海洋地球物理与海底构造学-23

1、第二章 海底构造的地球物理研究方法 2.2 地震探测 1.概述,我国海域总面积约300万平方公里。在茫茫无际的海底埋藏着的油气田，看不见，摸不着，怎么找到它？ 目前我国在海上勘探石油和天然气，主要以地震勘探为主，协调配合重、磁勘探等地球物理方法，进行综合海洋地质调查。,一、海上地震勘探 海洋地震勘探法是利用精密的地震仪，接受由炸药或非炸药震源 激发引起地壳弹性震动所产生的地震波，测定海底岩层的埋藏深 度和起伏形状，探测海底储油结构和分布情况，寻找油气田。,2.2 地震探测 1.概述,地震波通过海上人工震源装置连续发射，地震波入 射到海底地层之后，遇到不同的地质界面就会产生反射 波或转换波信号，

2、反射波或转换波信号由检波器接收， 经计算机处理后，获得反映地下地质构造和油气藏的各 种资料。 地震波的传播速度很快，每秒钟达25公里，最快 可达8公里，几公里深的岩石界面，只要零点几秒，地 震波就可反射到海面上来。,地震勘探的施工程序，是把高精密度的数字地震 仪安装在由专门导航定位设备和其它专用装备的舰只 上，把地震检波器组阵组装在密封的聚氯乙烯套管中 成等浮电缆，悬浮在海面下10米左右，由船拖曳。,辅助课件海上地震勘探.mpg,在距航尾约3040米处，把激发地震波的非炸药震源沉放到海水下10米左右。船以911公里/小时的速度沿设计的测航线航行，震源间隔1220秒之内激发一次，地震仪也以同样间

3、隔时间把海底反射回来的地震波接受记录下来，以此进行海上地震勘探的连续观测。然后将地震记录用电子计算机进行处理，自动绘出地层剖面图和构造图。采用这种勘探方法，每日可完成100多公里的剖面测线长度。 我们对海底构造的认识，多数源于对弹性波的研究。,二、地震波的传播 （1）海底构造与弹性波 体波:压缩波（纵波、P波）、剪切波（横波、S波） 面波:包括瑞利面波（R波）和勒夫面波（L波） 弹性介质:,2.2 地震探测 1.概述,（2）地震波的传播特点 对于P波，波动方程为： 对于S波，波动方程为： P波、S波速度为：,纵、横波速度比： 如果已知P波、 S波速度，则：,（3）地震波的传播速度 地震波的速度

4、是地震勘探中最重要的参数，也是地震波运动学特点之一。地震勘探研究地下地质构造形态的基本公式是： H是界面的深度，V是地震波传播速度，t是地震波从地面垂直向下到界面又返回地面的双程旅行时间。,地震波传播中的影响因素 理论研究和大量实际资料证明，地震波在岩层中传播速度与岩石地质年代、岩性、埋藏深度、密度、孔隙度、压力、温度等因素有关。由于目前油气地震勘探主要利用体波，在谈到波速问题时，除非特别说明，一般都是指纵波速度。,与岩石弹性常数的关系： 由波动方程得到纵波速度 泊松比的值变化不大，在大多数情况下约等于0.25。 一般，随岩石密度增加，杨氏模量E以更高级次增加， 所以当岩石密度增大时，地震波的

5、速度不是减小，而 是增大。,近海一般沉积物纵波速度 纵波速度受岩性变化、孔隙度、裂缝等影响,不同岩石密度与速度关系曲线,岩石P波速度与压力的关系曲线,与孔隙度的关系： 一切固体岩石的结构基本有两部分组成。其一是岩石骨架， 其二是孔隙。地震波在这种结构中的传播，实际上相当于在骨架和 孔隙两种介质中传播。波在双向介质中传播速度与孔隙度成反比。 1956年Wylie提出了一个简便计算速度和孔隙度关系的平均时 间方程： Vm:岩石骨架速度，Vl:岩石孔隙介质速度，:岩石孔隙度,与岩层埋藏深度的关系： 在岩石性质和地质年代等相同的条件下，地震波的速度随岩 石埋藏深度的增加而增大。因为，岩石埋藏越深，年代

6、越久，承受上覆地 层压力时间越长，强度越大。 但当岩石的埋藏深 度增加到一定数值后， 速度随深度的增加就 不明显了，速度随深 度增大的垂直梯度浅 部大于深部。,（4）地震波的能量吸收与振幅衰减 波的能量E：频率为f、振幅为A的波，在体积为W、密度为的介质中传播时，其能量可表示为 意义波的能量E与振幅A的平方、频率f的平方以及介质的密度成正比。,能量密度：包含在介质中，单位体积内的能量称为能 量密度。 意义波的能量密度也正比于振幅A的平方。 波的强度I：波前面上,单位时间t、单位面积S的能量（式中V为速度） 意义波的强度I正比于振幅A的平方。,地震波的吸收：实际介质中，对地震波的能量具有不同程度

7、的吸收作用。 品质因素Q：地震波的吸收可以用品质因素描述。Q定义：在一个周期（或一个波长距离）内，振动损耗能量E与总能量E之比的倒数 意义Q值越大，能量损耗越小，介质越接近完全弹性,吸收系数：波在粘滞介质中传播时，它的振幅被吸收衰减，衰减的快慢有吸收系数确定 式中为波长。 波前扩散（球面扩散）：随传播 距离的增大，波前球面扩展，但总 能量不变，而使单位面积上的能量 减少。,三、地震波的描述 （1）地震波传播的动态特征 动力学研究地震波传播中振幅、频率、相位的变化规律，了解地震波对地下地质体岩性结构的响应。 运动学研究地震波传播的时间与空间的关系，了解地震波对地下地质体的构造响应。,2.2 地震

8、探测 1.概述,（2）地震波振动特征和传播过程的描述 当震源和传播介质一定时，振动位移u是时间和观测位置x的函数，u=f(t,x).若固定一个变量来研究u随另一个变量的变化关系，则分别为振动图和波剖面图。,振动图：显示某一观测点振动位移随时间的变化 规律。可反映地震波振动的振幅、振动 周期、延续时间的特征。,波剖面图：描述某一时刻不同观测点振动位移随 距离变化规律。反映质点振动波长、 该时刻起振点（波前）及停振点（波 尾）的特征。,（3）地震波的反射和透射 入射波、反射波、透射波与界面法线的关系,斯奈尔定律,反射波的形成 波阻抗Z：密度和波速的乘积射角称为波阻抗。上、下两层介质的波阻抗差别越大

9、，反射波越强。 反射系数R：反射波振幅和入射波振幅之比称为反射系数。 反射波形成条件：地下岩层存在波阻抗分界面，即 反射系数R的取值范围及其极性： R有正负值，当R0，ZnZn-1，反射波和入射波相位相同，都为正极性，地震记录初至波上跳；当R0，ZnV1的水平速度界面，由斯奈尔定律可知，当入射角大于某临界角i时，可使透射角等于900，此时透射波以V2速度沿界面滑行。根据斯奈尔定律，可求得临界角i为,折射波的形成与传播 示意图,（4）地震波的频谱和振幅 振幅谱A(f)和相位谱(f)：地震波随传播距离的增加和深度的加大，波的频率会发生变化，高频成分逐渐被吸收，使视周期变大，延续时间增长。研究振幅和相位随频率的变化规律，叫频谱分析，前者称为振幅谱，后者称为相位谱。,复杂周期振动的频谱：一个复杂的周期振动是由许多不同 频率的简谐振动合成的，可以利用傅立叶级数展开为许多 简谐振动，其数学表示为 式中各项为不同振幅、不同频率、不同相位的简谐振动。如果把各个分震动的振幅A和圆频率的关系表示在A为纵坐标，为横坐标的坐标平面内，所得图像就为振幅谱。,非周期振动的振幅谱,地震波