地震波速度資料解釋

1、地震波速度資料的解釋論文提要地震波速度是地震勘探中最重要的一個參數(shù)，是地震波運動學特征之一。在資料處理和解釋過程中，速度資料均十分重要。例如在計算動校正時需要疊加速度，繪制構造圖進行時深轉換時需要平均速度。近年來，速度資料在地震解釋中應用得越來越廣泛，概括起來有以下幾方面：（）進行時深轉換、繪制深度剖面和構造圖。（）根據(jù)速度資料識別波的性質，如多次波、繞射波和聲波等。（）利用速度資料制作合成地震記錄和理論地震模型，對地震記錄作模擬解釋。（）利用速度縱橫向變化規(guī)律，研究地層沉積特征和相態(tài)展布。（）利用層速度資料，預測巖性分布和砂泥巖橫向變化。（）利用速度資料計算反射系數(shù)圖板，進行烴類檢測，判別含

2、氣亮點。（）利用合成聲波測井，進行砂體橫向追蹤和對比。（）利用速度資料預測地層異常壓力。由此可見，提取和分析速度資料是地震地質解釋的一項重要的工作，熟悉各種有關的速度概念、速度資料的求取方法和影響速度的各種地質因素對于應用速度資料解決地質問題是很重要的。正文一、理論研究和實際資料證實，地震波在巖層中的傳播速度與巖層的性質、巖石的成分、密度、埋藏深度、地質時代、孔隙度、流體性質等因素有關，下面分別分析各種因素對速度的影響。（一）影響速度的一般因素1.巖性由于各種巖石類型的成分不同，其傳播地震波的速度是不同的（圖）；有時即使是同一種巖石類型，由于結構不同其波速也在一定范圍內變化。地震波傳播速度主要

3、取決于構成這些巖石礦物的彈性性質，一般來說，火成巖孔隙很少或沒有孔隙，地震波速度比變質巖和沉積巖的都高，且變化范圍小；變質巖的波速變化范圍較大，沉積巖波速最低，變化范圍大，這主要與沉積巖成分和結構復雜，受孔隙度和流體性質的影響較大有關。表（）是幾種類型巖石與介質的波傳播速度和波阻抗資料。2.密度通過大量巖石樣品物性研究和數(shù)據(jù)分析整理，發(fā)現(xiàn)地震波速度與巖石體積密度之間（圖（）、（），存在著一種令人滿意的近似關系。即： （圖）中給出了按上式計算的理論曲線和測定的速度與密度的關系。圖中可以看出，除巖鹽和硬石膏偏差大一些外，其他巖石均比較適用。這一經驗公式具體地反映了速度與密度之間的關系，為參數(shù)之間的

4、換算提供了方便。如在計算人工合成地震記錄時，如果已知速度，缺少密度參數(shù)，可用上式進行換算。（圖）是勝利油田各時代地層埋藏深度、層速度與密度之間的關系。圖影響地震傳播速度的幾種主要因素（據(jù)格勞爾等，）表幾種主要巖石類型與介質的速度變化范圍3地層時代實際觀測資料表明，巖石的成分和深度相近，地層時代不同時，地震波速度差異也較大，時代較老的巖石比年輕的巖石速度大（圖51（）。這主要與年代較早的巖石成巖作用時間長，巖石較致密等因素有關。4埋藏深度在巖性和地質年代相同的條件下，地震波的速度隨巖石埋藏深度的增大而增大，埋藏越深的巖石，承受上覆地層壓力越大，壓實作用強，巖石較致密，其波速增大（圖53）。但地震

5、速度梯度的變化表現(xiàn)為淺處速度梯度較大，隨埋藏深度增大速度梯度變化減小，這主要與深部巖石壓實作用趨緩等因素有關。5孔隙度與裂隙孔隙度是影響速度的重要因素之一。研究表明巖石類型相同，成分相近、孔隙度大小不同，速度變化范圍較大（圖51（d），（e），（f），高孔隙度一般對應為低速，而低孔隙度則一般對應為高速。碎屑巖的孔隙度通常隨著巖石致密程度和膠結程度的增大而減小，其速度隨膠結程度的增大而增大。此外，巖石中存在著大量的微裂隙可導致巖石的速度減小，這種現(xiàn)象一般在碳酸鹽巖儲集層或斷裂破碎帶中較為發(fā)育。 圖地震波速度與巖石密度的關系 圖 地層埋藏深度、層速度與密度的關系（已飽和鹵水）（二）、地震波速度與多

6、孔介質流體性質關系流體性質地震波在沉積地層中的傳波速度與巖石孔隙度和流體性質有密切的關系。巖石孔隙中含油、水或氣時，巖石的波速會降低，引起波阻抗變化，并導致反射波振幅發(fā)生變化。所謂的亮點技術，就是利用飽含油氣地層引起界面波阻抗差和反射振幅的強弱變化而直接找油氣的方法。研究表明，在淺層巖層中，含有一點點氣就會使巖石速度顯著降低；但當?shù)貙又袣怏w含量達時，再增加含氣飽和度只對巖層的速度產生很小的影響，這樣就造成有遠景的氣藏和近于枯竭的氣藏在地震參數(shù)上是相似的。實際計算證明，時間平均方程不能應用于氣體飽和情況，只能采用近似的計算公式：式中：為流體飽和砂巖速度；為流體飽和砂巖體密度為巖石骨架體積模量；為

7、巖石顆粒體積模量；為流體體積模量；為孔隙度；為顆粒密度；為流體密度。圖（54）所示為水飽和砂巖、氣飽和砂巖和油飽和砂巖的計算結果?？梢缘贸鰩c認識：（） 油和水飽和砂巖之間的速度差別很小。（） 氣飽和與水和油飽和砂巖在小于1600深度時，速度差別較大；大于此深度時有一定差別，但差別很小。（） 氣飽和砂巖和頁巖（按151585計算）之間在淺層速度差異大，但在大于約2000以上時不存在差別。（） 頁巖和水飽和砂巖之間的速度差別較小。異常壓力在正常壓實情況下，巖石孔隙度隨深度增加而減小，這種變化使地震波的速度隨深度增加而增大，地震上叫做微分壓力，這種微分壓力對速度有較大的影響。 微分壓力由下式定義：

8、 式中：為地層壓力，為流體壓力。圖54含不同流體成分頁巖和砂巖的速度與深度關系曲線圖55速度與外壓力的關系理論和實際研究表明，壓縮波的傳播速度正比于（圖55），隨微分壓力的增大，地震波速度減小。這就意味著當承受正壓力和較大的流體壓力的地層存在一較大的壓力差時，在沉積層系中將出現(xiàn)一低速層。沉積巖中，作用的總應力，如果孔隙中流體容易排走，與地表水相通，則為靜水壓力，如果孔隙中流體排泄不暢或不能排出，流體就要承受一部分由巖石內骨架承受的壓力，這時流體壓力大于靜水壓力，地層巖石中的孔隙欠壓實，稱為欠壓實帶或欠壓實地層。欠壓實地層地震波速度減小，這就是利用地震速度預測壓力的基本原理。（三）、幾種與油氣關

9、系密切的巖層速度特征地震地質綜合解釋教程三、幾種與油氣關系密切的巖層速度特征自世紀年代初以來，在研究巖石的波速變化規(guī)律與各種因素的關系方面，進行了大量工作。下面以幾種與油氣藏關系密切的巖層的速度特征為例，討論頁巖、砂巖和碳酸鹽巖的速度特征隨深度變化的一般規(guī)律（圖55、圖57）。 頁巖研究表明頁巖速度、密度與深度有密切的關系，這主要由于頁巖沉積后易于壓實的特點所至。實質上頁巖的這種速度變化主要與孔隙度變化有關，頁巖沉積初期的細粒粘土物質其含水量可達，密度為，速度是左右，隨深度增加和成巖作用增強，孔隙水擠出，含水量可能只有百分之幾，密度為，速度增大到以上 砂巖不同成因類型的砂巖，具有明顯不同的速度

10、特征。分選良好的濱海砂層，顆粒堅硬，壓實作用對孔隙結構的改變影響不大，因此，速度、密度對深度只有微弱的依賴關系；與之相對應，河道砂層由于搬運距離短，分選不好，隨埋深增加，易于壓實，速度會發(fā)生顯著的變化?？偟膩碚f，埋藏深度對砂巖的影響不如頁巖明顯，當深度從零增加到，砂巖的孔隙度大約從減小到百分之幾，速度大約從增加到。正是因為砂泥巖速度在深部趨于相近，因而對于深部地層很難利用速度信息區(qū)分砂泥巖。 碳酸鹽巖由于碳酸鹽巖沉積后即成巖，其速度特征比較穩(wěn)定，隨深度變化較小，速度值在的范圍，比砂巖大，更大于頁巖。碳酸鹽巖速度的變化主要與裂隙作用有關，當構造作用強烈，裂隙發(fā)育，其速度明顯降低。（四）、速度分布

11、規(guī)律在沉積地層中，速度的空間分布受地層沉積序列、巖石類型、橫向展布與地質結構等的控制，因而具有成層性、遞增性、方向性和分區(qū)性。（）成層性：沉積巖的基本特點是成層分布，由于各地層沉積條件、巖石性質的不同，在各地層中波傳播的速度是不同的；由于速度在剖面上具有成層分布的特點，這為地震勘探解決地質問題創(chuàng)造了良好的條件。（）遞增性：在正常地層層序條件下，速度隨地層深度和地質年代是線性增加的，但速度變化的梯度隨深度增加而減少。（）方向性：由于地質結構和沉積巖相的變化，速度沿水平方向也會變化。一般來說，速度變化的水平梯度不大，但由于構造作用和沉積相變會出現(xiàn)斷層、斷塊、地層不整合和地層尖滅等，往往在這些部位速

12、度的水平梯度會發(fā)生突變；這正是提高處理和解釋精度所必須考慮的問題。（）分區(qū)性：受構造或沉積條件的控制，速度在平面內的分布具有分區(qū)分帶的特點。例如長期剝蝕的構造隆起區(qū)，速度值高，但速度梯度??；由于沉積環(huán)境不同、相帶和巖性橫向變化，速度也相應發(fā)生變化。實際工作中正是利用速度分區(qū)、分帶的變化規(guī)律與巖性的內在聯(lián)系進行地質解釋的?？傊倪M層速度資料，提高速度分析精度，是利用速度資料進行巖性解釋的關鍵，這需要地質人員與物探人員合作來完成。二、速度參數(shù)十分重要，但又很難精確地測定它的數(shù)值。其原因由于地質介質的不均勻性、速度是矢量，即使在同一巖層不同部位和沿不同方向，地震波的傳播速度也各不相同，它是空間坐標

13、的函數(shù)（，）。在實際生產工作中，不可能真正精確確定這種函數(shù)關系。為了滿足生產的需要，根據(jù)用途不同和地震技術所能達到的水平，對極其復雜的實際情況作種種簡化，建立近似的介質模型，并引入各種速度概念。下面分別簡要介紹幾種與解釋有關的主要速度概念、使用范圍和相互關系。（一）、速度的概念1平均速度當?shù)卣鸩ǖ纳渚€垂直穿過水平地層時，平均速度定義是：一組水平層狀介質中地震波垂直穿過某一層以上各層的總厚度與總的傳播時間之比。對于層水平層狀介質的平均速度是：（51）式中：、分別是每一層的厚度和速度。平均速度的引入，是將反射面上覆的若干地層，近似地簡化為均質單一的地層模型。從公式（）中可以看出，平均速度不是各分層

14、速度值的線性平均，而是各分層中波的垂直傳播時間對分層速度的加權平均。這就意味著，垂直傳播時間大的低速層或厚度大的分層對平均速度影響大，垂直傳播時間小的高速層或薄的分層對平均速度影響小。按平均速度的定義，波在水平層狀介質中應以直射線傳播。事實上，遠離炸點觀測地震波時，地震波傳播時是沿最小時間路徑傳播，即是以折線傳播的。由此可見，平均速度必然產生誤差，誤差范圍隨觀測點離爆炸點距離增加而增加。因此，平均速度只有在垂直入射和炮檢距范圍不大的情況下才是正確的，它只適用于把時間剖面轉換成深度剖面。2均方根速度方根速度是每層的速度傳播時間（）加權后平均再開方的值，記為，即：均方根速度不管射線折曲狀況如何，仍

15、然以直射線來近似；也沒考慮波沿不同射線的傳播速度如何變化，只是一個與各分層速度有關的統(tǒng)一速度。均方根速度是常速，與炮檢距無關。實際上，層狀介質中反射波的真正傳播速度是隨炮檢距的增加而增大的，所以不是真正準確的速度，只不過比平均速度更近似一些；但隨炮檢距增大，誤差更大。3疊加速度通過計算速度譜求得的速度，稱為疊加速度，記為；在實際工作中作動校正的速度。對于某一深度的共反射點時距曲線，其正常時差隨速度而變化，就是使反射波時距曲線保持雙曲線形狀的速度。當用去計算動校正值時，動校正后能使共反射點時距曲線拉成平行軸的直線。如果選擇的速度值不合適，動校正后共反射時距曲線就不是水平直線。所謂速度譜分析就是根

16、據(jù)這一原理，即選用一系列不同的速度值對其反射點時距曲線進行動校正，看選用哪一個速度值時正好把時距曲線校正為水平直線，這個合適的速度就是疊加速度。對于不同介質結構具有具體的含義。在水平均勻介質的情況下，在水平層狀介質情況下，當界面傾斜時，（等效速度）。 層速度地震勘探中把某一速度層的波速叫這一層的層速度，記著。這種速度分層一般與地質年代、巖性的分層是一致的，但由于受分辨率的限制，不如地層分層細。在地質條件較穩(wěn)定的地區(qū)，可利用層速度判別地層巖性，預測地層壓力或油氣等地質信息。層速度可以用地震測井和聲波測井直接獲取，也可由均方根速度換算。即是所謂的笛克斯公式：中：，分別為第，層時間；，分別為第層和第

17、層以上地層的均方根速度；為第層的層速度。對于平行傾斜界面層速度有如下形式： 瞬時速度瞬時速度又稱為真速度，它是波沿射線路徑在某一深度點上傳播的速度，定義為深度對時間的微商，即：連續(xù)介質中，波沿射線路徑傳播時，在不同深度點上的速度是不同的；在同一深度上，波沿不同的射線傳播也是不一樣的。瞬時速度反映了波在介質中傳播的真速度，實際應用中只考慮其大小。（二）、疊加速度譜的解釋根據(jù)速度譜確定一條合理的疊加速度曲線，稱之為對速度譜的解釋，常用的方法有：（） 應選質量較好的速度譜進行解釋。其質量標準是，譜的能量曲線強弱變化分明，并與反射波的強弱變化相互對應；強反射團峰值突出，信噪比高。（） 當疊加振幅用能量

18、等值線表示時，能量團呈橢圓形（圖）。能量團的分布一般符合速度隨增大而遞增的規(guī)律，可靠的能量團應與時間剖面上的反射波相對應。（） 疊加速度曲線應穿過多數(shù)能量團或速度的極值點。（） 當?shù)貙咏谒綍r，對同一構造部位的多條速度譜線可進行綜合平均，得到一條綜合疊加速度曲線，可提高精度。（） 對比地震剖面，判斷速度譜能量團或極值的性質，對于斷面波、繞射波引起的高速極值點和多次波造成的低速極值點，以及偶然出現(xiàn)的過高或過低的極值點，都應加以剔除。（） 將整個剖面的疊加速度數(shù)據(jù)，用剖面形式顯示出來，將其與時間剖面對比，對速度資料的可靠性加以分析，剔除不合理速度異常點。（） 時間切面檢查，在全工區(qū)范圍內，每隔一定的時間間隔（如），把同一時間內的速度值，打印在每個速度譜點邊上，繪出平面等值線圖，剔除不合理速度異常點或異常區(qū)。合理的速度變化，一般而言，基巖隆起、古潛山引起的高速，多條剖面上都應有規(guī)律的偏高；欠壓實泥巖區(qū)，速度譜有規(guī)律的偏低；單個點或單條測線上速度突然升高或降低，或者測線交點處的速度數(shù)據(jù)不能閉合等，均屬于不合理的速度異常。三、總結 數(shù)字處理以后，提供大量的一條一條地震剖面或一塊三維數(shù)據(jù)體，這些資料里包含了許許多多的地下地質信息。而我們的主要目的是要知道與油氣有關的信息，如哪里能生油？哪里能儲存油？這些與油氣有關的地層的巖石性質、物理性質是什么？這就需要從地震資