行偏移疊加時,要有偏移疊加速度;
24、時深轉(zhuǎn)換,要有平均速度資料等等。介質(zhì)結(jié)構(gòu)類型:均勻介質(zhì)、層狀介質(zhì)、連續(xù)介質(zhì)。2022-5-2568(一)、水平層狀介質(zhì)速度公式:已知層速度平均速度:均方根速度:射線平均速度 :niiniiiavtVtV11niiiiniRtVtV121ninnnninnPvVpVhVphV12212211,iV2022-5-2569(二)、連續(xù)介質(zhì) 時的速度公式:平均速度 真速度隨 的變化規(guī)律 zVzVzV001)()()()()()()()(zlzVzVettVetVtVnvtvvtv112120200200000020000tveVtV)(0t2022-5-2570均方根速度 射線平均速度) 10020tRetVV()2(2sin2)(0021000000tgetgttVtV2022-5-2571(三)、平均速度與均方根速度的換算關(guān)系平均速度和層速度,均方根速度與層速度的關(guān)系前面已經(jīng)列出,這里不在祥述。1)、水平層狀介質(zhì)由均方根速度求平均速度:)()1()()1() 1()()(01002020nTiTiTiViTiVTnVniRRiav2022-5-25722)連續(xù)介質(zhì)由平均速度求均方根速度:由均方根速度求平均速度:zVzVzV001)()()(4)()(
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