地震波动力学

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1、第三章 地震波动力学 第一节 地震波的频谱分析 第二节 地震波的能量分析 第三节 地震记录的分辨率 地震波动力学 地震波动力学：研究地震波在运动状态 中的能量、波形、频谱等特征及其变化 规律的一门学科，它是地震资料地层、 岩性解释的基础。 实质：动力学特征与地层结构、岩石性 质、流体性质等有较好的内在联系。 目的：研究地层、岩性、沉积、圈闭甚 至直接检测油气。 第一节 地震波的频谱分析 一、频谱的概念 1、频谱: 组成一个复杂振动的各个谐振 动分量的特性与其频率关系的总和称为 该振动的频谱，包括振幅谱和相位谱。 一个复杂的振动信号，可以看成是由许 多简谐分量叠加而成；这些简谐分量及 其各自的振

2、幅、频率和初相，就叫做复 杂振动的频谱。 2、频谱分析的数学工具 傅立叶变换（分析）：满足一定条件 的一个任意周期函数可以展成傅立叶级 数，即展成许多谐振动函数的和。 谐振动：具有一定的初始振幅、相位和 频率的振动。 单个的地震子波可以看作是一个谐振动 每一道上的地震记录（由无数个地震子 波组成）可以看成一个复杂振动。 二、地震波频谱资料的获得 1、知道时间函数的具体形式 f(t)，可以 直接用付氏变换公式计算频谱F() 二、地震波频谱资料的获得 2、知道信号的图形，但不知道具体的函 数关系。 1）模拟方法：把波形变成一个连续的电 信号，用频谱分析仪进行频谱分析。 2）数字磁带方法：把记录到的

3、离散化的 地震信号（振幅值），利用离散付氏变 换或快速付氏变换（FFT），在数字计算 机上计算出地震信号的频谱。 三、描述频谱的参数 1、主频：频谱曲线极 大值所对应的频率 （ 0）称为频谱的 主频。 2、频宽（带宽）：振 幅谱等于最大值的 0.707倍处的两个频 率值之间的宽度。 = 2- 1 四、地震波频谱特征及其应用 1、各种地震波的频谱特征 与地震勘探有关的一些波的频谱特点 面波频率低（10-30Hz）； 反射波主频（30-50Hz）； 深层反射频率更低； 声波频率较高，大于100Hz； 工业交流电，50Hz左右窄带； 2、影响频谱的因素 1）激发条件对地震波频谱有影响：药量 大，频谱

4、向低频方向移动；岩石致密，频 谱向高频方向移动； 2）不同类型反射波频谱有差异：同一界 面的反射纵波比反射横波频率较高；其原 因主要是横波的高频成分被吸收严重； 3）相同类型反射波随传播距离增加频率 降低 。 ； 3、频谱资料在地震勘探中的应用 分析有效波和干扰波在频谱上的差 异指导设计地震仪、选择处理参数 和野外工作方法； 地震波的频谱资料中含有地层、岩 性及含油气性信息，可以用来指导 地震资料的地质解释。 实际应用 利用主频的高低判别地层岩性的厚 薄；（薄互层的反射波主频相对岩性相 同的厚层较高，随着厚度的增加反射频 率会渐渐降低） 利用频谱的差异划分岩性 利用主频的变化来检测含油气性。储

5、 层含油气后其主频通常会变小。 第二节 地震波的能量分析 一、研究振幅的意义 采集方面：激发强的有效波，压制干扰 波，记录真振幅； 处理上：保持真振幅，使振幅能更好地 与界面上下的岩性结合起来。 解释上：构造解释，地层、岩性解释的 基础；波的对比、追踪的依据；划分岩 性、薄层厚度及其纵横向变化、寻找油 气的标志。 二、影响反射波振幅的因素 1、激发条件。含水砂岩或粘土中激发 ；低速带以下激发；增大药量（但不 可太大）。激发因素对地震波的影响 是一个常数因子。 2、波前扩散。作为球面波的地震波在 介质中传播时，地震波的振幅与传播 距离或反射时间成反比，波前扩散因 子与传播时间有关。 二、影响反射

6、波振幅的因素 3、吸收衰减：介质的非完全弹性引起地 震波的衰减。由均匀的非完全弹性介质 所产生的吸收作用将使地震波的振幅随 着传播距离的增大呈指数衰减。 岩石吸收系数10 (1/m) 花岗岩 0.21 0.32 玄武岩 0.21 0.41 石灰岩 0.04 0.366 砂岩 0.71 1.77 页岩0.68 单位距离内振 幅的衰减率 二、影响反射波振幅的因素 4、界面的反射系数 由界面上下波阻抗 差定义的反射系数是影响振幅的主要因 素，反射系数越大，反射波的振幅越强 。由地质因素引起的这个因素是地震地 质解释的主要原理。 5、中间界面的透射损失 理论上，反射 波的能量加上透射波的能量应与入射波

7、 的能量相等，反射波的能量不可能与入 射波的能量相等。通常把透射的能量相 对反射能量来说，看成是损失。 二、影响反射波振幅的因素 6、反射界面形态。当地下界面向上凹时， 反射波的能量将会集中、振幅增强；而当 地下界面向上凸时，反射波的能量将会分 散、形成散射、振幅减弱。 7、接收条件 指检波器类型和组合方式、 记录仪的频率特性等。这些因素对一道或 一张记录来说是相同的也即为常数因子 入射角的变化、岩相的变化、波的干涉、各种噪 声的干扰及处理因素等均对振幅有影响。 影响反射波振幅的因素总结 在前述的众多影响因素中，有些因素可 以进行补偿消除影响，如扩散、吸收； 有些是常数因子，如激发、接收条件；

8、 其它的影响因素来自地下地质现象的 ，是我们所需要的。 反射系数-波阻抗变化、岩性；透射损 失-了解深层；入射角的变化-AVO技 术；岩相变化振幅横向的变化指示了 岩性、岩相变化。 总 结 地震波运动学：时间、空间 地震波动力学：能量、频率、波形及其变 化 地震波的频谱分析：频谱及频谱分析、频 谱的特点及其影响因素、频谱的应用等 地震波的能量分析：研究振幅的意义、振 幅的影响因素 第三节 地震勘探的分辨能力 一、分辨能力及其意义 地震勘探的分辨能力： 为了更细致地研究地下地质情况，要求地 震勘探的分辨能力越高越好。（ 越 小越好），我们弄清楚影响分辨能力的各 种因素，就有可能通过各种办法提高分

9、辨 能力 。 二、垂直分辨率（垂向分辨能力） 1、表示方法： 设地震子波延续时间为 ，垂直通过地层的双层时间为 ，可以 用比较 和 的办法来表示垂向分辨能力。 可以用地震波的波长 和地层厚度 来表示垂直分辨能力。 当 时，在地震记录上可以分辨出这个地层上下界面的反 射波。当 时子波较尖锐， 延续短 2、n=2(这种情况是常见的)，要能分辨 厚 地层，有 3、n=3(这种情况是少见的)，要能分辨应 有： 即：从时间分辨能力的观点，子波视周期 不同，相应的薄层定义也不同。 根据地震不同视周期数可以导出以上三式 的关系。 影响地震记录分辨能力的因素很多。 2、影响因素 影响 的主要因素 ：震源特性。

10、大地滤波 ，记录仪器特性等。 影响 的因素：主要是地层的波速 v，和 地层厚度 （ ）在同一种岩层中， 利用横波勘探对于同一种岩层， 可以分辨的厚度就更小些。即：可以提高垂 向分辨能力。这也是横波法所具有的优点之 一。 针对这些因素，可以选择合适的激发条件， 使地震波具有较高的频率。 在资料处理中，采用反褶积方法，压缩地震 延续时间等等。 还要指出，勘探深层总是比较困难的，部 分原因是深层的波速 V大，地震会到深层频 率也明显降低，因此，相同厚度的地层， 在浅部可以分辨，在深处不一定能分辨。 三、水平方向的分辨能力 水平分辨率从几何观点来看，地震波沿射 线传播，地面上一点只收到地上面上一个 点

11、的反射，那么，分辨率是极高的。 从物理地震学的观点，地震波的一个波动 ，在地面上一点可以接收到地下许多点来 的绕射波。 当炮炸激发地震后，地面上收到的是来自某 一范围内绕射子波迭加的结果，则水平方向 的分辨力就是该范围的大小，再小就无法分 辨。 如图： 在O点自激自收，到达O点最快的是来自界面上 点的绕射波，界面上在 两侧的绕射子波到达O点 的时间要依次稍晚一些，离开 点一定距离的点， 若它产生的绕射波与 产生的绕射波，到达O点时 差达到半个周期，就不能起相互加强的作用。 若在界面上 点两侧的C， 点产生的绕射 子波与 点产生的绕射子波到达O点的时差 为T/2，则认为C， 以内的点产生的绕射子

12、 波在O点是加强的，C， 以外的点产生的 绕射波在O点不再相互加强，我们以O为圆 心， 为半径画圆，则：在反射界面上画 出的范围（圆内包括的界面段 ），叫 做产生的波在界面上的（第一）菲涅尔带 。 菲涅尔带： 即：O点自激自收接收到 的反射，实际上 是来自界面上 范围内所有的点。 小于这个范围的地质体在时间剖面上是不 可能准确地分辨出来。 菲涅尔带半径：（用波长表示） 所以：C点比 的反射到达地面晚T/2. T/2的时间为双倍CD路程行走的时间。 其中，D与 在同一等相位面上。 菲涅尔半径： 如果h ,略去 项 实际的勘探精度与上述结论是相当符合的。 对于埋深h=2000米，对断棱分辨力的理论

13、 值为150200米。 在我国东辛油田，在具有复杂断块的160平 方公里范围内，地震资料共划分了184个断 块，绝大部分小于1平方公里，最小的是0.1 平方公里（即：300300米左右），这也是 目前反射波法一 般所能达到的精度。 如图是用横向延伸，长短不一的四种砂岩 体的理论模型，很好地证明了菲涅尔带大 小的意义，从图上看到，小于菲涅尔带的 地体的反射，类似于点绕射，振幅也比长 于菲涅尔带的反射振幅要小。 横向分辨率的结论 地面上一个观测点上的反射实际上是来 自地下界面一个带（菲涅尔带）的； 菲涅尔带随深度的增加、频率的降低而 增大； 实际剖面上，断点及岩性变化的棱点上 ，反射波不会突然消失， 地震记录上确定的地下断点、尖灭点的 平面位置，必然存在有合理的误差。 2、实际的地质效应 地震记录上的反射波就不可能与钻井分层 界面严格对应；所以，一般用某套地震上 的反射层相当于某套地层或岩性来表示。 如果某组（段）地层或岩性横向上在一定 地段或地区相对稳定，则来自该组若干个 界面上的地震子波间相互叠加结果（振幅 、时间等）表现在地震记录上也应该是相 对稳定的。 我国陆相碎屑岩沉积盆地地层沉积的特点 符合地震记录上干涉叠加的特点。