第五章 地震波速度分解

第一节 影响地震速度的主要因素
（4）构造历史和地质年代的影响
许多实际观测资料表明，同样深 度、成分相似的岩石，当地质年代 不同时，波速也不同，年代老的岩 石比年青的岩石具有较高的速度。 在强烈褶皱地区，经常观测到速度 的增大；在隆起的构造顶部，则发 现速度减低。一般地说，地震波在 岩石中的传播速度随地质过程中的 构造作用力的增大而增大。
其中a,b,c是经验系数，ρ的单位是g/cm3
泥岩： a=-0.0261, b=0.373,
c=1.458， Vp=1.5~5.0km/s
砂岩： a=-0.0115, b=0.261,
c=1.515， Vp=1.5~6.0km/s
石灰岩：a=-0.0296, b=0.441,
c=1.963， Vp=3.5~6.4km/s
第一节 影响地震速度的主要因素
①因为流体的μ=0，所以流体中不能传播横波。
1914年，德国地球物理学家古 登堡发现地下2900千米处地震波的 传播速度有明显变化，后证实这里 是地核与地幔的分界层。人们将这 个界面称为“古登堡界面”。通过 此界面向下，纵波突然下降，横波 完全消失，并以此推断外核为液态 金属。
Faust（1951）统计美国和加拿大 500口井砂岩、泥岩速度数据与地质时 间和深度的关系总结出了速度、年代 和深度的关系式如下：
V a(TZ )1/6
第一节 影响地震速度的主要因素
②纵波速度大于横波速度
P波：P代表主要 （Primary）或压缩 （Pressure）前进速 度最快，也最早抵达。
S波：S意指次要 （Secondary）或剪力 （Shear），前进速度 小于P波
第一节 影响地震速度的主要因素
③纵横波速度比可以用泊松比 表示，可以用来区分岩性
第一节 影响地震速度的主要因素
（3）密度
盐岩 石灰岩 硬石膏 白云岩
几乎各种Fra Baidu bibliotek石的波速都随密度增大而 增大。
最著名的速度与密度的经验关系式是 由加德纳（Gardner）总结美国多个 地区多种岩石（岩石饱和盐水，最大 深度约7400米）得到的：


0.31v
0.25 p
密度（g / cm3）；vp 纵波速度（m / s）
沉积岩：１５００～６０００
花岗岩：４５００～６５００
玄武岩：４５００～８０００
变质岩：３５００～６５００
在单独利用地震纵波速度无法 区分岩性的情况下，人们提出 了利用纵波和横波速度之比 （VP/VS）与泊松比关系图 （也称交汇图）、VP/VS与 VP交汇图、AVO（振幅随炮 检波距变化）分析等新的方法 来区分不同的岩性。
白云岩：a=-0.0235, b=0.390,
c=1.242， Vp=4.5~7.1km/s
硬石膏：a=-0.0203, b=0.321,
c=1.732， Vp=4.6~7.4km/s
第一节 影响地震速度的主要因素
Brocher（2005）根据大量的岩芯、测井和VSP资料建立了新 的纵波速度与密度的经验公式：
1.6612Vp 0.4731Vp2 0.0671Vp3 0.0043Vp4 0.000106Vp5
其中VP 的单位是ft/s、ρ的单位是g/cm3，Vp=1.5~8.5km/s。 该公式适用深度范围较大，在石油地震勘探中仅仅只能作为参 考。
石油地震勘探中一定要建立适合本地区本地层的深度范围的 地震速度与密度的经验关系。
根据不同的研究目的，往往加一些前缀赋予特定的含义，比如：平均 速度、瞬时速度、射线速度、层速度、偏移速度、叠加速度、均方根速 度等等。
计算各种地震速度的方法也不是单一的，包括实验室岩芯速度测井、 地震测井、垂直地震剖面、地震速度分析等方法。
第一节 影响地震速度的主要因素
大量理论研究、实验室研究和实际资料都证明，地震波的传 播速度与地下岩石的性质，如岩石的弹性常数、岩石的成分、 密度、埋藏深度、孔隙度、地质年代、含流体性质以及温度等 因素息息相关。
剖面中显示：由于含气砂岩具有低泊松比，所以气藏顶部位一个 负的反射(泊松比σ减小) 以及在气藏底部为一个正的反射(泊松比 σ增加)。
第一节 影响地震速度的主要因素
（2）岩性
造岩矿物成分不同的岩石，由于造岩矿物的密度、体积模量、 剪切模量的不同，又由于造岩矿物是组成岩石的主要成分，因 此是影响岩石弹性性质的主要因素。
纯砂岩 纯泥岩
经验公式
第一节 影响地震速度的主要因素
在实际工作中不能生搬硬套加德纳公式，要建立勘探区域的速 度与密度的经验关系。
1993年Castagna通过大量的实验室数据和测井、地震数据分 别对不同的岩性，如泥岩、砂岩、石灰岩、白云岩和硬石膏给 出了速度与密度的经验关系方程:
aVp2 bVp c
岩性 气层砂岩 油层砂岩 水层砂岩
泥岩 钙质泥岩
砾岩 煤层
泊松比 0.12~0.22 0.21~0.25 0.24~0.35 0.25~0.40 0.32~0.43 0.22~0.38 0.33~0.49
含气砂岩 具有低泊 松比和低 速度比
第一节 影响地震速度的主要因素
某气藏泊松比变化剖面
Top
Base
第一节 影响地震速度的主要因素
（1）弹性常数
p
2
K 4 / 3
E 1- 1 1 2
s

E
2 1
Vs2
k


(V
2 p

4 / 3Vs2 )
Vp
Vs
2(1) 1 2
它们分别表示纵波和横波在介质中的传播速度，可知弹性波 在均匀各向同性介质中的传播速度是由介质的弹性常数和密度 决定的。如果能求得岩石的地震纵波和横波速度以及密度就可 以得到弹性常数k和μ。
第五章 地震波速度
第一节 影响地震速度的主要因素
第二节 几种地震速度的概念
第三节 地震速度参数的测定方法
第四节 地震速度之间的相互关系
地震波的速度是指地震波在地下岩层中的传播速度，简称地震速度。 它既是研究地球内部结构的最重要参数，也是地震勘探中最重要的参数 之一，渗透到地震资料处理和解释的大部分环节。在地震正演研究、地 震时深转换、地震偏移、地震反演、储层描述等过程中，都需要同地震 速度打交道。