地震講義1教材

地震地質(zhì)綜合解釋

前言1、地震地質(zhì)解釋的核心是什么？2、地震勘探發(fā)展的現(xiàn)狀與前景及其制約因素。3、地震地質(zhì)解釋的基本內(nèi)容：

（1）地震地質(zhì)解釋在構(gòu)造方面的應(yīng)用（盆地與構(gòu)造樣式分析）（2）地震地質(zhì)解釋在沉積方面的應(yīng)用（地震地層與層序地層）（3）地震地質(zhì)解釋開發(fā)方面的應(yīng)用（油藏描述與油氣動態(tài)檢測）第一章地震資料解釋基礎(chǔ)1.1地震波的基本特征

1.1.1波的類型1.1.2地震波的特征1.1.3地震波的性質(zhì)1.1地震波的基本特征

1.1.1波的類型

地震波可分為入射波、反射波、直達(dá)波、透射波、折射波、滑行波等幾種（圖1-1）。

與勘探有關(guān)的幾種地震波1）地震波的特性：入射波的振幅和分界面兩邊介質(zhì)的波阻抗有如下關(guān)系：Ar==ρ2V2–ρ1V1Aiρ2V2+ρ1V1ρ1V1表示反射界面上介質(zhì)的密度和速度；ρ2V2

表示反射界面下介質(zhì)的密度和速度；分界面兩邊各介質(zhì)密度和速度乘積ρ2V2

、ρ2V2叫波阻抗；比值A(chǔ)r/Ai叫做波從介質(zhì)入射到分界面時界面的反射系數(shù)

R。由上式可以得到以下幾點重要的認(rèn)識：

2）反射波形成的條件:

當(dāng)界面波阻抗相等時只有透射波而無反射波,只有當(dāng)界面波阻抗不等時才能產(chǎn)生反射波。3）反射波強(qiáng)度:

波阻抗差越大，反射系數(shù)越大，反射波能量越強(qiáng)；反射波的強(qiáng)度不僅隨波阻抗差增大而增強(qiáng)，還隨波阻抗之和的增加而減弱。淺層反射界面與深層反射界面具有相同的波阻抗差時，深層反射界面反射系數(shù)相對變小，反射波強(qiáng)度減弱。4）反射極性:

當(dāng)反射界面下介質(zhì)波阻抗(Z2)大于入射介質(zhì)波阻抗(Z1)時，R>0，反射波與入射波的相位相同，稱為正極性反射；當(dāng)Z2<Z1時，R<0，反射波與入射波相位相反，相位差180°，稱為負(fù)極性反射。

地震波極性顯示1.1.2

地震波的特征1、地震波的性質(zhì)

1）周期性的，具脈沖性質(zhì)的振動波，沒有固定的頻率、穩(wěn)定振幅、和連續(xù)振動。2）波剖面

在波動這種復(fù)雜的運(yùn)動過程中，介質(zhì)中無數(shù)個質(zhì)點都在振動，地震波在傳播過程中，介質(zhì)中各質(zhì)點之間的振動是有相位差的，某一時刻各質(zhì)點的位移是不同的，即位移μ=f(x)。即同一時刻各振動質(zhì)點位移所構(gòu)成的圖形，稱為波部面或波形圖。橫坐標(biāo)表示質(zhì)點的平衡位置，縱坐標(biāo)表示給定時刻振動質(zhì)點的位移量，則各點位移分布所構(gòu)成的曲線就是該時刻的波形曲線或波剖面(圖1-3)。圖1-3波剖面表示波長的示意圖3）振動曲線

波在傳播過程中，質(zhì)點只是繞著平衡位置振動。對于介質(zhì)中任一固定點振動的位移μ=f(t)，把這種反映一個質(zhì)點在振動過程中位移隨時間變化的情形，叫質(zhì)點的振動圖形(圖1-4)。地震勘探中、地震波從激發(fā)到地面接收反射波最長時間約為5秒鐘，這種延續(xù)時間短、稱為非周期的脈沖振動。一般用視振幅，視周期和視頻率來描述它。圖1-4非周期振動與地震記錄視振幅:質(zhì)點離開平衡位置的最大位移(圖1-4)，振幅大小與能量有關(guān),波動理論證明振動能量的大小與振幅平方成正比。視周期:兩個相鄰極大點或極小點之間的時間間隔，記為T*，T*表示質(zhì)點從極大點經(jīng)過極小點再回到極大點完成一次振動所需的時間。

視頻率:表示質(zhì)點每秒鐘內(nèi)振動的次數(shù)，記為f*，以“Hz”或周/秒為單位。T*與f*互為倒數(shù)。視頻率越高、波的視波長越短1．2地震剖面特點與處理流程簡介1.2.1地震剖面的一般概念

來自同一反射波記錄上的同相組軸通過一系列的校正處理后形成地震記錄,能直觀的反映地下界面形態(tài)。

1、地震剖面的類型隨著地震巖性勘探和烴類檢測技術(shù)的發(fā)展，還有多種剖面，如速度剖面（迭加速度剖面，均方根速度剖面層、速度剖面等）三瞬剖面（瞬時振幅、瞬時頻率和瞬時相位剖面）保持相對振幅剖面（亮點剖面）、反射系數(shù)剖面，波阻抗剖面和合成速度剖面等。這些資料在構(gòu)造解釋中很少用。

Abcde圖1－5時間剖面顯示的四種形式.波形曲線；b.變面積；c.變密度；d.波形加變面積；2、時間剖面的顯示3、時間剖面的特點

時間剖面由圖頭和記錄兩部分組成。

圖頭部分：位于剖面圖的起始部位，用以說明剖面的工區(qū)，測線號、起止樁號、剖面性質(zhì)、野外施工參數(shù)和處理方法與流程，其顯示內(nèi)容由方法人員提出。

記錄部分：是時間部面的主要部份。橫坐標(biāo)代表共中心點迭加道的位置，一般用CDP點號和相應(yīng)的測線椿號表示?？v坐標(biāo)垂直向下，代表反射時間，以秒為單位。記錄波形的最大振幅一般控制在10mm。1.2.2地震資料處理流程簡介1、地震資料數(shù)字處理流程2、水平迭加剖面的處理流程1.2.2地震資料處理流程簡介

地震資料數(shù)字處理流程可分為三大部分：1）首先把數(shù)字磁帶記錄上的地震信息輸入到

計算機(jī)里。2）在計算機(jī)里對輸入的地震信息進(jìn)行各種

整理（如數(shù)據(jù)重排、動靜校正）和各種

處理（如各種疊加和濾波處理等）。3）成果資料的顯示，即把處理的成果輸出并

以各種表格、曲線或剖面圖、平面圖的

形式顯示出來供解釋用。2、水平迭加剖面的處理流程圖1-7時間剖面的形成1.3偏移現(xiàn)象和偏移歸位

1.3.1時間剖面的偏移現(xiàn)象

1.3.2

偏移迭加原理

1.3.3

偏移疊加、疊加偏移和

疊前偏移

1.3.4二維偏移和三維偏移

1.3.1時間剖面的偏移現(xiàn)象

當(dāng)界面水平時，對水平界面的原始記錄經(jīng)過動校正后，把波形畫在爆炸點與接受點之間的一半位置，即共中心點位置的正下方，反射同相軸所反映的界面段位置與真實界面的空間位置是基本相符的。當(dāng)界面傾斜時，實際上反射點并不在接收點的正下方。如圖1--8所示，仍然按水平界面時的情況進(jìn)行動校正和共中心點顯示，水平位置在BE的傾斜界面段（圖1-8a），在對應(yīng)的水平迭加剖面上，同相軸水平位置卻在AD處（圖1-8b）,向下傾方向偏移。反射界面傾角越大，這種偏移現(xiàn)象越嚴(yán)重。(a)(b)圖1—8傾斜界面同相軸向下傾方向偏移界面段的水平位置是BE

水平疊加剖面上同相軸的水平位置是AD圖1--9水平迭加剖面與時間偏移剖面的比較（ａ）水平迭加剖面，（ｂ）深度剖面，（ｃ）時間偏移剖面

圖1--10偏移疊加原理示意圖(1)（ａ）傾斜界面時的共中心點道集；（ｂ）傾斜界面時的激發(fā)點接收點位置1.3.2

偏移迭加原理為了保證得到來自R點的反射，可以估算相應(yīng)的觀察點S’1的位置。當(dāng)激發(fā)點位于界面下傾方向時，有：

MS1’=X–L=h/(2Lsinφ+h).L

按這個距離來布置接收點SI。在實際生產(chǎn)中事先不知道h和ф，因而很難實現(xiàn)。

設(shè)在同一測線上的許點(O1,O2……OJ……OP）激發(fā)，每一炮又在許多點（SJ1,SJ2……Sji……Sjn）（下標(biāo)中第一字母表示炮號，第二字母表示道號）接收。在界面段上任選一反射點M（圖1--11），在排列足夠長，接收點足夠密的條件下，則在附近每一炮中總會有一道記錄下M點的反射波信息。圖1--11偏移疊加原理示意圖(2)(a)對每一炮總有一道記錄下來自M的反射波

(b)當(dāng)覆蓋次數(shù)是P時，總能找到P道滿足以M點為共反射點條件

如何找出每一炮中以M點為反射點的地震信息進(jìn)行疊加？具體做法是：

對某一炮點Oi，根據(jù)M點的X、H坐標(biāo)及相應(yīng)的速度值V（H），計算地震波從O1經(jīng)M點到SJ1接收點的旅行時tj1，按這個時間值在SJ1道上選取相應(yīng)的振幅；再計算地震波從Oj經(jīng)M點到SJ1的旅行時間，按這個時間值在SJ1道上選取相應(yīng)的振幅值；……直到SJn.對每一炮的每一道都這樣做。

設(shè)覆蓋次數(shù)是P，每炮有N道，則可選出N*P個振幅值，最后把它們加起來(求代數(shù)和)。這樣做法盡管界面在M點處的傾角預(yù)先并不知道，但所有炮中滿足以M點為共反射點條件的P個同相的振幅值，必然無遺漏地被選出來并疊加在一起，因而疊加結(jié)果會出現(xiàn)一個較大的數(shù)值（正或負(fù)值）。與此同時也把許多道不符合共反射點條件的隨機(jī)振幅值值（共有N×P-P個）也疊加到一起，疊加結(jié)果會互相抵銷而接近于零。如果M點不是一個反射點，按上述方法從各炮選取的是不同相的隨機(jī)振幅值，疊加結(jié)果不會出現(xiàn)較大的數(shù)值。這就是射線偏移法,又叫掃描法。

在解析幾何中知道，如果平面內(nèi)一個動點到兩個定點的距離之和等于定長，那末，這個動點的軌跡就是一個橢圓。也就是說，與反射波T對應(yīng)的反射點的可能位置，必然位于以O(shè)j和SJI為焦點，以L／2為長半軸的橢圓上。在水平疊加時，不管界面傾角如何，動校正后的反射時間都一律畫在Oj和SJI之間中點的正下方，這在界面水平時是正確的，當(dāng)反射波是來自一段傾斜界面上的M點時，這種做法就錯誤地把M點畫到M‘點的位置了（圖1-12）。圖1-12反射點位置的軌跡示意圖進(jìn)行偏移疊加，不僅能實現(xiàn)真正反射點疊加，也能同時正確地定出反射點的真實位置。因為用掃描法實現(xiàn)偏移疊加時，是對X－H平面按ΔX、Δh劃分的方格網(wǎng)上（圖1--12）每一點M（X、H）都進(jìn)行計算的，只要劃分得足夠細(xì)，總可以在所要求的精度上反映反射點的全部可能位置。如果反射點的位置是在M點，只有當(dāng)對M點進(jìn)行計算時，才會在多次（P次）覆蓋的每一炮都能找到一道以M點為共反射點道，總共能取到P個同相的有效振幅值，疊加后得到較大的數(shù)值。

當(dāng)對這個橢圓上的其它點（如M’，M’’……）進(jìn)行計算時，雖然也能對Oj這一炮在SJI道上取到一個振幅值，但因為M’，M’’…等不是真正的反射點，因而在各炮中就不可能找到P個同相的振幅值，而只能找到P個不同相的隨機(jī)振幅值，其疊加的結(jié)果應(yīng)該接近于零。也就是說，對橢圓上的各點都用真正共反射點疊加辦法計算后，只可能在反射點M（X，H）上出現(xiàn)大的數(shù)值。

這就是偏移疊加能同時實現(xiàn)真正的共反射點疊加以及確定反射點的真實位置的簡單原理。不難理解，偏移疊加也能使繞射波收斂到真正的繞射點位置上；能使回轉(zhuǎn)波歸位，恢復(fù)凹界面的真實形態(tài)；

在進(jìn)行偏移疊加時，還要進(jìn)行參數(shù)選擇，如速度、掃描范圍的選擇等。需要指出的這種偏移疊加技術(shù)存在的主要缺點是剖面上有“畫弧”現(xiàn)象，深層尤其嚴(yán)重。因為偏移過程中，把一些強(qiáng)的干擾或者所謂“野值”（個別特大振幅值）擴(kuò)散到一個圓弧上，由于它不是隨機(jī)干擾，疊加時并不能抵銷，因而產(chǎn)生畫弧現(xiàn)象，這對解釋深層資料不利。1.3.3偏移疊加、疊加偏移和疊前偏移

實現(xiàn)偏移最理想的辦法是用多次覆蓋的原始記錄直接進(jìn)行偏移疊加，這既可實現(xiàn)真正共反射點疊加，又實現(xiàn)了偏移。這類方法稱為偏移疊加或疊前偏移。但這樣做處理的數(shù)據(jù)量太大，成本高，在生產(chǎn)實際應(yīng)用受到一定限制。目前大多采用疊后偏移或疊加偏移辦法，即先對多次復(fù)蓋資料進(jìn)行水平疊加，得到相當(dāng)于自激自收的水平疊加剖面，然后用水平疊加剖面再作偏移。這種辦法可以使工作量大大減小。(例如對n次復(fù)蓋剖面，工作量大約只是疊前偏移的1/n)。

缺點是在界面傾斜的情況下：（1）不是真正共反射點疊加，降低了分辨能力。（2）不能提供真正的共反射點道集作為原始資料，供研究振幅隨炮檢距變化等（AVO）問題使用。（3）共中心點疊加有傾角濾波作用。當(dāng)?shù)兰瘍?nèi)存在兩條傾角不同t0接近的同相軸時，只能選取一個V0(t0)進(jìn)行動較正，這樣只突出一條同相軸、必然壓制另一條同相軸，疊加后再偏移，被壓制的同相軸無法恢復(fù)（不利于儲層細(xì)節(jié)變化研究）。（4）對于情況3，速度譜上同一個t0的兩個能量團(tuán)會連一起，不好解釋，降低了分辨力。1.3.4二維偏移和三維偏移

地下地質(zhì)體是一個三維的實體，要得到地下三維地質(zhì)體的真實形態(tài)，必須進(jìn)行三維面積觀測和三維的偏移疊加?？梢韵胂?，真正的三維偏移工作量是十分巨大的。

利用一條測線觀測得到原始數(shù)據(jù)進(jìn)行偏移處理，是一種二維偏移。二維偏移全部信息都是來自過此剖面的垂直平面內(nèi)時，才能取得好的偏移效果，即只有當(dāng)?shù)叵聵?gòu)造是一個二維平面，測線垂直二維平面走向，時得到的原始信息進(jìn)行二維偏移才是正確的。

真正的全三維偏移，其工作量太大，成本太高，到目前為止，在實際生產(chǎn)工作中還很少使用。

比較實用的做法是兩步法三維偏移。

兩步法三維偏移過程

是先進(jìn)行一個方向的二維偏移，即對每條測線進(jìn)行二維偏移，把各條繞射雙曲線的能量送到

A、B、C、D等點上去；然后再垂直于這些測線的方向上抽道，組成一條測線，作二維偏移，把A、B、C、D的能量集中到P點。兩次偏移結(jié)果近似等于三維偏移。

一般來說，在常速介質(zhì)中兩步法三維偏移與全三維偏移效果是一致的，不產(chǎn)生任何誤差。當(dāng)介質(zhì)速度變化時，兩步法三維偏移將產(chǎn)生誤差，這種誤差隨著速度變化強(qiáng)烈程度的增大而增大。這是進(jìn)行三維資料解釋時要注意的。

理論上講，在兩條二維時間剖面交點處

t0時間是相等的，剖面的交點可以閉合。由投影可知兩條相交測線共反射點在其反射軌跡的相交位置上，但不一定在測線交點的正下方，界面傾角越大，二者偏離越遠(yuǎn)（圖1—13）。在圖1—13中測線AB和CD的交點O接收到的都是來自R點的反射(自激自收情況)，在這兩條測線的水平疊加剖面上，分別把反射顯示在0點正下方的P點、Q點，沿OP、OQ的旅行時都等于沿OR的旅行時，能夠閉合。

圖1-13

界面傾角時，兩條相交測線在交點處，二維偏移剖面不閉合的原因示意圖

考慮到全偏移疊加工作量太大，又不能提供共反射點道集等可用于提取各種有關(guān)反射波參數(shù)的中間結(jié)果；而疊加偏移降低了剖面精度。最近幾年提出了疊前部分偏移的方法，俗稱疊前偏移。目前應(yīng)用較多的疊前部分偏移方法是先進(jìn)行傾角時差校正(DMO)，再作共中心點疊加，最后作疊后偏移。傾角時差校正的基本思路就是把地震波旅行時中與傾角有關(guān)的時差校正掉，相當(dāng)于得到一個水平界面的情況。每道都經(jīng)過這樣處理再進(jìn)行疊加，這就比沒有預(yù)先進(jìn)行傾角時差校正疊加效果更好。不同傾角的同相軸都可以得到加強(qiáng)，實現(xiàn)真正的共反射點疊加。

地震勘探的分辨能力

1.4.1子波的概念、

1.4.2地震子波與分辯能力的關(guān)系

1.4.3垂直分辨率

1.4.4水平分辨率

1.4.1子波的概念

在信號分析領(lǐng)域中把具有確定的起始時間和有限能量的信號稱為子波。在地震勘探領(lǐng)域中子波通常指的是由1至1個半到2個周期組成的地震脈沖。由于大地濾波器的作用，尖脈沖變成了頻率較低，具有一定延續(xù)時間的波形，稱為地震子波b(t)圖1-14

地震子波的形成圖1-15幾種子波能量分布、波形和相位的關(guān)系

最小相位子波，有時稱為前載子波，能量集中在前端；大多數(shù)脈沖地震震源產(chǎn)生的原始脈沖是接近最小相位的，因此，地震子波一般是最小相位（最小延遲）子波。

最大相位子波則能量主要集中在尾部。

零相位子波能量集中在中間，且波形對稱。1、4、2地震子波與分辨能力的關(guān)系1、子波的分辨能力主要決定于子波的頻帶寬度。當(dāng)子波的相位數(shù)一定時，頻率越高，子波的延續(xù)時間越短，分辨能力越高。應(yīng)當(dāng)明確，脈沖的尖銳程度，主要決定于頻帶寬度，而不只是頻率成分的高低。

圖1-16子波主頻、頻帶寬度與延續(xù)時間的關(guān)系

（a）是一個寬頻帶零相位子波及其頻譜示意圖，其延續(xù)時間比較短。（b）、（c）是一個低頻、窄頻帶的零相位子，主頻與（a）相同，但頻帶窄，延續(xù)時間比（a）長。延續(xù)時間是一樣的。圖（c）的子波主頻雖然比圖（a）的子波高，因圖(c)子波的頻帶比圖（a）的窄，其子波的延續(xù)時間比圖（a）長。

2、零相位子波的優(yōu)點主要表現(xiàn)在：

（1）在相同的帶寬的條件下，零相位子波的旁瓣比最小相位子波的小，能量集中在較窄的時間范圍內(nèi)，分辨率高。

(2)零相位子波的脈沖反射時間出現(xiàn)在零相位子波峰值處，最小相位子波的脈沖反射時間出現(xiàn)在子波起跳處，后者的計時不準(zhǔn)確。

(3)試驗分析表明零相位子波比最小相位子波更具有分開薄層的能力。并且零相子波在同相軸計時、明確鑒別反射極性方面也更優(yōu)越。1、4、3地震分辨率

分為垂直分辨率和水平分辨率

垂直分辨率指在縱向上能分辨巖層的最小厚度；

橫向分辨率指在橫向上確定地質(zhì)體（如斷層點、類滅點）位置和邊界的精確程度。

假定地震脈沖或地震子波的延續(xù)時間為Δｔ，通過地層頂，底界面的雙程旅行間隔時間為Δτ（Δτ＝2Δh/v），此時反射波出現(xiàn)兩種情況：1、當(dāng)巖層較厚地震子波的延續(xù)時小于穿越巖層的往返時，即Δτ>Δt時，同一點接收到來自界面R1和R2的兩個反射波是可以分開，形成兩個保留各自波形特征的單波（圖1-17）。圖1-17地震厚度大于地震子波延續(xù)時間的波形2、當(dāng)巖層較薄地震子波的延續(xù)時大于穿越巖層的往返時，即Δτ<Δt時，來自相距很近的各反射界面的地震子波傳播到地面一個接收點時將不能分開。在接收點S上收到的是來自R1,R2,R3…..界面的地震子波相互疊加的結(jié)果反射波，形成復(fù)波（圖1-18）。

圖1-18地震厚度小于地震子波延續(xù)時間的波形

地震記錄上看到的一個反射波并不是來自一個界面的反射波，而是來自一組靠得很近界面的許多地震反射子波疊加的結(jié)果。因此，地震記錄上的一個反射波組也就并不嚴(yán)格地對應(yīng)于地層柱狀圖某一地層分界面。

在這樣一組靠得很近的界面中，必然有起主要作用的界面。只要這些薄層厚度和巖性在一定的區(qū)段內(nèi)相對是穩(wěn)定的，則來自這組界面的許多地震反射子波的相互關(guān)系（振幅的差別，到達(dá)時間的差別等）也應(yīng)當(dāng)是相對穩(wěn)定的。其疊加的結(jié)果地震反射波組特征（相位個數(shù)，強(qiáng)度）也具有某些相對穩(wěn)定的性質(zhì)。地震記錄上的波和波組與地下巖層界面之間的既有聯(lián)系又有差別的關(guān)系。

如果用地震波的波長λ與地層厚度Δｈ來確定縱向分辨率，當(dāng)?shù)卣鹱硬ǖ难永m(xù)時ΔT為n個周期時，則有：Δτ>Δt或2Δh/v>nλ/v消去V則:2Δh>nλ/2(n=1,Δh=λ/2)

由此可知，分辨地層的厚度與地震脈沖的周數(shù)有關(guān)。當(dāng)?shù)卣鹱硬ǖ难永m(xù)時間為一個周期時（n=1）,可分辨的地層厚度為半個波長（Δh＝λ/2）。

Widess（1973）設(shè)計了楔形地層的模型，用來研究反射波形隨地層厚度的變化（圖1-19）。，當(dāng)?shù)貙拥暮穸却笥诎雮€波長時，頂、底界面是可識別的。當(dāng)?shù)貙雍穸融吔?/4波長時，頂?shù)捉缑娣瓷洳ㄏ嚅L干涉，出現(xiàn)調(diào)諧現(xiàn)象，振幅變得最強(qiáng)；當(dāng)?shù)貙雍穸认?/8波長趨近時，波形變化很微弱，甚至消失。圖1-19楔形地層的地震響應(yīng)1、4、4水平分辨率水平分辨率也叫橫向分辨率，是指地震在橫向上能分辨地質(zhì)體的最小寬度。按物理地震學(xué)的觀點，地面觀測點得到的地震反射不是地下界面某特定點的響應(yīng)，而是反射“點