地震勘探原理复习资料修改版.docx

绪论
地球物理勘探(查):它是以岩矿石(或地层)与其围岩的物理性质差异为物质基础，用专门的仪器设备观测和研究天然存在或人工形成的物理场的变化规律，进而达到查明地质构造寻找矿产资源和解决工程地质、水文地质以及环境监测等问题为目的勘探。
物探方法：重力勘探、磁法勘探、电法勘探、地震勘探、地球物理测井、地热勘探。
地球物理测井种类：电测井、电磁测井、放射性测井、声波测井、地温测井、密度测井等。
地震
天然地震：由地球内部的构造力、火山活动、塌陷等引起的地震。
人工地震: 由人工作用产生的地震，人们通过用炸药爆炸、敲击振动，引起地动，产生地震波.
地震：就是由震源激发的机械振动在地下岩层中向四周传播的运动过程，这一过程就是机械波，习称地震波
地震勘探
由人工激发的地震波（弹性波），穿过地下介质运动、遇到弹性分界面返回地面，用仪器接收地震波，得到地震记录。对接收到的地震记录进行处理、解释，从而就能了解地下介质的情况，这个过程叫地震勘探
地震勘探的步骤
1）野外资料采集（地震野外队）-获得原始地震记录；
2）室内资料处理(计算中心)-得到与地质剖面在形态上有一定对应关系的时间剖面；
3）室内资料解释(地质院或物探公司)-得到地质剖面图-平面构造图。
目前寻找石油的主要方法：地质法、物探方法、钻探法、综合方法（地质、物探(物化探)、钻探结合起来，进行综合勘探）。
SEG(美国勘探地球物理家学会)
第二章 几何地震学
泊松比(σ):弹性体内发生纵向伸长(或缩短)时,伴随产生的横向相对收缩(或膨胀) △d/d与纵向相对伸(缩) △L/L之比值,称泊松比。
σ=(△d/d)/( △L/L) 它是表示形变变化调整的一种尺度。
如果介质坚硬，在同样作用力下，横向应变小，泊松比就小，可小到0.05 ，而对于软的未胶结的土或流体，泊松比可高达0.45 —0.5。一般岩石的泊松比为0.25左右。
地震勘探能解决地质问题的地质基础：1.不同岩石具有不同的弹性性质2.大多数情况下地震界面与地层(地质)界面是一致的。
地震勘探的理论基础：地震勘探中将地下岩石看做为弹性介质
纵波（P）
横波（S）
弹性介质发生体积形变所产生的波动（体积变化）
弹性介质发生切变时所产生的波动（形状变化）
是一种胀缩力形成的波
是旋转力作用形成的波
质点的振动（位移）与波的传播方向一致
质点的振动（位移）与波传播的方向垂直
速度VP＝((2μ+λ)/ρ)1/2 μ:剪切模量；λ：拉梅常数；ρ：密度
波速：VS＝（μ/ρ）1/2当泊松比σ＝0.25时，VP/VS＝1.73，所以远离震源时总是纵波先到达检波器
可在任何介质中传播
只在弹性固体中传播，即横波不通过液体、气体，因为剪切模量＝0，
纵波与横波：Vp/Vs=(2.( 1-σ)/(1-2.σ))1/2 =1.732
地震波的速度：地震波在岩层中的传播速度，简称地震速度
影响地震波速度的主要地质因素
（1）岩石密度、地质年代对地震波速度的影响
1)速度与岩石密度、地质年代成正比，即：密度越大、年代越老――速度越大；
2)不同的岩石具有不同的速度，不同岩石其密度可能不同――速度就不同，密度大的致密的岩石速度较大。
（2）地层的埋藏深度对速度的影响
1)速度与埋深的变化成正比关系，但并不是线性关系
2)速度变化规律，速度变化的梯度（变化率）深层与浅层不同：浅（中）层大，速度增长快；深层小，速度增长慢.
（3）岩石的孔隙度对速度的影响
1)一般规律：孔隙度大，则速度就小；
2)时间平均方程: 1/v=(1-φ)/ Vm + (φ/VL)
V—岩石的速度； Vm――岩石骨架的波速；
VL―岩石孔隙中充填物的波速；φ――孔隙度
（4）岩石中的孔隙充填物对速度的影响
不同的岩石充填物是不同的，所以，波速也不同。砂岩速度突降是含油气的标志之一。
速度分布规律及特点：成层性、递增性、方向性、分区性。
地震速度的近似：1.均匀介质、2.层状介质、3.连续介质。
惠更斯原理（波前原理）：在弹性介质中，已知t时刻的同一波前面上的各点，可以把这些点看做从该时刻产生子波的新的点震源，经过任何一个Δt时刻后，这些子波的包络面就是波t+Δt时刻到达的新的波前面。
惠更斯―菲列涅耳原理：波传播时，任一点处质点的新扰动，相当于上一时刻波前面上全部新震源所产生的子波在该点处相互干涉叠加形成的合成波。
费马原理（射线原理）：波沿射线传播的时间是最小的。
斯奈尔定律（反射――折射定律）：入射角α等于反射角β，且在一个界面上，入射波、反射波和透射波都具有相同的射线参数P。
即sin (αr)/V1 =sin(αf)/ V1= sinβ/ V2=P
反射波的形成及特点
1）反射系数定义式：在垂直入射时，反射波和入射波振幅之比，用R 表示，即R＝A反/A入。
2）反射系数计算公式：R＝ A反/A入 =(ρ2V2 –ρ1V1) / (ρ2V2 +ρ1V1 )= (Z2- Z1) / (Z2+Z1)
3）反射系数一般形式： R = (Zn-Zn-1) / (Zn+Zn-1) 值域为(-1,1)
4）形成反射波的条件：上、下介质界面必须是一个波阻抗界面，即波阻抗差不为零。
特点:
1）形成反射波的条件必须是：上、下介质的波阻抗差不为零；
2）反射波的强度取决于R的大小，R大→反射波强；
3）反射波极性的变化取决于R的正负
R>0,正极性(反射波与入射波极性一致)：
R<0,负极性(反射波与入射波极性相反)。
透射波的形成及特点
1）透射系数定义：透射波的振幅与入射波振幅之比，用T表示，即，T=A t /A入；
2）物理含义：入射波的能量有多少转换为透射波能量；
3）计算公式：当波垂直入射时，透射系数可写为： T=1-R
T= At /A入 =(2.ρ1V1) / (ρ1V1+ρ2V2)=2Z1 / (Z1+Z2)；
4) 透射系数取值范围：0≤T≤2 T总是为正；
5)透射波与入射波相位总是一致的。
特点：
1)透射波形成的条件：只有在上，下介质波的传播速度不相等时，即，速度界面：T≠0；
2)透射波的强度取决于透射系数的大小；
3)透射波的极性总是与入射波的极性一致。
折射波的形成及特点
（1）形成折射波的条件：
1）下面介质的波速要大于所有上面介质的波速
2）入射角是以临界角i入射
（2）特点：
1） 射线是以临界角i出射的一束平行直线且垂 直于波前面；
2） 波前面是一平面，与界面的夹角为 i ；
3） AM是折射波的第一条射线，称临界射线，M点是折射波的始点，它也是反射波射线;
4）折射波存在盲区，盲区范围Xm=2h*thi，所以折射波必须在盲区以外才可观测到，并且，h增大→Xm增大；
影响地震波振幅的主要因素
1.球面扩散
1）在均匀介质中：反射波的振幅与传播距离成反比 ；
2）在层状介质中：波前扩散的速率比均匀介质中快。
2.吸收衰减
1）振幅衰减与波的传播距离成正比；r 越大，衰减越快；
2） 吸收系数α越大，振幅衰减越快；
3）高频易被吸收，即吸收有选择特点；
4）不同岩石的吸收是不同的，表层，松散地层吸收系数大，致密的碳酸盐岩、结晶岩吸收系数小；
5）横波的吸收系数大于纵波的吸收系数。
3.投射损失
透过中间界面的R越小，则透射损失就越小。
4.波的散射
侵蚀面使能量降低
5.反射系数
反射波强度与反射系数R大小成正比
一个界面地震波时距曲线
地震记录-以测线方式记录地震波的反射或折射波。
地震测线-观测点（接收点）以线性方式排列成线。一个震源用一条测线接收，称二维地震观测；用多条测线接收称三维观测。
纵测线-炮点和接收点都放在同一测线上
非纵测线-炮点与接收点不在同一线上
炮检距--激发点到接收点的距离叫炮检距，也叫偏移距
炮间距--炮与炮之间的距离
道间距--道与道间的距离
线距--测线间的距离
时距曲线：表示地震波的传播时间t和爆炸点与检波点之间的距离x的关系曲线， t-x曲线，简称时距曲线。
共炮点时距曲线CSP:由一点激发，若干接收点接收，所记录的时距曲线；
共炮点反射波时距曲线特点:
A.是一双曲线 (以X=0，t坐标对称)；
B.曲线顶点坐标(X=0，t=2h/v)，也是极小点tmin=2h/v；
C.t0特征点，他是在t轴上的截距，t0=2h/v，又称回声时间，自激自收时间，界面法线的双程旅行时，h=t0V/2,可确定炮点处界面法线的深度；
D.双曲线以t=X/V为渐近线，直达波是反射波的渐近线，(直达波总是先到达接收点)；
E.时距曲线对应地下一段反射界面。
正常时差定义:任一接收点反射波走时与炮点反射波走时之差；即
Δtn =x2/(2t0v2)
正常时差特点：
a.各点正常时差不同；
b.当V, t0一定时，正常时差与X成正比，对同一个反射界面来说，随X增大，正常时差增大；
c.当X一定时，正常时差与t0成反比，t0增大，时差减小；对地面同一检波器来说，接收到的深层反射界面的正常时差比浅层的小；所以，浅层时距曲线陡，深层时距曲线缓。
动校正:在水平界面的情况下，从观测到的反射波旅行时中减去正常时差Dt，得到x/2处的t0时间。这一过程叫正常时差校正，或称动校正。
共中心点(共反射点)时距曲线CMP：炮点与接收点以某一中心点对称所记录的时距曲线；
共反射点时距曲线方程特点:
A.共反射点时距曲线是一双曲线，与共炮点时距曲线形式一样t2 = t02+ X2/V 2 ；
B.双曲线的极小点位于共中心点M点的正上方，即tmin= tm = 2h/V
C.共反射点时距曲线只反映界面上一个点。
共炮点与共反射点时距曲线的异同:
两者时距曲线形式完全一样，都是双曲线，但物理含义不同；

共反射点(段)
t0含义不同
动校正含义不同
CSP
一段界面
炮点处H回声时间
各道反射时间与炮点t0时间之差
CRP
一个反射点
M点处回声时间
各道反射时间与M点t0时间之差
倾斜界面共炮点(CSP)反射波时距曲线:
A.是一双曲线，以X=Xm=2.h.sinф为对称轴；
B.曲线顶点坐标( X=2.h.sinф,tmin=2.h.cosф/ v),总是位于界面的上倾方向，即极小点总是向界面的上倾方向偏移；
C.曲线在t 轴上截距(回声时间)仍是t0=2.h/v，且t0>tmin，如果已知t0V，则可求取炮点处界面的法线深度h—这也叫时深转换。
D.时距曲线弯曲情况: 对不同深度界面而言浅层曲线陡，深层曲线缓；
E.反射界面长度与炮检距关系:当界面水平时，地下反射界面长度是地表炮检距的一半.
倾角时差概念
界面倾斜，倾角为ф，测线与界面倾向一致，这时虽然还有OS=OS’=x ，但 ，它们之差称为倾角时差
真速度(V)：波沿射线方向传播的速度；
视速度(V*)：沿任意方向观测波前传播时，所测得的速度
V*=V.ΔX/ΔS=V/sinφ
反射点分散的规律:
a.倾角越大，分散程度越大；
b.X越大，分散程度越大；
C.深度越大，分散程度越小。
等效速度VΦ =V/cosΦ
多个界面地震波时距曲线
平均速度：波垂直穿过地层的总厚度与总的传播时间之比。
平均速度计算V = S/T= 2(S1+S2)/2(T1+T2) = (S1+S2)/(T1+T2)
其中：S1=h1/cosα1， S2=h2/cosα2
平均速度的特点
1）平均速度与X无关；
2）平均速度不是简单的算术平均，而是加权平均；
3） 当X=0时，法线入射，α1=α2=0,所以cosα=1，所以Va=V,平均速度在X=0 处是正确的
均方根速度：把层状介质的波的高次曲线看成是二次曲线，此时波所具有的速度叫均方根速度Vσ=(∑tk.V2k)/ ∑tk)1/2
多次波类型:全程多次波、非全程多次波
识别多次波的标志：
（1）时距曲线仍为双曲线，且极小点仍位于界面上倾方向，但偏移距)比一次波偏移距大， X二次波=4.X一次波
(2) 多次波t0ˊ与一次波t0时间近似成倍数关系； x=0时, t01=2h’/V== t02cosΦ当Φ很小时，cosΦ→1，所以，t0’=2 t0
(3)假想界面的视倾角与R界面的视倾角成倍数关系；Φ’=2Φ
断面反射波：具有忽强忽弱、时隐时现波形变化和断续出现等特征。
与倾斜界面的反射波时距曲线类似，但有差别：倾角大，反射系数不稳定，会出现反相位现象。
地震资料的采集
组合对面波的压制作用：来自地下深处的反射波传到地表时，由于低速带的存在，成近似垂直地面到达接收点，而地震面波等干扰波的传播方向则是沿地表的，组合法能加强垂直传播或近于垂直传播的波，相对削弱水平方向传播的波，这样便提高了信躁比。
观测系统的术语：
基准面：地震剖面在0秒时对应的海拔
检波道数(N)：地震勘探施工中，检波器沿测线等距离布置在地面上的个数，(接收点数)，如N=24，48，96。。。。。1024。
道间距(Δx)两个检波器之间的距离，一般Δx=25~100米。
接收距(L) ：安排检波器的地表长度， L=(N-1)* Δx
放炮形式：(1)中间放炮;(2)端点放炮；
偏移距(X1)：检波器离开炮点的距离； X1必须是Δx的整数倍。
X1=0，零偏移距。
排列长度(X)：一个炮点与24或更多道检波器所组成的测线段。
当偏移距X1=0时，排列长度为X=L=(N-1)*Δx
当偏移距X1不等于0时，X=L+X1
最大炮检距(Xmax)：炮点到最远检波器的距离，数值上等于排列长度。
多次覆盖
多次覆盖：对地下同一反射点，进行重复多次观测
多次覆盖目的：突出反射波，压制干扰波，提高资料的信噪比。它是提高资料信噪比的另一种方法，主要是压制多次波，也是目前野外最常用的一种方法。
动校正速度误差对叠加效果的影响：
1.速度准确→同相叠加→叠加后，能量增强。
2.速度偏大→校正不足→叠加后，能量减弱。
3.速度偏小→校正过量→叠加后，能量减弱。
注：如果速度=多次波多速度，将使多次波不是受到压制而是增强了
地震资料的处理
处理的一般阶段：预处理、参数提取和分析、资料处理
静校正处理：井深校正、地形校正、低速带校正

井深校正：
（式中V0是低速带波速，V为基岩波速，h0+hj为炮井中低速带厚度，h是基岩中炸药埋置深度。此式前面取负号）
地形校正：将测线上位于不同地形处的炮点和检波点校正到基准面上
测点高于基准面时为正，低于基准面时为负
低速带校正：将基准面下的低速层速度用基岩速度代替
基岩速度大于低速带速度，低速带校正量总是正的
总的校正量为：
动校正：把炮检距不同的各道上来自同一界面、同一点的反射波到达时间，校正为共中心点处的回声时间
特点：1）同一道波，浅层畸变大，深层畸变小；
2）不同道上同一层,炮检距大的畸变大，炮检距小的畸变小；
3）处理畸变的方法是切除，即将畸变大的那部分样值冲零。
根据威利时间方程计算孔隙度
—孔隙度； V—波在岩石中的实际速度； —波在孔隙流体中的速度； —波在岩石基质中的速度； C —压差调节系数
射线平均速度：地震波沿某一条射线传播所走的总路程长度除以所需的时间
地震子波:震源产生信号传播一段时间后，波形趋于稳定时的地震波。
地震剖面的特点：1）反射振幅的大小取决于反射系数的绝对值；
2）极性取决于反射系数的正负；
3）时间取决于反射界面的深度和波速。
地震剖面上识别各种波的标志
识别一个波，需要考虑以下四个特征（反射波）：同相性、振幅显著增强、波形相似、时差变化规律
同相轴：一串套合很好的波峰或波谷
水平叠加剖面的特点
1）在测线上同一点，钻井资料得到的地层分界面与时间剖面上的同相轴在数量上，位置上常常不是一一对应的；
2）时间剖面上同相轴及波形本身包含了地下地层构造与岩性的信息，这也是构造与岩性解释的基础；
3）地质剖面反映的是沿测线铅垂剖面上的地质情况（深度、分层、岩性），时间剖面是来自三维空间上的地震反射层的法线反射时间，并显示在记录点的正下方。
层位标定—合成地震记录
断层在时间剖面上的主要特征：
1）同相轴错断；
2）反射波同相轴数目突然增减或消失，波组间隔变化；
3）反射波同相轴形状突变，出现反射零乱或空白带；
4）同相轴分叉，合并，扭曲，强相位转换等；
5）异常波的出现如绕射波，断面反射波等。
识图部分见PPT
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