论地震勘探中的几种主要地震波

论地震勘探中的几种主要地震波

论文提要

地震勘探，就是通过人工方法激发地震波，研究地震波在地层中传播的情况，以查明地下地质构造，为寻找油气田或其它勘探目的服务的一种方法。也可以理解为就是利用地震子波从地下地层界面反射回地面时带回来的旅行时间和形状变化的信息，用以推断地下的底层构造和岩性。地震勘探在勘探已有的各种物探方法中，是最有效地方法。在地震勘探中用炸药激发时，一声炮响之后会产生各种各样的地震波。按波在传播过程中质点震动的方向来区分，可以纵波和横波；根据波动所能传播的空间范围而言，地震波又可以分为体波和面波；按照波在传播过程中的传播路径的特点，又可以把地震波分为直达波、反射波、透射波、折射波，等等。地震勘探在石油勘探中除了能产生来自地层界面有用的反射波外，还会产生各种各样的干扰波。因此，我们要更好的了解各种波的产生、特点、用途，等等。下面简单介绍几种地震勘探中产生的地震波。

正文

一、反射波

（一）反射波的形成

1、几何地震学的观点

当炸药在井中爆炸激发地震波时，在雷管引爆几百微妙之内爆炸便完成了，在接近爆炸点的压强是一个延续时间很短的尖脉冲，爆炸脉冲向外传播，压强逐渐减少，地层开始产生弹性形变，形成地震波。地震波继续传播，由于介质对高频的吸收，地震波信号减小。当波入射到两种介质的分界面时（当上层介质波阻抗与下层介质波阻抗不等时，弹性地震波才会发生反射；上层介质波阻抗与下层介质波阻抗差别越大，反射波越强——反射波条件），一部分波回到第一种介质中，这就是所谓的反射波。如图所示

2、物理地震学观点

地震波从震源出发以球面波的方式向下传播，到达反射界面S，S可以就看成有许多

小面积元△S组成，当△S的大小线变接近地震波的波长时（地震波的波长一般是70米——100米），每个这样的小面积元都可以看成一个绕射体，根据惠更斯原理，把每个小面积元看作一个新的点震源，从新震源发出的一系列球面子波想四面八方传播，对地面上某个接收点P来说，他所收到的反射波就是来自S面上的每个小面积元产生的绕射波在P 点叠加的结果。具体说，就是将这些小面积元产生的绕射波按传播路径差在时间上错开并考虑能量的大小后，一个个叠加起来，作为在P点接收到的反射波。也就是说，在P 点接收到的波动的能量并不是来自反射界面的某一点，而是来自界面上的所有点。（二）反射波特点

1、反射波在水平界面上的特点

1）入射线、反射线、法线位于入射面内（入射线和法线所确定的平面垂直于分界面，这个平面叫做入射面）；入射线、反射线位于法线两测。

2）入射角等于反射角。

3）射线平面垂直界面也垂直地面。

2、反射波在倾斜界面上的特点

由于构造运动造成的地层褶皱、挠曲在断层附近的逆牵引现象以及古潜山的凹凸不平的顶面等会形成一些弯曲界面。弯曲界面的反射波具有一些同平面界面反射不同的特点。弯曲界面又可以分为凹界面和凸界面两类。

1）凸界面反射波特点

①在水平叠加剖面上出现范围比实际构造宽

②凸界面反射波与两翼较平界面发生干涉

③背斜埋藏越深，凸界面反射波出现范围越大

④凸界面有能量发散作用

2）凹界面反射波特点

凹界面可以用圆周一部分表示，设圆的曲率半径为R，界面深度为H

①当R>H时，圆心在地面上

在水平叠加时间剖面上，同相轴下凹，范围比界面范围窄，也叫收敛作用。如下所示

②当R=H时，圆心位于地面上O点，除O点外，在其他点自激自收都接受不到反射波，

所以反射线都聚焦于O点。如下图所示

③当R

会形成回转波，凹界面出现一条向上凸的同相轴，并且反射点与观测点的关系是回转的。如下图所示

（三）地震勘探中反射法

反射法地震勘探最早起源于1913年前后R.费森登的工作,但当时的技术尚未达到能够实际应用的水平。1921年，J.C.卡彻将反射法地震勘探投入实际应用，在美国俄克拉荷马州首次记录到人工地震产生的清晰的反射波。1930年，通过反射法地震勘探工作,在该地区发现了3个油田。从此，反射法进入了工业应用的阶段。

反射法利用反射波的波形记录的地震勘探方法。地震波在其传播过程中遇到介质性质不同的岩层界面时，一部分能量被反射,一部分能量透过界面而继续传播(下图)。

如两种介质中地震波速度分别为v1与v2，则入射角θ1 ,反射角θ姈和折射角θ2将遵从斯涅耳定律：

反射波与透射波之能量分配与介质的波阻抗Z（介质密度与波速的乘积）有关。波由介质1入射时,反射波与入射波的振幅比称为反射系数q，公式为

在垂直入射情形下有反射波的强度受反射系数影响，在噪声背景相当强的条件下，通常只有具有较大反射系数的反射界面才能被检测识别。地下每个波阻抗变化的界面，如地层面、不整合面、断层面等都可产生反射波。在地表面接收来自不同界面的反射波，可详细查明地下岩层的分层结构及其几何形态。

反射波的到达时间与反射面的深度有关，据此可查明地层埋藏深度及其起伏。随着检波点至震源距离（炮检距）的增大，同一界面的反射波走时按双曲线关系变化，据此可确定反射面以上介质的平均速度。反射波振幅与反射系数有关，据此可推算地下波阻抗的变化，进而对地层岩性做出预测。

反射法勘探采用的最大炮检距一般不超过最深目的层的深度。除记录到反射波信号之外，常可记录到沿地表传播的面波、浅层折射波以及各种杂乱振动波。这些与目的层无关的波对反射波信号形成干扰，称为噪声。使噪声衰减的主要方法是采用组合检波，即用多个检波器的组合代替单个检波器，有时还需用组合震源代替单个震源，此外还需在地震数据处理中采取进一步的措施。反射波在返回地面的过程中遇到界面再度反射，因而在地面可记录到经过多次反射的地震波。如地层中具有较大反射系数的界面,可能产生较强振幅的多次反射波,形成干扰。

反射法观测广泛采用多次覆盖技术。连续地相应改变震源与检波点在排列中所在位置，在水平界面情形下，可使地震波总在同一反射点被反射返回地面，反射点在炮检距中心点的正下方。具有共同中心反射点的相应各记录道组成共中心点道集，它是地震数据处理时所采用的基本道集形式，称为CDP道集。多次覆盖技术具有很大的灵活性，除CDP道集之外,视数据处理或解释之需要,还可采用具有共同检波点的共检波点道集、具有共同炮点的共炮点道集、具有相同炮检距的共炮检距道集等不同的道集形式。采用多次覆盖技术的好处之一就是可以削弱这类多次波干扰，同时尚需采用特殊的地震数据处理方法使多次反射进一步削弱。

反射法可利用纵波反射和横波反射。岩石孔隙含有不同流体成分，岩层的纵波速度便不相同，从而使纵波反射系数发生变化。当所含流体为气体时，岩层的纵波速度显著