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1、1地震地质模型 本章包括： 地震地质模型的概念 理想弹性介质、塑性介质、粘滞性介质 （非）均匀介质、各向同性（异性）介质 层状介质、连续介质 单相、双相介质 1 1 地震地质模型 1.1 地震地质模型的概念 地震勘探中研究的两个重要内容:地震波(人工激发的 扰动)及传播扰动的介质。传播扰动的介质就是地质 体，在地质体中传播的扰动就是地震波。 地下地质体的岩石成分、物理性质和空间分布是千变 万化的。因此，必须把复杂的地质体简化成理想的弹 性介质，但又不失其一般的特征。 若简化可行,则地震波可视为弹性波。 弹性波在弹性介质中传播时，既与波自身的特性有关 ，也与地下地质体的弹性特征有关。 2 1 地
2、震地质模型 1.2 地震地质模型基本分类 从实际地质介质的性质、结构、成分、形状等 出发，在不同的假设条件下，建立不同的地震地 质模型，使问题简化。 理想弹性介质、粘弹性介质和塑性介质 各向同性介质、各向异性介质、均匀介质 层状介质和连续介质 单相介质和双相介质 3 1 地震地质模型 1.2.1 理想弹性介质、粘弹性介质和塑性介质 1、理想弹性介质 n弹性及弹性极限: 任何一种固体在受到外力作用后 ，它的质点就会发生体积大小和形状的变化（统称 形变），外力消失后，由于阻碍物体形变的内力作 用，固体能够恢复原来的形状，这就是弹性。大部 分物体在一定限度内都具有弹性性质。 n当外力消失后能立即完全
3、恢复为原来状态的物体就 称为理想弹性体或完全弹性体。 n当外力消失后不能完全恢复的物体称为塑性体。 n当外力消失后不是立即恢复原状，而是过一段时间 后才恢复原状的物体称为粘弹性介质。 4 弹性力学的研究内容: 理想弹性介质在外力作用下引起的形变(应变)、 内力（应力）分布以及它们之间的关系。 自然界大部分物体，在外力作用下，既可显 示弹性也可显示为塑性，这与物体所处的状 态（如温度、压力）有关，更重要的条件是 作用力的大小和时间的长短。 作用力小且短，大部分固体可近似看成理想弹性 体。 作用力大且延续时间长，则多数固体显示出塑性 ，甚至破碎。（如下图所示） 1 地震地质模型 5 曲线在第一象限
4、表示拉伸 ，第三象限表示挤压。 当应力 从变到 时， 该介质显示为弹性形变（ ），应力与应变基本是线 性的。 当应力在 时，介质处于塑性形变（ ）。 应力超过 时，介 质被破坏。 1 地震地质模型 6 在地震勘探中，震源附近易形成破碎带。因为震源（ 外力）的作用较大。 向外逐渐扩展变成塑性带。 远离震源处，介质受力作用变的很小（位移小于1mm) ，且作用时间短（小于100ms)。因此，在地震波传播 的范围内，绝大多数岩石可近似看成理想弹性体。 事实上，很多物体在弹性极限内也会有轻微的塑性形 变，但可理想化，忽略不计。 基于理想弹性介质的假设前提对固体弹性力学许多问 题的讨论是至关重要的。 1
5、地震地质模型 7 1 地震地质模型 8 1 地震地质模型 2、粘弹性介质 n理想弹性介质模型可以从一定精度范围内满足实际 地质体的要求。但是实际工作中所获得的似正弦状 地震记录与经典弹性理论所预言的规则脉冲地震记 录存在巨大的差异。即理想弹性介质模型很多时候 不能解释实际问题。 n地震波在实际岩石中传播时，地层介质对地震波有 吸收作用，吸收了激发脉冲波的高频成分，从而使 地震波的能量发生了损耗。因此，实际的岩石既有 弹性又有象粘性流体那样的粘性，即实际的地质体 可以近似地视为粘弹性体或粘弹性介质。 9 1 地震地质模型 1.2.2 各向同性介质、各向异性介质、均匀介质 n 凡介质的弹性性质与空
6、间方向无关的介质称为各向同性介 质。反之则称为各向异性介质。 n 岩石弹性性质的方向取决于组成岩石的矿物质点的空间方 向特性、矿物质点排列结构和岩石成分。 n 矿物质点的方向性由矿物结晶体的结构决定，一般地，矿 物晶体的粒度远远小于地震波长，因此，由晶体引起的各 向异性可被忽略， n 引起介质各向异性的主要因素是矿物质点的排列结构和岩 石成分。 10 介质的各向异性，对于裂隙的研究具有很重要的意义。 各向异性介质的类型有很多种，在地震波长范围内，最典型的 有三种： 横向各向同性（六角对称）：在垂直一个轴的方向具有相同的 弹性特征；但在平行于该轴的方向上弹性特征却不同。观测到 的横向各向同向有两
7、种：薄层各向异性（对称轴接近于垂直方 向），方位各向异性（对称轴接近水平方向）。需要5个独立 的弹性模量。层状介质和平行的裂隙带趋于形成横向各向同性 介质。 正交各向异性：等价于薄层各向异性加方位各向异性。它的产 生是在水平薄层介质上出现垂直方向的裂隙带。需要9个独立 的弹性模量。 单向斜交各向异性：在薄层各向异性的介质内加上单斜的裂隙 各向异性。需要13个独立的弹性模量。 1 地震地质模型 11 n 介质的均匀性与非均匀性取决于弹性性质随空间的分 布，特别是波速的空间分布。 n 在一个物体内部，任选两个基本单元，若这两个单元 的性质（如密度、速度、应力、应变等）完全相同， 则该物体是均匀的。
8、反之就是不均匀的。 n 均匀弹性体是指弹性性质（波速）不随空间坐标的变 化而变化，是常数。 n 反之，若弹性性质（波速）随空间坐标的变化而变化 的介质为非均匀介质。 1 地震地质模型 12 1 地震地质模型 注意： 均匀和各向同性是两个不同的概念。均匀性是属于整体 的属性，而各向同性是属于局部的属性。 均匀介质不一定是各向同性介质，而各向同性介质一般 是均匀的。（例如均匀的木材，在顺木纹和垂直木纹方 向上其性质是不同的） 在地震勘探中，宏观上，大部分沉积岩都是由均匀分布 的矿物质点集合体组成，如砂岩、页岩、灰岩等，因此 ，在一个局部的范围内可以把沉积岩近似地看成是各向 同性介质。 然而，也正是
9、由于这样的简化，使地震勘探出现了多解 性 13 1 地震地质模型 1.2.3 层状介质和连续介质 u 在非均匀介质中，将性质相同的点连成一个区域，这样 ，整个非均匀介质就可以分为若干个区域，在每一个区域 内，可以看成是均匀的。 u不同弹性区域之间的分界面（平面或曲面）称为界面或弹 性分界面。 u如果非均匀介质的物理性质呈层状分布，则这样的介质就 称为层状介质。 u层状介质模型可以模拟实际的地质模型，弹性分界面常常 就是地质（岩性分界面）。 u层状介质模型已经成为地震勘探中常用的物理模型。 14 1.1 地震地质模型 u 当层状介质的层数无限增加，每层的厚度无 限减小时，层状介质就可以视为连续介
10、质。 u 实际问题中，常常存在多套不同的地层，而 每一套内又由沉积旋回比较明显的薄岩层组成 ，各薄层的性质有所差异。 u 因此，我们常常把每一套地层又看成是层状 介质，而在其内部又看成是连续介质。 u这就是地震勘探中常说的连续层状介质模型。 15 1.1 地震地质模型 1.2.4 单相介质和多相介质 对介质，如果只考虑单一的岩相，如砂岩相、页岩 相等，则这样的介质称为单相介质。 实际上，地下的岩石一般由两部分组成。一部分是构 成岩石的骨架（称为基质），另一部分是充填在岩石 空隙中的各种流体或固体，如含油砂岩等。 波穿过岩石基质的速度和穿过岩石孔隙中流体的速度 是不一样的。对弹性参数-波速来说，含油砂体 相当于有两种“岩相”物质组成，这种岩石为双相或 多相介质。如图1-2所示。 研究多相介质具有更多的实际意义。 16 双相介质物理模型可以用岩石基质和孔隙度 填充物组成的一系列平行平面系统来表示。 1.1 地震地质模型 17 作业 什么是均匀介质、各向同（异）性介质？ 什么是层状、连续介质？ 物体在什么情况下可以视为刚体、弹性体、 塑性体？ 什么是粘弹性介质？ 什么是单相（或双相）介质？ 18
