多波及横波地震勘探方法原理

一、基本原理
（1）地震各向异性分类 另一种是方位各向异性(简称为EDA介质)：它是由平 行的垂直裂隙或定向的空隙所引起的，具有水平的 无限次旋转轴的介质。 还有其它的复杂的各向异性介质。
一、基本原理
（1）地震各向异性分类 利用牛顿定理，广义虎克定律和应变位移方程，可 以导出各向异性介质中的波动方程，利用这种波动 方程，就可以研究各向异性介质中的弹性波的传播 规律，这里我们先从正演模型来看各向异性情况下 波场的特点。
波） （1）纵波：从地震波动力学中已知，地震波在弹 性介质中会产生两种波，一种是在介质中质点振动 方向与波的传播方向一致的纵波（， 其传播速度
一、多波勘探的基本原理 (一）地震波的种类及特点
（2）横波：另一种是介质中质点振动的方向与波传 播的方向相互垂直的横波，其传播速度为
一、多波勘探的基本原理 (一）地震波的种类及特点
利用Snell定律
p
sin p vp

sin s vs
将x和t式用射线参数p表示，然后用二项式展开，取前两项近 似，两式分别平方，去掉p的高次项，最后得到近似式
x sin 2 cos t pso 2 sin vs sin 2 2 2 t ps t ps0 2 x t pso 2 x t po v 2 t so v 2 v s x sin vs vs p s
又有两种横波：SH波：是质点在水平面内振动的 横波（水平偏振横波）。（波在射线平面以内传播，质点的
振动在垂直于射线平面的水平面内振动(y方向)）。（水平检 波器沿Y方向布置）
一、基本原理
(一）地震波的种类及特点 SV波：是指在包括射线的铅垂面内振动的横波，也
叫垂直偏振横波（SV波）。（即质点振动和波的传播射线都 在通过测线的铅垂平面内，水平检波器沿X方向布置），这
一、多波勘探的基本原理
• (一）地震波的种类及特点
• 勒夫波：存在于低速带与介质分界面上的面波（SH型 面波）。它的速度介于上下介质横波速之间。勒夫波 （L）具有波散特性。其质点振动方向与波的传播方向 垂直。在自由表面上（Z＝0），X和Y方向位移为零， 只有Y方向位移沿X方向传播（图 1。1。3 ），质点 振动幅度随深度面迅速衰减。在SH型横波勘探中L波可 能形成干扰，但也可以利用其波散特点求得横波静校 正参数。
一、基本原理 • （三）弹性波在分界面上的反射和透射
一、基本原理 • （四）反射波的运动学特征
• 1。一个分界面的反射波时距关系 • 1）水平界面反射纵波的时距曲线
t x t v
2 2 op
2h , 其中top 2 vp
p
2
1。一个分界面的反射波时距关系
• 2）倾斜平界面反射纵波的时距曲线 • 设界面倾角为φ，炮点深度为h，这时距曲线方程： •
x x p
v
2 s
2
在一定条件下近似为一条双曲线。
• 6）倾斜反射面上的P-SV波的时距曲线
一、基本原理 6）倾斜反射面上的P-SV波的时距曲线 参数方程： h x sin h
t ps v p cos p v s cos s htg p tg s x cos sin tg s
一、基本原理 （1）地震各向异性分类
(b)EDA介质中的三维弹性波数值模拟。 再看垂直于裂隙面的情况，取某时刻的快照:纵 波和一个横波耦合在一起，称为准纵波、准横波， 此时准纵波波前为菱形，而准横波为梅花状，另有 一个纯横波波前面是椭圆，若既不平行也不垂直裂 隙面．则波场更加复杂。
一、基本原理 • 层复合速度：可用两个等效层来表示。 • 将一个厚度为h的层等分为二，则得厚度 相等（h/2）速度不同的两个层。波在第 一层以纵波Vp速度传播，在第二层以横 波Vp速度传播。这样就可把解决单层中 非对称射线问题变为了两层介质对称的 射线问题了。这时就可以利用均方根速 度（V ）的公式得出复合速度的表达式
以为P波。也可一产生透射横波和纵波（有一定入射角）。
一、多波勘探的基本原理
• (一）地震波的种类及特点
• SH－SH：当入射波为SH波时，只产生同类的反波和透
射波，而不发生波形的转换，是所谓自生波 （autonomous），这是因为SH波的振动方向决定了它 无法线分量，它只有一个位移分量，一个应力分量， 反射SH波和透射SH波就能满足SH波场的位移和应力连 续。这就是说，在水平分界面上SH波是自我连续的。 （P2页土1。1。2同类波和转换波）这样可以简化野外 和室内工作，因此在横波勘探中多采用SH波。
一、基本原理
（1）地震各向异性分类 (a)TI介质中弹性波数值模拟，在均匀各向同性 介质中，在同一时刻波场波前快照是个圆，表示波 的传播速度各方向相同。而在各向异性介质中，波 前是一个椭圆，表示波的传播速度各方向不同。
一、基本原理
（1）地震各向异性分类 (b)EDA介质中的三维弹性波数值模拟。 在EDA介质中，考虑裂隙是垂直于地面的情况。理论 研究表明：平行于裂隙面和垂直于裂隙面波前特征 不同。首先，看平行于裂隙面的情况，取某一时刻 的快照:有纵波和横波，它们的波前面都是圆；
一、基本原理
（1）地震各向异性分类 速度各向异性：波的传播速度与传播方向有关。 在各向异性介质中，例如波沿着地层水平方向传播 速度与沿着地层垂直方向传播速度不同。在地震勘 探中，常见的各向异性介质可简化为两种： 一种是横向各向同性(简称TI 介质)，它具有一个垂直对称轴， 在垂直于对称轴的平面内 ，介 质是各向同性的，在其它平面 内，介质是各向异性的。 如周期性的薄互层就属于此类。
一、基本原理
2．地震各向异性 多年来应用的地震勘探理论都是建立在各 向同性、均匀、完全弹性介质的假设基础上， 各向同性是指假设介质的弹性参数与波的传播 方向无关。实际介质的弹性参数与波的传播方 向有关，包括波传播的速度、振幅、偏振特性 等，具有这种性质的介质叫各向异性介质。实 际介质中存在着广泛的各向异性性质，油气勘 探和开发中也是如此。
p s 2 2 2 ps p0 p 2 p 2 s0 s 2 s
tpo＝h/Vp为纵波的单程垂直旅行时，tso=h/Vs为横波的单程垂直旅行时。
由于：
t so
h vs
p0

vp vs
2
t po
,
2
xs x x p
t ps
t
2

x v
来自百度文库
p 2 p

vp t p o vs
一、多波勘探的基本原理
• (一）地震波的种类及特点
• （3）转换波：当入射波为P 波或SV波时，就可产生同类的反射 波（P－P、SV－SV波）和透射波，也可产生不同类的反射波和 透射波，称为转换波（p－SV、SV-P)，如图（7-4-1）所示。
•
P－SV波：如当入射为纵波时，反射波可以为纵波P波和反射
一、基本原理
V

v t
i 1
2
i i
t
i 1
2
i
此处V1即为Vp，V2即为Vs，V即为Vps，由此可得出 Vps＝(Vp.Vs)1/2 若已知纵波速度，就可由此求出横波速度Vs。
一、基本原理 4．横波的能量分配
（a） （b） （c） （d）
α=0时，61%纵波能量向下透射，39%反射； 近于临界角（33度），透射能量急剧减小； 临界角后，所有能量都反射了，反射纵波能量占10%， P_SV波占90%。 0~90度，输入地下的横波能量为纵波能量的3倍。
第五讲： 多波及横波地震勘探
常规地震勘探是利用单一的纵波进行勘 探（如纵波勘探－－利用P波；横波勘探 －－利用S波）。 多波勘探是指不仅利用纵波、还利用 横波、转换波进行勘探，以提供有关地 质、油气藏更多的信息，解决单一纵波 勘探所不能解决的问题。（如：P、P－ SV联合；P、P－SV、SH联合；P、SH联合）
两种横波偶合在一起，所以横波具有极化性。
因此，两种横波对应着两种勘探即SV波勘探和SH波勘探。
一、多波勘探的基本原理
(一）地震波的种类及特点 （3）转换波：当存在一个半无限弹性介质的分界 面时，入射一个纵波，会产生四种波，即反射纵波、 反射横波、透射纵波、透射横波。 这时的反射横波不是由横波震源产生的，而是由 入射纵波转换产生的，所以叫转换波。
横波，即SV波，这种波到达地面为SV波，所以接收方向与纯SV波 一样。P—SV波，入射、反射路径不对称，速度也不相同，所以 处理、识别都有一定难度，但由于它产生容易，不需特别装置， 且可以提取出纵、横波速度、所以勘探中使用也较多。同时也产 生透射的纵波和横波。
•
SV－P波：如当入射为SV横波时，反射波可以为横波，也可
【思考题】
(1) 横波有哪些特点？ (2) 横波双折射的概念？ (3) 已知震源子波偏振方向、给定检波器 最 大灵敏度方向下所能观测到何种类型的 波？
(4) 横波有哪些应用？
多波地震勘探
一、基本原理 二、资料采集 三、资料处理
四、资料解释和应用
五、思考题参考答案
一、多波勘探的基本原理 研究人工激发弹性波 (一）地震波的种类及特点（纵波、横波及转换
一、多波勘探的基本原理
• (一）地震波的种类及特点
• 在弹性分界面附近还存在着面波。在自由表明，可存在瑞雷面波 （R波）。其质点的运动轨迹可由两个相位差为π /2，振动比为2： 3的相互垂直的振动合成，在波传播平面内是一个逆时针旋转的 椭圆，为椭圆激化。质点振动幅度随深度的增加而减小，在一个 波长的深度就基本“消失”了，可以说R波指存在地下一个波长 的范围内。它的速度于介质泊松比有关：VR＝K（σ ）Vs。σ 越 大，VR越接近Vs，当σ ＝0.25时，K（σ ）＝0.92一般情况下VR 稍小于横波速度Vs。瑞雷面波具有低频的特点，虽然在均匀介质 的自由表明时无波散现象，由于存在低速带时存在波散。所以在 地震图像上常出现扫 状干扰带。
一、基本原理
(一）地震波的种类及特点 （3）转换波： 它无需用横波震源，利用纵波震源，采用三分量 检波器记录，就可以得到转换反射横波，利用这些 方法进行勘探叫转换波反射法勘探，它大大地节省 了野外施工的成本和减少了施工的难度。因为纵波 震源比横波震源简易得多。转换波不同于纵波的特 点在于其射线路径是不对称的，其处理应有独特的 方法。
t pso t po t so
h vp

h vs
这是一条二次曲线，但不能向水平界面那样可近似为双曲线或抛物 线。
一、基本原理 • 2.复合速度的概念
• 为了研究转换反射波的运动学特点，引入复合速度的 概念。转换反射波的传播速度即与纵波速度又与横波 速度有关。所谓复合速度是不必分离出纵波和横波， 也就是不管波型是什么，用速度谱（或速度扫描）的 方法由转换波资料直接得出的转换波叠加速度，用Vps 表示。对水平地层也就是均方根速度。 • 复合层速度有别于纵波的代替层速度。后者是多层介 质中的概念，而复合速度既有诞辰的层复合速度又有 多层的等效复合速度。
一、基本原理
4）倾斜平界面SH（或SV）横波反射波的时距曲 线
2h t s t os , 其中tos 2 vs / cos Vs / cos
2
x
2
tos为横波的双程垂直旅行时。 是双曲线
一、基本原理 5）水平反射面上的转换波（P-SV波）的时距曲线 xx x x t t x t v v
近年来，由于勘探目标区的复杂程度大大增加，油 田开发的难度也日益增大，国内外都在研究利用多波 勘探。 多波勘探是近年来发展较快的新勘探方法之一。
由于采用的三分量检波器记录，不仅记录Z分量， 同时记录X分量和y分量，且震源也可以沿X、y、Z三个 方向激发，这样在地震记录上就得到了更丰富的信息， 不仅可以研究岩性，还可以研究地下介质的裂缝特性， 为石油天然气的精细勘探和开发服务
t p t op
2
Vp / cos
x
2
2
, 其中t op
2h vp / cos
• 是一条双曲线，极小点向上倾方向偏移，不对称于炮点。
一、基本原理 3）．水平界面SH（或SV）横波反射波的时距曲线
t x t v
2 2 os 2 2 s
, 其中t os
2h vs
tos为横波的炮点双程垂直旅行时。 是双曲线。