石油开采-地震勘探.ppt

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1、,第五章：地震波的速度,地震波的用途:,设计多次覆盖野外观系统，确定检波器组合形式等，要知道有效波的干扰波的速。,计算动、静校正时要知道叠加速度,设计滤波器要知道视速度,偏移叠加要知道偏移速度,3.资料解释中的应用:,(1)时-深转换（把时间剖面转成深度剖面）,2.资料处理中的应用:,1.野外采集中的应用:,（3）根据速度资料辨别波的性质：如：多次波（低速异常）、绕射波（高速异常）、折射波、面波、声波。,（4）利用速度资料，计算空校量板和绕射图板，进行偏移归位。,（6）利用速度纵向和横向变化规律，研究地层沉积特征和沉积模式。,上此可见速度资料对地震勘探的各个环节都会产生打响，而最终都影响到解释

2、成果的精度，提取分析和利用速度资料，也是地震解释工作的一个重要组成部分。,（7）利用层速度资料，直接划分地层和岩性，进行烃类检测。,目 录,第一节 地震波在岩层中的传播速度,第二节 几种速度概念,第四节 迭加速度的求取,第三节 平均速度测定,第五节 各种速度之间的关系及一些相互换算公式,第一节 地震波在岩层中的传播速度,理论研究和大量资料表明，地震波在岩层中的传播速度和岩层的性质，如弹性常数，岩石成分，密度，埋藏深度，地质年代，孔隙度等因素有关，下面分别介绍一下它们之间的关系。,由于目前地震勘探中主要利用纵波，本章在谈到波速时，都指纵波速度。,地震纵波、横波在介质中传播速度与弹性常数之间有如下

3、定量关系。,、拉梅系数，介质密度，杨式模量，泊松比，都是说明介质的弹性性质的参数。,因为,在大多数情况下，。的大小和岩石的成分、结构有关，随着岩石的密度增加，比增加的级次较高，所以当、。同一介质中，纵波、横波速度比。,岩性是影响地震波速度最明显的因素。,一种岩石的速度具有一定的分布范围,速度分布范围互相重叠（多解性）,利用速度识别砂岩、页岩（成为可能）,纵横波速度比能反映岩性。纵横波速度比不同则泊松比不同，不同的泊松比对应不同的岩性,岩石的密度、速度与岩石的岩性有直接的联系,11,各类岩石的波速,沉积岩速度密切依赖于孔隙度的充满於隙中的物质。,多数变质岩的地震波速度变化范围比较大。,一般火成岩

4、的地震波速度的变化范围比变质岩和沉积岩小，且火成岩地震波速度的平均值比其它类型岩石要高。,沉积岩中的波速与岩石密度有密切关系。这种关系不是，公式中的反比关系。而是密度越大，速度越大。,我们主要讨论沉积岩的速度问题。,经验表明:,根据大量资料，有时还可以把与表示成一种近似的线性关系。,对某些石灰岩和砂页岩来说，这种关系可表示成方程式,式中：单位是km/s，单位是g/cm。,11,通过对大量岩石样品进行研究，发现地震纵波与岩性密度（完全充水饱和体积密度）之间，存在着良好的定量关系。,如图经验公式理论曲线和测定的与的关系曲线。从图中可看出公式对于砂岩、泥岩、石灰岩、白云岩等比较适用。,可用加德纳（G

5、ardner)公式表示：,：米/秒，：克/厘米,经验公式具体的反映了与之间的关系，为参数之间的换算提供了方便。如：在计算人工合成地震记录时，如果以知，没有密度参数，就可利用这些公式进行换算。,X（t）=b（t）*R（t）,R（t）=,许多实际观测资料表明，同样深度、成分相似的岩石，当地质年代不同时，波速也不同，即：年老的岩石比年青的岩石具有较高的速度。,速度与构造运动的关系，在不同地区有不同的表现。,在强烈褶皱地区，V增大，在隆起的构造顶部，V降低。,地震波在岩层中的传播速度V随地质过程中的构造作用力的增强而增大。而且，V与压力之间有一定的关系。,一般说：,即：速度随压力的增加而增加。此外，压

6、力的方向不同，地震波沿不同方向传播的速度也就不同,h，所受地层压力大。,大量实际资料表明，在岩石性质和地质年代相同的条件下，V随岩石埋藏深度的增加而增大。,主要原因：,V=2103（ZR）1/6,经验公式：,如果没速度资料，可由地层埋深z和电阻率R计算V。,速度V：米/秒,深度Z：（米）,电阻率R：欧姆米，由电测井资料得到,速度与深度常用的三种模型（速度随深度变化）,1：V（Z）=V0（1+Z）=V0+KZ,2：V（Z）=V0（1+Z）1/2,3：V（Z）=V0（1+Z）1/3,研究表明，岩石空隙中含油或气或水时，岩石的波速会发生变化，=导致在界面的反射波振幅的变化。,在大多数沉积岩中，岩石的

7、实际速度石油岩石基质的速度、空隙率、充满空隙的流体速度等因素来决定。,可用一个简单的关系式来表示:,时间平均（Villey)方程,V：岩层的实际速度,Vf：波在空隙流体中的速度,Vr：岩石基质的速度,：岩石的空隙率,岩石空隙中只有油、气或水一种流体，并且流体压力与岩石压力相等。,公式适用条件：,由公式看出：,当=0，V=Vr，=100%，V=Vf,当流体压力降低，流体压力这项的百分比影响就变小，当流体压力接近大气压时，其影响变的最小。,在实际条件下，时间平均方程必须用一个压差调节系数C加以修正。,总之，由于地震波在油、气、水等流体中的传播速度比在岩石基质中的速度小，因而岩石空隙中含有流体时，使

8、岩石的速度降低。,当岩石压力为4.13107帕斯卡，流体压力等于岩石压力的一半时，C值约为0.85.,试验资料表明：在很宽的频率范围内，纵波与横波的速度与频率无关。说明，纵波与横波不存在频散现象(与面波不同）。,速度随温度可能有微小的变化，每升高100减少56%。,速度在剖面上成层分布,沉积岩的基本特点之一是成层分布。在各层中波传播的速度是不同的。因此，速度在剖面上的成层分布，就成为沉积岩的基本特点，这一点恰恰是使用地震勘探的有利前提。,速度变化具有方向性,速度在垂直方向上随深度增加而增大，在横向上受地质构造和沉积岩性的控制，在水平方向上也发生变化。,速度存在垂直梯度,速度随深度的增加而增大，

9、但不是单调的，即速度变化的梯度（变化率）随深度增加而递减。,分区性,在不同地区，由于沉积环境不同和岩性变化，速度在平面内的分布具有分区分带的特点。,第二节 几种速度概念,27,说明：,一组水平层状介质中，某一界面以上介质的平均速度是地震波垂直入射到该界面所走的总路程与所用总时间之比。,定义：,Hi，vi：每一层的厚度和速度,现在从另一角度来讨论 的含义。,如图：,ln,水平层状介质，点激发，点接收，并假设波按最短路程传播。,波从入射到第层的点时，是直线，*是相对于的虚震源，*也是一直线，*，波走过总路程相当于O*S，入射角为。,即：,把 定义为：在水平层状介质中，波沿直线传播所走过的总路程与所

10、需总时间之比。,实质上，地震波传播遵循是“沿最短时间路程传播”。在层状介质中，最短时间路程是折线而不是直线。,注意：,平均速度的引入是对实际介质结构的近似简化。,不符合“费玛”原理，但用一定的用途,地震波传播遵循“费马原理”，“沿所需时间最短路径传播”。在均匀介质中，所需时间最短路径是直线。,水平界面：均匀介质反射波时距曲线是一条双曲线，方程为,式子意义：,如果一条时距曲线的方程可以写成这样的形式，即表示波以常速传播，波速等于式中项的分母的平方根。,引入速度，按这个思路把有关方程化为：,t=t+形式，从x2项的分母中找出。,对于水平层状介质，在点激发，点接收为：,hi,vi,用射线参数p表示的

11、水平层状介质时距曲线参数方程:,水平层状介质反射波时距线（见书P47)。,36,则,求 的思路：,式中：,可将这个参数方程展成幂级数,对于n层水平层状介质，当满足下列关系时：,是n层中最大的层速度,将 表达式作幂级数展开得：,两边平方,同理,：各小层的速度,：各层的垂直时间(双程),：称为n层水平层状介质的均方根速度,均方根速度的定义：,把水平层状介质情况下的反射波时距曲线近似当作双曲线，求出的波速就是这一水平层状介质的均方根速度。,均方根速度的意义：代表了该速度的计算过程,把各层速度值的平“方”按时间取其加权平“均”值，再取平方“根”。,方,均,根,当 时，连续介质反射波时距曲线方程：,对于

12、覆盖层为连续介质，只给出对应的基本公式。,在一定假设前提下，方程可写成,倾斜界面，共中心点时距曲线方程为：,：波速，h0：中心点处法线深度，：,倾角,上式改写成：,令,式中：,与均匀介质水平界面情况时距曲线一样。,叫做倾斜界面、均匀介质情况下的等效速度。,倾斜界面、共中心点道集叠加效果存在两个问题：,用 代替，倾斜界面共中心点时距曲线变成水平界面共中心点时距曲线。,即：用 按平界面动校正量公式，对倾斜界面共中心点道集进行校正，可以取得较好的叠加效果，没有剩余时差。,上式表明：,在一般情况下，（水平界面均匀介质、倾斜界面均匀介质、层状介质、连续介质）可将其共中心点反射波时距曲线看作双曲线，用一个

13、共同的式子来表示：,：叠加速度,50,对于不同的介质结构，意义不同。,水平界面均匀介质：,倾斜界面均匀介质：,水平层状介质：,叠加速度的含义：（从另一个角度来理解）,倾斜层状介质：,在实际的地震资料处理过程中，是通过计算速度谱来求取叠加速度的。,即：对一组共反射点道集上的某个同相轴，利用双曲线公式选用一系列不同速度 计算个道的动校正量，对道集内各道进行动校正。,当取某一个 能把同相轴校成水平直线（叠加效果最好）时，则这个 就是这条同相轴对应的反射波的叠加速度。,54,地震波在非均匀介质中传播时，沿不同的射线路径有不同的传播速度叫射线速度。,四、射线平均速度：,定义：,把地震波沿某一条射线传播所

14、走的总路程长度除以所需的时间叫波沿这条射线的射线平均速度（考虑了射线的偏折P213）。,55,真倾角、视倾角和测线方位角之间的关系（下册P34）,真倾角：倾斜界面与水平地面的夹角叫界面的真倾角（）。,视倾角：倾斜界面与水平地面上测线的夹角叫界面的视倾角（）。,方位角：倾斜界面的倾向在地面的投影线和测线的夹角叫方位角（）,说明：,56,真倾角、视倾角和方位角示意图：,57,D,第三节 平均速度测定,测定地震波传播速度的方法，基本上可分下面几类：,1.实验室测定法：根据岩石样品，在实验室内测定（这种方法在地震勘探中较少使用）。,2.井中观法：地震测井和连续过度测井，根据井中观测资料可以得到平均速度

15、和层速度的较准确的资料。（目前主要用VSP垂直地震剖面-Vertical Seismic Profile法）,3.时距曲线计算法：根据各种地震波时距曲线，通过计算求取速度资料(如直达波、折射波等）。,4.速度谱法：在数字处理中用共反射点道集资料计算速度谱以获取叠加速度。,5.速度剖面法（反演的方法）：将地震记录进行某种数学运算以获得地层波阻抗（速度和密度的积）进而获得层速度。,下面主要介绍地震测井方法求取平均速度,地震测井原理：是将测井检波器用电缆放入深井中，在井附近激发地震波，每激发一次，检波器隔一定距离向上提升一次，测井检波器记录下从井口到检波器深度处直达波的传播时间，检波器深度可由电缆长

16、度测得，这样，就可求出该深度以上各地层的平均速度。,地震测井是由钻井队，地震队和电测队共同协作完成，一般在深井完井前进行，在保证安全情况下，尽可能减小炮井到深井之间的距离。,为了保证所测平均速度的精度，一般设远近两个炮点，近炮点距深井50100米，炮井按扇形排列，远炮点距深井300500米，炮点按矩形排列，井距10米左右。,激发点布置：,注意：,当地层倾角较大时，炮点应布置在地层下倾方向，以防折射波的干扰，（在地层上倾方向放炮时，容易接收到折射波）,测井时，首先将检波器沉放到井底，从井底测起，测点间隔50米左右，在地层分界面附近适当加密测点，检波器在井中停留时间不能太长，以免出现泥浆固结卡住检

17、波器。,野外注意：,下井前检查检波器绝缘情况，计数表是否正常运转，丈量电缆是否准确，检波器极性是否接错等等。地震测井记录的是初至波。,如在某一需要停留较长时间，可以在该点附近上下活动检波器。测井资料的初步整理和分析必须在井场进行，在现场作出 垂直时距曲线，发现问题，及时补炮检查。,点激发，即在井底S点接发，炮井，炮井同深井的水平距离为。,每次检波器沉放深度 以及相应的记录下来的透过波传播时间。,则：,通过测井得到数据是（H、）,波由 点到 所用时间为，则波由 到 所用时间 为：,利用远炮点资料，计算波沿 方向传播的速度射线平均速度。,利用近炮点资料，由 式得。,一般，浅层 与 差别大；,通过对

18、地震测井资料的整理，可得出几种成果：,深层 与 相近（逐渐靠近）,1、利用上式求得 和，换算为（），把数据画在 坐标系中，得到 随 变化曲线。,3、当地层剖面的速度分层明显时，在垂直时距曲线上将表现为许多折线段组成，每一段斜率不同。,2、把 对应数据（点在）坐标系中，得到地震波沿垂直向下方向传播的距离与传播时间之间关系垂直时距曲线。,每一段折线反映了一种层速度的地层，折线的斜倒数就是这一地层的层速度，。,用地震测井求取的 和 是比较可靠的速度资料。,利用这一关系，求出各层的层速度后，可作出 曲线，反映层速度随深度变化的情况。,第四节 叠加速度的求取,叠加速度的概念在前面以做了介绍，本节主要简单

19、介绍一下用计算速度谱的方法求取叠加速度的基本原理。,对于水平界面：,共中心点反射波时距曲线可看成是一条双曲线 共中心点道集上有一个反射波同相轴，利用动校正量计算公式，计算出道集内各道的动校正量，对这个道集进行动校正，使双曲线形状的同相轴被校正成水平直线形状的同相轴。,动校正成水平直线形状的同相轴,动校正的正确与否，和速度的选择有很大的关系。,如果速度值选择正确，按,计算了的合适，动校正后的曲线变成水平直线。如果速度值选的不合适，动校正后，共反射点时距曲线就不是水平直线。,选用一系列不同的速度值对共反射点时距曲线进行校正，看选用哪一个速度值正好能把曲线校正成水平直线，则这个速度就是合适的叠加速度

20、。,速度谱分析原理：,怎样来判别曲线是否被校正成水平直线？,判别方法：,1.对于一组共反射点道集上的某一个反射同相轴，它的t0时间是t01。,计算共反射点道集的各道相关函数，用相关函数值的相对大小来判断是否同相。,计算叠加速度谱的过程（用叠加能量准则）,2.选一个较小的速度v1按 计算各道的动校正量，对各道进行动校正，然后计算道集上各道波的叠加能量，得v1。（如v1v，曲线向下弯，各道波形间存在相位差v1较小。）,计算叠加速度谱的过程（用叠加能量准则）,选,依次,3.对于一系列 出一组能量,把它们（,vi）画在v坐标系中，并把这些点（,vi）连成直线它就是这个反射波的速度谱曲线。,从v曲线上看

21、到，当时，值最大。即：时，把曲线校正成水平直线，是最合适的动校正速度（叠加速度）,还可看到：vm时,过小，校正后曲线向上弯曲，叠加能量也较小。,实际上，地震记录上来自不同界面的许多反射波，即有许多不同t0的同相轴。,上面是对道集的一个同相轴（t01）计算其速度谱步骤。,为了求出整张记录上曲线到深层所有各个反射波的叠加速度，（即求它们各条速度谱曲线）。,可把整张记录按一定的t0间隔(）划分许多时窗，（这些时窗以t0为中心，有一定的宽度（）。,沿一个个时窗来计算各道波形的叠加能量，通过这样的方法，对一张记录，计算出很多条速度谱曲线，（每条对应一个t0值），把这些曲线按t0的大小依次排列起来，就是一

22、张速度谱。,在速度谱曲线上，可确定出各t0的Vm值（一次波形成速度谱曲线的极大值）。把各t0的Vm连接起来，就可以确定出叠加速度随t0的变化曲线。,第五节 各种速度之间的关系及一些相互换算公式,Vav,VR,都是对介质模型作了不同简化。引入不同的假设后导出的速度概念。,为了比较它们之间的差别和精度，要找一个更精确的速度作为标准。我们引入射线平均速度Vp,VR可以作为标准。,地震波在非均匀介质中传播时，沿不同的射线路径有不同的传播速度叫射线速度。,射线平均速度：,定义：,把地震波沿某一条射线传播所走的总路程长度和所用的时间比值叫波沿这条射线的射线平均速度。,射线平均速度对每条射线都不一样。,所以

23、Vp即是地震波沿射线旅行时的函数（炮检距x），也是射线出射角0（或射线参数）的函数。,在水平层状介质中射线平均速度公式：,连续介质：,射线平均速度比Vav、VR更精确地描述了波在介质中的情况。所以在分析Vav,VR的精度时，用Vp作为一个比较的标准。,例题：以Vp为标准，分析Vav，和VR的特点。,在什么条件下，哪一种速度反映实际情况比较精确？,三个界面水平层状介质（R1,R2,R3）,计算R3界面以上的Vav,VR和以123等入射角入射的每条射线的射线平均速度,h1=1000mv1=3000m/s,h2=1000mv2=3000m/s,h3=1000mv3=3000m/s,已知,对应于：,透

24、射定律：,再求出,对一个,1=10：Vp=4310 x=1684米=0：Vp=4420 x=3977米=0：Vp=5450 x=27025米,由以上的计算，得出几点结论：,介质不均匀时，地震波沿不同射线传播的速度是不同的，射线平均速度Vp能较好地反映波沿不同射线传播情况不同这一特点。,对同一介质结构，炮检距越大，射线平均速度越大，炮检距继续增大时，Vp趋近于剖面中速度最高的层的速度。,因此，可用Vp作为衡量其它速度精度的标准。,Vav,VR是把层状介质看成某种假象的均匀介质，因此，对一种介质结构，只有一个Vav和一个VR。,又由于地震波在同一种介质结构中，沿不同射线传播，速度是不同的。,用同一

25、速度对道集中各道作动校正，严格说来，是不能完全校正准确的，炮检距x越大，误差越大。,说明：,例子中结论：Vav VR,证明：,Vav VR（对连续介质情况进行证明，更有一般性，书写方便）,速度：,Vav,速度是传播时间t的函数 v=v(t),102,证明：,在水平层状介质中，由不等式,令,所以：,将上式两边除以,，由于为大于零的实数,103,上式左边即为平均速度的方平，右边为均方根速度的平方。平均速度和均方根速度皆为大于零的实数，因此有：,则,T：单程垂直传播时间,由许瓦兹（Schwarz)不等式有：,取：f(t)=1,g(t)=v(t)（二者均非负），a=0,b=T。,即:,由模型计算Vav

26、,VR,VP三者之间有如图所示的关系。,当x增大到某一值，VRVP。,当x=0时VP=Vav x=0，Vav比VR精度高。,即：在跑检距为某一数值附近，VR精度较高。X在继续增大，VR与VP差别也逐渐增大，VR误差也将很大。此时，Vav,VR均不准确。,当x时，VP。,VP趋近于高层的层速度。,Vav与VR的优缺点：,Vav能较好地描述跑检距为零的情况，在设计井深，时深转换，要用Vav。,随着x,VR比Vav准确。当x过大时，VR的精度也要降低，总的来说，它毕竟可以代替大多数。,VR时比较精确的速度资料，目前，VR是由V进行换算求得。,下面具体看一看如何由V求VR。（最重要的是准确校正）,水平

27、层状介质，VVR。（叠加速度就是均方根速度）,二、由叠加速度V计算均方根速度VR(VVR),即：，VVR,倾斜界面，覆盖层为均匀介质。,此时：V,作倾角校正。（求倾角）,在只有时间剖面的情况，可用时间剖面上同相轴的一些参数来表示Cos。,如图：,深度剖面上：,时间剖面上：,112,反射波振幅的大小决定于 反射界面反射系数绝对值的大小，极性的正负决定于 反 射系数的正或负，到达时间的先后决定于 反射界面的深度和速度。,：是这条同相轴对应的均方根速度，是A,B两个道上这条同相轴的时差,界面倾斜，覆盖层为连续介质。,不能用 式校正,当 时，导出倾角校正系数,考虑到式太复杂，并根据对计算结果的分析，提

28、出一个经验公式：,在利用 计算 时，主要是进行倾角校正。,即：一个地层剖面由浅到深一般可分为几个速度层，各层之间在波速上存在明显差别。层速度的定义：在地震勘探中把某一速度层的波速叫做这一层的层速度。,1.层速度沉积岩中速度分布规律特点之一是速度在剖面上的成层分布。,2.由 计算,本章第三节一讲过，通过地震测井可得到层速度，精度高。但是测井资料毕竟还是很少的。,讨论：,利用地震资料由速度谱求出,有n层水平层状介质，各层 每小层内单程垂直传播时间。,由第一层到第n层的均方根速度,：第一层到第n层的t0,第一层到第n-1层的 均方根速度,又,这就是利用 求层速度的Dix公式。,Dix公式,当已知第n层、第n-1层的均方根速度，及这两层的t0时间，利用上式求出第n层的层速度。,各种介质结构情况下，各种速度的计算公式及相互换算公式,各种速度的计算公式、换算公式。,1.层状介质,2.连续介质,由,时的 自己看书。,讨论：与 之间换算。,1）层状介质：,2）连续介质,已知：求,已知：求,利用此公式，已知,时，由VR求Vav,