第2部分-地震课件.ppt

1、 第二部分第二部分 地震勘探地震勘探2023-1-31 第二部分第二部分 地震勘探地震勘探2023-1-32 第二部分第二部分 地震勘探地震勘探2023-1-33 地震勘探资料处理与解释中心第二部分第二部分 地震勘探地震勘探2023-1-34一、地震波场概述1、地震波是弹性波 弹性介质受外力作用产生形变，介质中的质点将发生振动，从而形成弹性波。地震勘探时，在岩层中用炸药爆炸激发地震波产生如下情况：在炸药包附近，爆炸产生的强大压力大大超过岩石的极限强度，岩石遭受破坏形成一个破坏圈，炸成空洞如图1所示。第二部分第二部分 地震勘探地震勘探2023-1-35 图1 爆炸对岩石的影响示意图第二部分第二部

2、分 地震勘探地震勘探2023-1-36随着离开震源距离的增大，压力减小，但仍超过岩石的弹性限度。此时岩石虽不发生破碎，但发生塑性形变，形成一些辐射状或环状裂隙。在塑性带以外，离开震源距离增大，压力降低到弹性限度以内，又因炸药爆炸所产生的是一个延续时间很短的脉冲作用力，所以这一区域的岩石发生弹性形变。由上述可见，地震波实质上是一种在岩层中传播的弹性波。第二部分第二部分 地震勘探地震勘探2023-1-372、地震波的动力学特征 振动在介质中的传播就是波。研究地震波的方法同研究其它波的方法一样，需要进一步研究地震波的波形振幅、频率、相位特性、偏振状态以及衰减规律等传播特点，这些特点统称为地震波的动力

3、学特征。波前、波后和波面波前、波后和波面 设想在某一时刻介质中震源开始振动。过了一段时间，到了某一时刻，介质中某些点的振动就停止了；再过了一第二部分第二部分 地震勘探地震勘探如水波2023-1-38第二部分第二部分 地震勘探地震勘探2023-1-39一段时间，到了某一时刻，波已传播了一段距离。因此介质分成了几个区域，如图2所示。图2 波前和波后示意图 第二部分第二部分 地震勘探地震勘探2023-1-310在V0区域中，介质振动已处于停止，V1区域振动正在进行，而V2区域介质的振动还没有开始。因此，把V1与V2分界面S称做波在时刻t1的波前（或称波阵面），V0与V1分界面称做波的时刻t1的波后（

4、或称波尾），将具有相同相位振动的面称为波面。按照波面的形状，可对波进行分类，如果波面都是球面，称做球面波；如果都是柱面，就称柱面波；如果都是互相平行的平面，就称平面波。地震勘探中，炸药包只有第二部分第二部分 地震勘探地震勘探2023-1-311几米长，而地下界面很深，往往超过千米，因此，远离震源的波可以看成是平面波。振动曲线和波形曲线振动曲线和波形曲线 波在传播过程中，质点只是绕着平衡位置振动，对于介质中的任一固定点，振动位移u只是时间t的函数 。一个质点在振动过程中位移随时间变化的曲线称为振动曲线。如指定一个点P1，它随时间的振动可以用一条振动曲线来反映，如图3（a）所示；换了另一个点P2，

5、它第二部分第二部分 地震勘探地震勘探1()u u t2023-1-312的振动曲线曲线 很可能线很可能是另一个图形，如图3（b）所示。这种反映一个质点在振动过程中位移u随时间t变化的图形，称为质点的振动图，如图3（b）所示。图3 介质中不同点的振动曲线第二部分第二部分 地震勘探地震勘探2()u t2023-1-313将振动的最大位移（即极值的大小）A1，A2，A3称为视振幅。将两个相邻极大值或极小值之间的时间间隔称为视周期T*，它的倒数称为视频率 。在地震勘探中，每个检波器所记录的是这个检波器所在质点的地面振动，它是一条振动曲线，习惯称为振动图。波的频谱分析波的频谱分析 前面所讨论的是波的运动

6、学和动力学特征，但只局限于波动与时间、空间的关系，这是在时间域范围内进行讨第二部分第二部分 地震勘探地震勘探*1()ffT2023-1-314论的。下面在频率域范围内来研究波的另一重要动力学特征波的频谱，它是利用傅里叶变换对振动信号进行分解和处理得到的，这个过程称为频谱分析。关于频谱分析的原理及计算过程，在信号与系统中要详细介绍。一个复杂的振动信号，可以看成是由许多简谐分量叠加而成，许多简谐分量及其各自的振幅、频率和初相，就称为复杂振动的频谱。地震勘探中地震信号 是一个复杂 信号，对它进行频谱分析，它的频谱 可表示为 第二部分第二部分 地震勘探地震勘探()f t()F2023-1-315 研究

7、地震波的频谱特征有着多方面的意义。如图4图4 地震勘探有关波的频谱分布第二部分第二部分 地震勘探地震勘探()()j tFf t edt2023-1-316 图主要反映与地震勘探有关的波的频谱特点，分析频谱的差异对设计地震仪器、选择处理参数和研究野外工作方法都有一定的指导意义。此外，地震波的频谱中还包含着地下地层的岩性、构造方面的信息。如果找出了它们之间的内在联系及变化规律，在一定条件下，就能直接利用频谱资料进行地震资料的地层岩性解释。与地震勘探有关的各种地震波与地震勘探有关的各种地震波 按波在传播过程中质点振动方向来分，波可以分为纵波和横波。炸药爆炸以猛烈的膨胀作用为主，第二部分第二部分 地震

8、勘探地震勘探2023-1-317因此主要造成岩石的膨胀和压缩，这种形变使质点的振动方向与波传播方向一致，即主要产生纵波，但实际地层不是均匀介质，而且实际爆炸作用不完全具有球形对称性，因此，还会造成质点振动方向与波传播方向垂直，即产生横波。因此，目前地震勘探中主要利用纵波，但随着采集和处理技术的不断提高，横波在寻找油气、判定裂隙方向等方面也将起到重要作用。根据波所传播的空间范围又将波分为体波和面波。体波是指在介质的内部传播的波，而面波是指在自由表面 第二部分第二部分 地震勘探地震勘探2023-1-318(岩石和空气接触面)或岩层分界面附近观测到的波。按照波在传播过程中的传播路径，把地震波分为直达

9、波、反射波、透射波、折射波、滑行波、绕射波等，如图所示。直达波是由震源出发，没有遇到分界面直接到达接收点的波。而折射波是由滑行波产生的，当入射角达到临界角时，会产生沿界面的滑行波，引起界面下伏介质质点的振动，而这些质点作为次生震源向上覆介质内发生球面波。依据惠更斯原理在上覆介质内可以产生一些射线.第二部分第二部分 地震勘探地震勘探2023-1-319相互平行、出射角为 的波，这种波称为折射波。第二部分第二部分 地震勘探地震勘探c2023-1-320 当一束纵波以一定入射角入射至界面时，即产生反射纵波和反射横波，又可能产生透射纵波和透射横波。如果产生的波与入射波的类型不同，则称为转换波；如果产生

10、的波与入射波的类型相同，则称为同类波。入射纵波垂直入射角时，不产生转换波，反射波振幅A反和入射波振幅A入与两边介质的波阻抗有如下关系：第二部分第二部分 地震勘探地震勘探212 21 1212 21 1ZZvvAAAZZvV入入反2023-1-321 将A反/A入称为波从介质1入射到分界面时的界面反射系数，记做R。可以看出，只有两介质波阻抗不等时，才能发生反射，因此只有波阻抗界面才是反射界面，而速度不等，波阻抗不一定不等。地震勘探中，主要是利用反射纵波进行勘探的，习惯上把一次反射波称为有效波，而其他的波称为干扰波，如面第二部分第二部分 地震勘探地震勘探22112211vvRvv2023-1-32

11、2波、声波、折射波、多次波等。因此，地震勘探中一个十分重要问题，就是如何压制干扰波，突出有效波。二、二、反射地震波运动学反射地震波运动学 时距曲线与时距曲面 地震勘探的基本任务之一是根据地震记录上的有效波确定地层的空间位置，以查明地下地层构造特点。这就需要我们详细研究地震波在时间和空间中的传播规律，即地 第二部分第二部分 地震勘探地震勘探2023-1-323震波运动学特点。因此，研究地震波从激发点到接收点传播时间及所在空间位置关系是地震勘探原理中很重要的部分。通过把地震波的传播时间称为旅行时间，炮点与检波之间的距离称为炮检距。地震波旅行时间与炮检距之间的关系曲线称时距曲线如图5。地震波的时距曲

12、线是研究地震波运动的一个重要的资料。对地震波旅行时间和炮检距找出明确的定量关系，即所谓时距曲线方程。第二部分第二部分 地震勘探地震勘探2023-1-324图5 倾斜界面的反射波时距曲线第二部分第二部分 地震勘探地震勘探2023-1-325直达波的旅行时间可以表示为 式中 v直达波的传播速度；x炮检距。前式就是直达波时距曲线方程。可以看出，直达波的时距曲线是一条直线，因为地表附近波速极低，因此直线的斜率很大。对于三维地震勘探来说，一点激发，同时在一个近似第二部分第二部分 地震勘探地震勘探xtv2023-1-326平面上有许多点进行接收。激发点 与各接收点坐标和波的旅行时间t的关系，即 函数关系，

13、这种关系为一个曲面，称为时距曲面。因此不难想象，直达波的时距曲面为一个倒置的圆锥面。另外，已知时距曲面，就可以确定任一测线的时距曲线；如果已知所有测线的时距曲线，就可以组合成时距曲面。第二部分第二部分 地震勘探地震勘探(,)x y(,)tf x y2023-1-327 三维勘探处理的成果图2023-1-328三、地震勘探野外工作方法三、地震勘探野外工作方法 野外工作是整个地震勘探的重要基础工作，其主要任务就是采集与地质现象有关的原始数据，主要由地震队的组织形式来完成。野外工作分为试验和生产两部分工作，主要内容是激发地震波和接收地震波。其装置分为激发装置和接收装置，激发装置主要是震源等，接收装置

14、主要由检波器和仪器车组成。现代地震勘探方法，主要用一次反射波来解决所提出的地质任务，这种波称为有效波。所有妨碍有效波的识别与追踪的其它波都称为干扰波。第二部分第二部分 地震勘探地震勘探2023-1-329地震勘探的关键问题就是突出有效波，排除干扰波。因此，我们首先对干扰波的类型特点的调查，这对理解工作方法和选择激发条件与接收条件等大有帮助。1 地震检波器地震检波器 地震勘探获取原始资料的方法，是由爆炸或其它能源形式引起地面运动，用地震检波器接收此振动，并把机械振动转换为电信号，传到地震记录仪器记录到磁带上。因第二部分第二部分 地震勘探地震勘探2023-1-330此，地震检波器是一种机电装置，按

15、照线圈与磁铁安置的方向不同，它可分为：垂直地震检波器和水平地震检波器，地震检波器的结构如图6所示，主要由外壳、弹簧和线圈组成惯性体及永久磁铁组成。当地面振动时，则线圈在磁场中作相对运动，因而形成感应电位。第二部分第二部分 地震勘探地震勘探2023-1-331第二部分第二部分 地震勘探地震勘探图6 地震检波器结构 2023-1-3322 干扰波干扰波 干扰波的类型和特点 根据干扰波的出现规律，可以分为规则干扰波和不规则干扰波（随机干扰波）两大类。规则干扰波 规则干扰波主要指有一定的主频和一定视速度的干扰波，如面波、声波、浅层折射波、侧面波等。无规则干扰波（或随机干扰波）第二部分第二部分 地震勘探

16、地震勘探2023-1-333 无规则干扰波（或随机干扰波）主要指没有一定频率，也没有一定传播方向的波，在记录上形成杂乱无章的干扰背景，主要有微震爆炸时产生的次生高速干扰、次生低速干扰背景。“次生波”是指激发出的某一地震波遇到非均匀体，非均匀体作为新的震源，又激发出来的波，如图7，图8所示。第二部分第二部分 地震勘探地震勘探2023-1-334 图7 干扰波调查地震记录第二部分第二部分 地震勘探地震勘探2023-1-335图8 干扰波的特点（a）地震波的频率谱；（b）地震波的视波长谱；第二部分第二部分 地震勘探地震勘探2023-1-3363 地震测线的布置地震测线的布置 地震测线是指沿着地面进行

17、地震勘探野外工作路线。对于二维地震勘探，主要分为主测线和联络测线两种测线。它的布置对于了解地质结构关系很大，一般情况下，地震勘探的基本阶段与地质勘探的面积和构造预测的基本阶段相对应。地震勘探工作阶段可分 区域普查及详查阶段，不同阶段对地震测线的要求也不一样，但无论哪种阶段，第二部分第二部分 地震勘探地震勘探2023-1-337测线的布置都要尽量满足下列基本要求。测线应尽量为直线。测线为直线时，其垂直切面为一平面，所反映的构造形态比较真实。如图9所示，主测线能够反映真实构造分布。一般情况下要求测线要正交，且主测线与构造走向垂直，联络测线平行于走向，这可以避免复杂的地质构造所产生的地震波更加复杂化

18、，造成处理和解释的不利。第二部分第二部分 地震勘探地震勘探2023-1-338图9 测网布置（a）丰字形测线；（b）网状测线第二部分第二部分 地震勘探地震勘探2023-1-3394 地震波的激发地震波的激发 在地震勘探的野外工作中，第一步要用人工方法激发地震波。为了适应各种地表条件及具体工作特点，震源及激发方式是多种多样的。（1）对激发的要求 激发的有效地震波要有足够强的能量、良好的频谱特性和较高分辨能力，这样才能查明地下几千米深度范围的第二部分第二部分 地震勘探地震勘探2023-1-340一整套地层的构造形态。地震勘探的震源基本上分为两大类型，一类是炸药震源，另一类是非炸药震源。目前陆上主要

19、以炸药震源、可控震源、气动震源为主，海上用电火花震源、空气枪震源、无气炮蒸汽枪震源等，其中炸药震源是最常用的。炸药震源 炸药震源激发的效果主要取决于井深、药量、激发岩第二部分第二部分 地震勘探地震勘探2023-1-341性因素的选择与使用，因此，试验阶段不但要进行干扰波的调查和观测因素的选择，还要进行激发因素的试验。激发岩性 爆炸时所产生的波的频率谱很大程度上决定于激发岩石的物理性质。若在松软的干燥岩层（如砂层）或松散的岩层（如淤泥）中爆炸，频率很低，爆炸能量大部分被松散岩层所吸收，会产生极高频率，这种高频的振动很快被吸收掉，而且在爆炸点周围产生很大破碎带，转换成弹性第二部分第二部分 地震勘探

20、地震勘探2023-1-342能量不多，因此，激发岩性应选取潮湿的可塑性岩层（如胶泥、粘土、湿砂）。井深试验 以反射波来说，要选在潜水面以下，最好是潜水面以下35m的粘土层或泥岩中爆炸，这样可使激发的频谱适中，且由于激发点离上面的潜水面不远，潜水面又是一个强反射界面，激发的能量由于潜水面强烈反射作用大部分第二部分第二部分 地震勘探地震勘探2023-1-343 往下传播，从而增强有效波的能量，减少了干扰波的能量。也可在试验阶段分别选择固定药量、井深，进行井深试验获得。第二部分第二部分 地震勘探地震勘探井口2023-1-344图10 激发岩性图 图11 低降速带产生直达波和折射波第二部分第二部分 地

21、震勘探地震勘探2023-1-345 药量试验 药量的选择应考虑炸药包周围岩性、勘探深度、爆炸点与接收点之间的距离及仪器灵敏度等。在上述因素不变情况下，适当增加炸药量，可以提高有效波的振幅。但药量增大到一定量时，振幅将不再随药量的增加而增大。这是因为药量很大时，岩石的破坏作用急速增大，振幅能量反而减小。在井深确定后，选择不同的药量进行试验，分析不同药量情况下记录的品质，从而选择适当药量。但从第二部分第二部分 地震勘探地震勘探2023-1-346提高经济效益角度考虑，药量也不应过大。5、地震波的接收、地震波的接收 当激发地震波时，既产生有效波，也会产生干扰波。人们往往利用有效波和干扰波的差异，在野

22、外条件下采用不同的仪器和观测方式，来压制干扰波，突出有效波。有效波和干扰波之间存在以下差别：在频谱上有差别，质点振动可能有所差别，在传播方向上可能不同，在它们出现的规律上可能有差别。针对这些差别提出各种压制干扰波的方法，如下图一维滤波方法。第二部分第二部分 地震勘探地震勘探2023-1-347第二部分第二部分 地震勘探地震勘探 高通滤波 带通滤波2023-1-348第二部分第二部分 地震勘探地震勘探滤波处理前滤波处理前 滤波处理后滤波处理后2023-1-349四、地震资料的处理四、地震资料的处理 1、共中心点叠加、共中心点叠加 一般把在野外采用多次覆盖的观测方法，在室内处理中采用水平叠加技术，

23、最终得到水平叠加剖面，这一整套工作称为共中心点叠加法。多次覆盖是地震勘探野外工作的一个重大的改进。多次覆盖资料不仅可以经过处理得出水平叠加剖面，还可用于计算速度谱，计算静校正和用于进一步实现各种偏移技术，求取各种地震参数等。第二部分第二部分 地震勘探地震勘探2023-1-350水平叠加是将不同接收点接收到的，来自地下同一反射点不同激发点的信号，经过动校正后叠加起来。这种方法能提高信嗓比，改善地震记录质量，特别是对于压制一种规则干扰波（多次波）效果最好。它所利用的是动校正后有效波与干扰波之间剩余时差的差异来达到滤波作用，并且在压制随机干扰方法比组合效果更好，如图12-图13。第二部分第二部分 地

24、震勘探地震勘探2023-1-351图12 水平界面的共反射点道集和共反射点时距曲线第二部分第二部分 地震勘探地震勘探2023-1-352图13 一次反射波动校正后叠加加强第二部分第二部分 地震勘探地震勘探有效波 地震勘探资料处理2023-1-353 对于多次波或其他规则干扰波，由于速度的差异，动校正后存在剩余时差，各道的多次波或其他规则干扰波存在相位差，因而叠加后相对削弱（图14所示）。图14 干扰波动校正后叠加第二部分第二部分 地震勘探地震勘探干扰波 地震勘探资料处理2023-1-3542水平叠加剖面的形成 地震野外资料经过数字处理之后，可以得到多种地震信息，这些地震信息的大多数都以时间剖面

25、的形式显示出来。目前使用最广泛的时间剖面有两种：一是水平叠加时间剖面，简称水平叠加剖面；二是叠加偏移时间剖面，简称叠偏剖面。这两种剖面既是地震构造解释的主要时间剖面，又是地震地层解释中不可缺少的资料。两种时间剖面第二部分第二部分 地震勘探地震勘探2023-1-355中又以水平叠加剖面应用最广泛，也是最基础的剖面；叠加偏移剖面就是将水平叠加剖面进行偏移归位后得到的剖面，剖面的形成过程如图15。第二部分第二部分 地震勘探地震勘探2023-1-356图15 水平叠加剖面形成过程第二部分第二部分 地震勘探地震勘探2023-1-357 第二部分第二部分 地震勘探地震勘探水平叠加剖面2023-1-358

26、第二部分第二部分 地震勘探地震勘探反演处理的波阻抗剖面2023-1-359五、三维地震五、三维地震 地震勘探的目的是通过地震观测获取反映地下界面的真实位置和地下岩性、物性等地质信息。然而，二维地震观测只能获取反映 平面内的地质信息，即使在生产实际中，二维观测有时也在地表按面积布置测线，但每一条测线却是按二维采集数据并按二维偏移处理，由于二维偏移是沿着测线的视倾角方向进行的，因此，第二部分第二部分 地震勘探地震勘探(,)x y t2023-1-360偏移结果不完全，也不准确，尤其对地下复杂的地质构造，进行二维地震勘探并按二维归位处理就不能反映地下界面的真实产状。三维采集的数据按三维空间成像处理，

27、可以真实地确定反射界面的空间位置。对于复杂的地质构造，在当前地震波的纵横向分辨率允许的范围内，利用三维地震勘探的观测资料都可以基本查清。第二部分第二部分 地震勘探地震勘探2023-1-361由于二维地震勘探的局限性（即使反复加密测线，增加覆盖次数，也难于查明较复杂的油气田地质问题），而三维地震勘探又有着众多显著的优点，使三维地震勘探技术得到了迅速发展。与此同时，适应于三维地震勘探的技术装备多道数字仪和大型数字处理计算机的发展，为三维地震技术的发展创造了必要条件。从二维勘探到三维勘探，标志着地震勘探技术发展到一个全新的水平。第二部分第二部分 地震勘探地震勘探2023-1-3621、三维地震数据体

28、的形成 三维地震野外数据采集后，要形成最终用于解释的三维地震数据体，还需要进行一系列的处理工作。三维地震数据处理与二维地震数据处理基本相似，三维地震数据处理与二维地震数据处理相比，也有许多不同之处。第二部分第二部分 地震勘探地震勘探2023-1-3632、三维地震资料处理显示技术 三维地震勘探所获得的地震数据，是经三维偏移处理的三维数据体（如图15所示）。三维数据体可以从不同方向、不同角度，用不同方法显示成各种地质图件，其中包括剖面图和立体图（如图16所示）。剖面图分为垂向剖面和水平切片。垂向剖面包括纵测线剖面、横测线剖面、任意斜交方向的剖面、连井的折曲测线剖面。水平切片包括等时切片和等时系列

29、切片。第二部分第二部分 地震勘探地震勘探642023-1-364图15 三维数据体第二部分第二部分 地震勘探地震勘探2023-1-365图16 三维数据显示方法 第二部分第二部分 地震勘探地震勘探2023-1-366图17 方体栅状图 第二部分第二部分 地震勘探地震勘探2023-1-367图18 2632ms的等时切片 图19 2632ms等值线 图20 2636ms等时切片 第二部分第二部分 地震勘探地震勘探二二2023-1-368图21 2636ms等值线 图22 2640ms的等时切片 图23 2640ms等值线第二部分第二部分 地震勘探地震勘探2023-1-369 图24 图25 图26 图27 2644ms等时切片 2644ms等值线 2648ms等时切片 2648ms等值线第二部分第二部分 地震勘探地震勘探2023-1-370 图28 图29 图30 图31 2652ms等时切片 2652ms等值线 2656ms等时切片 2656ms等值线 第二部分第二部分 地震勘探地震勘探2023-1-371 图32 三维切片剖面2023-1-3722023-1-373