第6章地震波的速度祥解

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1、1地震勘探原理第六章 地震波的速度第六章 地震波的速度 在勘探地震学中，地震波以旅行时间、 反射波振幅及相位变化的形式带来地下 岩石和流体的信息。 地震勘探由构造油藏 岩性油藏。 地震波速度是地震勘探中最重要、最基 本的参数。地震资料处理地震资料解释油气预测速度信息的应用 野外观测系统设计时需要速度来确定具体的采集 参数； 地震资料处理动校正、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。第六章 地震

2、波的速度 第六章 地震波的速度 第一节 影响速度的各种因素 第二节 各种速度概念 第三节 各种速度之间的关系 第四节 速度的测定方法 影响速度的各种因素 岩石速度与物性参数的关系，主要是在实验 室进行了相应的研究。 基于实验数据，速度和岩石参数之间的物理 关系才能确定。 对这些测量方法的结果和解释必须依靠于实 验室的核心数据和岩石物理学知识。第一节 地震波速度及影响速度的因素建立波动方程时将导出地震纵波和横波在介质中的 传播速度与介质的弹性常数之间的定量关系：其中,、是拉梅系数(Lame)，是介质的密度，E是杨氏 模量；是泊松比(Poissons ratio) ；K是体变模量；它 们都是介质的

3、弹性性质的参数(弹性模量)。第一节 地震波速度及影响速度的因素1、岩石速度与弹性常数的关系纵波和横波速度比与泊松比 同一介质中纵波和横波速度比的关系如下 纵波与横波速度之比取决于泊松比。泊松比 的值在大多数情况下约等于0.25，所以， 纵波与横波的速度比位VP/VS一般为1.73。 只有在最为疏松的岩石中0.5。第一节 地震波速度及影响速度的因素2、速度与岩性的关系 岩性主要指岩石的矿物性质，包括矿物 成分、结构、颗粒等。有火成岩、变质岩和 沉积岩等。 1）火成岩的地震波速度的变化范围比变质 岩和沉积岩小，速度的平均值比其他类型岩 石要高。因为火成岩只有很少或没有孔隙。 2）大多数变质岩的地震

4、波速度变化范围比 较大，主要是成岩环璄的影响。 岩性可能是影响速度的最重要的一个因素第一节 地震波速度及影响速度的因素岩 石 类类 型速 度 （米/秒）沉积岩15006000玄武岩45008000变质岩35006500花岗岩45006500速度与岩性的关系 3）沉积岩中的岩性结构比较复杂，在颗粒之 间有空隙，孔隙中可能充填液体或像粘土等固 体物质。故这类岩石速度是密切地依赖于孔隙 度和充满于孔隙中的物质。 4）速度测试表明：不同岩性的速度范围互相重叠，甚至还会超出 主要范围。速度不是一个区分岩性的好的标准。第一节 地震波速度及影响速度的因素第一节 地震波速度及影响速度的因素3、速度与密度的关系

5、 1）沉积岩中，地震波速度与岩石密度的有密 切关系，大多数随密度增加而增大。也有例外，如，与白云岩相比硬石膏具有更高的 体积密度但却有更低的速度。 2）资料表明，把速度与密度可以表示成一种 近似的线性关系。对石灰岩和砂页岩来说，这种关系可表示成方 程式式中，V速度(km/s)；密度(g/cm3 )。第一节 地震波速度及影响速度的因素地震纵波速度与岩石密度（完全充水饱和体积密 度）之间，存在着良好的定量关系，可用加德纳 (Gardner)公式表示如下：式中，V速度(km/s)；密度(g/cm3) Gardner的关系式仅考虑从水饱和沉积岩石的体积密 度来估算纵波速度。虽然Gardner等根据上式

6、处理了 所有沉积岩石（作为单独一组），确实给出了不同 岩性的独立曲线，但这样一来对所有沉积岩石就只 存在单一的Vp关系了。 第一节 地震波速度及影响速度的因素层速度m/s第一节 地震波速度及影响速度的因素4、与埋藏深度的关系 在岩石性质和地质年代相同的条件下，地震波 的速度随岩石埋藏深度的增加而增大。其原因主要是埋藏深的岩石所受的地层压力 大的原故。 不同地区，速度随深度变化的垂直梯度可能相 差很大。在浅处速度梯度较大；深度增加时，梯度减 小。第一节 地震波速度及影响速度的因素墨西哥湾 地区砂岩 和泥岩速 度深度 关系图一般来说，地 层越深，地震 波速度越大第一节 地震波速度及影响速度的因素

7、根据地层的埋藏深度和电阻率R计算地层波速的 经验公式：式中：V速度(m/s)，z深度(m)，R电阻率(m) 此经验公式在没有地震测井资料的地区，可 用来换算速度资料。第一节 地震波速度及影响速度的因素5、与构造历史和地质年代的关系 同样深度、成分相似的岩石，当地质年代不 同时，波速也不同，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，经常观测到速度的增大 ； 地震波在岩石中的传播速度随地质过程中的 构造作用力的增强而增大。第一节 地震波速度及影响速度的因素第一节 地震波速度及影响速度的因素6、与孔隙度和含流体的关系 大多数沉积岩中，岩

8、层的实际波速是由岩石基 质的速度、孔隙率，充满空隙的流体的速度以 及颗粒之间的胶结物的成分等因素来决定的。 简单的单位体积的岩石模型骨架(基质)中传播时间：ts = (1-) /Vs 孔隙流体中传播时间：tf =/Vf总传播时间： t =tf +ts式中，Vf是孔隙流体中的速度； Vs是岩石基质的速度；是岩石的孔隙率。 第一节 地震波速度及影响速度的因素 地层速度： 在地震勘探中比较常用的，关 于颗粒速度与流体速度、孔隙 率之间一个很简单的关系式， 叫做时间平均方程 (Wyllie方 程)Wyllie方程第一节 地震波速度及影响速度的因素 孔隙度越高，岩层速度越低； 流体速度越高，岩层速度越高

9、 ； 岩石骨架速度越高，岩层速度 越高； 岩石孔隙的不均匀性或孔隙形 状的变化，都会导致岩层速度的 变化。第一节 地震波速度及影响速度的因素速度与孔隙度（孔隙中含不同流体）的关系图第一节 地震波速度及影响速度的因素 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 岩石孔隙中含有流体时使岩石的速度 降低。 孔隙流体性质影响纵波的速度和反射 系数，不影响横波。 Wyllie方程是亮点技术的理论基础 。第一节 地震波速度及影响速度的因素孔隙流体饱和度未固结砂岩中流体饱和度对P波速度的影响 油水两相当含水饱和度从0变化到1，也就是从完全含油 到完全含水，砂岩的波速是单调增大的。 气

10、水两相当含水饱和度从0变化到0.8时，波速是随之缓 缓减小的，然后随着含水饱和度的增大而增大 ，在含水饱和度为0.95时急剧增大。第一节 地震波速度及影响速度的因素气/水饱和与油/水饱和对速度的影响 (a)纵波速度与饱和度之比；压力对致密岩石和多孔岩石波速的影响是不同的 。 致密岩石压力的影响很小，一般可忽略。 孔隙介质在储层中总是存在两种不同的压力：上覆岩层压力（Po）是整个上覆岩石地层 所施加的压力，也称为围岩压力；储层压力（Pp）是流体质量所施加的力， 也称为流体压力或孔隙压力。7、速度与压力的关系 第一节 地震波速度及影响速度的因素 上覆岩层净压力(Pd)是上覆岩层压力和储 层压力之差

11、，也有称为有效压力（Pe）。注意，严格地说 PePd。事实上Pd=PoPp， 而Pe =PonPp，式中n1。 Phillips试验公式：第一节 地震波速度及影响速度的因素 P波和S波的速度和波阻抗随上覆岩层净压力的 增加而增大，但它们之间的关系是非线性的。 砂岩中Vp相对于上 覆岩层净压力的关 系曲线。第一节 地震波速度及影响速度的因素 1.上覆压力增加，而孔隙压力不变，那么岩石 基质将被挤压得越紧密，岩石弹性模量将增加 而密度变化不大，地层速度增加。 2.孔隙压力增加，而上覆压力不变，那么孔隙 流体承受的上覆压力部分将增加，岩石就显得 较松，体积模量减小，泊松比增大，地层速度 降低。第一节

12、 地震波速度及影响速度的因素8、与岩石结构的影响 地震波速度受岩石的基质结构所控制，诸如颗 粒-颗粒接触关系、圆度、分选性、胶结程度等 。 1.颗粒-颗粒接触关系差通常导致很低的地震速 度，而胶结程度好速度明显地增强。因为颗粒之间的接触区域大，所以大颗粒的砂层 比细颗粒砂层呈现更高的地震速度。 2.分选性差的砂层呈现较高的地震速度。因为分选性差降低了孔隙度。第一节 地震波速度及影响速度的因素 3.砂粒的圆度或有角性也会影响地震速度和 泊松比(Vp /Vs )。圆滑的颗粒导致更好的颗粒接触关系，从而 具有更高的速度。 因为沉积岩石的基质难以量化，且难用岩芯 来描述，所以基质结构对地震特性的影响也

13、 就难以量化了。这个问题目需要作进一步的 研究。 第一节 地震波速度及影响速度的因素9、与温度的关系 当温度升高时，气饱或水饱和岩石的地震速度 仅稍有减少（Timur，1977；Wang和Nur，1990） 。如温度从22C到122C时速度会减少5-7%。 当岩石为原油饱和时，纵波速度随着温度的增 加而大幅度地降低。在重油砂层，当温度从25C增至125C时，Vp几 乎下降了35%至90%！这样巨大的降低部分地是 由于原油的可压缩率增加所造成。第一节 地震波速度及影响速度的因素速度与温度的关系(图)气饱或水饱和岩石 速度稍有减少重油砂层纵波速度降低显著10、与频率的关系 一般认为，在很宽的频率范

14、围内，纵 波与横波的速度与频率无关，这说明 纵波和横波不存在频散现象。 实际资料中或实验室测试发现，在液 体饱和的岩石中存在着速度频散现象 。 实验研究认为，频散是液体在孔隙空 间中流动造成的；第一节 地震波速度及影响速度的因素 1)在沉积岩中速度的空间分布规律决定于地层 的沉积顺序及岩性特点。沉积岩的基本特点之一是成层分布。根据形成沉积的各种条件(如岩性、孔隙率等) ，可以将整个地质剖面划分为许多地层，在各 层中波传播的速度是不同的。速度在剖面上的成层分布就成为沉积岩的基本 特点.11、沉积岩中速度的一般分布规律 第一节 地震波速度及影响速度的因素 2)速度与深度和地质年代有关，这个关 系基

15、本上是平滑变化。速度随着深度(或反射波t0时间)的增加而增 大。速度垂直梯度的存在也是速度剖面的又一 重要特点。速度梯度是随深度的增加而减小的。第一节 地震波速度及影响速度的因素 3)由于工区地质构造与沉积岩相的变化 ，会引起速度的水平方向变化。一般说来，速度的水平梯度不会很大。构造破坏可以引起速度水平梯度的突变。 如断层、地层中的不整合及地层尖灭。第一节 地震波速度及影响速度的因素第六章 地震波的速度 第一节 影响速度的各种因素 第二节 各种速度概念 第三节 各种速度之间的关系 第四节 速度的测定方法 第二节 几种速度概念 1.层速度 2.平均速度 3.均方根速度4.等效速度 5.叠加速度第二节 几种速度概念 地震波在地层中的传播速度是一个十分重要的 参数，但实际工作中，速度不可能用精确函数 关系来确定。 对极其复杂的实际速度用建立各种简化介质模 型的方法来描述，并引进了各种速度概念。 必须明确：每种速度概念都有它的意义、引入 的原因、计算或测定的方法及使用范围等。一、层速度Vi (interval velocity)定义：在地震勘探中，把某一相对稳定或岩 性基本一致的沉积地层所对应的速度称为该地 层的层速度。层速度是一种对地震资料进行地质解释很有 用的资料。声波测井资料、地震测井或零井源距VSP资 料可以得到比较细致、精确的层速度资料。第二节 几种速