地震波速度资料解释

地震波速度资料的解释

论文提要

地震波速度是地震勘探中最重要的一个参数，是地震波运动学特征之一。在资料处理和解释过程中，速度资料均十分重要。例如在计算动校正时需要叠加速度，绘制构造图进行时深转换时需要平均速度。近年来，速度资料在地震解释中应用得越来越广泛，概括起来有以下几方面：

（１）进行时深转换、绘制深度剖面和构造图。

（２）根据速度资料识别波的性质，如多次波、绕射波和声波等。

（３）利用速度资料制作合成地震记录和理论地震模型，对地震记录作模拟解释。（４）利用速度纵横向变化规律，研究地层沉积特征和相态展布。

（５）利用层速度资料，预测岩性分布和砂泥岩横向变化。

（６）利用速度资料计算反射系数图板，进行烃类检测，判别含气亮点。

（７）利用合成声波测井，进行砂体横向追踪和对比。

（８）利用速度资料预测地层异常压力。

由此可见，提取和分析速度资料是地震地质解释的一项重要的工作，熟悉各种有关的速度概念、速度资料的求取方法和影响速度的各种地质因素对于应用速度资料解决地质问题是很重要的。

正文

一、理论研究和实际资料证实，地震波在岩层中的传播速度与岩层的性质、岩石的成分、密度、埋藏深度、地质时代、孔隙度、流体性质等因素有关，下面分别分析各种因素对速度的影响。

（一）影响速度的一般因素

1.岩性

由于各种岩石类型的成分不同，其传播地震波的速度是不同的（图５—１）；有时即使是同一种岩石类型，由于结构不同其波速也在一定范围内变化。地震波传播速度主要取决于构成这些岩石矿物的弹性性质，一般来说，火成岩孔隙很少或没有孔隙，地震波速度比变质岩和沉积岩的都高，且变化范围小；变质岩的波速变化范围较大，沉积岩波速最低，变化范围大，这主要与沉积岩成分和结构复杂，受孔隙度和流体性质的影响较大有关。表（５—１）是几种类型岩石与介质的波传播速度和波阻抗资料。

2.密度

通过大量岩石样品物性研究和数据分析整理，发现地震波速度与岩石体积密度之间（图５—１（ａ）、（ｂ）），存在着一种令人满意的近似关系。即：

（图５—２）中给出了按上式计算的理论曲线和测定的速度与密度的关系。图中可以看

出，除岩盐和硬石膏偏差大一些外，其他岩石均比较适用。这一经验公式具体地反映了速度与密度之间的关系，为参数之间的换算提供了方便。如在计算人工合成地震记录时，如果已知速度ｖ，缺少密度参数，可用上式进行换算。（图５—３）是胜利油田各时代地层埋藏深度、层速度与密度之间的关系。

图５—１影响地震传播速度的几种主要因素（据格劳尔等，１９８７）

表５１几种主要岩石类型与介质的速度变化范围

3．地层时代

实际观测资料表明，岩石的成分和深度相近，地层时代不同时，地震波速度差异也较大，时代较老的岩石比年轻的岩石速度大（图5—1（ｃ））。这主要与年代较早的岩石成岩作用时间长，岩石较致密等因素有关。

4．埋藏深度

在岩性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大而增大，埋藏越深的岩石，承受上覆地层压力越大，压实作用强，岩石较致密，其波速增大（图53）。但地震速度梯度的变化表现为浅处速度梯度较大，随埋藏深度增大速度梯度变化减小，这主要与深部岩石压实作用趋缓等因素有关。

5．孔隙度与裂隙

孔隙度是影响速度的重要因素之一。研究表明岩石类型相同，成分相近、孔隙度大小不同，速度变化范围较大（图5—1（d），（e），（f）），高孔隙度一般对应为低速，而低孔隙度则一般对应为高速。碎屑岩的孔隙度通常随着岩石致密程度和胶结程度的增大而减小，其速度随胶结程度的增大而增大。此外，岩石中存在着大量的微裂隙可导致岩石的速度减小，这种现象一般在碳酸盐岩储集层或断裂破碎带中较为发育。

图５—２地震波速度与岩石密度的关系图５—３地层埋藏深度、层速度与密度的关系

（已饱和卤水）

（二）、地震波速度与多孔介质流体性质关系

１．流体性质

地震波在沉积地层中的传波速度与岩石孔隙度和流体性质有密切的关系。岩石孔隙中含油、水或气时，岩石的波速会降低，引起波阻抗变化，并导致反射波振幅发生变化。所谓的亮点技术，就是利用饱含油气地层引起界面波阻抗差和反射振幅的强弱变化而直接找油气的方法。研究表明，在浅层岩层中，含有一点点气就会使岩石速度显著降低；但当地层中气体含量达５％时，再增加含气饱和度只对岩层的速度产生很小的影响，这样

就造成有远景的气藏和近于枯竭的气藏在地震参数上是相似的。实际计算证明，时间平均方程不能应用于气体饱和情况，只能采用近似的计算公式：

式中：ｖｒ为流体饱和砂岩速度；为流体饱和砂岩体密度为岩石骨架体积模量；为岩石颗粒体积模量；为流体体积模量；Φ为孔隙度；为颗粒密度；为流体密度。图（5—4）所示为水饱和砂岩、气饱和砂岩和油饱和砂岩的计算结果。可以得出几点认识：

（１）油和水饱和砂岩之间的速度差别很小。

（２）气饱和与水和油饱和砂岩在小于1600ｍ深度时，速度差别较大；大于此深度时有一定差别，但差别很小。

（３）气饱和砂岩和页岩（按ｖ1／5ｚ＝1585计算）之间在浅层速度差异大，但在大于约2000ｍ以上时不存在差别。

（４）页岩和水饱和砂岩之间的速度差别较小。

２．异常压力

在正常压实情况下，岩石孔隙度随深度增加而减小，这种变化使地震波的速度随深度增加而增大，地震上叫做微分压力，这种微分压力对速度有较大的影响。

微分压力由下式定义：

式中：ｐｒ为地层压力，ｐｆ为流体压力。

图5—4含不同流体成分页岩和砂岩的速度与深度关系曲线图5—5速度与外压力的关系理论和实际研究表明，压缩波的传播速度正比于Δｐ（图5—5），随微分压力的增大，地震波速度减小。这就意味着当承受正压力和较大的流体压力的地层存在一较大的压力差时，在沉积层系中将出现一低速层。沉积岩中，作用的总应力ｐｒ＝ｐｆ＋Δｐ，