第6章地震波的速度

t v
i 1 n
n
i i
t
i 1
i
引入平均速度的思想——地震波传播遵循的是
“沿最小时间路程传播”，在非均匀介质(如层状 介质)中，最小时间路程将是折线而不是直线，引 入平均速度时所作的“地震波沿最短路程直线传 播”假设就是对一种实际介质结构的近似简化。
引入平均速度的目的——把沿最短时间路径传播
根据地层的埋藏深度和电阻率 R计算地层波速的 经验公式：
V 2 10 ( z R)
3
1/ 6
式中：V—速度(m/s)，z—深度(m)，R—电阻率(Ω· m)
此经验公式在没有地震测井资料的地区，可用 来换算速度资料。
第一节 地震波速度及影响速度的因素 5、与构造历史和地质年代的关系
①同样深度、成分相似的岩石，当地质年代不 同时，波速也不同，年老的岩石比年青的岩石 具有较高的速度。 ②速度与构造运动的关系，在不同地区有不同 的表现。 在强烈褶皱地区，经常观测到速度的增大；
t 2
i 1
cos iVi
相应的炮检距：
x 2 hi tan i
i 1 n
这两个方程不能写成简单的 t = f(x)显函数形式。
第二节 几种速度概念
t t0
2 2
x2 VR
2
VR
t V / t
2 i 1 i i i 1
n
n
i
VR——相当于均匀介质情况下的波速，称为n
第一节 地震波速度及影响速度的因素 9、与温度的关系
当温度升高时，气饱或水饱和岩石的地震速度 仅稍有减少（Timur，1977；Wang和Nur，1990）。
如温度从22°C到122°C时速度会减少5-7%。
当岩石为原油饱和时，纵波速度随着温度的增 加而大幅度地降低。
在重油砂层，当温度从25°C增至125°C时，Vp 几乎下降了35%至90%！这样巨大的降低部分地 是由于原油的可压缩率增加所造成。
• 如断层、地层中的不整合及地层尖灭。
第二节 几种速度概念 一、层速度Vi (interval velocity)
定义：在地震勘探中，把某一相对稳定或岩
性基本一致的沉积地层所对应的速度称为该地 层的层速度。 层速度是一种对地震资料进行地质解释很有 用的资料。
声波测井资料、地震测井或零井源距VSP资 料可以得到比较细致、精确的层速度资料。
层水平层状介质的均方根速度。
均方根速度的定义：
把水平层状介质情况下的反射波时距曲线近似 地当作双曲线时，求出的波速就是这一水平层 状介质的均方根速度。
均方根速度的意义：
把各层的 速度值的 “ 平方 ” 按时间取 其 加权 “平均”值，而后取“平方根”值，要注意其 中速度较高的层所占比重要大，表明这种近似 在一定程度上考虑了射线的偏折。
建立波动方程时将导出地震纵波和横波在介质中的 传播速度与介质的弹性常数之间的定量关系：
VP
VS
2 E (1 ) (1 )(1 2 ) E 2 (1 )
4 ( ) 3

其中,λ、µ 是拉梅系数(Lame)，ρ是介质的密度，E是杨氏 模量；σ是泊松比(Poisson’s ratio) ；K是体变模量；它 们都是介质的弹性性质的参数(弹性模量)。
转化为沿最短距离路径传播，不符合“费马”原 理，但具有一定的用途，如时深转换。
第二节 几种速度概念
1、问题的提出
三、均方根速度VR (root mean square velocity)
水平层状介质的反射波时距曲线是否还是双曲线？ 如果不是的话，能否近似地把它看成双曲线?
n层水平层状介质，O点激 发，S点接收，反射波的传 n hi 播时间：
第一节 地震波速度及影响速度的因素 孔隙流体
未固结砂岩中流体饱和度对P波速度的影响
⑴油水两相
当含水饱和度从 0 变化到 1 ，也就是从完全含油 到完全含水，砂岩的波速是单调增大的。
⑵气水两相
当含水饱和度从 0 变化到 0.8 时，波速是随之缓 缓减小的，然后随着含水饱和度的增大而增大， 在含水饱和度为0.95时急剧增大。
——Wyllie方程
第一节 地震波速度及影响速度的因素
1 1 V Vf Vs
①孔隙度越高，岩层速度越低； ②流体速度越高，岩层速度越高； ③岩石骨架速度越高，岩层速度
越高；
④岩石孔隙的不均匀性或孔隙形
状的变化，都会导致岩层速度的 变化。
第一节 地震波速度及影响速度的因素
当速度还受孔隙流体压力的影响，流体压力降 低，流体压力这项的百分比影响就变小，当流 体压力接近大气压时，其影响变得最小。 在实际条件下，时间平均方程必须用一个压差 调节系数c加以修正。
1)在沉积岩中速度的空间分布规律决定于地层 的沉积顺序及岩性特点。
沉积岩的基本特点之一是成层分布。 根据形成沉积的各种条件(如岩性、孔隙率等)， 可以将整个地质剖面划分为许多地层，在各层 中波传播的速度是不同的。 速度在剖面上的成层分布就成为沉积岩的基本 特点.
第一节 地震波速度及影响速度的因素 2)速度与深度和地质年代有关，这个关 系基本上是平滑变化。
第一节 地震波速度及影响速度的因素
1.上覆压力增加，而孔隙压力不变，那么岩石 基质将被挤压得越紧密，岩石弹性模量将增加 而密度变化不大，地层速度增加。 2.孔隙压力增加，而上覆压力不变，那么孔隙 流体承受的上覆压力部分将增加，岩石就显得 较松，体积模量减小，泊松比增大，地层速度 降低。
第一节 地震波速度及影响速度的因素 8、与岩石结构的影响
第二节 几种速度概念 二、平均速度Vav (average velocity)
定义A ——一组水平层状介质中某一界面以上 介质的平均速度就是地震波垂直穿过该界面 以上各层的总厚度与总的传播时间之比。 n层水平层状介质的平均速度：
第二节 几种速度概念
同样得到：
Vav
h
i 1 n
n
i
注意：
hi i 1 v i
纵波与横波速度之比取决于泊松比。泊松比σ 的值在大多数情况下约等于0.25，所以， 纵波与横波的速度比位VP/VS一般为1.73。 只有在最为疏松的岩石中σ≈0.5。
第一节 地震波速度及影响速度的因素 2、速度与岩性的关系
岩性可能是影响速度的最重要的一个因素
岩性－－主要指岩石的矿物性质，包括矿物 成分、结构、颗粒等。有火成岩、变质岩和 沉积岩等。 1）火成岩的地震波速度的变化范围比变质 岩和沉积岩小，速度的平均值比其他类型岩 石要高。因为火成岩只有很少或没有孔隙。 2）大多数变质岩的地震波速度变化范围比 较大，主要是成岩环璄的影响。
第一节 地震波速度及影响速度的因素 10、与频率的关系 一般认为，在很宽的频率范围内，纵 波与横波的速度与频率无关，这说明 纵波和横波不存在频散现象。 实际资料中或实验室测试发现，在液 体饱和的岩石中存在着速度频散现象。 实验研究认为，频散是液体在孔隙空 间中流动造成的；
第一节 地震波速度及影响速度的因素 11、沉积岩中速度的一般分布规律
第一节 地震波速度及影响速度的因素
②地震纵波速度与岩石密度（完全充水饱和体积密 度）之间，存在着良好的定量关系，可用加德纳 (Gardner)公式表示如下：
0.31 V 1 / 4
式中，V—速度(km/s)；ρ—密度(g/cm3)
Gardner的关系式仅考虑从水饱和沉积岩石的体积密 度来估算纵波速度。虽然Gardner等根据上式处理了 所有沉积岩石（作为单独一组），确实给出了不同 岩性的独立曲线，但这样一来对所有沉积岩石就只 存在单一的Vp－ρ关系了。
第六章 地震波的速度 速度信息的应用
野外观测系统设计时需要速度来确定具体的采集 参数； 地震资料处理动校正、水平叠加需要叠加速度； 偏移归位需要偏移速度；深度偏移需要速度模型或 速度场； 在地震资料的解释过程中，平均速度主要用于时 深转换，以便于制作合成地震记录和绘制深度构造 图； 层速度信息主要用于地层、岩性解释，也可用于 储层参数、含油性预测。
第一节 地震波速度及影响速度的因素
7、速度与压力的关系
压力对致密岩石和多孔岩石波速的影响是不同的。
⑴致密岩石
压力的影响很小，一般可忽略。
⑵孔隙介质
在储层中总是存在两种不同的压力： 上覆岩层压力（Po）是整个上覆岩石地层 所施加的压力，也称为围岩压力； 储层压力（Pp）是流体质量所施加的力， 也称为流体压力或孔隙压力。
第一节 地震波速度及影响速度的因素 纵波和横波速度比与泊松比
同一介质中纵波和横波速度比的关系如下
VP VS 2(1 ) 1 2
VP
2
VS
E (1 ) (1 )(1 2 )
4 ( ) 3

E 2 (1 )
1）沉积岩中，地震波速度与岩石密度的有密 切关系，大多数随密度增加而增大。
也有例外，如，与白云岩相比硬石膏具有更高的体 积表示成一种 近似的线性关系。
①对石灰岩和砂页岩来说，这种关系可表示成方程 式
V 6 11
式中，V—速度(km/s)；ρ—密度(g/cm3 )。
式中，Vf是孔隙流体中的速度； Vs是岩石基质的速度；Φ是岩石的孔隙率。
第一节 地震波速度及影响速度的因素
地层速度： V 传播距离
总传播时间 1 1 1 ts t f Vf Vs
在地震勘探中比较常用的，关 于颗粒速度与流体速度、孔隙 率之间一个很简单的关系式， 叫做时间平均方程 (Wyllie方 程) 1 1 V Vf Vs
※
第一节 地震波速度及影响速度的因素 4、与埋藏深度的关系
在岩石性质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加而增大。 其原因主要是埋藏深的岩石所受的地层压力 大的原故。 不同地区，速度随深度变化的垂直梯度可能相 差很大。