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1、1论地震勘探中的几种主要地震波论文提要地震勘探，就是通过人工方法激发地震波，研究地震波在地层中传播的情况，以查明地下地质构造，为寻找油气田或其它勘探目的服务的一种方法。也可以理解为就是利用地震子波从地下地层界面反射回地面时带回来的旅行时间和形状变化的信息，用以推断地下的底层构造和岩性。地震勘探在勘探已有的各种物探方法中，是最有效地方法。在地震勘探中用炸药激发时，一声炮响之后会产生各种各样的地震波。按波在传播过程中质点震动的方向来区分，可以纵波和横波；根据波动所能传播的空间范围而言，地震波又可以分为体波和面波；按照波在传播过程中的传播路径的特点，又可以把地震波分为直达波、反射波、透射波、折射波，
2、等等。地震勘探在石油勘探中除了能产生来自地层界面有用的反射波外，还会产生各种各样的干扰波。因此，我们要更好的了解各种波的产生、特点、用途，等等。下面简单介绍几种地震勘探中产生的地震波。正文一、 反射波（一） 反射波的形成1、几何地震学的观点当炸药在井中爆炸激发地震波时，在雷管引爆几百微妙之内爆炸便完成了，在接近爆炸点的压强是一个延续时间很短的尖脉冲，爆炸脉冲向外传播，压强逐渐减少，地层开始产生弹性形变，形成地震波。地震波继续传播，由于介质对高频的吸收，地震波信号减小。当波入射到两种介质的分界面时（当上层介质波阻抗与下层介质波阻抗不等时，弹性地震波才会发生反射；上层介质波阻抗与下层介质波阻抗差别
3、越大，反射波越强反射波条件） ，一部分波回到第一种介质中，这就是所谓的反射波。如图所示22、物理地震学观点地震波从震源出发以球面波的方式向下传播，到达反射界面S，S 可以就看成有许多小面积元S 组成，当 S的大小线变接近地震波的波长时（地震波的波长一般是 70米100米） ，每个这样的小面积元都可以看成一个绕射体，根据惠更斯原理，把每个小面积元看作一个新的点震源，从新震源发出的一系列球面子波想四面八方传播，对地面上某个接收点P 来说，他所收到的反射波就是来自S 面上的每个小面积元产生的绕射波在P点叠加的结果。具体说，就是将这些小面积元产生的绕射波按传播路径差在时间上错开并考虑能量的大小后，一个
4、个叠加起来，作为在P点接收到的反射波。也就是说，在P点接收到的波动的能量并不是来自反射界面的某一点，而是来自界面上的所有点。（二）反射波特点1、反射波在水平界面上的特点1）入射线、反射线、法线位于入射面内（入射线和法线所确定的平面垂直于分界面，这个平面叫做入射面） ；入射线、反射线位于法线两测。2）入射角等于反射角。3）射线平面垂直界面也垂直地面。2、反射波在倾斜界面上的特点由于构造运动造成的地层褶皱、挠曲在断层附近的逆牵引现象以及古潜山的凹凸不平的顶面等会形成一些弯曲界面。弯曲界面的反射波具有一些同平面界面反射不同的特点。弯曲界面又可以分为凹界面和凸界面两类。1）凸界面反射波特点 在水平叠加
5、剖面上出现范围比实际构造宽 凸界面反射波与两翼较平界面发生干涉 背斜埋藏越深，凸界面反射波出现范围越大 凸界面有能量发散作用2）凹界面反射波特点凹界面可以用圆周一部分表示，设圆的曲率半径为R，界面深度为H 当RH时，圆心在地面上在水平叠加时间剖面上，同相轴下凹，范围比界面范围窄，也叫收敛作用。如下所示3 当R=H时，圆心位于地面上O点，除O点外，在其他点自激自收都接受不到反射波，所以反射线都聚焦于O点。如下图所示 当RH时，圆心在地面以下会形成回转波，凹界面出现一条向上凸的同相轴，并且反射点与观测点的关系是回转的。如下图所示（三）地震勘探中反射法反射法地震勘探最早起源于1913年前后R.费森登
6、的工作,但当时的技术尚未达到能够实际应用的水平。1921年，J.C.卡彻将反射法地震勘探投入实际应用，在美国俄克拉荷马州首次记录到人工地震产生的清晰的反射波。1930年，通过反射法地震勘探工作,在该地区发现了3个油田。从此，反射法进入了工业应用的阶段。反射法 利用反射波的波形记录的地震勘探方法。地震波在其传播过程中遇到介质性质不同的岩层界面时，一部分能量被反射,一部分能量透过界面而继续传播(下图)。 4如两种介质中地震波速度分别为v 1与v 2，则入射角 1 ,反射角 姈和折射角 2将遵从斯涅耳定律： 反射波与透射波之能量分配与介质的波阻抗 Z（介质密度与波速的乘积）有关。波由介质1入射时,反
7、射波与入射波的振幅比称为反射系数q，公式为 在垂直入射情形下有反射波的强度受反射系数影响，在噪声背景相当强的条件下，通常只有具有较大反射系数的反射界面才能被检测识别。地下每个波阻抗变化的界面，如地层面、不整合面、断层面等都可产生反射波。在地表面接收来自不同界面的反射波，可详细查明地下岩层的分层结构及其几何形态。反射波的到达时间与反射面的深度有关，据此可查明地层埋藏深度及其起伏。随着检波点至震源距离（炮检距）的增大，同一界面的反射波走时按双曲线关系变化，据此可确定反射面以上介质的平均速度。反射波振幅与反射系数有关，据此可推算地下波阻抗的变化，进而对地层岩性做出预测。反射法勘探采用的最大炮检距一般
8、不超过最深目的层的深度。除记录到反射波信号之外，常可记录到沿地表传播的面波、浅层折射波以及各种杂乱振动波。这些与目的层无关的波对反射波信号形成干扰，称为噪声。使噪声衰减的主要方法是采用组合检波，即用多个检波器的组合代替单个检波器，有时还需用组合震源代替单个震源，此外还需在地震数据处理中采取进一步的措施。反射波在返回地面的过程中遇到界面再度反射，因而在地面可记录到经过多次反射的地震波。如地层中具有较大反射系数的界面,可能产生较强振幅的多次反射波,形成干扰。反射法观测广泛采用多次覆盖技术。连续地相应改变震源与检波点在排列中所在位置，在水平界面情形下，可使地震波总在同一反射点被反射返回地面，反射点在
9、炮检距中心点的正下方。具有共同中心反射点的相应各记录道组成共中心点道集，它是地震数据处理时所采用的基本道集形式，称为CDP道集。多次覆盖技术具有很大的灵活性，除CDP道集之外,视数据处理或解释之需要,还可采用具有共同检波点的共检波点道集、具有共同炮点的共炮点道集、具有相同炮检距的共炮检距道集等不同的道集形5式。采用多次覆盖技术的好处之一就是可以削弱这类多次波干扰，同时尚需采用特殊的地震数据处理方法使多次反射进一步削弱。 反射法可利用纵波反射和横波反射。岩石孔隙含有不同流体成分，岩层的纵波速度便不相同，从而使纵波反射系数发生变化。当所含流体为气体时，岩层的纵波速度显著减小，含气层顶面与底面的反射
10、系数绝对值往往很大，形成局部的振幅异常，这是出现“亮点”的物理基础。横波速度与岩层孔隙所含流体无关，流体性质变化时，横波振幅并不发生相应变化。但当岩石本身性质出现横向变化时，则纵波与横波反射振幅均出现相应变化。因而，联合应用纵波与横波，可对振幅变化的原因做出可靠判断，进而做出可靠的地质解释。地层的特征是否可被观察到，取决于与地震波波长相比它们的大小。地震波波速一般随深度增加而增大，高频成分随深度增加而迅速衰减，从而频率变低，因此波长一般随深度增加而增大。波长限制了地震分辨能力，深层特征必须比浅层特征大许多，才能产生类似的地震显示。如各反射界面彼此十分靠近，则相邻界面的反射往往合成一个波组，反射
11、信号不易分辨，需采用特殊数据处理方法来提高分辨率。 二、 绕射波（一）绕射波的产生几何地震学的观点认为：地震波在传播过程中，如果遇到一些地层岩性的突变点（如地层尖灭点、断层的断棱、不整合面的突起点等） ，这些点就会成为新的震源，再次发出球面波，向四周传播，这种波动在地震勘探中称为绕射波。最常见的是断棱绕射和不整合面上的突起点的绕射。(二) 绕射波时距曲线的特点61绕射波时距曲线是双曲线。2绕射波时距曲线的极小点在绕射点的正上方；X极小 =d；T 极小=1/V( )3绕射波与反射波在X=2d处相切。4绕射波时间是绕射波从炮点到绕射点来回传播的时间。5绕射波时距曲线较相同T反射波时距曲线弯曲。6两
12、炮点上绕射波T时间等于两炮记录互换时间2倍。 （三） 地震绕射波的识别和利用1地震绕射波的识别利用绕射波在水平叠加剖面上的运动学和动力学特点，识别绕射波。利用绕射波时距曲线上的时间值，用画反射界面的方法画剖面，如果是绕射波，则几个圆弧交与一点，对断棱绕射波一般在侧线与断棱不正交的情况下，画剖面的圆弧，不交与一点，交成一个小三角形，但应注意在画剖面时必须采用极小点的T所对应的平均速度，这是与画反射界面不同的。在一定的假设条件下，计算一套绕射波理论时距曲线量板，然后把实测的绕射波时距曲线与理论时距曲线比较，这样来鉴别绕射波和确定绕射点的深度。2地震绕射波的利用在水平叠加剖面上，绕射波是显示的较清楚
13、的，为利用绕射波来识别断层，确定断点提供了有利条件。用地震勘探方法研究古潜山顶面的绕射波，一般比较发育，因此正确的识别和解释绕射波和其他异常波对研究古潜山也是很重要的。在入侵体沿边或礁块沿边，绕射波也会大量出现，从宏观上反映了侵入体的边界，若经过偏移叠加，则绕射波收敛，7侵入体边界更清晰。在凹凸不平的不整合面上，如某些侵蚀面，会产生明显的绕射波，经偏移叠加后，也会收敛，是不整合面的起伏及其形态十分清晰。三、 多次波（一）多次波的产生当反射波传播到地面时，由于地面与空气的分界面（这个面称为自由表面）是一个波阻抗差别很明显的界面，所以是一个良好的反射面，反射波又可能从这个界面反射向下传播，当遇到反
14、射界面时，又可以再次发生反射波返回地面于是就形成了多次反射波。在我国各探区都不同程度的存在多次波，如苏北地区、五门地区和济阳凹陷的某些地区多次波非常严重，一般多次波还包括多次反射波和反射折射波、折射反射波和绕射反射波，等等。（二）多次波的类型产生多次反射波要有良好的反射界面，因为一般反射界面的反射系数较小，一次反射波的强度比较弱，经过多次反射后，多次波就会很微弱了。只有在反射系数较大的反射界面上发生的多次反射波才比较强，且能被记录下来，属于这类界面得有基岩面、不整合面、火成岩（如玄武岩）和其他强反射界面（如石膏岩、岩盐、石灰岩等） 。多次波的类型一般分为下面几种：1） 全程多次波 在某一深层界
15、面发生反射的波在地面又发生反射向下在同一界面发生反射，来回多次，又称简单多次波。如图所示2） 短程多次波 地震波从某一深部界面反射回来，再在地面向下反射，然后又在某一较浅的界面发生反射，又称局部多次波。如图所示3） 微屈多次波 在几个界面上发生多次反射，多次反射的路径是不对称的，或在一个薄层内受到多次波。如图所示84） 虚反射 进行井中爆炸激发时，激发能量的一部分向上传播，遇到地面再反射向下，这个波称为虚反射。它与直接由激发点向下传播的地震波相差一个延迟时间，这个时间等于波从井底到地面的双程传播时间。如图所示（三） 多次波的特点就几种类型的多次波中，以全程二次波为代表介绍多次波的特点。1） 全
16、程二次反射波时距曲线方程是一条双曲线。2） 全程二次反射波的垂直时间是同一界面一次反射波时间的2cos倍。3） 全程二次反射波的等效界面的倾角等于一次反射界面倾角的2倍4） 全程二次反射波极小点的横坐标近似于一次反射波的4倍。四、 总结地震勘探是钻探前勘测石油与天然气资源的重要手段，在煤田和工程地质勘查、区域地质研究和地壳研究等方面，也得到广泛应用。20世纪80年代以来，对某些类型的金属矿的勘查也有选择地采用了地震勘探方法。地震勘探就是在地表以人工方法激发地震波，在向地下传播时，遇有介质性质不同的岩层分界面，地震波将发生反射与折射，并产生其他一些干扰波，在地表或井中用检波器接收这种地震波。要通过对地震波记录进行处理和解释，才可以推断地下岩层的性质和形态。因此要更多得了解各种地震波，知道他们的产生、特点等各种特性，才能更好压制各种干扰波。地震勘探在分层的详细程度上，以及勘查的精度上，都优于其他地球物理勘探方法。9参考书
