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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，可以根据波传播方
2、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、岩相研究
3、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：地震岩芯塔中塔中1井井OC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
4、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
5、)传播的波，称为瑞雷波；另一种是在低速岩层传播的波，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，称为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。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，则它们之间，则它们之间的关系应满足斯奈尔定律的关系应满足斯奈尔定律 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
6、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
7、学中的“全反射全反射”类似的现象。透射波在下层介质类似的现象。透射波在下层介质中以速度中以速度V2沿界面滑行，这种沿沿界面滑行，这种沿界面滑行的透射波又称为滑行波。界面滑行的透射波又称为滑行波。临界角临界角i应满足下列关系应满足下列关系问题：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。一般用于解决所提出在地震勘查中，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干扰地质问题的波称为有效
8、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，折射波波。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，爆炸引起的声波，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。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
9、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
10、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
11、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 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
12、源O*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
13、设地面和折射为坐标原点，假设地面和折射界面都是水平的，震源至界面的法线界面都是水平的，震源至界面的法线深度为深度为h，上层介质的波速为，上层介质的波速为V1，下层，下层介质的波速为介质的波速为V2，且，且V12。波的传播路径波的传播路径 波在上层介质中的旅行时波在上层介质中的旅行时 波在界面波在界面Q上的滑行时间上的滑行时间 水平界面的折射波时距方程水平界面的折射波时距方程 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
14、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 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 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)原原始始地地震震记记录录剖剖面面(实实际际地地震震记记录录)第三节第三
15、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
16、解编数据解编：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，应予以消除对于个别明显大于一半数据的野值，应予以消除地震处理流程：（一）预处理预编辑预编辑直达波直达波反射波反射波噪噪音音废道废道反反极极性性图1-3a图1-3b图1-3c（3 3）抽道集）抽道集把属于同一共深度
17、点道集的炮点和检波点的把属于同一共深度点道集的炮点和检波点的记录信息挑出来，放在一起，形成记录信息挑出来，放在一起，形成CDPCDP道集。道集。这里所说的共深度点道集，实际上是共中心这里所说的共深度点道集，实际上是共中心点道集。点道集。地震处理流程：（一）预处理（4 4）初至切除）初至切除地震处理流程：（一）预处理直达波、浅层折射波能量强，有一定延续直达波、浅层折射波能量强，有一定延续时间，将这些波的采样值充零时间，将这些波的采样值充零第三节第三节 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处理流程：（二）静校正为什么进行静校正？为什么进行静校正？反射波法理论前提是以地
18、面为平面、地表介质均反射波法理论前提是以地面为平面、地表介质均匀为前提匀为前提实际地质条件：地形起伏不平，表层介质不均匀，实际地质条件：地形起伏不平，表层介质不均匀，厚度沿横向也变化厚度沿横向也变化导致地震反射波旅行时产生时差，歪曲地下构造导致地震反射波旅行时产生时差，歪曲地下构造形态形态必须将地形、低（降）速带和爆炸深度等因素对必须将地形、低（降）速带和爆炸深度等因素对地震波旅行时的影响加以消除，校正到一个统一地震波旅行时的影响加以消除，校正到一个统一的基准面上的基准面上after staticsbefore staticsStack of line without the applicat
19、ion of statics.Example where ProMax routine made a static solutionin a tough data area地震处理流程：（三）动校正动校正：反射波的传播时间与检波器距离爆炸点的距离远近动校正：反射波的传播时间与检波器距离爆炸点的距离远近有关，并与反射界面的倾角、埋深和覆盖层波速有关，由此有关，并与反射界面的倾角、埋深和覆盖层波速有关，由此产生的时差称为正常时差，需要进行正常时差校正，称为动产生的时差称为正常时差，需要进行正常时差校正，称为动校正校正地震处理流程：（三）动校正从时距曲线理解动校正，就是把时距曲线拉平。从时距曲线理解
20、动校正，就是把时距曲线拉平。定义：为校正正常时差所用的速度称为动校正速度。定义：为校正正常时差所用的速度称为动校正速度。1 1、单个水平反射层：、单个水平反射层：NMONMO速度等于该反射层上部介质的速度等于该反射层上部介质的速度。速度。2 2、单个倾斜反射层：、单个倾斜反射层：NMONMO速度等于该反射层上部介质速速度等于该反射层上部介质速度除以反射层倾角的余弦。度除以反射层倾角的余弦。3 3、多层水平反射层：小炮检距时，某个水平反射层的、多层水平反射层：小炮检距时，某个水平反射层的NMONMO速度等于该反射层上覆介质的速度等于该反射层上覆介质的rmsrms速度。速度。4 4、多层任意倾斜反
21、射层：只要倾角不大，分布不广，、多层任意倾斜反射层：只要倾角不大，分布不广，仍可用双曲线近似。仍可用双曲线近似。地震处理流程：（三）动校正地震处理流程：（四）水平叠加地震处理流程：（五）偏移归位地震处理流程：（五）偏移归位偏移归位：就是要将水平叠加时间剖面偏移归位：就是要将水平叠加时间剖面(自激自激自收时间剖面自收时间剖面)上发生了偏移的反射层上发生了偏移的反射层(同相轴同相轴)归归位于其真实的空间位置上去，同时使干涉带自动位于其真实的空间位置上去，同时使干涉带自动得到分解，剖面面貌变得清晰，有利于正确地进得到分解，剖面面貌变得清晰，有利于正确地进行解释。行解释。地震处理流程：（五）偏移归位具
22、有回转波的地震波场特征 偏移前偏移后地震处理流程：（五）偏移归位CDPCDP剖面或自激自收记录剖面或自激自收记录偏移剖面偏移剖面叠加剖面叠加剖面偏移处理偏移处理断点较清，绕射波收敛断点比较清楚前积反射顶超速度是地震勘探中一个十分重要的参数：动校正、偏速度是地震勘探中一个十分重要的参数：动校正、偏移、时深转换等处理都以它为参数，它还可以直接用移、时深转换等处理都以它为参数，它还可以直接用来进行地质构造以及地层岩性的解释。来进行地质构造以及地层岩性的解释。获得速度参数的途径主要是：获得速度参数的途径主要是：利用地震测井、声波测井等，但这种方法是以具备深利用地震测井、声波测井等，但这种方法是以具备深
23、井为条件，只能在井中进行，故受到限制，并且获得井为条件，只能在井中进行，故受到限制，并且获得的速度资料只是点上的，面上的资料难以求取。的速度资料只是点上的，面上的资料难以求取。利用多次覆盖的资料通过速度分析的方法，来求取速利用多次覆盖的资料通过速度分析的方法，来求取速度参数。它所求取的是迭加速度，通过它可进一步求度参数。它所求取的是迭加速度，通过它可进一步求取层速度等资料。取层速度等资料。地震处理流程：速度分析把地震波的能量相对波的传播速度的变化规律称为速度谱把地震波的能量相对波的传播速度的变化规律称为速度谱叠加速度谱的基本原理叠加速度谱的基本原理地震处理流程：速度分析叠加速度谱的制作步骤叠加
24、速度谱的制作步骤选择计算参数选择计算参数(对某一个共中心点记录对某一个共中心点记录)，包，包括最小括最小t0时间时间t0min，最大，最大t0时间时间t0max和和t0间隔间隔t0；最小扫描速度；最小扫描速度Vmin,最大扫描速最大扫描速度度Vmax和速度扫描间隔和速度扫描间隔V。从从t0min开始，并固定开始，并固定t0，从，从VminVmax进进行速度循环扫描并依次进行动校正和叠加，行速度循环扫描并依次进行动校正和叠加，得一条谱线。得一条谱线。t0时间循环，重复时间循环，重复步，则得到多条谱线，步，则得到多条谱线，最后算到最后算到t0max为止。为止。连结一张速度谱上所有的峰值，就可得到速
25、连结一张速度谱上所有的峰值，就可得到速度曲线，它反映了某个共中心点从浅至深速度曲线，它反映了某个共中心点从浅至深速度的纵向变化。度的纵向变化。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组组合合检检波波共中心点反射波共中心点反射波据据Badley，1983常规处理常规处理动校正（正常时差校正）动校正（正常时差校正）水平水平迭加迭加（a）来自共中心点（CDP）的反射波构成一条时距曲线;（b）时距曲线通过正常时差校正（normal moveout correction）把来自共深度点的反射波校正到T0时间上，T0为地表到共深度的自激自收的双程旅行时间。（c）把校正到
26、T0 时间上来自同深度点的反射波迭加到一起，反射信号加强，参于迭加的信号数即为地震覆盖次数。静校正静校正（基准面校正）（基准面校正）动校正动校正（正常时差（正常时差校正）校正）水平叠加水平叠加反射界面与反射波（据Anstey,1982修改）图3.2-27 与图3.2-26中相同的CMP道集及其速度谱（左边和中间图），+表示拾取速度与相似波峰相一致，相似波峰右边的曲线是由拾取的rms速度函数得到的层速度函数，最右边的图是用拾取的rms速度函数进行时差校正后的CMP道集图3.2-26 CMP道集及其速度谱图3.2-28 与图3.2-26中相同的CMP道集及其速度谱（左边和中间图），+表示错误拾取的
27、速度相似波峰右边的曲线是由拾取的rms速度函数得到的层速度函数，右边的图是用拾取的rms速度函数进行时差校正后的CMP道集。注意图中由于错误的过高NMO速度引起的同相轴校正不足问题图3.2-29 与图3.2-26中相同的CMP道集及其速度谱（左边和中间图幅），+表示错误拾取的速度相似波峰右边的曲线是由拾取的rms速度函数得到的层速度函数，右边的图幅是用拾取的rms速度函数进行时差校正后的CMP道集。注意图中由于错误的过低NMO速度引起的同相轴校正过头问题地震记录道与地震剖面地震记录道与地震剖面一、地震记录道一、地震记录道在检测时间内，自激自收条件下检在检测时间内，自激自收条件下检波器接收到的反
28、射波序列叫地震记录道波器接收到的反射波序列叫地震记录道（seismictrace）1、不同于检波记录、不同于检波记录2、是地震剖面中的一个个体，为一维、是地震剖面中的一个个体，为一维地震剖面地震剖面3、由多个界面反射波的迭加而成、由多个界面反射波的迭加而成地震记录道是地震剖面中的一个体地震剖面有横向上等道间距的地震记录道构成 地震记录道由多个界面反射波（强反射波）迭加而成地震记录道由多个界面反射波（强反射波）迭加而成地震记录道由多个界面反射波的迭加而成地震记录道由多个界面反射波的迭加而成s(t)=s(t1)+s(t2)+s(t3)+s(t4)+s(t5).+s(tn)s(t)=s(t1)+s(t2)+s(t3)+s(t4)+s(t5).+s(tn)其中其中s(tn)=r(tn)*b(tn)s(tn)=r(tn)*b(tn)地震剖面地震剖面-常规变面积显示剖面常规变面积显示剖面 双双程程旅旅行行时时间间（秒）（秒）地震记录道（地震记录道（TraceTrace）（据胜利油田资料，（据胜利油田资料，19981998）地震剖面地震剖面-密度显示剖面（同相轴更清楚）密度显示剖面（同相轴更清楚）本节内容结束