地震波运动学(09级)第七节透过波和反射波的垂直时距曲线.ppt

1,第一章,第七节 透过波和反射波的垂直时距曲线,主要内容,水平层状介质透过波垂直时距曲线 均匀介质、激发点与井口偏移距非零直达波时距曲线 两层介质、水平界面、偏移距不为零时上行反射波时距曲线 两层介质，倾斜界面、偏移距不为零时，在界面上倾方向激发产生的上行波时距曲线 两层介质、倾斜界面、偏移距不为零时下行波时距曲线,一、水平层状介质的透过波垂直时距曲线,前面几节讨论过的观测方式都是把观测排列布置在地表，记录来自地下的反射波或折射波。直到目前，这仍然是地震勘探中主要采用的观测方式。 为了测定层状介质的平均速度，要采用地震测井，即把检波器放入井中，在地面激发。垂直地震剖面法（VSP）是由地震测井发展而来，简单地说就是把沿地面布置观测排列，改为沿井孔垂直向下布置，在地面距井口一定距离激发。把这样观测得到的资料与地面地震观测结果相结合，可以提高地震解释的精度和地震勘探解决复杂地质问题的能力。,地震测井和垂直地震剖面的不同： 前者只须利用记录的初至波，后者不仅利用记录上的初至波，也要利用记录上的续至波； 前者的观测点距通常较大，后者的观测点距很小； 前者只利用震源在井口附近的零偏移距观察系统，后者还利用震源偏离井口非零偏移距观察系统和多偏移距观测系统； 前者的目的主要是测定波速，后者主要是研究井旁地层剖面及在实际地质介质中研究波的形成和传播规律。,垂直地震剖面法观测方式得出的是地震波的垂直时距曲线。 本节就是讨论几种较简单地质结构的垂直时距曲线，通过这些讨论为以后学习垂直地震剖面法、地震测井等打下基础；同时，也使我们对描述地震波运动学特点的最重要的概念-时距曲线，同介质结构、波的类型、观测方式这三个方面的关系有一个较全面的了解。,设有右图所示的地质结构：水平层状介质，各层的速度和厚度分别为V1，h1，V2，h2，Vn，hn；各界面的深度分别为H1，H2，Hn。 在地面井口激发，沿H轴在井中连续观测。,现在推导在这种情况下的透过波垂直时距曲线方程，即波沿H方向的旅行时t与观测点的坐标H的关系t(H)。 由右图很易写出各段的垂直时距关系 。,最后可导出n层介质的垂直时距曲线公式：,从t(H)的方程可以看出垂直时距曲线的主要特点：它是一条折线，其中每一直线段与一个水平层对应，每段直线的斜率t/H的倒数就是该层的层速度。,二、 激发点与井口偏移距非零直达波时距曲线,如图，均匀介质直达波时距曲线(激发点与井口的距离为d，称为偏移距)，这时相当于非纵测线（因为排列接收点与震源激发点不在一条直线上）,三、两层介质、水平界面、非零偏移距向上反射波时距曲线,首先，定性分析直达波和向上反射波时距曲线的特点和它们的相互关系。 直达波时距曲线是双曲线，传播到A点的时间最短，传播到E时间最长。,利用虚震源原理，可以画出向上反射波的射线，它到达E点时间最短，且与直达波射线几乎重合，到达A点时间最长。,下面，具体推导向上反射波的时距曲线方程。 有关参数见右图。界面深度为H，激发点O与井口A的距离为d，井中任一观测点B的坐标为Z，波速V。从图可以看出，向上反射波传播路径长度是O*B。作BG平行界面，在O*BG中有O*B2=d2+O*G2；又有O*G=2HZ，所以 ：,时距曲线是一条双曲线,四、两层介质、非零偏移距、倾斜界面上倾方向激发的上行波时距曲线,地质结构如右图所示。界面R倾角，在A点界面的铅直深度是H，界面上覆均匀介质波速为V，偏移距是d，在O点激发，沿AD接收。 要找出来自界面R的向上反射波的时距关系。,推导出O点到界面的深度OC的长度（L） 为此，过A点作AE垂直界面，过O点作OFAE，从左图上可看出L=AEAF，又有AE=ADcos=Hcos，AF=OAsin=dsin ，所以：L=Hcosdsin。,找出等效传播路径O*M的长度 作O * N垂直地面，作APMO*，交O*N于P点。因此有AP=O*M。用AP代替O*M后，寻找它与已知参数的关系就比较方便。,最后得到上行波时距曲线：,为双曲线,五、两层介质、倾斜界面非零偏移距下行波时距曲线,所谓下行波是指从震源向下入射到界面，再反射回地面，又从地面向下反射到达井中的接收点的波 。实际上，这已属于多次反射波的范畴。为了推导这种波的时距曲线，可以两次利用虚震源原理进行作图。把经过两次反射的射线变换成为一条等效的直线。,下行波波时距曲线具体推导过程如下： 地质结构和有关参数如右图所示，符号同前，根据虚震源原理，作两次虚震源，得到从震源O发出经界面上的R点反射，再经地面G点反射，向下传播到M点的射线，为图示的ORGM，这条射线的总长度可用O*M表示。,O*,O*,从图上还可以看出：O*M=O*N，过A点作APO*N.,O*,O*,这条时距曲线是双曲线,O*,O*,M,上行波时距曲线：,下行波时距曲线：,可以看出下行波与上行波在H=Z=0处有相同到达时间，即两个波的时距曲线在H0有交点。,VSP勘探中将直达波、下行波统称下行波,下行波,上行波,附： 特殊波的时距曲线 （绕射波、断面波和回转波）,一、绕射波,当地震波传到断层、地层尖灭点或其它突起点时，按惠更斯原理，在这些突起点会形成新的震源，并向四周传播，这种波称绕射波。,（a）断层绕射波 （b）尖灭绕射波,绕射波时距曲线： 垂直断棱上断点R，在地面上的投影为R，R 距激发点O的距离为L。 入射波到R点的时间为：,绕射波自R点传到地面各接收点S的时间为：,所以，在S点接收到绕射波的总时间为：,绕射波时距曲线的4个特点： (1)在绕射点上产生的绕射波时距曲线，与在R 上激发深度为h/2的水平界面上形成的反射波时距曲线相比，其形状一样，同为双曲线。,绕射波时距曲线,(2)绕射波时距曲线的极小点在绕射点R的正上方，而水平界面反射波时距曲线的极小点在激发点O的正上方，极小点的坐标为：,绕射波时距曲线,(3)绕射波时距曲线与反射波时距曲线相切。射线RM既是反射线又是绕射线，所以在M点上两者时间相等，视速度相同，斜率一致。 绕射波时间总是大于反射波时间。,绕射波时距曲线,(4)由于绕射波的时距曲线比t0值的反射波时距曲线弯曲大，当用一次反射波的时差进行校正时，由于校正量不足，所以校正后的绕射波时距曲线形状仍然是曲线。,注意： 激发点移动时，曲线极小点在测线上位置不变，绕射点正上方。但整条绕射波曲线沿t轴平移，曲线形状保持不变。,以上指出的绕射波时距曲线特点，绕射波时距曲线与反射波时距曲线关系，对我们在一张共炮点地震记录上识别绕射波是很有用的。,动校正后的反射波、绕射波同相轴关系,反射波同相轴,绕射波同相轴,二、断面波（断面反射波）,当断层落差较大，断面两侧具有不同岩性的地层直接接触时，断层面成为一个较明显的波阻抗分界面，产生断面反射波。 如果由于断裂活动，使断面两侧地层沿断面发生滑动，断面就可能具有一定的光滑度，这时断面就可能是一个良好的反射界面，会产生较强的断面反射波。,偏移后的断面波,由于断面不像一般地层界面那样光滑，断面两边地层多变，沿断层面的波阻抗差也随之变化不定，因而使断面波在地震剖面上具有与正常反射波不同的特点： 同相轴很陡，与周围正常反射波穿插交叉。因为断面比正常地层界面倾角大，并往往断开一系列地层所致； 波形不稳定，能量不稳定。振幅忽强忽弱，反射系数不稳定，会出现反相位现象。 连续性差，时断时续、忽隐忽现等特征。 断面波是断层存在的重要标志，是此3种特殊波中最常见的一种。,三、回转波,回转波指在凹曲界面上的反射波。 当曲面圆弧半径小于界面的埋深时，才能形成回转波；曲面圆弧半径等于界面的埋深时回转波集中于一点；大于界面的埋深时，只能形成正常的反射波。在图上这些反射点是从左向右分布的，而地面上相应接收到这些点的反射的观测点，则是自右向左排列。这段凹界面的反射波时距曲线为CDEFG段。,整个界面的时距曲线特点是：当界面上的反射点自左向右移动时，时距曲线开始是ABC段自左至右，然后是自右向左移动的CDEFG(相当于整个界面中间的凹界面段的反射)。最后又自左向右从G移到l(相当于GHI平界面段的反射)。可见整条时距曲线构成了一个“环圈”状。时距曲线上的C、G两点是正常反射波和回转波的公共点(相切点)，叫做回转点。凹界面CG的