【地震勘探方法的透射波法概述3800字】

地震勘探方法的透射波法概述在工程地震勘探中，透射波法主要用于地震测井(地与井之间的透射)、地与地之间凸起介质的勘探、井与井之间地层介质的勘探。不同的地质目的导致不同的方法和手段。但原则上采用透射波理论，利用波传播的初至时间反演表征岩土介质岩性、物性及差异的速度场，为工程地质和地震工程提供基础数据或直接解决其问题。（1）地面与井的透射地震测井被称为地震工作，在井口附近激发，并接收井中不同深度的透射波。在工程勘探中，地震测井可分为测量地层吸收和衰减参数的单分量常规测井、双分量或三分量PS波测井和Q波测井。虽然收集方法不同，但方法的原理基本相同。1）透射波垂直时距曲线地震测井是测量透射波传播时间与观测深度的关系，称为透射波垂直时距曲线。假设地下为水平层状介质，传输速度为V1、V2…Vn，厚度为h1、h2…hn，底部界面深度为Z1、Z2、…Zn。在地面激发，在井中接收，发射波相当于直达波。然而，在均匀介质中，由于波通过速度界面时的传播效应，透射波的垂直时距曲线比直达波更复杂。是一条虚线，折叠点的位置对应界面的位置。因此，根据透射波垂直时距曲线的拐点，可以确定界面的位置，时距曲线每条直线的倒数斜率就是地震波在各层介质中的传播速度，即该层的层速度。很容易得到N层介质，对应的透射波垂直时距曲线方程为：其中t为传输时间(s)；Zi是I层的底部界面深度(m)；Vi是I层的波速(m/s)。图3-47是多层介质透射波的垂直时距图。从图中可以看出，利用垂直时距曲线的断点可以确定相应地层的厚度，根据折线各段的斜率可以计算出各层的地层速度，进而可以得到地震波不同深度h以上地层的平均速度。即：其中h和hi是总厚度和ith层的厚度(m)，t和ti是透射波在ith层中的传播时间和单向传播时间(s)；Vi是I层中透射波的速度(米/秒)。图3-47地震测井测量系统示意图2）资料采集①仪器设备在工程地震测井中，用于主干道工程编号的仪器设备包括地面记录仪器、常用的624通道工程数字地震仪和转换面板。带推动装置的地下地震检波器一般为单分量、双分量或三分量。多分量检波器主要用于纵波和横波测量、激励装置、信号传输电缆和简易绞车等。测量系统如图3-48所示。图3-48地震测井的各种方法②激发激发方式有两种:地面激发和井激发。地面激发主要有锤击、坠重、打击板(横向打击板)、炸药等。对于井激发，激发源主要是爆炸源、电火花源和机械振动源。当激振力方向垂直于地面时，可以激发P型和SV型透射波。当激振力的方向与地面水平时，可以激发SH型透射波。③接收井下检波器的作用是拾取地震波引起的井壁振动，并转换成电信号，通过电缆送到地面记录系统。一般要求具有耐温、耐电压、不漏电的性能。核心部分一般是机电耦合速度检波器，也称为换能器。对于单个组件，其方向可以是垂直的，也可以是水平的(相对于地面)；对于两个组件，换能器以90度角放置，即一个垂直，一个水平；至于三个分量，三个换能器的方位彼此成90度，即它们被放置在X-Y-Z方向上，并且在井中有两个水平分量(X，Y)和一个垂直分量(Z)。对于地面激发和井接收，测量顺序一般是从井底到井口，需要重复观测点来校正深度误差。通常，接触点和接收点之间的距离为1〜10m，可以根据精度要求选择，也可以不等距离测量。表层井旁浅孔接收和井激发，工作流程和要求同上，只是激发和接收换一个位置。地面记录仪器因素的选择与反射波法基本一致。但是在测井中，我们只需要初至波，所以仪器因素的选择要在尽可能突出初至波的基础上。此外，为了抑制或减少干扰，要求井下检波器与井壁耦合良好，检波器定位后电缆应放松，震源应与井口保持一定距离。④干扰波在地震测井中，主要干扰波是电缆波、套管波、井筒波(也称管波)等噪声。但是，对传输的初至波造成干扰的主要干扰波是电缆波和套管波，下面简要介绍它们的特点。电缆波是由电缆振动引起的一种噪声。电缆振动的原因包括地面井场或井口附近的机械振动和地面滚动波扫过井口引起的新振动。在工程测井中，电缆波可能出现在第一破裂带，影响第一破裂时间的正确拾取。检波器没有推紧时，最容易受到电缆波的干扰。减少电缆波干扰的方法有推耦合、适当放松电缆、减少地面振动(包括井口)、尽量抑制地面面波对井口的干扰(如挖隔离沟等)。在使用套管(钢管)的井中进行测量时，要求套管与地层(井壁)进行固井(固井一般采用水泥)，因此透射波会在固井不良的地方形成新的套管波沿套管传播。由于套管波的速度一般高于声波在岩土中的传播速度，会对固井不良的局部井段接收到的第一波产生干扰。可以看出，在段间和固井过程中，整个第一波间断波被5200m/s速度的套管波代替。在间隔期间，由于胶结不良，第一次突破的波谷不确定。与井段相比，井段固井效果较好，首波波形稳定。研究表明，套管波对纵波干扰较大，对转换波和横波影响较小。减少套管波干扰的方法是通过提高胶结质量或回填薄壁塑料管、井砂或油砂等能快速衰减套管波的材料，使套管与原状土保持良好的接触。在后期阶段，使用滤波来抑制它。3）资料的处理解释无论是P型还是SH型的初至波，接机时间位置都是起飞前沿。拣选方式通常是人工或人机联合拣选。对于被干扰的初至波，滤波后可以拾取，当滤波处理无效时，也可以拾取初至波的最大峰值时间，经过一定的相位校正后作为初至时间。对于SH型横波，可以利用正反向激发得到的两条横波记录，用叠加法拾取初至时间。如图3-49所示，从地震测井记录中读取的透射波首次到达时间为tc。由于炮点与深井之间有一定的距离D，所以炮点到检波器的射线路径不是垂直的。如果地下是均匀介质，tc是传播波沿CA的传播时间，而：其中:hc为炮井深度(m)；d是从炮眼到井深的距离(m)；h为检波器下沉深度(m)。从图3-49可以看出，透射波沿ca传播的时间tc应转换为沿井壁BA传播的垂直时间t：其中，t和tc分别为透射波沿孔壁传播的时间和沿孔壁传播的时间。图3-49井距校正示意图根据上述公式，将每个观测点的初至时间tc转换为沿井壁行进的垂直时间t，然后在t-H(t0-H)坐标图上绘制出t(或t0=2t，发射到接收的总时间)对应的深度H，得到透射波的垂直时距图，如图3-50所示。图3-50综合速度柱状剖面图首先，根据垂直时距曲线上观测点的分布规律，根据界面位置对断点进行分层，每条直线的倒数斜率即为对应层的层速度Vi，即：式中：Vi为波在第i层的层速度（m/s);Hi为第i层底面的深度（m）；ti为波到达第i层底面的时间（s)。计算层速度后，画在VI-H坐标图上(图3-50)，得到层速度分布图。由垂直时距曲线上的t和对应的H,得到公式：式中:Vm为波的平均速度（m/s)。然后在Vm-t0坐标图上画出Vm和对应的t0(t0=2t)，得到Vm(t0)曲线，如图3-50所示。需要指出的是，实际地层不是均匀介质，所以地震波的传播速度是空间的函数，地震波沿不同射线传播的速度是不同的。真正的地震波速度应该是沿着射线的速度，这就是所谓的射线速度。在图上画出垂直的时间间隔曲线、间隔速度曲线(和平均速度曲线)，称为综合速度柱剖面(图3-50)。图3-51是实际纵波和横波测井综合速度的柱状图。图3-51北京地铁某孔P-S波测井成果图p波和SP波地震测井资料主要解决两个问题，即解决反射波资料解释中的层位标定、岩性划分和时深转换问题，以及在工程地质或地震工程中的应用问题。（2）井间透射1）跨孔法井间法也称为平均速度法，因为当源孔与接收孔之间的距离较大时，接收到的初至波可能既包含直达波又包含折射波，获得的速度将是孔间地层的某一平均速度，其中包含地层内部和折射层的信息。井间法可用于测量P波和S波在钻孔间岩体中的传播速度、弹性模量和衰减系数。这些参数可用于评价岩体质量。图3-52是井间测量示意图，其中一个钻孔激发，另两个钻孔接收弹性波。因为钻孔之间的距离是已知的，所以同一地震波的传播速度可以通过不同的到达时间来计算。检波器采用钻孔三分量固定式检波器，可分别接收纵波和横波。为了避免干扰，保证接收到的波有足够的能量，钻孔之间的距离通常很小(通常为几米到十米)。如果钻孔倾斜，必须在计算时进行校正，以保证计算速度的准确性。图3-52跨孔法测量示意图速度计算公式为：其中，Vp和Vs分别为横波和纵波的速度(m/s)；x为同一水平面上两个接收孔之间的距离(m)；δTP和δts是纵波和横波到达两个地震检波器的时差。然后，根据各测点的速度计算结果，得到随深度变化的速度剖面。2）井间法①资料采集由于发射的地震波在井中激发和接收，使用的信息仍然是初至波，因此激发和接收的仪器设备、方式和要求与地震测井基本相同。不同的是井内有多个激发点，即从井底到井口有一定的间隔。在另一口井中接收的往往不是一个检波器，而是按一定间隔设置的一个检波器。每次激发，不同接收点的多个地震检波器同时接收。为了满足CT成像的技术要求，激发井和接收井采集一次后，激发和接收布置应互换井位，重新采集，以保证信息场的完整性。②透射CT成像技术透射层折成像原理可表示为：其中:t为透射波的传播时间(s)；V(X，z)是地层中透射波的传播速度(m/s)；Si是射线路径。Vi(X，z)可以通过求解上述公式得到，由它可以建立地层速度结构，即成像。用透射波传播时，寻找地层剖面的速度结构是标准的地震层析成像问题。透射CT成像的技术路线如图3-53所示。由于初至波可能同时包含直射