地球物理勘查(4、地震波场和地震勘探)课件.pptx
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- 地球物理 勘查 地震波 地震 勘探 课件
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1、地球物理学概论地球物理学概论地震波场和地震勘探地震波场和地震勘探中国地质大学(武汉)中国地质大学(武汉)地球物理与空间信息学院地球物理与空间信息学院什么是地震勘探什么是地震勘探地震勘探是通过观测和研究人工地震地震勘探是通过观测和研究人工地震(炸药爆炸或炸药爆炸或锤击激发锤击激发)产生的地震波在地下的传播规律来解决产生的地震波在地下的传播规律来解决地质问题的一种地球物理方法。地质问题的一种地球物理方法。 根据产生波的弹性介质的形变类型,地震勘探可以根据产生波的弹性介质的形变类型,地震勘探可以分为纵波勘探和横波勘探两大类。而对每一类勘探,分为纵波勘探和横波勘探两大类。而对每一类勘探,可以根据波传播
2、方式的不同,分为反射波法、折射可以根据波传播方式的不同,分为反射波法、折射波法和透射波法三种。其中前两种是最基本的方法。波法和透射波法三种。其中前两种是最基本的方法。根据工作环境的差别,还可以将地震勘探分为地面根据工作环境的差别,还可以将地震勘探分为地面地震勘探、海洋地震勘探和地震测井三类。地震勘探、海洋地震勘探和地震测井三类。 地震勘探反射波法示意图地震勘探反射波法示意图 地震勘探的应用地震勘探的应用 目前,能源勘探的地震已普遍实现了数字化,不仅能迅目前,能源勘探的地震已普遍实现了数字化,不仅能迅速查明复杂的储油气构造和含煤构造,而且在岩性、岩速查明复杂的储油气构造和含煤构造,而且在岩性、岩
3、相研究和直接找油方面也取得了重大进展。在水文、工相研究和直接找油方面也取得了重大进展。在水文、工程地质工作中,利用地震勘探可以确定地下含水层、查程地质工作中,利用地震勘探可以确定地下含水层、查明地下水位、研究基岩起伏、追索断裂带、确定覆盖层明地下水位、研究基岩起伏、追索断裂带、确定覆盖层厚度等。通过查勘地质构造,地震勘探还可以间接寻找厚度等。通过查勘地质构造,地震勘探还可以间接寻找与构造有关的矿产,如铝钒土、砂金、铁、磷、铀等。与构造有关的矿产,如铝钒土、砂金、铁、磷、铀等。 尺度:地震岩芯01002003004005006002000 3000 4000 5000 6000速 度 ( 米 /
4、 秒 )反 射系 数合 成 地 震 记 录地 震 剖 面TZ1井fp=40-35 hzfp=18-15 hz(ms)标 准 灰 岩生 屑 灰 岩白云岩膏 泥 岩CO11C1+2PPC1+2C1O1塔中塔中1 1井井OCOC井段人工合成地震记录井段人工合成地震记录第一节第一节 地震勘探理论基础地震勘探理论基础一、地震波的类型一、地震波的类型 v 一种类型的波是在弹性介质内部向四周传播的称为体波。一种类型的波是在弹性介质内部向四周传播的称为体波。v体波又可以分为两种类型:一种是质点振动方向与波体波又可以分为两种类型:一种是质点振动方向与波的传播方向相同的波,称为纵波;另一种是质点振动方向的传播方向
5、相同的波,称为纵波;另一种是质点振动方向与波传播方向垂直的波,称为横波。与波传播方向垂直的波,称为横波。v 另一种类型的波只在两种介质的界面传播,称为面波。另一种类型的波只在两种介质的界面传播,称为面波。v面波也可以分为两类型:一种是沿自由表面面波也可以分为两类型:一种是沿自由表面(介质与大介质与大气层的界面气层的界面)传播的波,称为瑞雷波;另一种是在低速岩传播的波,称为瑞雷波;另一种是在低速岩层覆盖于高速岩层的情况下,沿两岩层界面传播的波,称层覆盖于高速岩层的情况下,沿两岩层界面传播的波,称为勒夫波。为勒夫波。 第一节第一节 地震勘探理论基础地震勘探理论基础二、地震波的反射、透射和折射二、地
6、震波的反射、透射和折射令入射角为令入射角为,透射角为,透射角为,则它们之,则它们之间的关系应满足斯奈尔定律间的关系应满足斯奈尔定律 21sinsinVV当上、下岩层的波阻抗当上、下岩层的波阻抗(即密度与速度的乘即密度与速度的乘积积)1122时,入射波时,入射波P1传播到两种传播到两种岩层的界面岩层的界面Q上,就会使其中一部分能量上,就会使其中一部分能量返回原来的介质,形成反射波返回原来的介质,形成反射波P11,且入,且入射角射角1与反射角与反射角2相等。这种具有波阻抗相等。这种具有波阻抗差异的界面称为反射界面。差异的界面称为反射界面。 地震波的反射和透射地震波的反射和透射第一节第一节 地震勘探
7、理论基础地震勘探理论基础二、地震波的反射、透射和折射二、地震波的反射、透射和折射21sinsinVV折射波的形成折射波的形成 由于由于当下伏岩层具有较高的波速,即当下伏岩层具有较高的波速,即V21时,时,。随着入射角。随着入射角的增大,透射角的增大,透射角将更快地增大将更快地增大。当。当增至某一临界角增至某一临界角i时,时,=90。此时出现与光学中的。此时出现与光学中的“全反射全反射”类似的现象。透射波在类似的现象。透射波在下层介质中以速度下层介质中以速度V2沿界面滑行沿界面滑行,这种沿界面滑行的透射波又称,这种沿界面滑行的透射波又称为滑行波。为滑行波。 临界角临界角i应满足下列关系应满足下列
8、关系 21sinVVi 问题:折射波形成的基问题:折射波形成的基本物理条件是什么?本物理条件是什么?第一节第一节 地震勘探理论基础地震勘探理论基础三、有效波和干扰波三、有效波和干扰波在地震勘查中,有效波与干扰波的概念是相对的。一般用于解决所提在地震勘查中,有效波与干扰波的概念是相对的。一般用于解决所提出地质问题的波称为有效波,而所有妨碍分辨有效波的其它波都属于出地质问题的波称为有效波,而所有妨碍分辨有效波的其它波都属于干扰波。例如,在折射波法中,折射波是有效波,但在反射波法中,干扰波。例如,在折射波法中,折射波是有效波,但在反射波法中,折射波又是干扰波了。但是,无论在哪种地震勘探方法中,爆炸引
9、起折射波又是干扰波了。但是,无论在哪种地震勘探方法中,爆炸引起的声波,风吹草动、机械、车辆等形成的微震都属于干扰波。的声波,风吹草动、机械、车辆等形成的微震都属于干扰波。 反射地震勘探中一些常见的多次波反射地震勘探中一些常见的多次波 第一节第一节 地震勘探理论基础地震勘探理论基础四、地震波在岩石中的传播速度四、地震波在岩石中的传播速度第一节第一节 地震勘探理论基础地震勘探理论基础四、地震波在岩石中的传播速度四、地震波在岩石中的传播速度影响波速的基本因素影响波速的基本因素(1)岩石弹性参数)岩石弹性参数(2)岩石的岩性:通常,火成岩)岩石的岩性:通常,火成岩变质岩变质岩沉积岩沉积岩(3)岩石的密
10、度:密度越大,速度越大,满足)岩石的密度:密度越大,速度越大,满足Garden公式。公式。(4)岩石的孔隙度:孔隙度增大时,岩石密度变小,速度也)岩石的孔隙度:孔隙度增大时,岩石密度变小,速度也要降低。要降低。(5)构造历史和地质年代:通常,年度越老,速度越大)构造历史和地质年代:通常,年度越老,速度越大(6)埋藏深度:深度增大,地层压力加大,岩石孔隙度减小)埋藏深度:深度增大,地层压力加大,岩石孔隙度减小,速度增大,速度增大第二节第二节 地震理论时距曲线地震理论时距曲线一、什么是时距曲线一、什么是时距曲线根据地震记录绘制时距曲线根据地震记录绘制时距曲线 波从震源出发,传播到测线上各波从震源出
11、发,传播到测线上各观测点的传播时间观测点的传播时间t,同观测点相对于,同观测点相对于激发点的距离激发点的距离x之间的关系,称为时之间的关系,称为时(间)距(离)关系。(间)距(离)关系。在(在(x, t)平面内,根据此函数关)平面内,根据此函数关系绘制的曲线称为时距曲线。系绘制的曲线称为时距曲线。 t第二节第二节 地震理论时距曲线地震理论时距曲线二、直达波时距曲线二、直达波时距曲线 水平界面的直达波和反射波时距曲线水平界面的直达波和反射波时距曲线 Vxt假设地下充满均匀介质(指在空间各假设地下充满均匀介质(指在空间各点上速度相同的介质),波在其中传播的点上速度相同的介质),波在其中传播的速度为
12、速度为V。以震源。以震源O作为坐标原点,则在作为坐标原点,则在炮检距为炮检距为x的点上直达波的旅行时可表示的点上直达波的旅行时可表示为为 第二节第二节 地震理论时距曲线地震理论时距曲线二、反射波时距曲线二、反射波时距曲线 水平界面的直达波和反射波时距曲线水平界面的直达波和反射波时距曲线 根据几何光学的镜象原理,求相对根据几何光学的镜象原理,求相对于反射界面与震源对称的虚震源于反射界面与震源对称的虚震源O* tVSORSRORSOR1*221222tVxh22141xhVt可见,反射波时距曲线是以纵轴为对可见,反射波时距曲线是以纵轴为对称双曲线称双曲线RTIRTCut常规常规Radon去干扰波方
13、法去干扰波方法第二节第二节 地震理论时距曲线地震理论时距曲线二、反射波时距曲线二、反射波时距曲线若反射界面为倾斜的平界面,根据若反射界面为倾斜的平界面,根据虚反射源分析方法,得到其反射波虚反射源分析方法,得到其反射波时距方程为时距方程为sin441221xhhxVt倾斜界面的反射波时距曲线倾斜界面的反射波时距曲线 第二节第二节 地震理论时距曲线地震理论时距曲线二、折射波时距曲线(水平界面)二、折射波时距曲线(水平界面)水平界面的折射波时距曲线水平界面的折射波时距曲线 取震源取震源O为坐标原点,假设地面和折为坐标原点,假设地面和折射界面都是水平的,震源至界面的法射界面都是水平的,震源至界面的法线
14、深度为线深度为h,上层介质的波速为,上层介质的波速为V1,下层介质的波速为下层介质的波速为V2,且,且V12。 波的传播路径波的传播路径 RSKROKOKRS波在上层介质中的旅行时波在上层介质中的旅行时 iVhRSOKVtcos21111波在界面波在界面Q上的滑行时间上的滑行时间 222tan2VihxVKRtiVVsin12水平界面的折射波时距方程水平界面的折射波时距方程 )cos2sin(11ihixVt2121tan2cos2VihxiVhttt折射波总旅行时折射波总旅行时 第二节第二节 地震理论时距曲线地震理论时距曲线二、折射波时距曲线(倾斜界面)二、折射波时距曲线(倾斜界面)倾斜平界
15、面的折射波时距曲线倾斜平界面的折射波时距曲线 如果折射界面为倾斜的平界面,则其折如果折射界面为倾斜的平界面,则其折射波时距方程为,射波时距方程为,为界面的视倾角为界面的视倾角 ihixVtcos2)sin(11倾斜平界面的折射波时距曲线也是两条倾斜平界面的折射波时距曲线也是两条直线段,但沿界面上倾方向较缓,盲区直线段,但沿界面上倾方向较缓,盲区范围较小范围较小 10cos2Viht t0 两条时距曲线延长至纵轴的交点,称两条时距曲线延长至纵轴的交点,称为截距时间为截距时间 第二节第二节 地震仪和地震勘探工作方法地震仪和地震勘探工作方法 地震反射波法示意图地震反射波法示意图单边放炮四次覆盖观测系
16、统 原始地震记录剖面原始地震记录剖面 (理论地震记录理论地震记录)第三节第三节 地震资料处理地震资料处理 地震资料的处理流程地震资料的处理流程地震资料处理 用计算机对野外采集的原始地震资料进行压制干扰,提高信噪比和分辨率,为构造和岩性解释提取各种物性参数所做的一系列处理 目的:提高信噪比和分辨率地震资料处理的重要性地震资料处理的重要性野外地震资料必须经过处理才能用于地质解释;野外地震资料必须经过处理才能用于地质解释;处理结果直接影响地质解释的正确性和精确性;处理结果直接影响地质解释的正确性和精确性; 地震资料处理的内容地震资料处理的内容校正和叠加处理(核心)提高信噪比处理滤波处理提高纵向分辨率
17、的处理反褶积提高横向分辨率的处理偏移成像地震处理流程:(一)预处理(1)(1)数据解编数据解编jjjAAAAAAAAA321232221131211321322212312111jjjAAAAAAAAAjiA:表示第i道第j个样点的振幅值解编后的炮集解编后的炮集折射波直达波反射波(2 2)不正常道炮处理)不正常道炮处理 对于空炮、废炮、空道和废道,可以用相邻道的对于空炮、废炮、空道和废道,可以用相邻道的数据来代替,或相邻道(炮)的平均值,也可充数据来代替,或相邻道(炮)的平均值,也可充零。零。 对于反道,乘一负号改正其极性对于反道,乘一负号改正其极性 对于个别明显大于一半数据的野值,应予以消除
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