地震勘探原理-第2章地震波運動學(xué)2課件

地震勘探原理主講人：陳雙全*2地震勘探原理第1章緒論第2章地震波運動學(xué)理論第3章地震資料采集方法與技術(shù)第4章地震波速度第5章地震資料解釋的理論基礎(chǔ)*3第2章地震波運動學(xué)理論2.1幾何地震學(xué)基本概念2.2常速單界面的反射波特征及數(shù)學(xué)表達式2.3變速多界面的反射波特征及數(shù)學(xué)表達式2.4地震折射波運動學(xué)*42.2常速單界面的反射波特征及數(shù)學(xué)表達式2.2.1水平反射面和正常時差2.2.2傾斜反射面和傾角時差2.2.3時距曲面與時間場*52.2.1水平反射面和正常時差2.2.1.1時距曲線的概念2.2.1.2水平界面的共炮點反射波時距曲線方程2.2.1.3正常時差與動校正*62.2.1.1時距曲線的概念在地面激發(fā)了地震波后，根據(jù)地下介質(zhì)的結(jié)構(gòu)和波的類型（如直達波、折射波和反射波），地震波將具有不同的傳播特點。為了定量地說明不同類型的波在各種介質(zhì)結(jié)構(gòu)情況下傳播的特點，在地震勘探中主要采用“時距曲線”

(時距曲線方程)這個概念。時距曲線就是表示波從震源出發(fā)，傳播到測線上各觀測點的旅行時間t，同觀測點相對于激發(fā)點的距離x之間的關(guān)系。*7直達波的時距曲線直達波的時距曲線是最簡單的一種，在單層介質(zhì)中，速度V恒定。激發(fā)點與接收點在同一測線，波的旅行時可表示為：

t=x/VX是激發(fā)點到接收點的距離，V是直達波的傳播速度。速度的一種通常的測試方法。*8討論時距曲線的實際意義各種波時距曲線的特點是在地震記錄上識別各種類型地震波的重要依據(jù)。自激自收接收地震剖面上，反射波同相軸的形態(tài)與地下界面的對應(yīng)關(guān)系。在一點激發(fā)多道接收的地震記錄不對應(yīng)了。波到達各觀測點的時間的變化規(guī)律，用時距曲線方程來表示。*9討論時距曲線的實際意義*10討論時距曲線的實際意義自接自收方式單炮多道接收方式*11時距曲線和觀測方式*12時距曲線和觀測方式*132.2.1水平反射面和正常時差2.2.1.1時距曲線的概念2.2.1.2水平界面的共炮點反射波時距曲線方程2.2.1.3正常時差與動校正*14水平界面的共炮點反射波時距曲線方程*15水平界面的共炮點反射波時距曲線方程*16水平界面的共炮點反射波時距曲線方程*172.2.1水平反射面和正常時差2.2.1.1時距曲線的概念2.2.1.2水平界面的共炮點反射波時距曲線方程2.2.1.3正常時差與動校正*18正常時差與動校正正常時差的概念正常時差的計算動校正*19正常時差問題：需要的是來自觀測點正下方的時間，即自激自收時間。實際得到的時距曲線是時間隨炮檢距的改變而變化。*20正常時差問題1一炮多道接收的反射并不來自炮點O和接收點S正下方，在水平界面時反射來自距的中點M。從實際生產(chǎn)考慮，不采用自激自收方式，要得到M點正下方的反射，則需在M點兩邊對稱的點上進行激發(fā)（O）和接收（S）。*21正常時差問題2在M點自激自收時間tM

小于在O點發(fā)S點收得到R點的反射時間tORS。同時來自R點的反射兩者有時間差，這是因為炮檢距不為零引起的。*22正常時差定義定義

水平界面時，對界面上某點以炮檢距x進行觀測得到的反射旅行時與在零炮檢距得到的反射旅行時之差。正常時差也就是炮檢距不為零引起的時差。*23正常時差的定量計算或其中代表的是M點的自激自收時間。*24正常時差的定量計算這個精確公式有時討論問題不夠直觀。在一定的條件下，用二項式展開可以得到簡單的近似公式，以后討論某些問題時經(jīng)常用到。

當則*25動校正為了消除正常時差產(chǎn)生的影響，要對反射時間做時間校正。經(jīng)過校正后，反射波的同相軸一般就能反映界面的形態(tài)了。在水平界面的情況下，從觀測到的反射波旅行時中減去正常時差t，得到x/2處的t0時間。這一過程叫正常時差校正，或稱動校正。關(guān)于動校正的具體方法和實際資料的數(shù)字處理效果分析將在《地震資料數(shù)字處理方法》課程中詳細介紹。

*26動校正*272.2.1水平反射面和正常時差2.2.1.1時距曲線的概念2.2.1.2水平界面的共炮點反射波時距曲線方程2.2.1.3正常時差與動校正*282.2常速單界面的反射波特征及數(shù)學(xué)表達式2.2.1水平反射面和正常時差2.2.2傾斜反射面和傾角時差2.2.3時距曲面與時間場*292.2.2傾斜反射面和傾角時差2.2.2.1傾斜界面的共炮點反射波時距曲線方程2.2.2.2傾角時差2.2.2.3共炮點反射波時距曲線的主要特點*30傾斜界面的共炮點反射波時距曲線方程*31傾斜界面的共炮點反射波時距曲線方程*322.2.2傾斜反射面和傾角時差2.2.2.1傾斜界面的共炮點反射波時距曲線方程2.2.2.2傾角時差2.2.2.3共炮點反射波時距曲線的主要特點*33傾角時差界面水平時，在S’點、O點、S點三個位置自激自收，反射波旅行時都相等，即。同樣在水平界面，炮檢距不為0時，在O點激發(fā)S點接收，存在正常時差，即tORS>t0。如果取OS=OS’=x，則tORS=tOR’S’。

*34傾角時差概念

界面傾斜，傾角為ф，測線與界面傾向一致，這時雖然還有OS=OS’=x，但，它們之差稱為傾角時差，這是由于界面傾斜引起的。也可以說是由激發(fā)點兩側(cè)對稱位置觀測到的來自同一界面的反射波的時差。

因為傾角時差由傾角引起，所以，如果測出了界面的傾角時差，則有可能利用它來估算界面傾角，而了解界面傾角，這是了解地下構(gòu)造的一個重要內(nèi)容。

*35傾角時差的定量計算已知傾斜界面的時距曲線為：作變換在x/（2h）<<1的情況下，上式用二項式展開，且略去高次項可得：

同理，對S’點：

需要注意的是，這里的t0是激發(fā)點O處的自激自收時間，h是O點處界面的法線深度。

*36應(yīng)當注意：用S’點與S點的反射波旅行時相減時，因為它們的炮檢距x相同，所以相減后，正常時差抵消了，t0也抵消了，剩下的就是這兩點之間的傾角時差。若用O點的t0與tS相減，所得的時差并不是△td的一半。因為在O點觀測，x=0，沒有正常時差，相減的結(jié)果既含有S點正常時差，也含有S點與O點之間傾角時差。

把震源O點兩邊等距的兩觀測點的波傳播時間相減得傾角時差△td：

當在O點兩邊炮檢距為x的兩點上，測出傾角時差△td后，就可用下式估算界面傾角：

*37傾斜界面下的動校正另一個角度來理解，在一個炮檢距不為零的點觀測到的傾斜界面反射波旅行時,它包括三部分，即t0、正常時差和傾角時差。此時，tS’與tS之差，實質(zhì)上應(yīng)當看作這兩點的“傾角時差”之差。

*38傾斜界面下的動校正界面傾斜下的動校正會出現(xiàn)什么問題：首先，S點接收到的反射波經(jīng)動校正后應(yīng)算哪一點？這時從x/2處的M點向界面作垂線與界面交于R’，而真正反射點在R，這兩者是有偏移的。

反射點不在炮檢距中點與界面的垂直點R’上，而在R點。當傾角φ不大時，R’與R的偏離不大。近似地認為R與R’相差很小，可忽略。

M點的自激自發(fā)時間為tR’M。*39傾斜界面下的動校正其次，怎樣計算動校正量呢？最精確的辦法就是：動校正量等于波的實際傳播時間t減去炮檢中點M處的自激自收時間tR’M(R’M的旅行時)，即△tф=t-tR’M，動校正：t-△tф=t-（t-tR’M）=tR’M動校正后就把t變換成tR’M了。具體地說，精確的動校正量是：式中h0是激發(fā)點O處界面的法線深度；tR’M=2hM/V，hM是炮檢中點M處界面的法線深度。但是，因為ф和hM都未知，無法用上式精確地計算傾斜界面的動校正量。

*40傾斜界面下的動校正實際的做法是用水平界面的公式近似計算傾斜界面的動校正量。

應(yīng)當注意：上式要校正的只是正常時差，是對水平界面情況提出的。對傾斜界面的反射波進行動校正，不是（也不應(yīng)當）把t校正成為t0，而是要把t校正成為tR’M。對傾角時差△tф和正常時差△t’粗略地分析可知，它們都有兩項之差。△tф的兩項分別大于△t’對應(yīng)的兩項，所以△tф與△t’近似相等是有可能的。下面證明兩者是近似相等。

*416、動校正量計算已知所以近似地有

*422.2.2傾斜反射面和傾角時差2.2.2.1傾斜界面的共炮點反射波時距曲線方程2.2.2.2傾角時差2.2.2.3共炮點反射波時距曲線的主要特點*43共炮點反射波時距曲線的主要特點對傾斜界面反射波的時距曲線作變換：公式變換式中1、共炮點反射波時距曲線是雙曲線方程。注意：上述二個標準的雙曲線方程是有條件的，即地表為平面，地下分界面為光滑的平面界面（水平或傾斜），覆蓋介質(zhì)為均勻介質(zhì)。

*44（2）極小點位置2、極小坐標為：對于傾斜界面的共炮點反射波時距曲線，其極小點總是相對激發(fā)點偏向界面的上傾方向一側(cè)。由右圖還可看到，xmin點實際上就是虛震源在測線上的投影，由震源點O到xmin的反射波射線是所有射線中最短的一條，3、反射波時距曲線是對稱于過xmin點的t軸的。*45共炮點反射波時距曲線的主要特點雙曲線極小點對稱軸過Xmin點的t軸*46共炮點反射波時距曲線的主要特點*472.2.2傾斜反射面和傾角時差2.2.2.1傾斜界面的共炮點反射波時距曲線方程2.2.2.2傾角時差2.2.2.3共炮點反射波時距曲線的主要特點*482.2常速單界面的反射波特征及數(shù)學(xué)表達式2.2.1水平反射面和正常時差2.2.2傾斜反射面和傾角時差2.2.3時距曲面與時間場*49時距曲面和時間場1、時距曲面時距曲面：波到達的時間t是觀測坐標（x,y）的二元函數(shù)：t=f(x,y)直達波的時距曲面是一個頂點位于激發(fā)點的倒置的圓錐面；反射波的時距曲面是雙曲面。*50時距曲面和時間場2、時間場場：某一物理量的空間分布（空間響應(yīng)）。地球物理場：ⅰ、某一地球物理量響應(yīng)在空間任意一個點,都有某一確定的值與之對應(yīng);ⅱ、某一地球物理量（標量、向量）的空間分布。時間場：在地震勘探中，介質(zhì)中的任何一點（x,y,z），都可以確定波前到達該點的時間t(x,y,z)，這時間與空間的關(guān)系稱為時間場。時間場特點：給定時間t，可以找到相同t組成的一個波面，波面與射線正交。*512.2常速單界面的反射波特征及數(shù)學(xué)表達式2.2.1水平反射面和正常時差2.2.2傾斜反射面和傾角時差2.2.3時距曲面與時間場*52第2章地震波運動學(xué)理論2.1幾何地震學(xué)基本概念2.2常速單界面的反射波特征及數(shù)學(xué)表達式2.3變速多界面的反射波特征及數(shù)學(xué)表達式2.4地震折射波運動學(xué)*53作業(yè)名詞解釋時距曲線正常時差與動校正傾角時差推導(dǎo)傾斜界面共炮點反射波時距曲線方程說明共炮點反射波時距曲線的主要特點*54第2章地震波運動學(xué)理論2.1幾何地震學(xué)基本概念2.2常速單界面的反射波特征及數(shù)學(xué)表達式2.3變速多界面的反射波特征及數(shù)學(xué)表達式

2.4地震折射波運動學(xué)*552.3變速多界面的反射波特征及數(shù)學(xué)表達式2.3.1地層介質(zhì)結(jié)構(gòu)模型2.3.2三層水平介質(zhì)的反射波時距曲線2.3.3三層水平介質(zhì)簡化為均勻介質(zhì)的思路和辦法*562.3.1地層介質(zhì)結(jié)構(gòu)模型均勻介質(zhì)水平層狀介質(zhì)連續(xù)介質(zhì)*57均勻介質(zhì)

認為反射界面R以上的介質(zhì)是均勻的，即層內(nèi)介質(zhì)的物理性質(zhì)不變。如地震波速度是一個常數(shù)V0，最簡單的情況，反射界面R是平面，可以是水平的或是傾斜面。*58層狀介質(zhì)

認為地層剖面是層狀結(jié)構(gòu)，在每一層內(nèi)速度是均勻的，但層與層之間的速度不相同，介質(zhì)性質(zhì)的突變。這些分界面也可以是傾斜的。層狀介質(zhì)模型是地震勘探最普遍使用的一種地質(zhì)結(jié)構(gòu)。*59連續(xù)介質(zhì)

所謂連續(xù)介質(zhì)是認為在界面R兩側(cè)介質(zhì)1與介質(zhì)2的速度不相等，有突變。但界面R上部的覆蓋層(即介質(zhì)1)的波速不是常數(shù)，而是連續(xù)變化的。最常見的是速度只是深度的函數(shù)V(z)。*60在地震勘探中層狀介質(zhì)模型是一個很重要的簡化模型。討論層狀介質(zhì)問題的基本思路：

把目的層Ri界面以上的介質(zhì)設(shè)法用一種均勻介質(zhì)來代替，并令這種假想的均勻介質(zhì)的波速取某個值，使得Ri界面以上的介質(zhì)簡化為均勻介質(zhì)，即變成均勻介質(zhì)模型1。*612.3變速多界面的反射波特征及數(shù)學(xué)表達式2.3.1地層介質(zhì)結(jié)構(gòu)模型2.3.2三層水平介質(zhì)的反射波時距曲線2.3.3三層水平介質(zhì)簡化為均勻介質(zhì)的思路和辦法*62三層水平介質(zhì)的反射波時距曲線*63三層水平介質(zhì)的反射波時距曲線*64三層水平介質(zhì)簡化為均勻介質(zhì)的思路和辦法問題提出：

1)多層界面的時距曲線方程不能簡化成某種標準的二次曲線方程，如雙曲線方程。引起正常時差和動校正的計算困難或麻煩。同時由觀測到的時間來估算地下界面的埋藏深度時也就很困難。

2)能否用一條雙曲線去近似它呢？亦即，能否用一種假想的均勻介質(zhì)來代替整套層狀介質(zhì)，使地震波在假想均勻介質(zhì)中的傳播情況很接近于真實情況。如能做到這樣，在前面講的均勻介質(zhì)情況的一套公式和辦法就可以利用了。

注意：這是在解決復(fù)雜問題時常用的思路和方法。*65三層水平介質(zhì)簡化為均勻介質(zhì)的思路和辦法解決辦法定義－－平均速度Vav就是用波在垂直層面的方向旅行的總時間除這組地層的總厚度。*66三層介質(zhì)例子1)在激發(fā)點附近，這兩條時距曲線是基本上重合的。

2)隨著遠離激發(fā)點，它們逐漸地明顯分開，三層介質(zhì)的時距曲線在下方。這說明地震波在三層介質(zhì)傳播時真正速度要比平均速度大。

*67*68三層水平介質(zhì)簡化為均勻介質(zhì)的思路和辦法通過引入平均速度的概念，將水平層狀介質(zhì)看作是等效的均勻介質(zhì)誤差不是很大*692.3變速多界面的反射波特征及數(shù)學(xué)表達式2.3.1地層介質(zhì)結(jié)構(gòu)模型2.3.2三層水平介質(zhì)的反射波時距曲線2.3.3三層水平介質(zhì)簡化為均勻介質(zhì)的思路和辦法*70第2章地震波運動學(xué)理論2.1幾何地震學(xué)基本概念2.2常速單界面的反射波特征及數(shù)學(xué)表達式2.3變速多界面的反射波特征及數(shù)學(xué)表達式

2.4地震折射波運動學(xué)*71本節(jié)作業(yè)多層水平層狀介質(zhì)簡化為均勻介質(zhì)的思路和辦法*72第2章地震波運動學(xué)理論2.1幾何地震學(xué)基本概念2.2常速單界面的反射波特征及數(shù)學(xué)表達式2.3變速多界面的反射波特征及數(shù)學(xué)表達式2.4地震折射波運動學(xué)*732.4地震折射波運動學(xué)2.4.0再談視速度2.4.1折射波的形成與傳播規(guī)律2.4.2一個界面情況下折射波的時距曲線2.4.3水平層狀介質(zhì)折射波的時距曲線*74再談視速度射線方向、同相軸和視速度的關(guān)系*75一、再談視速度射線方向、同相軸和視速度的關(guān)系*762.4地震折射波運動學(xué)2.4.0再談視速度2.4.1折射波的形成與傳播規(guī)律2.4.2一個界面情況下折射波的時距曲線2.4.3水平層狀介質(zhì)折射波的時距曲線*77折射波的形成與傳播規(guī)律*78折射波的形成與傳播規(guī)律當波從介質(zhì)1傳到介質(zhì)2，兩種介質(zhì)的速度不同，在分界面上會產(chǎn)生透射和反射，且滿足斯奈爾定律。當界面下層介質(zhì)波速V2大于上層介質(zhì)波速V1，透射角大于入射角。當入射角達到某一角度時透射角達到90度，這時波沿界面滑行，稱滑行波。產(chǎn)生滑行波的入射角稱為臨界角θC。折射波的形成*79二、折射波的形成與傳播規(guī)律3.滑行波是以下層的介質(zhì)速度V2傳播，由斯奈爾定律可知。4.由于兩種介質(zhì)是密接的，為了滿足邊界條件，滑行波的傳播引起了上層介質(zhì)的擾動，在第一種介質(zhì)中要激發(fā)出新的波動，即地震折射波。折射波的形成*80折射波傳播的規(guī)律和特點1)滑行波在反射界面各點的時間比入射波要早只要證明滑行波比入射波先到達C點，即t1>t2或△t=t1-t2>0。

當α=i，cos(α-i)=cos0°=1，Δt=0；當α>i，0＜cos(α-i)＜1,Δt＞0*812)波前為平面，射線為直線，折射角等于臨界角，即折射波的射線和分界面的法線之間的夾角等于臨界角θc，可用惠更斯原理證明。折射波傳播的規(guī)律和特點*82折射波傳播的規(guī)律和特點3)折射波有“盲區(qū)”，折射界面越深，盲區(qū)越大。*834)地層屏蔽效應(yīng)

如果地層中有速度很高的厚層存在，就不能用折射波法研究更深處的速度比它低的地層。這種現(xiàn)象稱為“屏蔽效應(yīng)”，高速屏蔽。如果高速層