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1、地球物理系 王永刚,地震波速度,地球物理勘探,课 程 内 容,第1章 绪论 第2章 地震波运动学理论 第3章 地震资料采集方法与技术 第4章 地震波速度 第5章 地震资料解释的理论基础 第6章 地震资料构造解释,第4章 地震波速度,第一节 影响速度的因素分析第二节 各种速度概念 第三节 速度的测定方法 第四节 各种速度间的转换关系,第三节 速度的测定方法,一、实验室测定方法二、时距曲线分析方法三、井孔测定方法四、速度谱方法求取叠加速度五、速度反演方法求取层速度,第三节 速度的测定方法,在测定或提取速度信息过程中，经常会受到种种因素的影响，如观测系统和观测方式、道集记录本身的信噪比、表层速度分布
2、异常、波的干涉、地层倾斜或构造复杂化、介质的非均匀性等。 速度信息的应用，在地震勘探的各个环节都十分广泛，如野外观测系统设计时需要速度来确定具体的采集参数；地震资料数字处理过程中的动校正、水平叠加需要叠加速度，偏移归位需要偏移速度，深度偏移需要速度模型或速度场；在地震资料的解释过程中，平均速度主要用于时深转换，以便于制作合成地震记录和绘制深度构造图；层速度信息主要用于地层、岩性解释，也可用于储层参数、含油性预测。,测定地震波传播速度的方法基本上可分为以下几类:（1）实验室测定法 （2）时距曲线计算法（3）井孔测定方法 （4）速度谱方法 （5）速度反演方法对上述几种速度的测定方法作简要描述。,第
3、三节 速度的测定方法,第三节 速度的测定方法,一、实验室测定方法 随着烃类检测、油藏描述、开发地震等方法和技术的发展，在实验室进行的岩石、矿物的物性研究也有长足的发展，已逐步形成地质学科的一个重要分支岩石物理学(petrophysics)。岩石的物理性质差异是地球物理勘探的基础，而储层岩性、物性和充填其中的流体性质的空间变化，会造成地震反射波波速、振幅、频率等众多地震属性的相应变化，了解它们并设法测试和研究它们，这对地球物理资料的地质解释起着十分重要的指导作用。,第三节 速度的测定方法,目前，油气勘探和开发中的岩石物性研究需要解决的问题包括： 由于重力、磁法勘探的仪器精度有了很大的提高，为了对
4、高精度重磁资料进行解释，需要研究各类岩石的密度、磁性差异，还要研究各类岩石物性的水平、垂直方向变化及区域性、局部性变化的规律与特征； 为了更好地对电法勘探和测井资料进行解释，需要研究岩石的电导率及电磁波在岩石中的传播规律和特点； 随着储层地震学或开发地震学的发展，为了更好地对高分辨率、多波多分量、横波等地震勘探资料的解释，需要研究不同岩性及流体成分对弹性波传播的影响；,第三节 速度的测定方法, 随着开发地震技术的发展，为了更好地弄清楚断裂及裂缝发育带的情况，以便更好地为开发服务，需要研究裂隙对岩石弹性和传输特征的影响； 随着四维地震或时移地震（TLS-Time Lapse Seismic）技术
5、的发展，为了更加有效地进行油藏动态监测和提高油气采收率，需要研究岩石和流体的性质以及它们对岩石中油气运移的影响； 为了进行深部地质研究和油气勘探开发，需要研究并掌握高温、高压下各种岩石的物理性质等。,第三节 速度的测定方法,地震波速度的实验室测定和研究，通常测定岩石或矿石的弹性，进而研究其速度特征。岩石弹性是一种与其岩石的内部结构有关的基本物理性质。弹性参数：纵波传播速度：定义为在固体、流体、气体中由于拉压形变而产生的弹性波传播速度；横波传播速度：定义为在固体中由于切变而产生的弹性波传播速度； 杨氏模量（纵向弹性模量）E：指法向应力与沿应力作用方向引起的伸长之比；泊松比（横向压缩系数）：指当单
6、轴方向延展时，物体横向压缩与纵向伸长之比值；剪切模量：指表征物体反抗形状变化能力的剪切力与剪切角的比值。,第三节 速度的测定方法,实验室测定岩石标本的纵、横波速度和弹性常量，通常根据岩石样品在物理模型实验室内测定。确定岩石超声波范围的弹性振动传播速度通常采用三种方法：共振法、脉冲法和超声波的干涉测量法。二、时距曲线分析方法 此类方法通常把覆盖层视为均匀介质，并利用实际观测到的直达波或折射波资料获取平均速度。直达波或折射波的时距曲线是一条直线，该直线斜率的倒数就是介质或折射层界面的平均速度。对于均匀介质的反射波时距曲线方程：,第三节 速度的测定方法,采用x2t2直角坐标系，反射波时距曲线方程可展
7、现为一条直线，该直线斜率的倒数就是介质的速度，利用这种方法求取的速度称之为有效速度，这种方法在20世纪60年代很盛行,现被速度谱方法所取代。,采用x2t2直角坐标系求取有效速度,第三节 速度的测定方法,三、井孔测定方法 井中观测资料包括地震测井资料或零偏移距垂直地震剖面（VSP -Vertical Seismic Profile ）资料和声波测井资料，两种资料都可求取相应的平均速度和层速度。1、地震测井或零偏移距垂直地震剖面（VSP）方法 就求取平均速度和层速度而言，地震测井或零偏移距VSP方法在原理上是基本一致的，只是VSP方法无论在工作方式和效率上还是在资料的应用范围和求取速度的精度上，都
8、比地震测井的要宽和高，目前VSP方法基本上取代了地震测井方法。,第三节 速度的测定方法,地震测井（WS-Well Survey)野外观测方法：用电缆将检波器放入深井中，在井口附近激发地震波，记录能量从震源传播到检波器的时间，每激发一次，就向上提升一次检波器。,地震测井的炮点分布示意图,地震测井示意图,第三节 速度的测定方法,地震测井的要求与特点 要求：检波器位置要针对重要的地质标准层（地层顶底、不整合面等）合理布设，移动间距足够小，以满足精度要求；使初至起跳干脆，可用宽频档记录；近炮点为50100米，远炮点为300500米；当地层倾角较大时，激发点应布置在地层的下倾方向，以防折射波的干扰。 特
9、点：费用较高；井的潜在危险；钻井、物探和测井公司协调工作。,第三节 速度的测定方法,地震测井资料的整理：井下检波器记录下从井口到检波器深度处直达波的传播时间t，检波器的深度H可由电缆长度测得，根据H和t的数值，则可计算H以上各地层的平均速度。 见右图，激发点在地面的位置为O，但真正位置是在激发井底O；激发井深度为hs，激发井与深井的水平距离是d。,第三节 速度的测定方法,通过地震测井所得的原始数据是每次检波器沉放深度H以及相应的记录下来的透过波传播时间tc。计算速度时应从激发井井底O算起，即,如果在均匀介质中波沿 传播的时间为 ，则波沿 传播的时间t可用下式求出：,第三节 速度的测定方法,利用
10、近炮点资料，根据 可求得时间t，再根据下式计算平均速度：,同时可以利用远炮点资料计算波沿 方向传播的速度，即射线平均速度：,通过对地震测井资料的整理，可得到以下几种成果： 利用相应的公式计算出 ,先把t换算为t0(t0=2t)，再把数据绘制在Vavt0的坐标系中，就得到平均速度随t0的变化曲线（见下图）。,第三节 速度的测定方法, 把H,t0/2数据点绘制在Ht0/2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的关系，称之为垂直时距曲线。, 利用垂直时距曲线上折线段斜率不同进行分层，折线段斜率的倒数就是该地层的层速度Vn=H/t。绘制VnH曲线，它反映层速度随深度变化的情况。,2、声
11、波测井（CVL-Continuous Velocity Log) 声波测井从其原理上讲,主要利用沿井壁滑行的初至折射波时差来求取速度参数,具有简便灵活又能连续观测的特点。将声波探头下到井底,然后边向上提升，边测量声波时差,其倒数就是层速度。,而由地面至深度H的平均速度 为：,第三节 速度的测定方法,用声波测井曲线直接求取的层速度，即 。这样求出的层速度分层细致、准确，但分层时应参考岩性柱状图和井径曲线。,声波测井资料的整理和解释是从连续曲线 着手，任意深度H的旅行时 可由下式求取：,第三节 速度的测定方法,WS与CVL的比较共同点：均为获取平均速度和层速度的有效方法。不同点： 波的类型：WS：
12、直达波；CVL：折射波； 工作条件：炮检距关系、震源方式； 工作频率：WS低(1080Hz)，CVL高(20KHz) ； 工作效率：WS低，CVL高； 所受干扰：WS:电缆波、管波；CVL:泥浆、井径； 资料差异：WS：Vav精确，Vn较粗； CVL：Vn精确，Vav误差较大。,利用速度谱方法求取叠加速度是目前生产单位提取速度参数的重要手段。方法原理：对道集内某个反射波同相轴用不同的速度进行动校正并分析校正后的叠加效果，其中叠加效果最好的那个速度就是该反射波的叠加速度。具体实现时有叠加速度谱和相关速度谱。主要用途：可用于求取记录的最佳叠加速度资料；检查多次叠加剖面的质量；发现多次波以便消除它；
13、帮助综合地质解释；提供叠加速度场，用于变速成图或偏移速度场的建立；提供层速度资料进而研究岩性变化、寻找地层或岩性圈闭等。,四、速度谱方法,第三节 速度的测定方法,第三节 速度的测定方法,速度谱计算的流程图,实际资料速度谱的显示方式,等值线方式,能量曲线方式,彩色显示方式,五、速度反演方法,这种方法基于波阻抗反演基础，即对地震记录做反褶积处理，再把反射系数剖面换算为波阻抗剖面，消除密度参数便得到速度剖面，用于速度的区域分布研究或岩性、含油性解释。 在20世纪80年代，实现速度反演的主要软件：法国CGG公司的GLOG、美国西方地球物理公司的PIVT和加拿大的Seislog三大速度反演软件。目前，实现层速度反演的软件主要有Strat和Jason软件等。,第三节 速度的测定方法,PIVT软件反演的层速度剖面,大港油田唐南探区gs10-g803连井测线的Strat反演剖面,
