地震波速度【优质课堂】

1、第三讲 地震波速度,地震速度概念,地震速度？ 地震波在岩层中的传播速度，简称地震速度，有时又叫岩石速度，如常说砂岩速度，页岩速度，泥岩速度。地震速度是地震勘探中最重要的一个参数，从资料处理到资料解释都要用到速度。 研究地震波速度的意义？ 1、资料处理 （动校正、偏移等）; 2、模型正演 （岩性、流体）； 3、反演（构造解释、参数反演) 。,主要内容,1 地震波速度的影响因素 2 几种常用速度的概念 3 平均速度的测定 4 各种速度间的关系,地震波速度的影响因素,与岩石弹性常数的关系 弹性模量：拉梅系数、剪切模量、密度、体变模量K、杨氏模量E、泊松比。,与岩石弹性常数的关系,纵波横波速度关系,与

2、岩石弹性常数的关系,岩性是影响地震波速度最明显的因素。 一种岩石的速度具有一定的分布范围： 速度分布范围互相重叠 利用速度识别砂岩、页岩 纵横波速度比能反映岩性,岩性对地震波速度的影响,变质岩和火成岩速度沉积岩； 沉积岩：石灰岩速度页岩砂岩 水油接近，空气最小,岩性对地震波速度的影响,岩性对地震波速度的影响,岩性对地震波速度的影响,与岩石密度的关系,几乎各种岩石的波速都随密度增大而增大。,砂泥岩纵波速度-密度 砂泥岩横波速度-密度,与岩石密度的关系,沉积岩中的波速与岩石密度的关系: 如对某些石灰岩、页岩来说，可用线性方程来描述： 式中V：Km/s，：g/cm3,与岩石密度的关系,完全充水饱和时

3、，地震纵波速度与岩石密度之间存在着良好的定量关系，非线性关系经验公式（加德纳公式 ）：,与岩石密度的关系,与埋藏深度和压力的关系,一般来说，随深度的增加，地震波速度增大。不同的地区，速度随深度变化的垂直梯度可能相差很大。一般地说，在浅处速度梯度较大；深度增加时，梯度减小。,与埋藏深度和压力的关系,一般地，随岩石埋藏深度的增加，地震波的速度增大，垂直梯度减小,与埋藏深度和压力的关系,随压力的增加，地震波速度增大,与构造历史和沉积年代的关系,一般来说，地层越深，沉积年代越久，构造历史越远，地震波速度越大。,与构造历史和沉积年代的关系,一般来说，沉积年代越久，地震波速度越大,与构造历史和沉积年代的关

4、系,地震波速度与沉积地质年代、地质构造历史有关,不同的地区有不同的表现，主要有以下几个特点： 地质年代越长、构造历史越远，地震波速度越高；地质年代越短、构造历史越近，地震波速度越低。 在强烈褶皱地区，经常观测到的地震波速度大；而在隆起的构造顶部，速度降低。,孔隙度对地震波速度的关系,隙孔度：粗颗粒岩石细颗粒岩石，如砂岩石灰岩 地震波速度与孔隙度成反比。 Wylie (1956)提出时间平均方程: 地震波速度 ; 岩石 骨架地震波速度 ； 孔隙中充填物地震波速度 ；岩石孔隙度。 孔隙度3%增加到30%时，岩石速度变化达60%。,1 = (1) + (8),孔隙度对地震波速度的关系,速度与孔隙度的

5、关系 密度与孔隙度的关系,孔隙度对地震波速度的关系,密度与孔隙度的关生系 岩石骨架密度； 孔隙充填物密度；岩石孔隙度。 例：一套砂泥岩地层，根据公式（8）可得出计算速度与砂泥岩百分含量的经验公式：,= +（1） (9),1 = (1 泥 ) 砂 + 泥 泥 （10）, 砂 + 泥 =1,1 = (1) + (8),孔隙度对地震波速度的关系,孔隙中的充填物对地震波速度的影响 地震波传播速度 ：固体液体（水或油） 气体 孔隙流体性质影响纵波的速度和反射系数，不影响横波。 纵横波速度比是研究孔隙流体性质的有利参数。,当岩石完全充水饱和时，,=0.31 1/4,孔隙度对地震波速度的关系,孔隙度对地震波

6、速度的关系,当考虑流体压力变化影响因素时，引入压差调节系数C，wyllie公式变为： ：孔隙度； V ：波在岩石中的实际速度； Vf：波在孔隙流体中的速度； Vr：波在岩石基质中的速度； C：压差调节系数。,孔隙度对地震波速度的关系,岩石密度与速度的关系,式（1）表明，地震波速度 应随岩石密度的增加而降低？ 实际是增大，为什么呢？ 因为杨氏模量随密度的增加而增加，杨氏模量的增加比密度增加快。, = (1) (1+)(12) （1）,与频率和温度压力的关系,速度与频率无关（无频散） 温度每升高100度，速度减少56。,与频率和温度压力的关系,几种常用速度的概念,（1）平均速度与层速度 （2）均方

7、根速度 （3）等效速度 （4）叠加速度,（1）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所有地层的总厚度与总传播时间之比。,（1）平均速度,在水平层状介质中波沿直线传播所做过的路程与所需时间之比。 由此可知：引入平均速度的基本假设是：地震波沿着最短路径传播，即直线传播。,（2）均方根速度,（2）均方根速度,均方根速度的概念 将水平层状介质情况下反射波时距曲线看成双曲线时求得的速度 其意义还可这样说明： 把各层的速度值的平“方”按时间取其加权平“均”值，而后取平方“根”值。,（3）等效速度,（3）等效速度,等效速度的意义： 倾斜界面情况下共中心点道集的叠加

8、效果存在两个问题，即反射点分散和动校正不准确。引入等效速度后，用V按水平界面动校正公式，对倾斜界面的共中心点道集进行动校正，可以取得很好的叠加效果，没有剩余时差。但不应忘记，从地质效果来说，反射点分散的问题并没有解决，这个问题只能用偏移叠加才能妥善解决。,（4）叠加速度,在一般情况下（包括水平均匀介质、倾斜界面均匀介质、覆盖层为层状介质或连续介质等），都可将共中心点反射波时距曲线看做双曲线，用共同的式子表示： 式中V为叠加速度。 对于不同的介质结构， V有不同的具体意义：均匀介质Vav、水平层状介质为VR、倾斜界面为V,平均速度的测定,用途： 时深转换 测定方法： 岩石物理测定 井中测量（地震

9、测井、声波测井、vsp） 时距曲线计算法 速度谱 速度剖面,地震测井,野外观测方法： 用电缆将检波器放入深井中，在井口附近激发地震波，记录能量从震源传播到检波器的时间，每激发一次，就向上提升一次检波器。 检波器记录从井口到检波器深度处直达波的传播时间t，检波器深度H可由电缆长度测得，可求得该深度H以上各地层平均速度。,地震测井,工作原理 激发点在地面的位置是O，但真正位置是井底O*；爆炸井深hc；井源距d。 原理：,地震测井,近炮点距离：波沿AS传播 远炮点距离：波沿OS传播 近炮点平均速度： 远炮点：射线平均速度,地震测井,当地层倾角时，炮点应布置在地层下倾方向，以防止折射波的干扰。 在地层

10、上倾方向放炮时，容易接收到折射波。 在地层下倾方向放炮时，不易接收到折射波。,地震测井,补充说明（炮井距d的选择）： 炮点不能太远 射线平均速度一般大于平均速度，尤其在浅层更为显著，深层速度逐渐靠近平均速度 炮点不能太近 d太小则可能出现电缆波或套管波的干扰，对深井也不安全,地震测井,资料的整理： 1 利用得到的t和Vav，先把t换算成t0。把数据画在的坐标系中，就得到平均速度（随t0变化）曲线。 2 把Ht0 /2对应数据点标在坐标系中，得到沿垂直向下方向传播的距离与传播时间之间的关系，叫做垂直时距曲线。 3 当速度分层明显时，可以根据垂直时距曲线求出各层的层速度Vn，作出Vn -H曲线，反

11、映层速度随深度变化的情况。,声波测井,原理 声波发生器O发射的20KHz脉冲波，以临界角： Vn是泥浆速度，Vk是地层速度，入射到井壁上，产生一个沿井壁方向前进的滑行波。该波的一部分能量又经过泥浆，以临界角折射到接收器M和N，形成时差tk，时差的大小决定于M和N之间的地层速度Vk。,声波测井,因为M、N之间的距离是固定的，时差大表示声波在地层中的传播速度小；时差小表示传播速度大，通过井上仪器的记录可得到一条声速时差曲线，一般记录的时差是声波传播0.5米距离所用的时间，为使用方便，地面记录时，换算成1米距离所用时间 ，其倒数就是相应的层速度即 。 速度的倒数也称为慢度（Slowness) ，用S

12、表示。,声波测井的应用 1 求平均速度 2 求层速度,声波测井,地震测井与声波测井的异同,相同点： 均在井中进行，可以求取平均速度和层速度。 不同点： 使用波形不同 工作条件不同：炮检距、震源方式、工作频率 工作效率：WS低，CVL高 资料差异： WS（ -Well Survey ）：Vav精确，Vn较粗 CVL：Vn精确，Vav误差较大 CVL可以反映岩性变化情况，WS不能反映岩性变化情况,VSP（垂直地震剖面）,VSP（垂直地震剖面） 地表激发，井中接收所有波场，分为零偏移距和非零偏移距VSP，经特殊处理可获得速度信息。,各种速度间的关系,射线平均速度,引入射线平均速度的原因： 平均速度和

13、均方根速度都是对介质模型作了不同的简化，都是把不均匀的介质简化为具有某种“假想速度”的均匀介质。引入不同的假设后，为了评价速度的精度，引入射线平均速度的概念。其它的速度与射线速度比较，看究竟哪种速度更接近实际情况。,射线速度： 地震波在非均匀介质中传播时，沿不同的射线路径有不同的传播速度，此速度为射线速度。 射线平均速度： 把地震波沿某一条射线传播所有的总路程长度除以所需的时间叫做波沿这条射线的射线平均速度。 特点: 是炮检距，或地震波沿射线旅行时，或出射角，或射线参数P的函数。 比平均速度更精确的描述了波在介质中的传播。,不同介质结构情况下，射线平均速度的形式： 水平层状介质情况下： 连续介

14、质情况下：,平均速度&均方根速度,水平层状介质速度公式：已知层速度 平均速度： 均方根速度： 射线平均速度 ：,例题：设一组由三个水平均匀层组成的层状介质模型，各层参数如图所示。现在分别计算 界面以上介质的平均速度和均方根速度；计算分别以入射角 等入射到 界面，向下传播，然后在 界面发生反射和各条射线的平均速度。,平均速度 ： 均方根速度 ：,射线平均速度的计算: 当 时:由图可看出 这条射线向下入射到 界面时在三层介质中每一层的传播路程长度分别是,地震波沿这条射线传播的时间是： 所以射线平均速度为: 这条射线从 界面反射，返回到地面在 点出射，炮检距 等于 。,按照上述方法，可以计算出以不同

15、角度入射到 界面的各条射线的射线平均速度。结果如下：,结论： 1 当介质不均匀时，沿不同路路径计算的射线平均速度不同，炮检距的增大，射线平均速度趋近于高速层速度，与费马原理一致。 2 对某一种介质来说，只有一个平均速度和一个均方根速度，而射线平均速度却不唯一。对同一道集中各道作动校正，动校正不能完全准确，误差随炮检距增加而增大。,3 平均速度一定小于或等于均方根速度。 4 射线平均速度、平均速度、均方根速三者有左图所示关系。,叠加速度-均方根速度,1 对水平层状介质（或水平界面覆盖层是连续介质）时： 当界面倾角为时：,均方根速度-层速度,层速度（具有实际地质意义）： 稳定沉积环境、岩性和岩相下得速度趋于稳定的数值，称为层速度vn Vn所对应的沉积地层具有一定的厚度 Vn数目远小于实际地质上分层数目。 层速度的应用：研究岩性、沉积相、孔隙流体性质等。,Dix公式 当以知第n层、第n-1层的均方根速度，以及这两层的t0时间，求第n层的层速度。,速度分布规律及特点,速度分布受：沉积顺序、岩石类型及区域地质结构控制 分布规律：成层性、递增性、方向性和分区性 1.成层性 地质剖面由许多速度不同的成层分布的