(第三講)橫波勘探課件

1、物探新方法技術(shù)（地震勘探）第三講：橫波勘探 常規(guī)地震勘探是利用單一的縱波進(jìn)行勘探。 多波勘探是指不僅利用縱波、還利用橫波、轉(zhuǎn)換波進(jìn)行勘探，以提供有關(guān)地質(zhì)、油氣藏更多的信息，解決單一縱波勘探所不能解決的問題。 物探新方法技術(shù)（地震勘探） 常規(guī)地震勘探是利用單一的縱波進(jìn) 近年來，由于勘探目標(biāo)區(qū)的復(fù)雜程度大大增加，油田開發(fā)的難度也日益增大，國內(nèi)外都在研究利用多波勘探。 多波勘探是近年來發(fā)展較快的新勘探方法之一。 由于采用的三分量檢波器記錄，不僅記錄Z分量，同時(shí)記錄X分量和y分量，且震源也可以沿X、y、Z三個(gè)方向激發(fā)，這樣在地震記錄上就得到了更豐富的信息，不僅可以研究巖性，還可以研究地下介質(zhì)的裂縫特性

2、，為石油天然氣的精細(xì)勘探和開發(fā)服務(wù) 近年來，由于勘探目標(biāo)區(qū)的復(fù)雜程度大大增加，油田開發(fā)的難【思考題】(1) 橫波有哪些特點(diǎn)？(2) 橫波雙折射的概念？(3) 已知震源子波偏振方向、給定檢波器最 大靈敏度方向下所能觀測(cè)到何種類型的波？(4) 橫波有哪些應(yīng)用？【思考題】(1) 橫波有哪些特點(diǎn)？一、基本原理二、資料采集 三、資料處理 四、資料應(yīng)用 五、思考題參考答案橫波勘探物探新方法技術(shù)（地震勘探）一、基本原理橫波勘探物探新方法技術(shù)（地震勘探） 一、基本原理 1縱波、橫波及轉(zhuǎn)換波的特點(diǎn) （1）縱波：從地震波動(dòng)力學(xué)中已知，地震波在彈性介質(zhì)中會(huì)產(chǎn)生兩種波，一種是在介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波的傳播方向一致的縱

3、波， 其傳播速度 一、基本原理 1縱波、橫波及轉(zhuǎn)換波的特點(diǎn) 一、基本原理 1縱波、橫波及轉(zhuǎn)換波的特點(diǎn) （2）橫波：另一種是介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的方向與波傳播的方向相互垂直的橫波，其傳播速度為 一、基本原理 1縱波、橫波及轉(zhuǎn)換波的特點(diǎn) 一、基本原理 1縱波、橫波及轉(zhuǎn)換波的特點(diǎn) 又有兩種橫波： 一種是在射線平面以內(nèi)傳播的SH橫波， 一、基本原理 1縱波、橫波及轉(zhuǎn)換波的特點(diǎn) 一、基本原理 1縱波、橫波及轉(zhuǎn)換波的特點(diǎn) 另一種是垂直于射線平面的SV橫波。 這兩種橫波偶合在一起，所以橫波具有極化性。 一、基本原理 1縱波、橫波及轉(zhuǎn)換波的特點(diǎn) 一、基本原理 1縱波、橫波及轉(zhuǎn)換波的特點(diǎn) （3）轉(zhuǎn)換波：當(dāng)存在一個(gè)半無

4、限彈性介質(zhì)的分界面時(shí)，入射一個(gè)縱波，會(huì)產(chǎn)生四種波，即反射縱波、反射橫波、透射縱波、透射橫波。 這時(shí)的反射橫波不是由橫波震源產(chǎn)生的，而是由入射縱波轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的，所以叫轉(zhuǎn)換波。 一、基本原理 1縱波、橫波及轉(zhuǎn)換波的特點(diǎn) 一、基本原理 1縱波、橫波及轉(zhuǎn)換波的特點(diǎn) （3）轉(zhuǎn)換波： 它無需用橫波震源，利用縱波震源，采用三分量檢波器記錄，就可以得到轉(zhuǎn)換反射橫波，利用這些方法進(jìn)行勘探叫轉(zhuǎn)換波反射法勘探，它大大地節(jié)省了野外施工的成本和減少了施工的難度。因?yàn)榭v波震源比橫波震源簡(jiǎn)易得多。轉(zhuǎn)換波不同于縱波的特點(diǎn)在于其射線路徑是不對(duì)稱的，其處理應(yīng)有獨(dú)特的方法。 一、基本原理 1縱波、橫波及轉(zhuǎn)換波的特點(diǎn) 一、基本原理 2

5、地震各向異性 多年來應(yīng)用的地震勘探理論都是建立在各向同性、均勻、完全彈性介質(zhì)的假設(shè)基礎(chǔ)上，各向同性是指假設(shè)介質(zhì)的彈性參數(shù)與波的傳播方向無關(guān)。實(shí)際介質(zhì)的彈性參數(shù)與波的傳播方向有關(guān)，包括波傳播的速度、振幅、偏振特性等，具有這種性質(zhì)的介質(zhì)叫各向異性介質(zhì)。實(shí)際介質(zhì)中存在著廣泛的各向異性性質(zhì)，油氣勘探和開發(fā)中也是如此。 一、基本原理 2地震各向異性 一、基本原理 （1）地震各向異性分類 速度各向異性：波的傳播速度與傳播方向有關(guān)。在各向異性介質(zhì)中，例如波沿著地層水平方向傳播速度與沿著地層垂直方向傳播速度不同。在地震勘探中，常見的各向異性介可簡(jiǎn)化為兩種： 一種是橫向各向同性(簡(jiǎn)稱TI介質(zhì))，它具有一個(gè)垂直對(duì)

6、稱軸，在垂直于對(duì)稱軸的平面內(nèi)，介質(zhì)是各向同性的，在其它平面內(nèi)，介質(zhì)是各向異性的。如周期性的薄互層就屬于此類。 一、基本原理 （1）地震各向異性分類 一種是橫向各向 一、基本原理 （1）地震各向異性分類 另一種是方位各向異性(簡(jiǎn)稱為EDA介質(zhì))：它是由平行的垂直裂隙或定向的空隙所引起的，具有水平的無限次旋轉(zhuǎn)軸的介質(zhì)。還有其它的復(fù)雜的各向異性介質(zhì)。 一、基本原理 （1）地震各向異性分類 一、基本原理 （1）地震各向異性分類 利用牛頓定理，廣義虎克定律和應(yīng)變位移方程，可以導(dǎo)出各向異性介質(zhì)中的波動(dòng)方程，利用這種波動(dòng)方程，就可以研究各向異性介質(zhì)中的彈性波的傳播規(guī)律，這里我們先從正演模型來看各向異性情況下

7、波場(chǎng)的特點(diǎn)。 一、基本原理 （1）地震各向異性分類 一、基本原理 （1）地震各向異性分類 (a)TI介質(zhì)中彈性波數(shù)值模擬，在均勻各向同性介質(zhì)中，在同一時(shí)刻波場(chǎng)波前快照是個(gè)圓，表示波的傳播速度各方向相同。而在各向異性介質(zhì)中，波前是一個(gè)橢圓，表示波的傳播速度各方向不同。 一、基本原理 （1）地震各向異性分類 一、基本原理 （1）地震各向異性分類 (b)EDA介質(zhì)中的三維彈性波數(shù)值模擬。在EDA介質(zhì)中，考慮裂隙是垂直于地面的情況。理論研究表明：平行于裂隙面和垂直于裂隙面波前特征不同。首先，看平行于裂隙面的情況，取某一時(shí)刻的快照:有縱波和橫波，它們的波前面都是圓； 一、基本原理 （1）地震各向異性分類

8、 一、基本原理 （1）地震各向異性分類 (b)EDA介質(zhì)中的三維彈性波數(shù)值模擬。 再看垂直于裂隙面的情況，取某時(shí)刻的快照:縱波和一個(gè)橫波耦合在一起，稱為準(zhǔn)縱波、準(zhǔn)橫波，此時(shí)準(zhǔn)縱波波前為菱形，而準(zhǔn)橫波為梅花狀，另有一個(gè)純橫波波前面是橢圓，若既不平行也不垂直裂隙面則波場(chǎng)更加復(fù)雜。 一、基本原理 （1）地震各向異性分類 一、基本原理 （2）橫波雙折射 橫波的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向垂直于波的傳播方向，通過傳播介質(zhì)時(shí)，可以引起特定方向的偏振，橫波對(duì)各向異性介質(zhì)很敏感，在各向異性介質(zhì)中，每一條射線路徑可以分裂成兩種不同速度的偏振波，而且在后續(xù)的各向同性介質(zhì)中，仍然保留下來。橫波雙折射 方位各向異性介質(zhì)中橫波的分裂

9、一、基本原理 （2）橫波雙折射 橫波雙折射 一、基本原理 （2）橫波雙折射 這時(shí)出現(xiàn)兩種橫波，一種是沿平行于裂隙方向傳播的S1波，一種是沿垂直裂隙方向傳播的S2波，它們各自有對(duì)應(yīng)的速度，前者傳播的速度較快，叫快橫波，后者傳播的速度較慢，叫慢橫波一、基本原理 （2）橫波雙折射 一、基本原理 （2）橫波雙折射 由于傳播的速度不同，在各向異性介質(zhì)中形成快慢橫波時(shí)差，振幅衰減等，這些都與各向異性性質(zhì)有關(guān)(例如，裂隙方位和密度)。因此可根據(jù)快、慢波的時(shí)差、波形、振幅衰減等反過來研究裂隙的方位和密度。一、基本原理 （2）橫波雙折射 一、基本原理 橫波雙折射特點(diǎn)： （a）EDA介質(zhì)中彈性波地面地震記錄模擬：

10、 一、基本原理 橫波雙折射特點(diǎn)： 一、基本原理 橫波雙折射特點(diǎn)： （b）EDA介質(zhì)中彈性波VSP記錄模擬 第一層是各向同性介質(zhì)，第二層是各向異性介質(zhì)，第三層是各向同性介質(zhì). 一、基本原理 橫波雙折射特點(diǎn)：一、基本原理 小結(jié)：橫波特點(diǎn) （1） 垂直面內(nèi)極化的SV波 在界面上有二次波型轉(zhuǎn)換 （2） 水平面內(nèi)極化的SH波 在界面上沒有波型轉(zhuǎn)換，也稱自生波。 （3） 轉(zhuǎn)換橫波P-SV一、基本原理 小結(jié)：橫波特點(diǎn)一、基本原理 3反射橫波的時(shí)距曲線（1）SH反射波的時(shí)距曲線tos為橫波的雙程垂直旅行時(shí)。是雙曲線。一、基本原理 3反射橫波的時(shí)距曲線 一、基本原理 （2）水平反射面上的P-SV波的時(shí)距曲線tp

11、o為縱波的單程垂直旅行時(shí)，tso為橫波的單程垂直旅行時(shí)。由得：近似為一條雙曲線。 一、基本原理 （2）水平反射面上的P-SV波的時(shí)距曲線 一、基本原理 （3）傾斜反射面上的P-SV波的時(shí)距曲線 是一條二次曲線。 一、基本原理 （3）傾斜反射面上的P-SV波的時(shí)距曲線 一、基本原理 4橫波的能量分配（a） =0時(shí)，61%縱波能量向下透射，39%反射；（b） 近于臨界角（33度），透射能量急劇減小；（c） 臨界角后，所有能量都反射了，反射縱波能量占10%， P_SV波占90%。（d） 090度，輸入地下的橫波能量為縱波能量的3倍。 一、基本原理 4橫波的能量分配（a） =二、橫波的野外觀測(cè) 3多波

12、采集方式 （1）九分量采集 真正的多波采集勘探是用三個(gè)震源(一個(gè)縱波、兩個(gè)橫波)激發(fā)，三分量檢波器接收。這樣可以得到九分量記錄。 二、橫波的野外觀測(cè) 3多波采集方式二、橫波的野外觀測(cè) 3多波采集方式 （1）九分量采集這樣可以得到九分量記錄。 二、橫波的野外觀測(cè) 3多波采集方式二、橫波的野外觀測(cè) 3多波采集方式 （2）四分量記錄 在已作過縱波勘探的地區(qū)，可以采用四分量記錄，即兩個(gè)橫波震源，兩個(gè)橫波檢波器。二、橫波的野外觀測(cè) 3多波采集方式二、橫波的野外觀測(cè) 3多波采集方式 （3）三分量記錄 一個(gè)縱波震源，三分量檢波器，也叫轉(zhuǎn)換波勘探，這樣記錄到耦合在一起的縱波、轉(zhuǎn)換波，經(jīng)過波場(chǎng)分離可得到縱波、轉(zhuǎn)

13、換橫波，大大節(jié)省了采集費(fèi)用和提高了效率。二、橫波的野外觀測(cè) 3多波采集方式二、橫波的野外觀測(cè)4. 觀測(cè)系統(tǒng) 觀測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要參數(shù)包括最小炮檢距、最大炮檢距、道間距、覆蓋次數(shù)和接收參數(shù)等。在資料處理中，缺少小炮檢距的資料會(huì)降低速度分析對(duì)反射層的分辨率，而缺少大炮距的資料會(huì)降低速度分析對(duì)速度的分辨率，這都不利于確定精確的縱、橫波速度比，這在設(shè)計(jì)觀測(cè)系統(tǒng)時(shí)要加以考慮。 (1)最小炮檢距。由于轉(zhuǎn)換波在近炮檢距的反射能量較弱，一般認(rèn)為偏移距(最小炮距)應(yīng)該加大。但是考慮到要接收縱波反射時(shí)，偏移距不宜過大，一般仍采用縱波觀測(cè)系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的偏移距。 二、橫波的野外觀測(cè)4. 觀測(cè)系統(tǒng)二、橫波的野外觀測(cè)4. 觀

14、測(cè)系統(tǒng) (2)最大炮檢距。最大炮檢距的選取一般與目的層的深度、目的層的轉(zhuǎn)換波反射系數(shù)有關(guān)。由于轉(zhuǎn)換波在大入射角時(shí)才會(huì)有足夠的能量，所以，一般情況下，最大炮檢距要比縱波勘探的最大炮檢距大。 (3)其它如道間距、覆蓋次數(shù)等參數(shù)與常規(guī)縱波勘探類似。 (4)由于轉(zhuǎn)換波頻率較低，接收儀器的頻率要比接收縱波時(shí)低一些。二、橫波的野外觀測(cè)4. 觀測(cè)系統(tǒng)二、橫波的野外觀測(cè)波型與地震分量之間的關(guān)系 震源類型波型激發(fā)位置井口時(shí)間橫錘SH波地面無水平可控源SH波地面無三井法SH波井中有二、橫波的野外觀測(cè)波型與地震分量之間的關(guān)系 震源類型波型激發(fā)二、橫波的野外觀測(cè)檢波器震源 XYZXSVSV-PYSHZP_SVPX為測(cè)

15、線方向，Y為垂直測(cè)線方向 二、橫波的野外觀測(cè)檢波器XYZXSVSV-PYSHZP三、多波的資料處理 1. 多波資料處理流程 三、多波的資料處理 1. 多波資料處理流程 三、多波的資料處理 （1）波場(chǎng)分離 理論模型三、多波的資料處理 （1）波場(chǎng)分離 理論模型三、多波的資料處理 （1）波場(chǎng)分離 實(shí)際記錄三、多波的資料處理 （1）波場(chǎng)分離 實(shí)際記錄三、多波的資料處理 2轉(zhuǎn)換波資料處理流程 三、多波的資料處理 2轉(zhuǎn)換波資料處理流程 三、資料處理 （1）P-SV波的水平疊加問題 三、資料處理 （1）P-SV波的水平疊加問題 三、資料處理 （2）共轉(zhuǎn)換點(diǎn)道集選排 a)轉(zhuǎn)換波時(shí)距方程 三、資料處理 （2）共

16、轉(zhuǎn)換點(diǎn)道集選排 三、資料處理 （2）共轉(zhuǎn)換點(diǎn)道集選排 b)轉(zhuǎn)換點(diǎn)的確定 要把縱波的水平疊加技術(shù)應(yīng)用到轉(zhuǎn)換波中，必須找到真正的共轉(zhuǎn)換點(diǎn)，關(guān)鍵是求時(shí)距方程中的xp，可推導(dǎo)出公式求出xp。 三、資料處理 （2）共轉(zhuǎn)換點(diǎn)道集選排 三、資料處理 （2）共轉(zhuǎn)換點(diǎn)道集選排 c)共轉(zhuǎn)換點(diǎn)道集的抽取 三、資料處理 （2）共轉(zhuǎn)換點(diǎn)道集選排 三、資料處理 （2）共轉(zhuǎn)換點(diǎn)道集選排 d)轉(zhuǎn)換波速度分析 由于在轉(zhuǎn)換波的處理中，轉(zhuǎn)換點(diǎn)坐標(biāo)的計(jì)算與縱波、橫波速度有關(guān)，而速度分析又需要轉(zhuǎn)換點(diǎn)道集，因此轉(zhuǎn)換波的速度又分為兩部分內(nèi)容，先在共中心點(diǎn)道集上作初步速度分析，后在轉(zhuǎn)換點(diǎn)道集上進(jìn)行精細(xì)速度分析，反復(fù)迭代可求得高精度的轉(zhuǎn)換橫波

17、疊加速度 三、資料處理 （2）共轉(zhuǎn)換點(diǎn)道集選排 三、資料處理 （2）共轉(zhuǎn)換點(diǎn)道集選排 d)轉(zhuǎn)換波速度分析 三、資料處理 （2）共轉(zhuǎn)換點(diǎn)道集選排 三、資料處理 d)轉(zhuǎn)換波速度分析三次迭代速度譜圖 三、資料處理 d)轉(zhuǎn)換波速度分析三次迭代速度譜圖三、資料處理 （2）共轉(zhuǎn)換點(diǎn)道集選排 e)轉(zhuǎn)換波水平疊加 由于轉(zhuǎn)換波路徑不對(duì)稱性，如要利用共轉(zhuǎn)換點(diǎn)進(jìn)行疊加，則在抽取道集時(shí)，要進(jìn)行地面元的劃分，面元?jiǎng)澐值臉?biāo)準(zhǔn)應(yīng)當(dāng)是在不影響分辨率的情況下，使得各個(gè)面元的覆蓋次數(shù)盡量一致，使各面元上的炮檢距變化范圍一致。常規(guī)方法是以半個(gè)道間距為面元的寬度和面元中心間距來劃分面元。三、資料處理 （2）共轉(zhuǎn)換點(diǎn)道集選排 三、資料

18、處理 （2）共轉(zhuǎn)換點(diǎn)道集選排 e)轉(zhuǎn)換波水平疊加 三、資料處理 （2）共轉(zhuǎn)換點(diǎn)道集選排 四、橫波資料的解釋與應(yīng)用1橫波和縱波層位的對(duì)比四、橫波資料的解釋與應(yīng)用1橫波和縱波層位的對(duì)比四、橫波資料的解釋與應(yīng)用 2縱波和橫波的聯(lián)合應(yīng)用（1）利用縱橫波的振幅信息直接尋找油氣 a）直接檢測(cè)：對(duì)于含水砂巖，縱波、橫波均表示弱反射，對(duì)含煤砂巖，縱、橫波均為強(qiáng)反射，但對(duì)于含氣砂巖，縱波為強(qiáng)反射，橫波為弱反射，這樣就直接檢測(cè)了氣藏。四、橫波資料的解釋與應(yīng)用 2縱波和橫波的聯(lián)合應(yīng)用四、橫波資料的解釋與應(yīng)用 2縱波和橫波的聯(lián)合應(yīng)用（1）利用縱橫波的振幅信息直接尋找油氣 a）直接檢測(cè)：四、橫波資料的解釋與應(yīng)用 2縱波

19、和橫波的聯(lián)合應(yīng)用四、橫波資料的解釋與應(yīng)用 2縱波和橫波的聯(lián)合應(yīng)用（1）利用縱橫波的振幅信息直接尋找油氣 b)多波AVO。因?yàn)榈卣鸩ㄕ穹淖兓c許多因素有關(guān)，多解性很強(qiáng)，如果不僅用縱波也用橫波、轉(zhuǎn)換波，就會(huì)大大減少多解性。 多波AVO是將縱波和橫波的AVO結(jié)合起來綜合應(yīng)用，不但可以去偽存真，還可以得到更多的巖石物理參數(shù)，并能提高有些參數(shù)的精度。四、橫波資料的解釋與應(yīng)用 2縱波和橫波的聯(lián)合應(yīng)用四、橫波資料的解釋與應(yīng)用 2縱波和橫波的聯(lián)合應(yīng)用（2) 用速度比研究巖性變化（3） 根據(jù)速度比求巖石的彈性參數(shù)（4） 由波的旅行時(shí)比和速度比之差異鑒別巖層的各向異性四、橫波資料的解釋與應(yīng)用 2縱波和橫波的聯(lián)合應(yīng)用四、橫波資料的解釋與應(yīng)用2利用橫波分裂研究裂隙 前面提到地震橫波入射到各向異性介質(zhì)中會(huì)產(chǎn)生橫波雙折射，產(chǎn)生快、慢波。當(dāng)?shù)叵麓嬖诤严兜貙訒r(shí)，表現(xiàn)