地震波的速度.pdf

第1节地震波在岩层中的速度及 与各种因素的关系 第2节几种速度的概念 第3节各种速度之间的关系 第4节平均速度的测定 第5节叠加速度谱的制作与解释 第1节地震波在岩层中的速度及 与各种因素的关系 第2节几种速度的概念 第3节各种速度之间的关系 第4节平均速度的测定 第5节叠加速度谱的制作与解释 第四章地震波的速度第四章地震波的速度 主讲教师 刘洋 第4章 地震波速度的意义 地震勘探的核心问题是速度问题地震勘探的核心问题是速度问题 1 地震资料处理 地震资料处理 2 油气预测 油气预测 3 异常高压预测 异常高压预测 第4章 第1节地震波在岩层中的速度及与 各种因素的关系 第4章 2 P v S v 纵波速度 横波速度 纵波速度 横波速度 一 地震波速度与各种因素的关系 1 岩石弹性参数 岩石弹性参数 第4章 一 地震波速度与各种因素的关系 2 岩性 岩性 1 火成岩 火成岩 2 沉积岩 沉积岩 第4章 一 地震波速度与各种因素的关系 3 速度比值 或泊松比 表征岩性 速度比值 或泊松比 表征岩性 P S v r v 纵波速度 横波速度 2 纵向应变 横向应变 2 222 2222 1 11 1 21 2 22 2 1 1 P PS S PS P S v vvr v vvr v v 泊松比 速度比值 泊松比 速度比值 第4章 一 地震波速度与各种因素的关系 3 密度 密度 1 密度增加 速度增加 密度增加 速度增加 2 可用近似公 式表示速度与密 度之间的关系 每个工区同类岩石 可用近似公 式表示速度与密 度之间的关系 每个工区同类岩石 对数 对数坐标对数 对数坐标 0 25 0 31v 描述主要沉积岩的描述主要沉积岩的 Gardner公式 公式 1974 第4章 一 地震波速度与各种因素的关系 4 地质年代 构造历史 地质年代 构造历史 1 年代老的岩石 比年代轻的岩石具有 较高的速度 年代老的岩石 比年代轻的岩石具有 较高的速度 2 在隆起的构造 顶部 速度较低 每个工区同类岩石 在隆起的构造 顶部 速度较低 每个工区同类岩石 第4章 一 地震波速度与各种因素的关系 5 埋深 埋深 1 地震波速度随深度增大而增大 地震波速度随深度增大而增大 2 泊松比 或 泊松比 或 vp vs 随埋藏深度 增大而减小 在岩石性质和地质年代相同的情况下 随埋藏深度 增大而减小 在岩石性质和地质年代相同的情况下 第4章 一 地震波速度与各种因素的关系 6 孔隙度 含流体特征 孔隙度 含流体特征 1 Vs Vf 1 简化简化 1 ss tv ff tv fs ttt 11 1 sf sf v tt vv 总传播距离 总传播时间 11 fs vvv 骨架中传播时间 孔隙流体中传播时间 总传播时间 地层速度 所以 骨架中传播时间 孔隙流体中传播时间 总传播时间 地层速度 所以 Wyllie时间平均方程时间平均方程 1956 孔隙度为孔隙度为 第4章 11 fs vvv 1 孔隙度越高 岩层速度越低 孔隙度越高 岩层速度越低 2 流体速度越高 岩层速度越高 流体速度越高 岩层速度越高 3 岩石骨架速度越高 岩层速度越高 岩石骨架速度越高 岩层速度越高 4 岩石孔隙的不均匀性或孔隙形 状的变化 都会导致岩层速度的变化 岩石孔隙的不均匀性或孔隙形 状的变化 都会导致岩层速度的变化 1 vs vf 1 简化简化 第4章 一 地震波速度与各种因素的关系 目前地震中广泛应用 Gassmann方程 目前地震中广泛应用 Gassmann方程 2 b s2 pbb b 2 fss 1 14 1 3 k k vk k kkk 2 b s v 1 岩石是均质的 2 孔隙中的流体是紧附在孔壁上的 3 气和液体在孔隙中均匀分布 4 孔隙中的流体不影响切变模量 5 孔隙的形状是球形 第4章 一 地震波速度与各种因素的关系 气 水气 水 油 水油 水 第4章 一 地震波速度与各种因素的关系 7 温度 压力 温度 压力 1 随着温度的升高 速度降低 随着温度的升高 速度降低 2 随着压力的升高 速度增加 随着压力的升高 速度增加 第4章 一 地震波速度与各种因素的关系 8 频率 频率 在很宽频带内 地震勘探涉及的频带内 纵波速度和横波速度与频率无关 在很宽频带内 地震勘探涉及的频带内 纵波速度和横波速度与频率无关 第4章 二 层速度分布规律 1 成层性 成层性 2 递增性 递增性 3 方向性 方向性 4 分区性 分区性 第4章 第2节几种速度的概念 第4章 一 层速度 把某一速度层的波速叫作这一层的层速度把某一速度层的波速叫作这一层的层速度 第4章 二 平均速度 定义定义A 一组水平层状介 质中某一界面以上介质的 平均速度 一组水平层状介 质中某一界面以上介质的 平均速度 就是地震波垂 直穿过该界面以上各层的 就是地震波垂 直穿过该界面以上各层的 总厚度与总传播时间之比总厚度与总传播时间之比 1 1 n i i avn i i i h v h v 第4章 二 平均速度 定义定义B 在水平层状介质 中 波沿 在水平层状介质 中 波沿直线传播直线传播走过的 总路程 最短路径 与所 需总时间之比是平均速度 走过的 总路程 最短路径 与所 需总时间之比是平均速度 2 2 av SPRSPSP S RSPSP v ttt n 1i i n 1i i h cos 1 cos h SP 11 1 coscos nn ii SPi ii i hh tv v 1 1 n i i av n i i i h v h v 而 所以 而 所以 第4章 三 均方根速度 i hi SR h1 v1 h2 v2 hn vn hi vi n 1 问题的提出问题的提出 研究水平层状介质 反射波时距曲线 研究水平层状介质 反射波时距曲线 1 2 cos n i i i i h t v 1 2 n ii i xhtg 旅行时间 炮 检 距 目的 旅行时间 炮 检 距 目的 得到得到t x的显式关系式的显式关系式 第4章 2 三个定理三个定理 12 12 sinsinsinsin in in P vvvv 1 x 32 16 5 8 3 2 1 1 1 1 xxx x 定理2 Snell定律 定理3 幂级数展开定理 定理2 Snell定律 定理3 幂级数展开定理 1 2 22 1 2 n ii i mi v h x vv 1j j2 j 2 0 2 xtt 定理1 旅行时展开定理 定理1 旅行时展开定理 n层水平层状介质层水平层状介质 当 其中 当 其中vm为为n层中最大的层速度 时 层中最大的层速度 时 关键 如何求出关键 如何求出 j 第4章 3 时距曲线推导时距曲线推导 2 cos1 ii v P 2 sin cos 1 ii i i i v P tg v P sin ii v P 由由Snell定律得定律得 则则 2 1 2 1 n i i ii h vv P 2 1 2 1 n ii i i hv P Pv 1 2 cos n i i i i h t v 22 11 n i i i t t v P 2 iii thv 1 2 n ii i xhtg 2 22 11 n ii i i v t P v P 旅行时旅行时 令 则 令 则 炮检距 炮检距 1 将 将t x表示成表示成Snell参数参数P的函数的函数 第4章 2 将 将t表示成表示成P的幂级数的幂级数 2244 111 13 28 nnn iiiii iii tt vPt vP 2 1 n j jii i at v t 2 t 令 则 令 则 246 0123 135 2816 aa Pa Pa P 22246 0011021203 1335 4488 aa a Paa aPa aa a P 旅行时展开旅行时展开 2 11 n i i i t t v P 224466 1 135 1 2816 n iiii i tv Pv Pv P 第4章 炮检距展开炮检距展开 2224466 1 135 1 2816 n iiiii i t v PP vP vP v 24365 111 13 28 nnn iiiiii iii t vPt vPt vP 35 123 13 28 a Pa Pa P 2 x 4 x 2 22 11 n ii i i t v P x P v 22426 112213 13 44 a Pa a Paa a P 4436 112 2a Pa a P 3 将 将x表示成表示成P的幂级数 则 的幂级数 则 第4章 4 根据旅行时展开定理 求 根据旅行时展开定理 求 j 22246 0123 ttxxx 2224 001102 13 44 aa a Paa aP 222426 01112213 13 44 ta Pa a Paa a P 222426 112213 13 44 xa Pa a Paa a P 44436 112 2xa Pa a P 22224 001102 13 44 taa a Paa aP 因为 而 则 因为 而 则 2 0 2 0 ta 2 1110 aaa 4 1221120 2 1 aaaaa 4 3 a 4 1 则则 4436 2112 2a Pa a P 第4章 2 0 2 0 ta 2 1110 aaa 4 1221120 2 1 aaaaa 4 3 a 4 1 22 00 ta 0 1 1 a a 2 102 2 4 1 4 aa a a 因此因此 2 1 n j jii i at v 推导完毕 推导完毕 第4章 5 反射波时距曲线 反射波时距曲线 当炮检距较小时 忽略当炮检距较小时 忽略x4及以上高阶项及以上高阶项 222 01 ttx 0 1 1 a a 2 11 10 1 1 n ii i Rn i i t v a v a t 令令 均方根速度 均方根速度 则则 2 22 0 2 R x tt v 水平层状介质中反 射波时距曲线 水平层状介质中反 射波时距曲线 第4章 四 等效速度 S G RN S C M h v x 倾斜界面共中心点时距曲线倾斜界面共中心点时距曲线 2 22 0 2 cos x tt v cos v v 2 22 0 2 x tt v 等效速度 等效速度 则 令 则 令 第4章 五 叠加速度 va 叠加速度 动校正速度 叠加速度 动校正速度 2 22 0 2 a x tt v 当当 1 在地下介质速度横向变化不大 2 炮检距较小 小排列 3 观测面水平时 共中心点反射波时距曲线 1 在地下介质速度横向变化不大 2 炮检距较小 小排列 3 观测面水平时 共中心点反射波时距曲线可以近似表示为可以近似表示为双曲线双曲线 第4章 第3节各种速度之间的关系 第4章 一 平均速度 均方根速度 射线平均速度 1 公式公式 1 1 n ii i av n i i t v v t 2 1 1 n ii i R n i i t v v t v 射线 总路径长度 总传播时间 2 大小大小 av v 为常数为常数 R v 为常数为常数 Rav vv 3 前提前提 直线路径 传播 一定程度考 虑射线偏折 考虑射线真 实传播路径 直线路径 传播 一定程度考 虑射线偏折 考虑射线真 实传播路径 4 精度精度 适合于时深 转换 适合于小炮 检距反射波 精确 适合于时深 转换 适合于小炮 检距反射波 精确 平均速度均方根速度射线平均速度 随入射角变化随入射角变化 v射线 第4章 二 叠加速度与均方根速度 1 叠加速度与各种速度的关系叠加速度与各种速度的关系 1 水平单层 水平单层va v1 2 倾斜单层 倾斜单层 3 水平多层 水平多层 4 倾斜平行多层 倾斜平行多层 5 倾斜非平行多层 倾斜非平行多层 va v1 cos va vR va vR cos 射线追踪问题射线追踪问题 第4章 2 叠加速度与均方根速度叠加速度与均方根速度 界面倾斜 覆盖层为均匀介质时界面倾斜 覆盖层为均匀介质时 cos Ra vv AB 界面 界面 h l AB t0At0B x t 欲求欲求VR 必须得到倾角 必须得到倾角 深度剖面叠加剖面深度剖面叠加剖面 sin h l 000 11 22 BRARR ht vt vvt 0 sin 2 R vt l 2 0 cos1 2 R vt l 2 0 1 2 R Ra vt vv l 22 0 2 1 4 a R a v v vt l 因为 所以 则 因为 所以 则 第4章 三 均方根速度与层速度 设有设有n层水平层状介质 各层层速度为层水平层状介质 各层层速度为vi 层厚度为 层厚度为hi 在各层中双程垂直传播时间为 在各层中双程垂直传播时间为 2 i i i h t v R n v 2 2 1 1 n ii i R n n i i v t v t 0 n t 1R n v 1 2 2 1 1 0 1 n ii i R n n v t v t 1 22222 0 0 1 1 11 nn nR nnR niiiin n ii tvtvv tv tv t 第第1层至第层至第n层的均方根速度层的均方根速度 2 1 0 n ii i n v t t 第 第1层到第层到第n层的双程垂直旅行时间 第 层的双程垂直旅行时间 第1层到第层到第 n 1 层的均方根速度 所以 则 层的均方根速度 所以 则 22 0 0 1 1nR nnR n n n tvtv v t 22 0 0 1 1 0 0 1 nR nnR n nn tvtv tt 由均方根速度计算层速度的公式 称为 由均方根速度计算层速度的公式 称为Dix公式公式 第4章 第4节平均速度的测定 第4章 一 测定地震波传播速度的几种方法 1 实验室测定实验室测定 岩样来自露头 获取芯得到 其测量精度高 但难以模拟岩石所处的高温高压环境 岩样来自露头 获取芯得到 其测量精度高 但难以模拟岩石所处的高温高压环境 2 利用井中观测 地震测井 声波测井 资料进行计算利用井中观测 地震测井 声波测井 资料进行计算 只能获得井口附近的速度信息 精度较高 只能获得井口附近的速度信息 精度较高 3 利用地面地震资料进行计算利用地面地震资料进行计算 可以得到地下介质二维 三维速度信息 精度较高 可以得到地下介质二维 三维速度信息 精度较高 第4章 二 地震测井法或零偏VSP 测量平均速度 1 野外施工方法野外施工方法 1 井下检波器一般 井下检波器一般1或几个 所 以要放 或几个 所 以要放多炮多炮 检波器不断移动检波器不断移动 要求精确平均速度 炮点离井口 要求精确平均速度 炮点离井口 越近越好越近越好 炮点分布 炮点分布 尽量分布集中在一个区域尽量分布集中在一个区域 远炮点 远炮点 测量射线平均速度测量射线平均速度 2 当地层倾角较大时 当地层倾角较大时 为防止折射波的干扰 在 地层下倾方向放炮 上倾 方向接收 为防止折射波的干扰 在 地层下倾方向放炮 上倾 方向接收 深井近炮点远炮点深井近炮点远炮点 炮点接收仪器 检波器 炮点接收仪器 检波器 第4章 二 地震测井法 测量平均速度 2 室内资料处理与解释室内资料处理与解释 hc S R S H d 利用近炮点所测定的直达波 旅行时 利用近炮点所测定的直达波 旅行时tc 可得平均速度为 可得平均速度为 1 平均速度与单程垂直旅行时计算平均速度与单程垂直旅行时计算 22 c av cc dHhS R v tt 22 avc c H tH vt dHh 单程垂直旅行时单程垂直旅行时 第4章 2 资料整理与解释资料整理与解释 a 平均速度平均速度vav随双程垂直旅行时随双程垂直旅行时 t0 t0 2t 的变化曲线的变化曲线 b 垂直时距曲线垂直时距曲线 用于时深转换 用于时深转换 0 2 t H 由一系列直线断组成的 各个直线段斜率的意义 由一系列直线断组成的 各个直线段斜率的意义 v1 h1 v2 h2 vn hn H t0 2 H 1 H t v 11 1 12212 11hHhH th vvvvv 11 11 11 11 nn iinn iiii ii innin Hhh hhH t vvvvV H位于第位于第1层内层内 H位于第位于第2层内层内 H位于第位于第n层内层内 1 1 11 n i i nin H h vvv 第4章 t0 2 H v 251m s H 2 5m v 403m s H 5 2m v 765m s H 21 7m v 1751m s 第4章 t0 t0 2 vav h vn 近炮点测量得到的透过波时 间 近炮点测量得到的透过波时 间tc与深度的关系与深度的关系tc H 计算平均速度计算平均速度vav H 单程垂直旅行时单程垂直旅行时t H 双程垂直旅行时双程垂直旅行时t0 H vav t0曲线曲线H t曲线曲线 vi H曲线曲线 地震测井处理与解释流程地震测井处理与解释流程 第4章 三 声波测井法 1 原理原理 泥浆泥浆vn 发射器发射器O 第一接收器第一接收器M 第二接收器第二接收器N D d 岩层岩层vk 利用沿井壁滑行的初至折射波时差来计算速度参数利用沿井壁滑行的初至折射波时差来计算速度参数 k k d t v 1 kkk vtd 仪器记录的是单位长度传播 例如仪器记录的是单位长度传播 例如1米或米或1 英尺 距离所用的时间 实际上记录的是速度的倒数 慢度 单位 微秒 时差 英尺 距离所用的时间 实际上记录的是速度的倒数 慢度 单位 微秒 时差 OM长度非常小时 方法是否有效长度非常小时 方法是否有效 第4章 三 声波测井法 2 室内资料处理与解释室内资料处理与解释 泥浆泥浆vn 发射器发射器O 第一接收器第一接收器M 第二接收器第二接收器N D d 岩层岩层vk 1 k k v 00 HH k k dh t Hh dh v h av H vH t H 层速度 垂直旅行时间 平均速度 层速度 垂直旅行时间 平均速度 第4章 四 地震测井与声波测井的比较 地震测井声波测井 信号频率 地震测井声波测井 信号频率 20 80赫兹 更接近 地震勘探的实际情况 工作复杂 效率低 20千赫兹 工作简单 效率高 平均速度绝对误差小 20 80赫兹 更接近 地震勘探的实际情况 工作复杂 效率低 20千赫兹 工作简单 效率高 平均速度绝对误差小 工作条件 速度精度 工作条件 速度精度 划分的层速度粗燥 平均速度的绝对误差大 能细致划分层速度划分的层速度粗燥 平均速度的绝对误差大 能细致划分层速度 第4章 第5节叠加速度谱的制作与解释 第4章 一 叠加速度大小与动校正效果 1 为何要计算叠加速度为何要计算叠加速度 野外采集的资料 期望记录 野外采集的资料 期望记录 一炮激发 多道接收的非零炮检距资料 自激自收剖面 零炮检距剖面 一炮激发 多道接收的非零炮检距资料 自激自收剖面 零炮检距剖面 动校正 共反射点叠加 动校正 共反射点叠加 提高信噪比 将反射波非零炮检距时间校正到零炮检距时间 提高信噪比 将反射波非零炮检距时间校正到零炮检距时间 动校正量 动校正量 2 2 000 2 x x ttttt v 要进行动校正 必须已知叠加速度要进行动校正 必须已知叠加速度v 第4章 一 叠加速度大小与动校正效果 2 叠加速度大小与动校正关系叠加速度大小与动校正关系 v较小时 较小时 v较大时 较大时 校正量偏大 校正过量 校正量偏小 校正不足 校正量偏大 校正过量 校正量偏小 校正不足 v正确时 正确时 校正量正确 校正合适 同相轴被拉平校正量正确 校正合适 同相轴被拉平 第4章 CMP道集道集 动校正速度 动校正速度 3500m s 动校正速度 动校正速度 4400m s 动校正速度 动校正速度 4150m s 第4章 如何判别共反射点道集反射波同相轴被校平 如何判别共反射点道集反射波同相轴被校平 共反射点叠加 共反射点叠加 速度合适时 叠加能量最强速度合适时 叠加能量最强 速度 叠加能量 速度 叠加能量 Emax v 第4章 二 叠加速度谱的制作 在制作速度谱过程中 要对在制作速度谱过程中 要对t0 v进行扫描 地下反射层位很多 记录上会有不同t0时间的反射波 不同反射波对应的叠加速度也不一样 进行扫描 地下反射层位很多 记录上会有不同t0时间的反射波 不同反射波对应的叠加速度也不一样 1 1 t0 t0min 2 2 依次选依次选v vmin v vmin v v vmin 2 v v vmax 进行动校正 叠加 计算叠加能量 进行动校正 叠加 计算叠加能量E t0 v 3 3 如果如果t0 t0max 则 则t0 t0 t 转到 2 否则转至 4 转到 2 否则转至 4 4 4 绘制速度谱 曲线方式 等值线或彩色图 绘制速度谱 曲线方式 等值线或彩色图 第4章 速度谱与道集速度谱与道集 第4章 1 尽量拾取速度 分析测量因子值 最大的地方 2 拾取的速度能 够使C