地震波的速度

第六章地震波的速度第一節(jié)地震波速度的影響因素第二節(jié)各種速度的概念第三節(jié)速度的求取方法第四節(jié)各種速度間的關(guān)系及其用途第一節(jié)地震波速度的影響因素一、巖石的彈性對速度的影響二、巖性的影響三、密度的影響四、孔隙度的影響五、埋深和壓力的影響六、構(gòu)造歷史和地質(zhì)年代的影響七、頻率和溫度的影響八、孔隙流體的影響沉積巖中速度分布的規(guī)律一、彈性常數(shù)的影響彈性常數(shù)增加，速度增加二、巖性的影響巖性是影響地震波速度最明顯的因素同一種類的巖石其速度具有一定的變化范圍。不同種類的巖石其速度不同，但其分布范圍有部分重疊；火成巖的速度最大；變質(zhì)巖次之；沉積巖最低，但變化范圍最大。利用速度的變化判別巖性——速度巖性預測。巖石類型速度（米/秒）沉積巖1500~6000花崗巖4500~6500玄武巖4500~8000變質(zhì)巖3500~6500各類巖石的速度范圍巖石或介質(zhì)速度Vp（km/s）波阻抗(g/s.cm2)

╳10

?巖石或介質(zhì)速度

VP(km/s)波阻抗(g/s.cm2)

╳10

?空氣0.2~0.36~0.004致密砂巖1.8~4.040~112風化層0.1~0.51.2~9白堊1.8~3.536~90礫石、干砂0.2~0.32.8~16泥質(zhì)頁巖2.7~4.865~135砂質(zhì)粘土0.3~0.93.0~18石灰?guī)r白云巖2.5~6.058~180濕砂0.6~0.83.8~19石膏無水石膏3.5~4.577~110粘土1.2~2.518~55泥灰?guī)r2.0~3.545~100石油1.3~1.412~15冰3.1~3.630~35水1.43~1.5914~16鹽巖4.2~5.558~120疏松砂巖1.5~2.527~60不同巖性的沉積巖和介質(zhì)速度變化范圍三、密度的影響彈性常數(shù)受密度的影響，但密度的變化所引起的彈性常數(shù)變化要大得多。因此密度越大，速度越大。速度與密度的近似關(guān)系：線性關(guān)系：V=6ρ-11

適合于某些石灰?guī)r、砂巖、頁巖

加德納(Gardner)公式：對于完全充水飽和巖石，其縱波速度與巖石密度之間的定量關(guān)系為：ρ=0.31xV0.25(米制)ρ=0.23xV0.25(英制)式中：V的單位為m/s，ρ的單位為g/cm3四、孔隙度的影響孔隙度的增加將引起密度的降低ρ=φρf＋(１-φ)ρm

ρf

—孔隙流體的密度ρm—巖石骨架的密度從而使得地震波的速度降低，使得巖石的速度小于組成巖石的礦物的速度。Wyllie（時間平均）公式：1/V=φ/Vf＋(１-φ)/Vm

修正公式：1/V=cφ/Vf＋(１-cφ)/Vm

當巖石壓力為4.13x107帕斯卡時，流體壓力為巖石壓力一半時c約為0.85。分選好的顆粒經(jīng)過自由堆積形成的沉積，孔隙度可達到45%到50%。五、埋深和壓力的影響埋深和壓力增加使速度增加，但速度的變化梯度減小。孔隙度減小彈性常數(shù)增加經(jīng)驗公式：V=2x103(ZR)1/6V（速度）—m/s，Z（深度）—m，R（電阻率）—Ω/m六、構(gòu)造歷史和地質(zhì)年代的影響

深度相當成分相似的巖石，年代越老，速度越大；地質(zhì)年代可看成是各種構(gòu)造運動總效應(yīng)的度量。

構(gòu)造運動劇烈的地區(qū)，地震波的速度變化較大。七、頻率和溫度的影響：在地震勘探所使用的頻帶范圍內(nèi)，縱波和橫波的速度與頻率無關(guān)，即不存在頻散。速度隨溫度有輕微變化：每升高100℃，速度降低5~6％。地溫梯度：每變化百米深度所引起的變化的溫度。八、孔隙流體孔隙流體性質(zhì)影響縱波的速度和反射系數(shù)，不影響橫波；孔隙中含有水、油、氣時，速度將依次降低；縱、橫波速度比是研究孔隙流體性質(zhì)的有利參數(shù)。巖性孔隙度%密度g/cm3速度m/s反射系數(shù)頁巖2.254300砂巖2.655200?

0.13含氣砂巖102.412510?

0.23含氣砂巖202.071610?

0.49不同孔隙的砂巖與頁巖的物性參數(shù)VsVpVp/Vs九、沉積巖中速度分布的規(guī)律縱向上成層性：受地層的沉積順序和巖性特點的影響。遞增性：速度與深度、地質(zhì)年代有關(guān)；橫向上方向性：橫向上地質(zhì)構(gòu)造、沉積體能量、沉積相的變化等。分區(qū)性：平面上速度的分區(qū)、分帶。巖石中的地震波傳播速度是反映巖石性質(zhì)和地質(zhì)構(gòu)造分析的重要參數(shù)。研究影響速度的地質(zhì)因素，掌握沉積剖面中的速度分布規(guī)律對于地震勘探通過測定地層的速度來劃分巖性、推測區(qū)域的巖性變化、確定沉積體系和沉積環(huán)境有重要的意義。在有利的條件下，借助速度資料可以直接尋找油氣藏。第二節(jié)各種速度的概念一、平均速度一組水平層狀介質(zhì)中某一界面以上介質(zhì)的平均速度就是地震波垂直穿過該界面以上所有地層的總厚度與總傳播時間之比。在水平層狀介質(zhì)中波沿直線傳播所走過的路程與所需時間之比。平均速度定義“一組水平層狀介質(zhì)中某一界面以上介質(zhì)的平均速度就是地震波垂直穿過該界面以上各層的總厚度與總的傳播時間之比”。n層水平層狀介質(zhì)的平均速度是：

式中hi

和vi分別是每一層的厚度和速度。二、均方根速度VR均方根速度的概念是在把不是雙曲線的時距曲線方程簡化為雙曲線關(guān)系時所引入的一個速度概念。對于水平層狀介質(zhì)，反射波時距曲線只能表示為參數(shù)方程：

P=sin

?

i/vi;ti為i層地震波垂直轉(zhuǎn)播雙程旅行時均方根速度的定義把水平層狀介質(zhì)情況下的反射波時距曲線近視地看成雙曲線，求出的速度就是這一水平層狀介質(zhì)的均方根速度。均方根速度的意義還可以這樣說明：把各層的速度值的平“方”按時間取其加權(quán)平“均”值,而后取平方“根”值，要注意其中速度較高的層所占比重要大，表明這種近似在一定程度上考慮了射線的偏折。三、等效速度

共中心點反射波時距曲線方程：

如果引入符號；稱為傾斜界面均勻介質(zhì)情況下的等效速度。等效速度的意義傾斜界面情況下共中心點道集的疊加效果存在兩個問題：即反射點分散和動校正不準確。引入等效速度后,用按水平界面動校正公式，對傾斜界面的共中心點道集進行動校正，可以取得很好的疊加效果，沒有剩余時差。但不應(yīng)忘記，從地質(zhì)效果來說，反射點分散的問題，并沒有解決，這個問題只有用偏移疊加才能妥善解決。四、疊加速度V

在一般情況下（包括水平界面均勻介質(zhì)、傾斜界面均勻介質(zhì)、覆蓋層為層狀介質(zhì)或連續(xù)介質(zhì)等），都可將共中心點反射波時距曲線看作雙曲線，用共同的方程來表示：

式中V為疊加速度。

對于不同的介質(zhì)結(jié)構(gòu),V就有具體的意義，對傾斜界面均勻介質(zhì)V

就是等效速度，對水平層狀介質(zhì)V就是均方根速度VR。

疊加速度的獲得動校正過程中選用不同的速度值Vi進行校正，其中某個Vi能使得雙曲線型的同相軸校正為直線，這時的Vi就是該同相軸對應(yīng)反射波的疊加速度。或者說使疊加效果最好的速度就是疊加速度?！俣确治龅幕A(chǔ)。構(gòu)造方程式V=f(Vi)水平單層

傾斜單層

水平多層

傾斜平行多層傾斜非平行多層用疊代射線追蹤方法不同介質(zhì)結(jié)構(gòu)所對應(yīng)的疊加速度v1疊加速度與其他速度的關(guān)系均勻水平地層：V=Vav=V1水平層狀地層：V=VR傾斜地層：V=Vφ=V/cosφ平行傾斜多層：V=VR/cosφ其它地層：利用射線追蹤等技術(shù)五、層速度穩(wěn)定沉積環(huán)境、巖性和巖相下的速度趨于穩(wěn)定的數(shù)值，稱為層速度Vn

。Vn所對應(yīng)的沉積地層具有一定的厚度，Vn數(shù)目遠小于實際地質(zhì)上分層數(shù)目。層速度的應(yīng)用：研究巖性、沉積相、孔隙流體性質(zhì)等。第三節(jié)測定速度的各種方法一、影響速度分析精度的因素：各種校正的隨機誤差表層速度分布不均勻地震波之間的干涉大傾角地層、復雜構(gòu)造觀測方式、觀測誤差二、測定速度的方法測定地震波傳播速度的方法基本上可分為以下幾類:（1）實驗室測定法（2）井中觀測法（3）時距曲線計算法（4）速度譜方法（5）速度剖面法對上述幾種速度的測定方法作簡要描述（一）實驗室測定基于巖石樣品的測定，關(guān)鍵是不要改變巖石樣品在采樣時的條件（溫度、壓力等），例如不能對巖樣烘干。（二）井中觀測方法1、地震測井（WellSurvey)WS野外觀測方法：用電纜將檢波器放入深井中，在井口附近激發(fā)地震波，記錄能量從震源傳播到檢波器的時間，每激發(fā)一次，就向上提升一次檢波器2、聲波測井（ContinuousVelocityLog)CVL將聲波探頭下到井里，然后邊向上提升，邊測量聲波時差，其倒數(shù)就是層速度。地震測井和聲波測井的比較WS與CVL的比較：共同點：均為獲取平均速度和層速度的有效方法不同點：使用波型不同（直達波、折射波）工作條件不同：炮檢距關(guān)系、震源方式、工作頻率工作效率：WS低，CVL高資料差異：WS：Vav精確，Vn較粗

CVL：Vn精確，Vav誤差大3、VSP（垂直地震剖面）地表激發(fā)，井中接收所有波場，分為零偏和非零偏VSP，經(jīng)過特殊處理可獲得速度信息。Tan-7Tan-4Tan-5Bota-4Yan-8Yan-7Yan-22Yan-11Yan-2Cha-21Cha-23（三）速度譜方法利用速度譜方法求取疊加速度是目前生產(chǎn)單位提取速度參數(shù)的重要手段。對道集內(nèi)某個反射波同相軸用不同的速度進行動校正并分析校正后的疊加效果，其中疊加效果最好的那個速度就是該反射波的疊加速度。具體實現(xiàn)時有疊加速度譜和相關(guān)速度譜。目的：求取記錄的最佳疊加速度資料；檢查多次疊加剖面的質(zhì)量；發(fā)現(xiàn)多次波以便消除它；幫助綜合地質(zhì)解釋；提供層速度資料進而研究巖性變化、尋找地層或巖性圈閉等。起始t0值

起始V0→V計算動校正量Δtx,v

用Δtx,v作動校正，再疊加得ΦvV>Vmax?

V＋ΔV→V得到該t0值的Φv～V曲線

t0+Δt→t0

t0>Tmax?

得到一張Φv～t0速度譜

是是否否速度譜的獲得實際資料的速度譜

（四）速度剖面法這種方法基于波阻抗反演的基礎(chǔ)上，即對地震記錄做反褶積處理，再把反射系數(shù)剖面換算為波阻抗剖面，消除密度參數(shù)便得到速度剖面，用于速度的區(qū)域分布研究。PIVT速度剖面

波阻抗反演剖面第四節(jié)各種速度之間的關(guān)系1、平均速度小于均方根速度。2、由疊加速度計算均方根速度：水平層狀介質(zhì)的疊加速度就是均方根速度。界面傾斜時，疊加速度是等效速度Vφ，此時疊加速度作傾角校正后，得到均方根速度：3、由均方根速度計算層速度（Dix公式