地球物理学基础复习课.ppt

考核方式：1、平时成绩（30%）2、实验成绩（20%）（11.16考试时务必带来）3、开卷考试（50%）（统一试卷）课程要求：1、不迟到、不早退、不旷课，人到、心到，勤做笔记2、实验态度端正，认真完成实验报告3、积极参与课堂讨论，有疑必问,1,通过本课程的学习，让学生能够掌握常用的地球物理勘探方法的基本原理，了解野外施工的方法和资料解释过程，熟悉各种方法的应用条件和解决地质问题的能力，能够在今后的工作中，正确地选用物探方法进行综合勘探。,课程目的：,第一部分地震勘探原理第二部分电法勘探原理第三部分地球物理测井,1）绪论2）地震波的基础知识3）地震波的时距曲线4）地震勘探野外工作方法5）地震资料的解释,地震勘探原理：,绪论知识点,掌握：1、地球物理勘探的概念2、各种物探方法的物质基础（地震、电法、磁法、重力）3、物探方法的优点和不足4、地球物理勘探的应用领域,应用地球物理学AppliedGeophysics，也叫地球物理勘探，简称物探。定义：应用物理学的原理与方法对天然存在或人工建立的地球物理场进行观测，从研究地壳浅层的物性与结构出发，来寻找和勘探有用矿产与解决某些地质问题的一门技术科学。原理：地层、岩矿的物理性质（密度、磁导率、电性、弹性、放射性等）存在差异，用仪器观测由此引起物理（天然和人工）场的变化，通过处理、解释，研究地质构造形态和矿藏（油气、煤、金属与非金属）分布以及有关工程探测与检测问题。,地震勘探基于介质弹性（E、v）差异，研究地震波动场变化,各种物探方法的物质基础,重力勘探基于介质密度差异，研究大地重力场变化,磁法勘探基于介质磁性差异，研究大地磁力场变化,电法勘探基于介质电性（、）差异，研究自然或人工电场（或电磁场）变化,1、地质法,-岩石露头，勘探初期具有指向作用。,常用几种资源勘探方法的对比,-直接勘探，精度高，一孔之见。,2、钻探法,-精度高于地质法，成本低于钻探法。,3、物探法,优点：成本低、效率高、速度快,不足：地球物理勘探方法存在多解性的问题，当地形复杂或地下地质情况复杂时，地球物理方法的作用就会受到限制。,为了提高解释的精度，提高地球物理方法解决实际问题的能力，需要充分了解工区的地质和地球物理条件，研究岩石物性，充分调研地质资料和前人研究成果。此外采用两种或两种以上的地球物理方法相结合，采用综合地球物理方法也是提高地球物理解决实际问题能力的有效途径。,地球物理勘探应用领域,矿产资源的调查与开发勘探。如油气、煤、金属与非金属矿产及其有关的地质构造。如覆盖层的厚度、目的层的起伏形态、断层、分布范围、岩性特征、地层层序与盆地发展历史等。地下水资源的勘测、评价，矿井水防治的研究。建筑物基础勘探。如高层建筑与大型的厂房、铁路与地铁、公路、桥梁、水坝、机场、港口、核电站与涵洞等的基础研究。洞穴、管线调查与勘测。如岩溶、人防工程、古墓穴、地下管线等的空间位置及渗漏。无损检测。如高速公路路面、大型混凝土工程质量检测与评估，古代文物风化层厚度的检测等。火山、地震、滑坡、塌方冒落、放射性等环境、自然灾害的预测预报。,地震波的基础知识点掌握：1、地震勘探、地震波的概念2、地震波在地层中的传播过程（三带）3、地震子波的类型、判断标准4、纵波、横波、面波、体波的特点5、地震波传播的基本规律（反射、透射定律、费马、惠更斯等）7、折射波形成的过程8、影响地震波传播速度的地质因素,地震勘探：通过人工的方法激发地震波，研究地震波在地层中传播的情况，以查明地下的地质构造，为寻找油气田或其它勘探目的服务的一种物探方法。,地震勘探是当前油气、煤炭勘探中最重要的一种方法(90%)。根据岩石弹性差异，研究人工激发的地震波在地质介质中传播的规律，以查明地下地质构造的方法。,地震勘探常分为三大环节：野外采集、数据处理和资料解释。,地震波的概念及其形成过程,下面讨论地震波的形成过程：,物体在受到由小逐渐增大的力作用时，大体上经历三种状态：,外力小：在弹性限度以内，物体产生弹性形变；,外力增大：到超过弹性限度，物体产生塑性形变；,外力继续增大：超过了物体的极限强度，物体就会被拉断或压碎。,岩层中用炸药爆炸：激发地震波时,炸药包附近：压力周围岩石的弹性极限，岩石被破碎形成一个破坏圈,离开震源一定距离：压力减小，但仍超过岩石的弹性限度，岩石不发生破碎，但发生塑性形变，形成一系列裂缝的塑性及非线性形变带,塑性带以外：随着距离增加，压力降低到弹性限度内，岩石发生弹性形变,地震波是一种在岩层中传播的弹性波,波：振动在介质中的传播。弹性波：在弹性介质中传播的波。,零相位子波,最小相位子波,混合相位子波,最大相位子波,判断依据：能量集中的位置,纵波和横波：,纵波：传播方向与振动方向一致，Vp,横波：传播方向与振动方向相垂直，Vs,水平面内分量：称SH波,垂直面内分量：称SV波,面波和体波：,面波的波散（频散）：面波在介质中的传播速度是频率的函数，即速度随频率而变。,波在传播过程中，某一质点的位移大小随时间而变化的，描述质点位移与时间关系的图形，叫做振动图。波在传播过程中的某一时刻，介质中各个质点的位移是不同的，描述质点位移与空间的位置关系的图形，叫做波剖面。,振动曲线和波剖面：,振动曲线：某一固定点,波剖面：某一固定时刻,多个振动图组成一张野外地震记录,(1)反射线位于入射线和入射点法线所组成的平面内；(2)反射线、入射线位于法线两侧；(3)反射角等于入射角。,反射定律：,透射定律（1）透射线在入射线和入射点法线所决定的平面内；（2）透射线和入射线位于入射点法线的两侧；（3）入射角的正弦和透射角的正弦之比等于第一、二两种介质中的波速之比，即：,透射系数透射波的振幅与入射波的振幅之比，称为透射系数：,反射系数反射波的振幅与入射波的振幅比称为反射界面的反射系数：,斯奈尔(Snell)定律,综合反射定律和透射定律的内容，并扩展到水平层状介质的情况，可以得到斯奈尔定律。它还包括横波和纵波的传播。设各层的纵波、横波速度分别用VP1，VS1，VP2，VS2，.，VPi，VSi表示；入射波是纵波，入射角为P1；各层的纵波，横波的反射角和透射角分别用Pi，Si表示，则斯奈尔定律的形式如下：P称为射线参数。在水平层状介质中，当波的某条射线以某一角度入射到第一个界面后，再向下透射的方向将由上式决定，这条射线就对应于一个射线参数值Pi。,zoeppritz方程,30,地震波在空间介质内是沿射线方向以真速度V传播的，但地震勘探的观测大多是在地表沿测线进行，因测线的方向与波的射线方向常常不同，沿测线“传播”的速度也就不同于真速度，称为视速度V*。,视速度,31,设：波到地面的入射角为，如果在测线上相距为的两个观测点A和B上，分别在t和t+t时刻收到这个波，则波沿测线“传播的速度是，而波传播的真速度。,S,32,地震折射波的形成过程,以两层水平模型为例，当V1MN,什仑贝尔格装置。,（3）中间梯度法：此方法是装置将供电电极A和B固定在相距很远的地方，测量电极MN在AB中段的1/3的范围内逐点测量。,电阻率公式及视电阻率1）（均匀大地）电阻率公式,M、N处的电位为：,式中AM、BM、AN、BN分别是A、B与M、N间的距离。上两式相减可得MN两点间的电位差：,则,对非均匀介质引入视电阻率,视电阻率当地表不水平或者地下电阻率分布不均匀时（存在两种或者两种以上介质），仍然采用前述均匀介质中的供电方式及测量方式，仍由前述的公式计算“电阻率值”，不过这时计算出的“电阻率值”，既不是1，也不是2和3，而是三者都有关的一个量，称为“视电阻率”，用符号s表示，即,视电阻率：在电场有效作用范围内各种地质体电阻率的综合影响值。虽然不是岩石的真电阻率，但却是地下电性不均匀体和地形起伏的一种综合反映。,视电阻率的定性分析公式,影响视电阻率的因素电极装置类型及电极距的大小测点相对于地质体的位置电场有效作用范围内各种地质体的真电阻率各地质体的分布状态（及形状、大小、埋深及相对位置）,勘探深度、勘探体积,勘探深度：h=AB/2勘探体积：长AB、宽AB/2、高AB/2,决定勘探深度的因素是：供电极距影响勘探深度的因素是：介质的电阻率,电剖面法：探测地下某一深度范围内沿剖面方向岩石电阻率的变化。电测深法：探测同一个测深点电性的垂向变化，是在同一测点上逐次扩大供电电极据，使探测深度逐渐增大，以此来得到观测点处沿垂直方向上由浅到深的s变化情况。,电剖面法和电测深法,地电断面与电性标准层根据岩石电阻率的差别划分的层位，称为电性层；表示电性层分布的断面，称为地电断面；根据电性（电阻率、介电常数、极化率、磁导率等）差异划分地下地质体界限的垂直断面。在地电断面中，作为划分和对比层位用的电性特征明显而稳定的电性层，称为电性标准层。电性标准层的特点与围岩的电阻率差大且稳定，最好在40倍；地层厚度大；一般未经风化和未被构造破坏的石灰岩、火成岩或变质岩等电阻率高且又稳定，粘土层则属低电阻率层，也比较稳定，这些地层都可作为电性性标准层。,几个基本概念,联合剖面法s曲线特征分析讨论直立低阻薄脉上联合剖面法s曲线特征,横向分辨能力强，异常明显。适合于水文、工程地质及构造找矿。装置相对笨重，地形影响大。解释时具体分析。,正交点和反交点电阻率剖面法中的联合剖面法进行视电阻率测量时，在低阻体会出现正交点，在交点的左边,右边,在高阻体上面出现反交点，交点的右边,左边，经过分析野外的视电阻率资料根据正反交点可以分出高阻低阻体。,在实际工作中，常采用不同极距的联合剖面曲线交点的位移来判断脉状体的倾向。,1）、大小极距的位置有位移，说明地质体倾斜，位移越大倾角越大。2）、大极距交点位移方向代表地质体的倾斜方向。3）、大小极距的位置正好重合，说明地质体直立。,二层断面的电测深曲线类型,三层断面的电测深曲线类型,高密度电阻率法是集测深和剖面法于一体的一种多装置、多极距的组合方法，它具有一次布极即可进行多装置数据采集以及通过求取比值参数而能突出异常信息的特点。,高密度电阻率法概述,近年来该方法先后在重大场地的工程地质调查、坝基及桥墩选址、采空区及地裂缝探测等众多工程勘察领域取得了明显的地质效果和显著的社会经济效益。,高密度电阻率的优点电极布设是一次完成的，这不仅减少了因电极设置而引起的故障和干扰，而且为野外数据的快速和自动测量奠定了基础。能有效的进行多种电极排列方式的扫描测量，团而可以获得较丰富的关于地电断面结构特征的地质信息。野外数据采集实现了自动化或半自动化，不仅采集速度快，而且避免了由于手工操作所出现的错误。可以对资料进行预处理并显示剖面曲线形态，脱机处理后还可自动绘制和打印各种成果图件。与传统的电阻率法相比，成本低、效率高，信息丰富，解释方便。勘探能力显著提高。,第一部分地震勘探原理第二部分电法勘探原理第三部分地球物理测井,1、什么是地球物理测井,在钻孔中进行的各种地球物理勘探方法的总称；又称为钻井地球物理、矿场地球物理、油矿地球物理等,简称为“测井”。,测井分类I,2、地球物理测井的分类和特点,第二章电法测井,1、电测井概念：以研究钻孔剖面岩石的电学性质（导电性和化学活动性）为基础的一系列测井方法。,本章主要内容：（1）普通电阻率测井（2）侧向测井（3）电化学测井,第三章核测井,核测井：利用岩层的自然放射性或人工放射性来研究钻孔的地质剖面，是核物理与测井技术相结合的产物，又称放射性测井。特点：1、由于反射性核元素的衰减不受温度、压力、电磁场和自身化学性质的影响，可更直接、更本质地研究岩石的物理性质。2、反射性使用的伽马射线和中子流等具有较强的穿透能力，因此，在裸眼井或套管井，充满淡水的井或者充满高矿化度泥浆的井中都能进行测量。,第四章声波测井,声波测井：是通过研究声波在井下岩层和介质中的传播特性，从而了解岩层的地质特性和井的技术状况的一种测井方法。,本章主要内容：（1）岩石的声学特性（2）声速测井（3）声幅测井,第二节声速测井（声时差测井）,声时差测井测量声波通过井下单位厚度岩层的传播时间，即时差t（s/m），由于时差的倒数就是声速v（m/s），因此又叫声速测井。,一、单发双收的测量原理,R：接收探头声能转化为电能,T：发射探头电能转化为声能,1、产生滑行波的条件V地层V泥浆产生滑行波的过程是可逆的,2、到达接收探头的波类,折射纵波,直达波,反射波,3、让滑行纵波首先到达接收探头,因反射波、直达波都只在泥浆中传播，V地大于V泥，如果合理选择源距可以使滑行纵波首先到达接收探头，而成其为首波。,t=t2-t1=,如果井径规则，则AB=DF=CE，上式为：,显然：CD正好是仪器的间距（常数），时差与声速成反比。,时差的单位：s/m,4、时差的表达式,时差：在介质中声波传播单位距离所用的时间。,周波跳跃的影响,（1）产生的原因,声波在具有裂缝和溶洞的地层中传播时，会因产生多次反射而使能量明显衰减，特别是裂缝发育层段，滑行纵波的幅度急剧衰减，以致第二道接收波列的首波不能触发记录，而往往是后续