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1、课程名称：勘探地球物理基础 第 94 页绪论一、 怎样勘探石油中国的石油产量1996年已达到1亿4千万吨，居世界第五位。我国有大庆油田、胜利油田、辽河油田等许多油田，如果你到这些油田去，可以看到一座座井架，一口口油井，这一个个油田是用什么方式找到的？“石油地质学”为我们揭示了石油的存在、运移和储集的原理。勘探石油的方法主要有三种：1. 地质法2. 物探方法由于组成地壳的各种岩石或组成地质构造的各个岩层具有不的物理性质，因而不同岩石或地层对地面上的物理仪器就有不同的作用。根据物理仪器测量的结果，就可以推断地下地质构造的特点。现代应用于石油勘探的主要物探方法有：电法勘探（利用岩石密度差别）；磁法勘
2、探（利用岩石磁性差别）；重力勘探（利用岩石密度差别）；地震勘探（利用岩石弹性差别）；3. 钻探法钻探是检验其它方法及其推断最直接最可靠的手段。但其昂贵的钻井费用迫使人们应认真地确定其井位。二、地震勘探是查明地下地质构造一种最有效的方法多年来，西方世界在物探方面的投资90是用于地震勘探。而在我国，自大庆油田发现以来，95的新油田都是在地震勘探提供的构造上发现的。在世界上，墨西哥湾油田、中东油田、里海油田、北海油田等许多大中型油田的发现也是如此。为什么地震勘探有如此的效果呢？其实它的道理并不深奥。我们知道，当投入一块石头到平静的水池里，水面会形成“水波”。水波传到水池边，或遇到障碍物会返回来，发生
3、所谓的“波的反射”。又如山谷的回音，是因为声波在空气中传播，遇到山（障碍物）会发生反射的缘故。通过公式就可以计算出障碍物离我们的距离。地震勘探的原理与此相似。如图1.1所示，地震勘探野外施工中，在地面一条测线上某点打井，下炸药，放炮，炮点就是震源，震源产生的地震波向地下传播。地震波遇到两种地层的分界面1（列如砂岩和泥岩），就会发生反射。再向下传播又遇到两种岩石的分界面2（泥岩和石灰岩），也会发生反射。在放炮的同时，在地面上用精密仪器把来自各个地层的分界面的反射波引起地面振动的情况记录下来。然后根据地震波从地面开始向下传播的时刻（即爆炸的时刻）和地层分界面反射波到达地面的时刻，得出地震波从地面向
4、下传播到达地层分解面，又反射回地面的总时间，再用别的方法测出地震波在岩层中的传播速度，就可知地层分界面的埋深。沿地面上一条测线，一段一段的进行观测，并对观测结果进行处理，就可得到地层分界面的埋藏深度起伏变化的资料地震剖面图。在工区内，按一定规则布设许多条测线，组成一个测线网，对工区内所有的测线观测后，经处理解释，便可对地下地层的起伏情况有一个较完整的了解。地震勘探中的三个环节：第一阶段是野外资料采集野外生产的组织形式是地震队，它是在预先设计的工区测线网上，一条一条测线进行采集。在测线上每放一炮，地震仪将布设在测线上的检波器收到的地震波记录下来，最后的成果是得到一盘盘记录了地面振动的磁带。第二阶
5、段是室内资料处理根据地震波的传播理论，利用计算机，对野外获得的原始资料进行各种去粗取精，去伪存真的加工处理工作，得到的结果是地震剖面图集其它游泳资料(速度资料、频谱资料等)。处理是在配有数字计算机及有关专用仪器设备的计算战完成的。第三阶段是地震资料解释地震资料的解释工作就是利用地震波的传播理论和石油地质学的原理，并综合钻井、地质、测井及其它物探等资料，对地震剖面进行深入的研究，对各反射层相当于什么地质层位作出准确判断，对地下地质形态作出说明，并绘出主要层位的构造图，为在含油气希望地带提供钻探井位，同时还可以对盆地的构造史、沉积史进行研究，并为其含油气性评价提供依据。在地震资料好的情况下，可以利
6、用地震波的速度资料来划分地层的岩性，利用地震波的振幅特性来直接探测油气层。三、地震勘探的发展地震勘探直到1927年才作为工业上的常规勘探方法，它从出现到现在，近80年来，以记录仪器的发展作为标志，其发展可分为三个阶段：第一阶段：光点记录阶段（1927-1952）地震仪采用电子管元件，用照相的方法把地面的振动记录下来，所得资料不能重新处理，资料全部由人工整理，效率低，速度慢。第二阶段：模拟磁带阶段（1953-1963）把地面的振动情况，以模拟的方式录制到磁带上。在室内可用模拟磁带回放仪，改变仪器因素反复处理。第三阶段：数字磁带阶段（1964至今）在野外记录的是地震波振幅的离散值，而不是记录连续波
7、形。由于采用数字磁带记录，从而大大地提高了原始资料的质量。地震勘探在野外的工作方法上有过两次主要的改革。一是组合检波技术：这种方法能有效地压制面波和微振之类的干扰。其二是多次覆盖野外工作方法和共深度点叠加技术:这种方法大大提高了地震资料的质量，对压制多次波效果显著，还可以从中较准确地计算地震波的传播速度。人们认为，多次覆盖野外工作方法和数字地震技术的出现是现代地震勘探已发展到一个新水平的两个重要标志。近二、三十年来，地震勘探技术继续方展。三维地震勘探、高分辨率地震勘探、横波勘探、垂直地震剖面法波动方程偏移处理、岩性解释、地震地层学解释、人机联机解释工作站等，这些新技术和新方法的引用，使我们对地
8、下地质认识得更加清楚，使解释工作质量大大提高。我国在解放前没有一个地震队，地震勘探是空白得。新中国成立后，1951年成立了第一个地震队，不到十年就跃增到100个，为大庆油田、胜利油田得发现作出了重要贡献。六十年代中后期，我国制成了模拟磁带地震仪，几年时间实现了模拟磁带化，这期间多次覆盖技术也得到推广。1972年制造了第一台数字地震仪。1973年我国自行设计制造的第一台100万次数值电子计算机及地震专用外围设备正式用于处理地震资料。1986年我国地震队全部使用数字地震仪。自八十年代以来，我国的地震勘探技术无论在数据采集、资料处理、资料解释方面，还是在装备方面都有了很大进步和提高。我国已经成为一个
9、地球物理勘探大国。地震勘探技术也跻身于世界先进行列。我国地大物博，资源丰富，陆地面积达960万平方公里，已知其中有新生代沉积盆地350个以上，如果考虑中，古生物海相碳酸岩也有良好的含烃潜力，那么在中国寻找油气的地区和领域是极其广阔的。第一章 地震波运动学1.1地震波场概述1.1.1地震波是弹性波弹性介质受到外力作用产生形变，介质中的质点将发生振动，从而形成弹性波。地震勘探时，当在岩层中用炸药激发地震波时大概是这样情况；在炸药包附近，爆炸产生的强大压力大大超过岩石的极限，岩石遇到破坏形成一个破坏圈，如图1-1所示。随着离开震源距离的增大，压力减小，但仍超过岩石的弹性限度。此时，岩石不发生破碎，但
10、发生塑性形变，形成了一些辐射状或环状裂隙。在塑性带以外，随着离开震源距离的进一步增加，压力降低到弹性限度以内；又因为炸药爆炸产生的是一个延续时间很短的所用力，所以这一区域的岩石发生弹性形变。可是地震波实质上就是一种在岩石传播的弹性波。1.1.2地震波的动力学特征振动在介质中的传播就是波。研究地震波需要研究地震波的波形，振幅，频率、相位特征、偏振状态及衰减规律等这些地震波的动力学特点。1、波前、波后和波面设想在某一时刻开始在介质中激起波源的振动。过了一段时间，到了时刻，波源的振动可能就停止了或暂时停顿了。再过一段时间，到了时刻，波已传播了一段距离。这时，介质分成了几个区域，如图1-2，在的界面S
11、上，介质中各点刚刚开始振动。这一曲面S，叫做波在时刻的波前，在的界面上，介质中的质点刚刚停止振动。这一曲面，叫做波在时刻的波后。介质中位于上的各点是同时开始振动的，它们的振动是同相的，介质中每一个这样的曲面都叫做一个波面。按波面形状，可以将波分为球面波、株面波、平面波等，如在地震勘探中炸药包只有几米长，而地下界面往往超过千米，因此，远离震源的波可以看成是平面波。2、振动曲线和波动曲线（振动图和波剖面）波在传播过程中，质点只是绕平衡位置振动，对于介质中的任一固定点，振动位移只是时间的函数。我们就把这种反映一个质点，在振动过程中的位移随时间变化的曲线，称为振动曲线。反映一个质点振动过程中位移随时间
12、变化的图形，称为质点的振动图。图13 t1时间的波形曲线为了反映各点的振动之间的关系，常常采用描绘所谓波形曲线的方法，即把同一时刻各点的位移画在同一图上。例如，沿某一直线（x轴）来研究问题，x轴上每一值代表介质中的一小块物体的平衡位置，选定一时刻t1，用纵坐标代表各小块物质离开平衡位置的位移，就得到了一条曲线，这条曲线叫波在t1时刻沿x轴的波形曲线。在地震勘探中，通常把沿着测线画出的波形曲线叫“波剖面”。描述波剖面的一些基本术语如图13所示，在波剖面上具有极大正位移的点称为波峰，极大负位移的点称为波谷；两个相邻波峰或波谷之间的距离称为视波长，视波长的倒数称为视波数，即单位距离内视波长的个数。1
13、.1.3 地震波的特征及有关规律1.惠更斯原理惠更斯于1960年提出：任意时刻波前面上的每一点都可以看作是一个新的波源（子波源），由它产生二次振动，形成新波前，而以后的波前的位置可以认为是该时刻子波前的包络线。夫列捏夫补充了惠更斯原理：认为由波前面各点形成的新扰动（二次振动）在观测点上相互干涉叠加，其叠加结果是我们在该点观测到的总扰动。惠更斯原理的应用。2.绕射积分理论进一步发展的惠更斯原理认为：下一个波前上某一点观测到的总扰动，是前一时刻“子震源”发出的绕射子波的叠加总和。3.反射定律和透射定律反射定律：反射线和入射线都位于射线平面内，入射角等于反射角。透射定律：透射线位于射线平面内，对入射
14、波、透射波来说具有相同的射线参数，即。4.费马原理惠更斯原理表明地震波的传播是波前每个质点的振动向前传播，把这种振动抽象为传播路线，即射线。所以，费马原理较通俗的表达是：波在各种介质中的传播路线，满足所用时间为极值的条件。因此用费马原理能解释均匀介质中，人射波、反射波和透射波是呈直线传播的。5.时间场和视速度通常所述的波速，是沿着波的传播方向来考虑的，如果不是沿着波的传播方向而是沿着别的方向来确定的速度，就称为视速度。地震勘探中往往是沿测线方向观测波的传播，如图1一4所示。实际的波前为AA，经过T时刻后，波前传到 BB，因此 AB=AB=vT，其中 v为介质波速，但沿着直线AB方向来看，在T秒
15、内波从A点传到B点，则AB方向上的视速度为 因此 (为入射角)图14 视波长和真波长的关系因为，所以一般大于或等于 v，甚至可能达到无穷。前面引人了波沿射线传播的概念，于是可以确定波的传播时间与波前所在空间位置关系，即表示为 若知道上述函数关系，即可确定波前到达空间的任一点M（x，y，Z）的时间t，把这种传播时间t是位置的函数关系称为时间场。时间场显然是一个标量场。把时间场内传播时间相同的点集合起来形成的面称为等时面。因为它与t时刻的波前面重叠，射线是垂直于波前传播的，因此射线垂直于等时面。四、与地震勘探有关的各种地震波按波在传播过程中质点振动方向来分，波可以分为纵波和横波。炸药爆炸以猛烈的膨胀作用为主，因此主要造成岩石的膨胀和压缩，这种形变使质点的振动方向与波传播方向一致，即主要产生纵波。但实际地层不是均匀介质，而且实际爆炸作用不完全具有球形对称性，因此还会造成质点振动方向与波传播方向垂直，即产生横波。因此，目前地震勘探中主要利用纵波，但随着采集和处理技术的不断提高，横波在寻找油气、判定裂隙方向等方面也将起到重要作用。 根据
