第三讲-地震波速度
地震波在地球内部传播速度的特点
地震波在地球内部传播速度的特点
1、纵波是推进波，地壳中传播速度为5.5~7千米／秒，最先到达震中，又称P波，它使地面发生上下振动，破坏性较弱。
2、横波是剪切波：在地壳中的传播速度为3.2～4.0千米/秒，第二个到达震中，又称S波，它使地面发生前后、左右抖动，破坏性较强。
面波又称L波，是由纵波与横波在地表相遇后激发产生的混合波。
其波长大、振幅强，只能沿地表面传播，是造成建筑物强烈破坏的主要因素。
地震所造成的直接灾害有：
1、建筑物与构筑物的破坏，如房屋倒塌、桥梁断落、水坝开裂、铁轨变形等等。
2、地面破坏，如地面裂缝、塌陷，喷水冒砂等。
3、山体等自然物的破坏，如山崩、滑坡等。
4、海啸、海底地震引起的巨大海浪冲上海岸，造成沿海地区的破坏。
5、此外，在有些大地震中，还有地光烧伤人畜的现象。
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围变化。
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，且变化围小；变质岩的波速变化围较大，沉积岩波速最低，变化围大，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。
地震波的速度
i1
x2
i1
n
ti vi2
i1
)2
n
ti
i1
n
令
vR
t
i
v
2 i
i1
n
ti
i1
为均方根速度
t2
t
2 0
x2
v
2 R
v i ：各小层的速度
t i ：各层的垂直时间
v R ：称为n层水平层状介质的均方根速度
定义：
把水平层状介质情况下的反射波时距曲线近 似当作双曲线求出的波速，就是这一水平层 状介质的均方根速度。
地震波的速度
第一节 地震波速度的影响因素
• 一、岩石的弹性对速度的影响 • 二、岩性的影响 • 三、密度的影响 • 四、孔隙度的影响 • 五、埋深和压力的影响 • 六、构造历史和地质年代的影响 • 七、频率和温度的影响 • 八、孔隙流体的影响 • 沉积岩中速度分布的规律
一、弹性常数的影响
弹性常数增加，速度增加
各种校正的随机误差 表层速度分布不均匀 地震波之间的干涉 大倾角地层、复杂构造 观测方式、观测误差
二、测定速度的方法
• 测定地震波传播速度的方法基本上可分 为以下几类:
• （1）实验室测定法 • （2）井中观测法 • （3）时距曲线计算法 • （4）速度谱方法 • （5）速度剖面法 • 对上述几种速度的测定方法作简要描述
对于覆盖层为连续介质，只给出对应的基本 公式。
均方根速度的定义
n
令
t
i
v
2 i
vR
i1 n
ti
i1
为均方根速度
均方根速度的意义还可以这样说明：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。
地震波的速度
八. 沉积岩中速度的一般规律：
1. 沉积岩的沉积规律呈层状分布；
O
V
2.速度随深度增加而增加,且具有
垂直方向特性, 而速度梯度随深度 增加而减小；如右图所示. 3.速度水平方向变化特点：速度的 水平梯度小于垂直梯度；
Z
4、地质构造对波的速度会产生影响。
§7.2几种速度概念
对地下复杂的地质介质情况作不同的假设，不同的速 度获取方法与计算方法或不同的用途而引出相应速度， 而每种速度都有其本身的意义，引入的原因，计算与 测定方法，以及使用范围等，而且随地震勘探的法而 出现变化或淘汰。 1. 平均速度 2. 均方根速度 3. 等效速度 4. 叠加速度
五、射线平均速度 在地震波传播非均匀介质中时，波沿不同 的射线路径具有不同的传播速度。波沿射 线路径传播的速度称为射线速度，把波沿 射线所走过的总距离除以总时间称为波沿 该射线的平均速度。
1、 水 平 层 状 介 质 时 的 线 射平均速度 s v 0 , t t
i 1
n
hi 1 P v hi
300-500米
50-100米
o *
****** ****** ******
•***** •***** •*****
长方形布设(远炮点)
炮点的扇形布设
(近炮点)
2、地震测井的资料整理
仪 器
A
d
hc
o
o`
o s d H hc
' 2
2
H
测 井 检 波 器
vc
vc
tc
'
d H hc tc
2000
8000
经验公式
2.0 1000 密度:克/立方厘米 2.5 3.0
《地震勘探原理》地震波的速度
第四章地震波的速度
第1节地震波在岩层中的速度及与各种因素的关系
第2节几种速度的概念
第3节各种速度之间的关系
第4节平均速度的测定
第5节叠加速度谱的制作与解释
主讲教师：刘洋
第1节地震波在岩层中的速度及与
各种因素的关系
）速度比值（或泊松比）
112111212222−−=−⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛r r V V V V S P S P
对数－对数坐标0.25
0.31V ρ=）
、温度、压力
）随着温度的升高，速度降低
）随着压力的升高，速度增加
第2节几种速度的概念。
需总时间之比是平均速度。
第3节各种速度之间的关系
第4节平均速度的测定
第5节叠加速度谱的制作与解释
道集动校正速度：
3500m/s 动校正速度：
4400m/s 动校正速度：4150m/s
CMP。
地震波传播速度
地震波传播速度
一、层中的传播速度
1、与岩石弹性常数的关系：
表1.3.1
v p/v s与б泊松比的关系
①对于岩土介质来说,越坚硬致密б越小,越
松软б越大,液体的泊松比最大б=0.5；多
数岩石б从0.2到0.3。
当б从0—0.5。
②横波速度比纵波速度低,横波分辩薄层比纵
波深；岩层富含水或油气时,纵波速度影响
大,横波无影响,可利用v p /v s 来判断岩土介质的含水性。
③ 面波速度v r 对瑞利方程分析可知p s R V V V <<,v r 和v s 较接近。
б=0.25和λ=μ时，
p p
s V V 3=, v r =0.9194v s =0.5308v p 分析可知б增加,v r 与vs 愈接近。
2、 与岩性关系
沉积岩：1500——6000米/秒 花岗岩：4500——6500米/秒 玄武岩：4500——8000米/秒 变质岩：3500——6500米/秒
3、 与密度关系
加德纳公式：41
31.0V ⨯=ρ
4、 与构造历史、地质年代关系
6
1
3)(102R Z V ∙⨯= 5、与孔隙率和含水性关系
r f V V V φφ-+=11 r f V c V c V φφ-+=11
v f 为波在孔隙流体中的速度。
v r 为波在岩石其质的速度。
φ为岩石的孔隙率 c 为压差调节系数。
地震速度培训讲义
2、均方根速度ＶR
地震波传播遵循“费马原理”，沿最小时间路程 传播。在均匀介质中最小时间路程是直线。
水平介面：均匀介质反射波时距曲线是一条双曲线， 方程：
t= 1
v
x 2 4h02
或
x2
t 2=
t2 +
0
v2
式子意义：
如果一条时距曲线的方程可以写成这样的形式， 表示波以常速传播，波速等于式中Ｘ２项的分母的平 方根。
一、地震波在岩层中的传播速度
1、与岩石弹性常数的关系
在大多数情况下， g ＝０．２５。Ｅ的
大小和岩石的成分、结构有关，随着岩石 的密度ρ增加，Ｅ比ρ增加的级次较高，所 以当ρ↑—>Ｖｓ、Ｖｐ↑。同一介质中，纵 波、横波速度比。 Ｖｐ／Ｖｓ＝ 2(1 g )
1 2g
因为g ≈0.25＝>Ｖｐ／Ｖｓ＝ ≈31.73
厚度的地层△hi与通过该地层的地震 波的旅行时间△ti的比值
S
h1v1
l1
R1
h2v2
l2
R2
α
R3 P
Ｖi＝
△hi △ti
O*
二、几种速度概念
4、层速度vi
①一由、地平震均速测度井特别是声波测井求得；
②由均方根速度换算得到。
Dix公式:
h1v1
h2v2
( ) Vn=
VR,n2to,n-VR,n-1·to,n-1 to,n - to,n-1
1/2
l1 l2
α
P
S R1 R2
R3
O*
三、速度建场的软件
一、平均速度 1. Landmark(兰德马克)TDQ 和 DepthTeam． 2. Paradigm(帕拉戴姆)Explorer 3. 双狐微机解释系统 4. 微机地震速度应用软件系统(SVAS)
应用地球物理学原理03 岩石地层地震波的速
1
0.31VP4 （ 1.4-7）
• 式中：V 的单位m/s；
•
ρ的单位是g/cm３。
• 图1.4-3是按公式(1.4-7)计算的速度 与
• 由图可以看出，这个公式对砂岩、泥岩、 石灰岩、白云岩等岩性比较适 用，对岩 盐、和硬石膏偏差大一些，不过地层中 所含岩盐和石膏厚度百分比不太大，加 德纳公式还是可以使用。
• 由表可见，火成岩速度大于变质岩和沉 积岩速度，且速度变化范围小些。
• 变质岩速度变化范围大。
• 沉积岩速度较小，但因其结构复杂，影 响因素众多，速度的变化范围最大。
• 根据大量的资料统计，各种沉积岩的速 度由表1.4-3
•
• 地震勘查主要在沉积岩区域进行，我们 主要考虑影响沉积岩的诸多因素。
• 一、地震波在岩层中的传播速度 • 地震勘查是以研究地震波在岩层中的传
播规律为基础的。
• 岩石的弹性性质不同，地震波在其中传 播的情况也就不同，地震勘查正是利用 了这种关系来研究地下地质构造。
• 地震波在不同地层中传播的速度值取决 于介质的弹性常数和密度。
• 在弹性力学中，已得出了它们之间的定 量关系。
• 当孔隙度由3%到30%时，速度变化很大， 这说明速度受孔隙度的影响是很大的。
• 当流体压力降低时，上述公式要做一定 c 加以
修正，此时时间平均方程变为：
1 1 c c
v
vm
vL
• 当流体压力等于岩石压力一半，岩石压 力相当于埋深1700米，承受压力为4 13×１０７ 帕斯卡时，c 值约为0.85。
L (1 )m
•
ρｍ ρＬ分别表示岩石骨架和孔
隙充填物的密度。
• 此外，根据大量 的资料对不同岩石总结 出了不同的经验公式，对某些灰岩和砂 页岩，速度和密度的关系可表示为：
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近炮点平均速度： H hc V v t 远炮点：射线平均速度
2 d2 （H hc） O* S Vav tc tc
地下建筑与工程系
地震波波速度-地球物理勘探技术
地震测井
当地层倾角时， 炮点应布置在地层下 倾方向，以防止折射 波的干扰。 在地层上倾方向 放炮时，容易接收到 折射波。 在地层下倾方向 放炮时，不易接收到 折射波。
均方根速度的概念
– 将水平层状介质情况下反射波时距曲线看成双曲线时 求得的速度
其意义还可这样说明：
– 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。
vR
t v
i 1 n
n
2 i i
t
i 1
i
地下建筑与工程系
地波波速度-地球物理勘探技术
（3）等效速度
倾斜界面共中心点时距曲线方程：
x t =t + 2 V
2 2 0
2
地下建筑与工程系
地震波波速度-地球物理勘探技术
构造
水平单层
方程式
Vα=Vav=V1 Vα=V1/cosφ =Vφ
倾斜单层
水平多层
Vα=VR
倾斜平行多层
Vα=VR/cosφ
倾斜非平行多层 地下建筑与工程系
用叠带射线追踪 方法
地震波波速度-地球物理勘探技术
平均速度的测定
孔隙中的充填物对地震波速度的影响 地震波传播速度 ：固体>液体（水或油） >气体 孔隙流体性质影响纵波的速度和反射系数，不影响横波。 纵横波速度比是研究孔隙流体性质的有利参数。
地下建筑与工程系
地震波波速度-地球物理勘探技术
孔隙度对地震波速度的关系
当岩石完全充水饱和时，
地下建筑与工程系
地震波波速度-地球物理勘探技术
地下建筑与工程系
与岩石弹性常数的关系
纵波横波速度关系
Vp Vs
地震波波速度-地球物理勘探技术
(1 ) (1 )(1 2 ) 2 (1 ) 2(1 ) 1 2
两式相除： Vp Vs
泊松比约为0.25，所以 Vp 1.73 Vs
地下建筑与工程系
地下建筑与工程系
地震波波速度-地球物理勘探技术
与构造历史和沉积年代的关系
一般来说，地层越深， 沉积年代越久，构造历史越 远，地震波速度越大。
地下建筑与工程系
地震波波速度-地球物理勘探技术
与构造历史和沉积年代的关系
一般来说，沉积年代 越久，地震波速度越大
地下建筑与工程系
地震波波速度-地球物理勘探技术
2 2 x cos 2 2 t t0 V2 等效速度定义为：
V V cos
地下建筑与工程系
地震波波速度-地球物理勘探技术
（3）等效速度
等效速度的意义：
– 倾斜界面情况下共中心点道集的叠加效果存在两 个问题，即反射点分散和动校正不准确。引入等 效速度后，用Vφ按水平界面动校正公式，对倾斜 界面的共中心点道集进行动校正，可以取得很好 的叠加效果，没有剩余时差。但不应忘记，从地 质效果来说，反射点分散的问题并没有解决，这 个问题只能用偏移叠加才能妥善解决。
地下建筑与工程系
地震波波速度-地球物理勘探技术
岩性对地震波速度的影响
地下建筑与工程系
地震波波速度-地球物理勘探技术
岩性对地震波速度的影响
地下建筑与工程系
地震波波速度-地球物理勘探技术
岩性对地震波速度的影响
地下建筑与工程系
地震波波速度-地球物理勘探技术
与岩石密度的关系
几乎各种岩石的波速都随密度增大而增大。
用途：
– 时深转换
测定方法：
– 岩石物理测定 – 井中测量（地震测井、声波测井、vsp） – 时距曲线计算法 – 速度谱 – 速度剖面
地下建筑与工程系
地震波波速度-地球物理勘探技术
地震测井
野外观测方法：
– 用电缆将检波器放入深井中，在井口附近激发地 震波，记录能量从震源传播到检波器的时间，每 激发一次，就向上提升一次检波器。 – 检波器记录从井口到检波器深度处直达波的传播 时间t，检波器深度H可由电缆长度测得，可求得 该深度H以上各地层平均速度。
地下建筑与工程系
地震波波速度-地球物理勘探技术
（4）叠加速度
在一般情况下（包括水平均匀介质、倾斜界面均匀介质、覆 盖层为层状介质或连续介质等），都可将共中心点反射波时距 曲线看做双曲线，用共同的式子表示：
式中Vα为叠加速度。 对于不同的介质结构， Vα有不同的具体意义：均匀介质 Vav、水平层状介质为VR、倾斜界面为Vφ
地震测井
资料的整理：
– 1 利用得到的t和Vav，先 把t换算成t0。把数据画 在的坐标系中，就得到 平均速度（随t0变化） 曲线。 – 2 把H~t0 /2对应数据点 标在坐标系中，得到沿 垂直向下方向传播的距 离与传播时间之间的关 系，叫做垂直时距曲线。 – 3 当速度分层明显时， 可以根据垂直时距曲线 求出各层的层速度Vn， 作出Vn -H曲线，反映层 速度随深度变化的情况。
与频率和温度压力的关系
速度与频率无关（无频散） 温度每升高100度，速度减少5~6％。
地下建筑与工程系
地震波波速度-地球物理勘探技术
与频率和温度压力的关系
地下建筑与工程系
地震波波速度-地球物理勘探技术
几种常用速度的概念
（1）平均速度与层速度 （2）均方根速度 （3）等效速度 （4）叠加速度
地下建筑与工程系
与构造历史和沉积年代的关系
地震波速度与沉积地质年代、地质构造历史有关,不同的地 区有不同的表现，主要有以下几个特点：
– 地质年代越长、构造历史越远，地震波速度越 高；地质年代越短、构造历史越近，地震波速度 越低。 – 在强烈褶皱地区，经常观测到的地震波速度大； 而在隆起的构造顶部，速度降低。
地下建筑与工程系
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与岩石弹性常数的关系
岩性是影响地震波速度最明显的因素。 一种岩石的速度具有一定的分布范围：
– 速度分布范围互相重叠 – 利用速度识别砂岩、页岩
纵横波速度比能反映岩性
地下建筑与工程系
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岩性对地震波速度的影响
变质岩和火成岩速度>沉积岩； 沉积岩：石灰岩速度>页岩>砂岩 水油接近，空气最小
h
i 1 n
n
i
hi i 1 vi
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（2）均方根速度
n层水平层状介质时距曲线方程：
n hi vi p x 2 i 1 1 vi2 p 2 n hi t 2 2 2 i 1 v 1 v p i i sin n sin 1 sin 2 p v1 v2 vn
孔隙度对地震波速度的关系
地下建筑与工程系
地震波波速度-地球物理勘探技术
地下建筑与工程系
地震波波速度-地球物理勘探技术
岩石密度与速度的关系
式（1）表明，地震波速度 应随岩石密度的增加而降低？ 实际是增大，为什么呢？
因为杨氏模量随密度的增加而增加，杨氏模量的增加比密度 增加快。
地下建筑与工程系
地震波波速度-地球物理勘探技术
孔隙度对地震波速度的关系
当考虑流体压力变化影响因素时，引入压差调节系数C， wyllie公式变为：
1 C 1 C V Vf Vr
Φ ：孔隙度； V ：波在岩石中的实际速度； Vf：波在孔隙流体中的速度； Vr：波在岩石基质中的速度； C：压差调节系数。
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砂泥岩纵波速度-密度
砂泥岩横波速度-密度
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与岩石密度的关系
沉积岩中的波速与岩石密度的关系:
如对某些石灰岩、页岩来说，可用线性方程来描述：
V 6 11
式中V：Km/s，ρ：g/cm3
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与岩石密度的关系
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声波测井
• 原理
– 声波发生器O发射的20KHz脉 冲波，以临界角：
c sin 1
Vn Vk
Vn是泥浆速度，Vk是地层速度， 入射到井壁上，产生一个沿 井壁方向前进的滑行波。该 波的一部分能量又经过泥浆， 以临界角折射到接收器M和N， 形成时差Δtk，时差的大小决 定于M和N之间的地层速度Vk。
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孔隙度对地震波速度的关系
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孔隙度对地震波速度的关系
速度与孔隙度的关系 密度与孔隙度的关系
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孔隙度对地震波速度的关系
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孔隙度对地震波速度的关系
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地震测井
工作原理
– 激发点在地面的位置是O，但真正位置是井底O*；爆 炸井深hc；井源距d。 – 原理：
Vav
S t
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地震测井
近炮点距离：波沿AS传播 S H hc 远炮点距离：波沿O`S传播
2 S O* S d 2 （H hc）
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地震波波速度-地球物理勘探技术
完全充水饱和时，地震纵 波速度与岩石密度之间存在 着良好的定量关系，非线性 关系经验公式（加德纳公 式 ）：
1 4
0.31V