1、地震地層學地震地層學 主 講 人： 劉 震 任課單位：資源與信息學院 2007 年 3 月地質工程專業地質工程專業20042004級專業課級專業課 （第八次課）地震波的速度是地震勘探中最重要的一個地震波的速度是地震勘探中最重要的一個參數，同時也是地震地層解釋中最重要的一參數，同時也是地震地層解釋中最重要的一個參數。個參數。從實質上講，各種（大多數）地震技術的從實質上講，各種（大多數）地震技術的核心任務（主要目標），在誕生初期，幾乎核心任務（主要目標），在誕生初期，幾乎都是圍繞著地層速度的勘測在進行。都是圍繞著地層速度的勘測在進行。從另一方面看，地震反射資料無非是地層從另一方面看，地震反射資料無

2、非是地層界面之間波阻抗差的反映。界面之間波阻抗差的反映。 第四章第四章 地震速度巖性分析地震速度巖性分析 一、一、 巖石彈性常數的影響巖石彈性常數的影響 根據根據“均勻的完全彈性介質中彈性波的波動方程均勻的完全彈性介質中彈性波的波動方程”可以知道，地可以知道，地震縱波與橫波在介質中傳播的速度與介質的彈性常數之間存在下震縱波與橫波在介質中傳播的速度與介質的彈性常數之間存在下述關系：述關系：第一節第一節 地震波傳播速度的影響因素地震波傳播速度的影響因素 第四章第四章 地震速度巖性分析地震速度巖性分析 2(1)(1)(1 2 )pEV2(1)sEV式中、是拉梅系數；是介質的密度；是楊氏模量；是泊松比

3、。式中、是拉梅系數；是介質的密度；是楊氏模量；是泊松比。它們都是說明介質的彈性性質的參數它們都是說明介質的彈性性質的參數。比相對于密度增加了，比相對于密度增加了，增加的級次較高。增加的級次較高。 2(1)(1)(1 2 )pEV2(1)sEV一、一、 巖石彈性常數的影響巖石彈性常數的影響二、巖性的影響二、巖性的影響 第一節第一節 地震波傳播速度的影響因素地震波傳播速度的影響因素 巖石類型 速度（米/秒） 沉積巖 15006000 花崗巖 45006500 玄武巖 45008500 變質巖 35006500沉積巖的波速沉積巖的波速 巖巖 石石 類類 型型 速度（米速度（米/ /秒）秒） 礫巖碎屑

4、（干砂）礫巖碎屑（干砂） 200800 砂質粘土砂質粘土 300900 濕濕 砂砂 600800 粘粘 土土 12002500 疏松砂巖疏松砂巖 15002500 致密砂巖致密砂巖 18004000 泥質頁巖泥質頁巖 27004100 石灰巖、致密灰巖石灰巖、致密灰巖 25006100 石膏、無水石膏石膏、無水石膏 35004500 泥灰巖泥灰巖 20003500 巖巖 鹽鹽 42005500 冰冰 31003600二、巖性的影響二、巖性的影響 除了波動方程導出的嚴格公式外，已經可以肯定，除了波動方程導出的嚴格公式外，已經可以肯定，速度與密度的關系近似為線性關系，隨著密度的增速度與密度的關系近

5、似為線性關系，隨著密度的增加，速度也會增加。另外，國外對大量巖石樣品做加，速度也會增加。另外，國外對大量巖石樣品做了物性研究后，提出經驗公式（了物性研究后，提出經驗公式（GardnerGardner公式）：公式）： 三、密度的影響三、密度的影響 4Va140.31V但是，速度與密度的關系隨地區的不同而有差異，但是，速度與密度的關系隨地區的不同而有差異，在每個地區應該存在一定的關系在每個地區應該存在一定的關系 大量實際資料表明，在巖石性質和地質年代大量實際資料表明，在巖石性質和地質年代相同的條件下，地震波的速度隨巖石埋藏深相同的條件下，地震波的速度隨巖石埋藏深度的增加而增大，其原因主要是埋深控制

6、地度的增加而增大，其原因主要是埋深控制地層壓實程度的高低。層壓實程度的高低。一般地，存在如下公式：一般地，存在如下公式： 四、與埋深的關系四、與埋深的關系 0( )CZV ZV e在相同埋深條件下，地質年代增加時，因塑在相同埋深條件下，地質年代增加時，因塑性介質的蠕變，造成壓實程度增高，進而速性介質的蠕變，造成壓實程度增高，進而速度升高。度升高。 五、與地質年代的關系五、與地質年代的關系 時間平均方程時間平均方程六、與孔隙度和流體成分的關系六、與孔隙度和流體成分的關系 11fmVVV 油、氣、水等流體的速度很小，尤其是氣。油、氣、水等流體的速度很小，尤其是氣。5000/mVm s6(1600/

7、fVm s鹽水）(1300/fVm s油）(300 400/fVm s氣）七、溫度和壓力的影響七、溫度和壓力的影響 溫度升高，速度減小；溫度升高，速度減小； 壓力增大，速度減小。壓力增大，速度減小。 八、控制地層速度的四種微觀因素八、控制地層速度的四種微觀因素 1. 1. 顆粒礦物成分（石英、長石、巖屑等）顆粒礦物成分（石英、長石、巖屑等） 2. 2. 孔隙度孔隙度 3. 3. 孔隙流體成分孔隙流體成分 4. 4. 孔隙充填膠結物成分孔隙充填膠結物成分 一組水平層狀介質中某一層以上介質的平均速度一組水平層狀介質中某一層以上介質的平均速度就是地震波就是地震波垂直穿過垂直穿過該層以上各層的該層以上

8、各層的層厚度層厚度與總與總的傳播的傳播時間時間之比。之比。 一、平均速度一、平均速度 1 1、定義、定義 第二節第二節 主要地震速度的概念主要地震速度的概念 2 2、地層模型、地層模型 水平層狀介質水平層狀介質（平均速度）（平均速度）一、平均速度一、平均速度 3 3、數學模型、數學模型11niia VniiihVhV地震波傳播時真正遵循的是地震波傳播時真正遵循的是“沿最小時間路程傳播沿最小時間路程傳播”第二種定義所做的第二種定義所做的“波波直線直線傳播是沿著傳播是沿著最短路程最短路程”在非均勻介質中（如層狀介質），最小時間路程將在非均勻介質中（如層狀介質），最小時間路程將 不是直線而是折線。不

9、是直線而是折線。一、平均速度一、平均速度 4 4、第二種定義、第二種定義也可以定義為：也可以定義為：“在水平層狀介質中，波沿直線在水平層狀介質中，波沿直線傳播所走過的總路程與所需總時間之比。傳播所走過的總路程與所需總時間之比。” 在均勻介質、水平界面情況下反射波的時距曲線是在均勻介質、水平界面情況下反射波的時距曲線是一條雙曲線，即：一條雙曲線，即： 二、均方根速度二、均方根速度 22202XttV式中式中 是雙程垂直反射時間，是雙程垂直反射時間， 是接收點與激發是接收點與激發點距離，點距離， 是在是在 處接收到反射波的時間。處接收到反射波的時間。 0tXtX第二節第二節 主要地震速度的概念主要

10、地震速度的概念如果有一水平界面，覆蓋介質是不均勻的，地震波總如果有一水平界面，覆蓋介質是不均勻的，地震波總是遵循費馬原理，故反射波時距曲線就是遵循費馬原理，故反射波時距曲線就不是雙曲線不是雙曲線。但是，如果近似地把它看成雙曲線來處理，將有較大但是，如果近似地把它看成雙曲線來處理，將有較大的意義。因為在生產中進行動校正時，不管介質是否的意義。因為在生產中進行動校正時，不管介質是否均勻，都采用雙曲線公式計算動校正量。均勻，都采用雙曲線公式計算動校正量。二、均方根速度二、均方根速度 1 1、定義、定義 均方根速度的概念正是在這種思路中產生的，即把不均方根速度的概念正是在這種思路中產生的，即把不是雙曲

11、線關系的時距方程化簡為雙曲線關系時引入的是雙曲線關系的時距方程化簡為雙曲線關系時引入的一個速度概念。一個速度概念。 二、均方根速度二、均方根速度 2 2、地層模型、地層模型 水平層狀介質水平層狀介質 44222402420(1)4QRRRVXVttXVVt 22202XttV均勻介質、水平界面均勻介質、水平界面二、均方根速度二、均方根速度 3 3、數學模型、數學模型 對于水平層狀介質，可以推導出下式對于水平層狀介質，可以推導出下式： 44222402420(1)4QRRRVXVttXVVt 其中，其中， 2121niiiRniit VVt4141niiiQniit VVt在一定的近似條件下，可

12、以把等高次項略去，便得到形式上在一定的近似條件下，可以把等高次項略去，便得到形式上與均勻覆蓋介質情況下完全一樣的雙曲線型時距曲線方程。與均勻覆蓋介質情況下完全一樣的雙曲線型時距曲線方程。可見，就相當于均勻介質情況下的波速可見，就相當于均勻介質情況下的波速： 22202RXttV11niiiRniit VVt水平層狀介質的水平層狀介質的均方根速度為均方根速度為 二、均方根速度二、均方根速度 4 4、第二種定義、第二種定義 或定義：或定義：“把水平層狀介質情況下的反射波時距把水平層狀介質情況下的反射波時距曲線近似當作雙曲線，求出的波速就是這一水平曲線近似當作雙曲線，求出的波速就是這一水平層狀介質的

13、均方根速度。層狀介質的均方根速度。 44222402420(1)4QRRRVXVttXVVt 水平層狀介質水平層狀介質均勻介質均勻介質水平界面水平界面22202XttV22202RXttV簡化為簡化為 1 1、定義、定義三、等效速度三、等效速度 對于傾斜界面、均勻覆蓋介質情況下的共中心點時距曲線方對于傾斜界面、均勻覆蓋介質情況下的共中心點時距曲線方程為：程為：222022cosXttV為界面傾角，為界面傾角， 為介質速度，如果引入為介質速度，如果引入 速度，則速度，則 VVcosVV稱作傾斜界面、均勻介質情況下的等效速度稱作傾斜界面、均勻介質情況下的等效速度 V第二節第二節 主要地震速度的概念

14、主要地震速度的概念 2 2、地層模型、地層模型三、等效速度三、等效速度 傾斜界面、均勻介質傾斜界面、均勻介質 模型模型 3 3、數學模型、數學模型cosVV四、疊加速度 在一般情況下，都可將共中心點反射波時距曲線看在一般情況下，都可將共中心點反射波時距曲線看作雙曲線，可用一個共同的式子表示：作雙曲線，可用一個共同的式子表示： 1、定義、定義22202XttV 稱為疊加速度稱為疊加速度 V第二節第二節 主要地震速度的概念主要地震速度的概念（1 1）對于傾斜界面、均勻介質時：）對于傾斜界面、均勻介質時：（2 2）對于水平層狀介質時：）對于水平層狀介質時： 四、疊加速度 2、地層模型、地層模型適合于

15、各種地層模型情況適合于各種地層模型情況 3、數學模型、數學模型VVRVV22202XttV四、疊加速度 4 4、第二種定義、第二種定義通過計算疊加速度譜（通過計算疊加速度譜（速度分析速度分析）求取的速度就是）求取的速度就是 疊加速度。疊加速度。即對一組共反射點道集上的某個同相軸，利用即對一組共反射點道集上的某個同相軸，利用雙曲雙曲 線公式線公式選用一系列不同速度的計算各道的動校正量，選用一系列不同速度的計算各道的動校正量， 對道集內各道進行對道集內各道進行動校正動校正，當取某一個能把同相軸，當取某一個能把同相軸 校成水平直線時，將校成水平直線時，將得到最好的疊加效果得到最好的疊加效果，則這個，

16、則這個 就是這條同相軸對應的反射波的就是這條同相軸對應的反射波的疊加速度疊加速度。 五、射線平均速度射線平均速度 第二節第二節 主要地震速度的概念主要地震速度的概念地震波在均勻介質中傳播時，沿不同射線路徑有不地震波在均勻介質中傳播時，沿不同射線路徑有不同的傳播速度。把地震波沿某一條射線傳播所走的同的傳播速度。把地震波沿某一條射線傳播所走的總路程長度除以所需的時間叫做沿這條射線的射線總路程長度除以所需的時間叫做沿這條射線的射線平均速度。平均速度。 1、定義、定義對于水平層狀介質情況，對于水平層狀介質情況， 有有 五、射線平均速度射線平均速度 2、數學模型、數學模型2212211( , )1nii

17、iniiiihp VsV p thtVp V其中，其中， 為射線參數。為射線參數。 p射線平均速度比上面談到的平均速度、均方根速度射線平均速度比上面談到的平均速度、均方根速度等都更精確地描述波在介質中傳播的情況。等都更精確地描述波在介質中傳播的情況。 在地震勘探中把某一速度層的波速叫做這一層在地震勘探中把某一速度層的波速叫做這一層的層速度的層速度。速度層速度層指地層剖面上從淺到深按速度差異所劃指地層剖面上從淺到深按速度差異所劃分的一系列層段。分的一系列層段。 六、層速度層速度 第二節第二節 主要地震速度的概念主要地震速度的概念1 1、定義、定義 單個巖層的速度單個巖層的速度 以上幾種速度都反映

18、地震波在所有各層中總以上幾種速度都反映地震波在所有各層中總 的傳播情況，但并不反映單個巖層的速度。的傳播情況，但并不反映單個巖層的速度。六、層速度層速度 2 2、地層模型、地層模型第四章第四章 地震速度巖性分析地震速度巖性分析 第三節第三節 主要地震速度之間的關系主要地震速度之間的關系 一、平均速度與均方根速度一、平均速度與均方根速度iiAVit VVt2iiRit VVt一般地一般地 RaVVV平均速度的測量方法：平均速度的測量方法： （1 1） 聲波測井法（聲波測井法（ACAC曲線積分法）曲線積分法） 00( )HTt h dh0()aVHHVt h dh（2 2） 地震測井法（地震測井法（VSPVSP法）法）高精度平均速度高精度平均速度 iViDVT一、平均速度與均方根速度一、平均速度與均方根速度第三節第三節 主要地震速度之間的關系主要地震速度之間的關系 二、疊加速度與均方根