低速带测定及海上勘探.ppt

第四节 低速带测定及海 上地震勘探 思考题 l为何要做低速带测定的工作？ l低速带测定的工作方法有哪些？应注意哪些问题 ？ l海上地震工作方法的特点是什么？ l海上地震勘探干扰波有哪些？其特点如何？ 主要内容 l 低速带存在及其影响 l 浅层折射法测定低速带参数基本原理 l 微地震测井 l 海上地震反射波法野外工作概述 l 海上地震勘探特殊干扰波 l 海上震源 l 海上定位 一、低速带存在及其影响 l在地表附近一定深度范围内，地震波的传波 速度往往要比它下面的地层地震波速度低得 多，这个深度范围的地层称为低速带。 l低速带的存在对地震波能量有强烈吸收作用 ，产生散射及噪音，并使反射波旅行时显著 增大。 l由于低速带的厚度和波速都会沿测线方向变 化，因而导致反射波时距曲线形状的畸变。 l 在低速带底部有明显的速度突变，使地震射线剧烈 弯曲，因此无论在低速带下部从什么方向向上入射 的射线，通过低速带后都变成近于垂直出射到地面 。 l 在地震勘探中，讨论反射波时距曲线时，实际上做 了一系列假设的。如，覆盖介质是均匀的、界面是 平面、激发点和接收点都在同一平面上等等，这些 条件常常并不能严格满足。地震勘探的生产实践显 示，无论是地表相对平坦的我国东部地区，还是地 表条件十分复杂（沙漠、戈壁、黄土塬、山前地带 等等）的西部地区，低速带测定都是野外工作的重 要内容之一。 l 为了校正低速带存在对地震波传播时间和其它特点 的畸变影响，就要对低速带的层数、厚度、波速进 行测定，为进行必要的校正提供参数。（静校正处 理的目的之一就是使校正后的资料尽量满足地震勘 探原理的基本假设条件） l 表层调查方法一般分为地震勘探方法和非地震勘探 方法。地震勘探方法常见的有浅层折射法、微地震 测井，近年又发展了小反射法、面波法、大折射法 、基于初至的回折波法和层析反演法等等；非地震 勘探方法常见有地面地质调查、地质雷达、大地电 磁测深等方法。 二、浅层折射法测定低速带 l低速带底界是一个良好的折射界面，这为我 们提供了用折射法勘查低速带的可能性。 l在两层介质(即只有低速带)的情况下，通过 用折射波法观测，可以得到一条直达波时距 曲线和一条折射波时距曲线，以它们作为基 础资料，可按下列步骤求得低速带参数。 (1)从直达波时距曲线可求 出第一层(低速带)的V0 (2)从折射波时距曲线斜率 可求出低速带下的高速层 速度V1 把折射波的时距曲线延长与t 轴相交，得交叉时t i，因 为 又 所以 求出V0、V1 、 ti 后，就可计算出h0 l对三层介质，即同时存在低速带、降速带的情 况，可按下列步骤求得低速带和降速带的参数 ： 用直达波时距曲线计算出低速带波速V0 用折射波I的时距曲线计算出降速带波速V1 用折射波II的时距曲线计算出基岩波速V2 用折射波I的交叉时ti1求得低速带厚度h0 延长折射波II的时距曲线，得交叉时ti2求降速带 厚度h1 l 浅层折射实际上是折射波法在测定低速带中的应用 。 l 由于一般低速带厚度不大，所以低速带底界的高速 层折射波盲区较小，故此低速带总的接收长度可以 较短，也就是说野外施工时，排列可以短些，所以 有“小排列”或“小折射”之称。 l 浅层折射的野外施工要求较严格: 要求排列要直 检波器埋置条件要尽量一致 炮点、检波点高程应该尽量一致 l浅层折射的排列形式，可根据试验所获得的 低速层其厚度和速度的不同而变化，一般有 两种： (1)第一种，排列中的道距两头小中间大 这是由于在炮点附近直达波时距曲线视速 度很低，用较小的接收道距才能清楚地反 映直达波时距曲线的形状，便于波的对比 识别。 对于低速带底界高速层的折射波因视速度 大，要用较大的接收道距才能满足精度要 求。 这种方法的优点是可以两边放炮，获得互 换的折射波时距曲线； 缺点是远离炮点处的道距太小，排列长度 受到限制。 (2)第二种，排列中的道距采用一头小，一头大，即近 炮点处接收道距较小，远离炮点的接收道距增大。 这种方法的优点是可以增大排列长度，有利于记 录直达波和追踪高速层，充分利用每个接收道； 缺点是效率很低，且单边放炮精度不高，若需要 两头放炮时，还需改变排列，即把大小道距重新 安排。 l 排列长度一般考虑高速层的埋藏深度，并根据高速 层折射波的时距曲线是否有足够长的长度而定。 l 往往把排列长度定为低速层总厚度的810倍，对 于十几米左右厚度的低速带来说，排列长度100 200米左右便可以了。 l 总之排列长度和道间距的选择，以必须保证低速带 的直达波及高速层折射波都能记录到为原则。 l 由于测定低速带的目的是为了对反射波法的观测 结果进行校正，因此小折射的排列应最好在反射 波法的原排列地方进行铺设，在低速带分布均匀 的地区，可每隔一定地段放一个排列即可。 l 在低速带变化较大的地区，则应多布置一些排列 ，以确保取准取全低速带资料，生产中往往先取 低速带资料后作反射波法观测，也有在与反射波 法勘探的同时，在排列上先放小折射，后放大排 列的反射。 l 浅层折射一般采用浅坑爆炸，药量在保证初至波 清晰的基础上尽量减少，对于不同的地区激发条 件不同，一般在0.2至数公斤范围内，坑深在20 50厘米左右。 l 应尽量缩小炮点至首道的距离，不使低速带的直 达波在记录中漏掉。 l 由于各地区表层条件差异很大，因此在小折射施 工时的激发条件及接收条件都需要经过试验而选 择。 l 接收时必须注意使各道都能够清晰地辨认直达波 或折射波的初至，应消除地震道间的相互感应。 l 浅层折射资料的整理目的，是为了得出低速带的 厚度、速度。 l 关键是通过时距曲线图求出各层速度和折射交叉 时。 l 求取交叉时及界面速度的方法很多 有延长时距曲线求交叉时法； 相遇法求交叉时； 追逐法求交叉时。 复合时距曲线求交叉时； 差异时距曲线求界面速度等等。 l 一般因低速带较薄，往往呈水平状态，所以生产中 使用延长时距曲线法求交叉时这一简单的方法较多 。 注意： l 在生产实际中所获得的折射资料，往往出现直达波 的时距曲线不是通过坐标原点，而是和坐标原点有 一定的距离。 l 其原因是由于接收仪器本身存在着一定的延迟时(主 要是由于电阻，电容等电子元件的延迟作用造成的) 。 l 这个仪器的延迟时也影响折射波的交叉时，因此在 求取交叉时以前，应先求出仪器的延迟时。 l一般说来，各台仪器的延迟时间是不一样的，即使 同一类型的仪器延迟时间也有差别。 l测定的方法是选一地形平坦、低速层厚度较大且较 均匀分布的地段，排列和炮点严格摆成直线，量准 距离，检波器距离12米，用雷管在地面激发，然 后根据靠近炮点几道的初至画出直达波时距曲线， 并延长时距曲线到t轴，这时得到的时间即为仪器 初至的延迟时间。 l求折射波交叉时必须除去仪器初至的延迟时间的影 响。 三、 微地震测井 l浅层折射法，有它的不足之处，如初至折射波所得 界面速度往往比层速度（真速度）大。 l因为初至波法所观测的，有时只是剖面上部某些高 速薄层的折射波，不能反映低速带的全貌。 l同时在地形复杂及低速带变化剧烈的地区，初至波 法就显得不足。 l而在炮井中进行微地震测井可以更加直接地研究低 速带的变化，因为地震波传播速度在低速带上下有 着明显的差别。 l为了掌握低速层速度和厚度的变化规律，在有条件 的情况下，可以在打穿低速带的浅井中做微地震测 井，以取得低速层的厚度和速度资料。 l 微地震测井也叫炮井地 震测井。 l 在炮井内放炮，地面接 收；或地面放炮，在炮 井内接收。由深到浅逐 点(按一定间隔)观测， 获得不同深度的地震记 录。 l 对于所获得的记录进行 初至波对比后，即可作 出t-h垂直时距曲线。 地震仪激发点 检 波 器 l 根据t-h曲线斜率的不 同，划分出不同的速度 层，如低速带、降速带 (过渡带)以及下伏高速 的老地层。 l 例如陕甘地区根据地质 资料划分出层速度小于 900米秒为低速层， 速度在17002100米 秒之间的为降速层，速 度在3000米秒以上的 为高速的老地层。 l上面从两个方面介绍了低速带的测定和计算。 l那么如何对所获得的结果进行综合和分析呢? 首先要对各种方法获得的数据进行比较，通常微 地震测井资料是作为较精确的数据，起着控制作 用； 其次要沿测线绘出大比例尺的剖面图，在剖面图 上绘出主要界面并注上相应的速度值。 l如果有比较多的测线作了低速带的测定，还可以作 出低速带平面厚度变化图。 l这些工作对于进一步研究低速带校正是很有价值的 。 四、海上地震反射波法野外工作概述 l 海上地震工作是把地震仪器安装在船上，使用海上 专用的电缆和检波器，在观测船航行中连续进行地 震波的激发和接收。 l 海上地震工作方法发展到现代阶段，具有这几方面 的特点： 首先广泛使用非炸药震源，炸药震源已杜绝使用 ；比陆上更早实现了野外记录数字化；使用等浮 电缆；单船作业，记录仪器和震源在同一条船上 ，不需要采用松放电缆的措施就能保证连续工作 。 其次全部采用多次复盖技术，并且复盖次数较 高。为了适应高复盖次数的需要，等浮电缆的 道数不断增加。在海洋中进行多次复盖观测时 ，观测船的前进速度为常数（恒速）这一点很 重要，因为它关系到震源的激发时间。但是船 速受风浪涌流等多种因素的影响，必须使用多 普勒声纳及时调节船速才能保持它的恒定。 l此外，在海上连续工作的情况下，还有一些影响多 次复盖的因素。 l因为由于海流的影响，电缆与测线往往具有一定的 夹角(叫做电缆偏角)，炮点间距也不均匀，在反射 层倾角很大时，会造成道集内反射点之间分散性较 大。 l这些问题在海上地震工作中都要注意。 l为了减小电缆偏角的影响，测线要尽可能垂直于反 射层走向，为了减小电缆偏角本身，可以在可能条 件下适当增大船速以克服侧流影响。 l最后在海上进行地震工作与陆上地震工作相比，很 显著的特点，是需要导航定位，没有适当的导航定 位设备与技术(卫星定位）的保证，即使地震工作本 身做得很好，也会因为缺乏关于测线位置的可靠资 料而变得毫无价值。 五、 海上地震勘探中的干扰波 l在海上地震勘探中经常观测到一些海上特有的干扰 波，如重复冲击、交混回响、侧反射、底波等。下 面对它们的形成原因、性质进行一些讨论。 l 海上三维测量要在若干条彼 此相距较近且平行的二维测 线（线炮）上放炮（在浅水 环境下，采用陆上的条带放 炮技术进行数据采集比较合 适）。船航行的方向称纵测 线方向，与其垂直的称横测 线方向。 l由于侧流（crosscurrent）的影响，接收电缆总要与真正的接 收线向边部漂离一定的距离（羽状效应）。 l实际的电缆位置和炮线方向（船的航行路线）之间的夹角称 为羽状偏角（feathering angle），此夹角不总是固定不变的， 即使沿着单炮的电缆亦是如此。 l虽然我们可以沿着测线2放炮，实际上是在与相邻测线有关的 中心点上记录数据。设羽状偏角为10，电缆长2400米，与最远 接收器有关的中心点偏离炮线约200米以上，这种偏离距相当于 移动了四个50米的测线间距。 1、重复冲击 l 震源在海水中激发所产生的气泡，在静水压力作用 下将产生胀缩运动(气泡效应)。 l 每次胀缩都是一个新震源。 l 重复冲击波在记录上最明显的表现为在初至波以后 一定时间内，再次出现与初至波的视速度及方向相 同的振动。 l 如果没有摩擦损耗，水泡也不升到 水面，这个胀缩过程将无限地继续下 去。 l 因为气泡上面的水层阻碍它向上运 动，当它的半径很大时，气泡的滞留 深度差不多不变。 l 当气泡的直径为最小时，水的阻力 也最小，气泡以最大的速度上升。 2、鸣震 l 因为海水表面和海底是两个反射系数比较大的界面 ，因此在夹着水层的这两个界面之间，会形成多次 反射。 l 当海底起伏不平时，由于地震波的散射和水层内多 次波相互干涉，会造成一种严重的干扰，称为交混 回响。 l 如果海底是比较平的，反射系数比较稳定的界面， 则进入水层内的能量产生多次反射造成水层共振现 象，称为鸣震。 l 它具有稳定的似正弦形的波形，延续时间较长，会 把有效波掩盖，是海上地震工作中一种主要干扰波 。 3、侧面反射波 l 这是指海底潜山，水下暗礁等产生的反射，由于它不 是我们在石油勘探中的研究对象，因而成为一种干扰 。 l 它的强度衰减较慢，以各种不同的视速度在整张记录 上出现，有时可以连续很长。这要在解释中认真识别 。 4、底波 l 这是与海底界面有关的面波。 l 在浅海域，当淤泥较厚时，常观测到这种面波。 l 它的特点是频率和视速度都较低，而且离开海底即迅 速衰减。 l海底是个反射系数比较大的界面，因此在夹着水层的 这两个界面之间，会形成多次反射。 六、海上震源 l现在海上已普遍改用非炸药震源，这是因为在海上 地震工作中，炸药震源有一些明显的缺点。 l首先，前面已经提到，炸药在海水中爆炸会产生汽 泡效应，为了不产生重复冲击，要通过试验确定炸 药的最佳沉放深度。 l第二，使用炸药震源不安全，妨碍提高海上地震勘 探的生产效率。现代海上地震工作是在观测船航行 中进行的，船速一般为56节，即每小时911公里 。作单次复盖观测要求34分钟爆炸一次，多次复 盖则必须进一步缩短爆炸的间隔时间，甚至要十几 秒钟一次。在这样短促的时间内很难将炸药包准备 好，也容易产生事故。 l第三，炸药震源对海洋鱼类资源有严重的杀 伤，还会造成环境污染。鉴于这些原因，现 在已广泛使用非炸药震源。 l 海上用的非炸药震源种类很多，这里只能选择几种 有代表性的作简单介绍如下： l 电火花震源 电火花震源是利用高压电极在水中的 放电效应，使其间的水介质形成通路，电极间放电 产生的热能使海水汽化，对海水产生巨大的冲击力 ，激发出地震信号。 l 空气枪震源 它是将压缩空气在短暂的瞬间内释放 于水中，可以和炸药爆炸一样，形成气泡并造成强 烈的地震振动。海洋地震勘探中使用的各种空气枪 的具体结构不完全一样，但它们的工作原理可概括 如下： 空气压缩将空气送进空气枪的气室中并达 到一定的压力。 工作时，用电磁阀打开气室，其中的压缩 空气即迅速进入水中形成气泡，造成振动 。 气枪的具体结构有两种类型：一种是低压 大容积的空气枪，一种是高压小容积的空 气枪。 l 无气泡蒸汽枪 无气泡蒸汽枪震源是在海水中释放 高温蒸汽造成地震振动，蒸汽在海水中迅速散热并 恢复其体积可以消除气泡效应并达到良好的地震效 果。 蒸汽枪震源有许多优点。这种装置无笨重的转动 机械或电子部件，各部分工作性能良好，无噪声 和振动，便于使用。 它消耗的是与一般轮船所用相同的燃料。激发速 度的快慢主要取决于蒸汽产量。 l 总之，现代海上地震反射工作中广泛采用各种非炸 药震源，它