地震勘探方法与技术新进展

§4.2 多波地震勘探的理论基础概述
第四章 多波地震勘探
二、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， 各相同性是指假设介质的弹性参数与波的传播 方向无关。实际上，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项异性介质。 实际介质中存在着广泛的各项异性性质，油气 勘探和开发中也是如此。
1．各项异性分类
波的传播速度与与波的传播方向有关，这叫 速度各项异性。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 传播方向传播速度不同。在地震勘探中，常见 的各项异性介质可简化为两种，一种是横向各 相同性（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，见图4-3（a）,例如周期性的保护层就 属于此类。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 孔隙所引起的，具有水平的无限次旋转轴的介 质。见图4-3（b）,还有其它的复杂的各项异 性介质，见图 4-3（c）、(d)。 §4 .2 多波地震勘探的理论基础概述
§4.2 多波地震勘探的理论基础概述
第四章 多波地震勘探
第一层是各向同性介质，第二层是各向异性介质，第三层是各向同性介质。 模拟过程省略，只看模拟结果。VSP记录是在地面放炮，井中检波器接收， 上行波是深部检波器先记录到，只看记录横波的情况。在第三层介质中， 只有一个横波（介质为各项同性）。当横波传播到第二层介质时，由于第 二层介质是各向异性的，横波产生分裂，分裂成两个横波，快波TS1,慢波 TS2。它们以不同度速度向上传播，由于传播速度不同，时差逐渐变大，传 到第一层介质时（各向同性），两个横波各自以其速度传播，表示为平行 的两个同相轴，图中后部表示有多次波和不断地又产生分裂（图4—9）。
§4.2 多波地震勘探的理论基础概述
第四章 多波地震勘探 2．转换波
当存在一个半无限弹性介质的份界 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。见图4-2。 这时的反射横波不是由横波震源产 生的，而是由于入射纵波转换产生 的，所以叫转换波。当然同时还会 产生各种多次波，这些波具有不同 的传播速度、传播规律、偏振特性， 振幅特性，可以综合利用。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。
§4.4 多波地震勘探资料处理
第四章 多波地震勘探
第四节 多 波地震勘探 资料处理
多波地震勘探资 料处理流程可分 两部分内容，一 部分是纯纵波、 纯横波的处理； 另一部分是转换 波的处理。 一、多波处理
1、多波处理流 程
如图 4 — 6 为多 波处理流程框图。
§4.4 多波地震勘探资料处理
第四章 多波地震勘探
§4.2 多波地震勘探的理论基础概述
第四章 多波地震勘探
⑴EDA介质中地面地 震记录模拟。同样， 有关数值模拟的具体 过程省略，只看一些 明显的模拟结果，见 图4—7。在各向同性 介质中，弹性波数值 模拟分量只有直达横 波和反射横波，在 EDA介质中，弹性波 数值模拟分量记录了 直达横波、直达纵波， 转换波，还有横波。 这表明波场有更多的 信息。 ⑵ EDA 介 质 中 弹 性 波 VSP记录模拟。一个三 层模型如图4—8。
§4.3 多波地震资料采集
第四章 多波地震勘探
2．四分量记录 在已作过纵波勘探的地区， 可以采用四分量记录，即两 个横波震源，两个横波检波 器，见图4—15。 3．三分量记录 一个纵波震源，三分量检波 器，也叫转换波勘探，这样 记录到耦合在一起的纵波、 转换波，经过波场分离得到 纵波、转换横波，大大节省 了采集费用和提高了效率。 对于海上勘探，由于在海水 中，不产生横波，海上勘探 要将检波器放在海底，以记 录横波，因此要用海底电缆， 比陆地多波勘探有较大难度。
从流程看，主要 有波场合成和波场 分离，九类炮点记 录的常规处理和特 殊处理。而九类炮 点记录又可分成两 大类：一类是同类 型 波 ， 例 如 P-P、 SV-SV、SH-SH 波 ， 这类波由于射线途 径对称，可用修改 后的常规P纵波的处 理流程进行处理。 另一类时转换波， 例 如 P-SV、SH-P 波 等等，这类波由于 射线途径不对称， 要研制新的处理程 序。
若用54°检波器，可用坐标旋转 公式转换成直角坐标记录。地面 三分量检波器要求一致性良好。 三分量检波器比较昂贵，一般不 做组合。
§4.3 多波地震资料采集
第四章 多波地震勘探
二、多波采集方式
1、九分量采集 真正的多波采集勘探是用三个震源（一个纵波、两个横波）激发，三分量 检波器接收，见图4—13。 这样可以得到九分量记录。九分量记录见图4—14。 这九分量中每个分量的记录都是纵波、横波耦合在一起，必须经过波场分 离，才能得到真正的纵、横波和各类转换波。
第四章 多波地震勘探
第三节多波地震资料采集
多波地震资料采集比单一纵波采集要复杂的多。震源设备、检波器、观测 系统均要有特殊的要求。下面分别简要概述。 一、采集设备 ⑴首先要产生纵波、横波的震源设备。纵波震源设备一般比较容易，横波 的震源设备一般要产生剪切力，有专门的产生横波的震源设备，设备笨 重、昂贵、野外施工困难。 ⑵三分量检波器。现在有两种三分量检波器，一种是直角坐标系，有X、 Y、Z三个分量，Z轴向下，X、Y在地面上（见图4—11）。 一种是54°检波器，三个检波器，每个检波器均与中垂线夹角成54°角， 见图4—12。
地震勘探中多年来是利用纵波进行 勘探，由于纵波的特点，只需用一 个垂直分量的检波器记录即可（见 图 4-1 （ a））；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 vs= (μ /ρ )1/2 （4-2） 式中， vs 横波速度。有两种横波， 一种是在射线平面以内传播的 SH 横 波，一种是垂直于射线平面的 SV 横 波。这两种横波耦合在一起，所以 横波具有极化性（见图 4-1 （ b））， 产生横波的震源，与纵波震源必须 具有剪切力。横波有其独特的优点， 将在下面阐述。
§4.3 多波地震资料采集
第四章 多波地震勘探
第四节 多波地震勘探资料处理
多波地震勘探资料处理流程可分两部 分内容，一部分是纯纵波、纯横 波的处理；另一部分是转换波的 处理。 一、多波处理 1、多波处理流程 如图4—6为多波处理流程框图。 从流程看，主要有波场合成和波场分离， 九类炮点记录的常规处理和特殊 处理。而九类炮点记录又可分成 两大类：一类是同类型波，例如 P-P、SV-SV、SH-SH波，这类波 由于射线途径对称，可用修改后 的常规P纵波的处理流程进行处理。 另一类时转换波，例如P-SV、SHP波等等，这类波由于射线途径不 对称，要研制新处理程序。
§4.2 多波地震勘探的理论基础概述
第四章 多波地震勘探 3．纵波方位各向异性
利用三维纵波资料可以研究裂隙的方位，由于三维采集时具有不同的方位， 例如平行裂隙走向或垂直于裂隙走向，其振幅特性随不同方位而不同，在 一定的炮检距下，当平行裂隙时，振幅出现极大，而垂直裂隙时，振幅出 现极小。这样利用纵波不同方位的振幅特性可判断裂隙的走向。 正演模拟时，由于当裂缝中含油、气时，实际为双相介质。现在看双相介 质各向同性介质情况，不同方位时纵波（实际为快纵波）反射系数变化情 况，模拟过程省略。只看模拟结果（见图4—10）。 含气裂隙顶的快纵波反射系数，在一定的入射角下，当平行裂隙时，反射 系数增长较快（实线）。而垂直裂隙时反射系数变化平缓，其它含气裂隙 底面及含油、含水均有相同规律，只是程度不同。
第四章 多波地震勘探
利用牛顿定理，广义胡克定律和应变——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，先从正演模型来看各向异性情况下波场的特点。 ⑴TI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 前快照是一个圆，表示波的传播速度各方向相同，见图4 —4 （a）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，见图 4—4（b），表示SH波，它的波前是一个椭圆。
§4.1 多波地震勘探概述
第四章 多波地震勘探 第二节 多波地震勘探的理论基础概述 一、纵波、横波、转换波
1．纵、横波 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 质中质点振动反方与波的传播方向一致的纵波，其传播速度 vp=｛ (λ ＋2μ )/ρ ｝1/2 （4-1） 式中λ 为拉梅常数，μ 为切变模量，vp为纵波速度。
§4.2 多波地震勘探的理论基础概述
第四章 多波地震勘探 2．横波双折射
一般情况下，横波穿过EDA 介质时会发生横波双折射现 象，也即横波分裂，见图 4—6，这时出现两种横波， 一种是沿平行于裂隙方向传 播的S1，一种是沿垂直于裂 隙方向传播的S2波，它们各 自有对应的速度，前者传播 的速度较快，叫快横波，后 者传播的速度较慢，叫慢横 波，由于传播的速度不同， 在各向异性介质中形成快慢 横波时差，振幅衰减等，这 些都与在各向异性介质中有 关（例如，裂隙方位和密 度）。因此可根据快、慢波 的时差、波形、振幅衰减等 反过来研究裂隙的方位和密 度。
§4.3 多波测系统
观测系统设计的主要参数包括最小炮检距、最大炮检距、道间 距、覆盖次数和接收参数等。在资料处理中，缺少小跑检距的资 料会降低速度分析对反射层的分辨率，而缺少大炮检距的资料会 降低速度分析对速度的分辨率，这都不利于确定精确的纵、横波 速度比，这在设计观测系统时要加以考虑。 ⑴最小炮检距。由于转换波在近炮检距的反射能量较弱，一般 为偏移距（最小炮检距）应该加大。但是考虑到要接收纵波反射 时，一般仍采用纵波观测系统所设计的偏移距。 ⑵最大炮检距。最大炮检距的选区一般与目的层的深度、目的 层的转换波反射系数与有关。由于转换波在大入射角时会有足够 的能量，所以，一般情况下，最大炮检距要比纵波勘探的最大炮 检距大。 ⑶其它炮检距、覆盖次数等参数与常规纵波勘探类似。 ⑷由于转换波频率较低，接受仪器的频率要比接收纵波时低一 些。