工程物探第一章地震勘探.pptx

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,地震勘探,地震勘探,定义由人工激发的地震波（弹性波），穿过地下介质运动、遇到弹性分界面返回地面，用仪器接收地震波，得到地震记录。

对接收到的地震记录进行处理、解释，从而就能了解地下介质的情况，这个过程叫地震勘探（SeismicExploration）。

地震勘探,地震勘探,实质以地壳中不同岩、矿石之间弹性差异为基础，通过观测和研究地震波在地下的传播特性，探查地质构造和矿产资源。

基本原理利用地震波资料（旅行时、振幅和频率的变化）推断岩性、地层和构造信息。

地震勘探,应用范围,1主要应用于石油勘探、煤田勘探。

石油普查：

没有地震勘探资料的情况下确定勘探钻孔的位置极其少见。

几乎所有的石油公司都是根据地震解释来选定勘探石油井位。

煤田勘查:

煤田勘探的每个阶段,特别是采区勘探,控制断层和褶曲,落差大于10m断层都能查明。

地震勘探,应用范围2在地下水普查、土木工程、水坝、公路、铁路、桥梁和港口建设中也有重要应用。

3由于不能很好确定岩层不规则界面，所以很少用于直接勘探金属矿。

主要优点与其它地球物理方法比，地震勘探精度高、分辨能力强、穿透深度大。

地震勘探,震源可以控制和移动，而且震源与记录点之间的距离较小。

地震勘探工作是由连续排列组成的，这些排列通过地震检波器沿剖面对地球内部相继的各个部分的响应取样。

炸药和其他震源产生地震波，地震检波器组合检测地球合成振动，地震数据经计算机处理提取有用信息，根据所获有用信息进行地质解释和推断。

测量方式,与天然地震学相似。

地震勘探,测量方式,地震勘探,相关地震波1入射波，2反射波，3直达波，4折射波5透射波，6滑行波,地震勘探,基本方法反射波法：

基于研究从两个地质层分界面反射的弹性波。

测量从一个震源到达若干观测点的反射波旅行时间，求出波在介质中的传播速度并确定发生反射的界面位置和形状。

折射波法：

要在离震源较远处观测，地震波路径的主要部分是沿着两个岩层分界面方向传播，因而是近似水平的。

许多情况下，折射波法可以用来判别地层岩性。

地震勘探,工作环节地震勘探主要包括三个环节：

1野外资料采集2室内资料处理3室内资料解释,地震勘探,第1章地震勘探的理论基础,工作环节1野外资料采集在工作区布置测线，人工激发地震波，并在野外利用地震仪记录地震波传播情况。

成果得到记录地面振动情况的模拟或数字的原始资料。

地震勘探,第1章地震勘探的理论基础,工作环节,野外资料采集,地震勘探,第1章地震勘探的理论基础,工作环节,野外资料采集,地震勘探,第1章地震勘探的理论基础,地震反射波法示意图,工作环节,1野外资料采集,地震勘探,第1章地震勘探的理论基础,工作环节,1野外资料采集,原始地震记录,地震勘探,第1章地震勘探的理论基础,工作环节2室内资料处理根据地震波传播理论，利用计算机对野外原始资料进行加工处理，并计算地震波在地层内传播的速度。

成果得到“地震（时间或深度）剖面图”和地震波速度、频率、相位等信息。

地震勘探,第1章地震勘探的理论基础,工作环节2室内资料处理,地震勘探,第1章地震勘探的理论基础,工作环节3室内资料解释根据数据处理结果，结合其他综合资料，对地震构造、地震地层、岩性地震等做出解释，提出钻探井位。

地震勘探,第1章地震勘探的理论基础,工作环节,3室内资料解释,同相轴就代表了地下某个物性界面,地震勘探,第1章地震勘探的理论基础,工作环节,3室内资料解释,通过精细地震资料解释，反演出地下地质结构,地震勘探,第1章地震勘探的理论基础,利用地质雷达测定低降速带、进行潜水面、岩性调查以及油田矿区地下管线的快速探测以保施工安全等到方面均可发挥作用。

断层,断层,覆盖层,工作环节,3室内资料解释,地震勘探,第1章地震勘探的理论基础,工作环节,3室内资料解释,三维立体解释技术,地震勘探第1章地震勘探的理论基础,第一部分地震勘探,第一章地震勘探的理论基础弹性介质与地震波地震波的描述地震波的类型及其传播特征地震勘探的地质基础,地震勘探,第1章地震勘探的理论基础,弹性介质应力、应变与弹性参数振动与地震波,1.1弹性介质与地震波,地震勘探,第1章地震勘探的理论基础,1.1弹性介质与地震波,1.1.1弹性介质引入前提：

任何固体介质在外力作用下，其内部质点的相互位置会发生变化，使介质的形状或大小产生变化，这种变化成为形变（deformation）。

弹性与塑性：

如果某物体在外力作用下产生形变，在外力消失后，该物体能迅速恢复到受力前的形状和大小，物体的这种性质称为弹性（elasticity）。

反之，如果外力消失后，物体仍保持形变后的某种状态，不能恢复原状，则称该物体具有塑性（plasticity）。

弹性介质：

这样具有弹性的介质就称为弹性介质（elasticmedium）。

地震勘探,第1章地震勘探的理论基础,1.1弹性介质与地震波,疑惑：

这与地震勘探又有何联系呢？

1.1.1弹性介质问题：

在自然界中的大部分物体是弹性还是塑性呢？

回答：

既可显示为弹性，也可显示为塑性。

这主要取决于介质的物理性质以及外力的大小和作用持续时间的长短。

一般情况下，当外力作用小并且持续时间短时大部分介质都可以近似的看做弹性介质。

地震勘探,第1章地震勘探的理论基础,1.1弹性介质与地震波,1.1.1弹性介质,地震勘探中：

1震源是脉冲式的，作用的时间短2能量在地下介质中传播产生的作用力小,因此，可以把地下岩层近似看成是弹性介质，使用弹性理论来研究地震勘探中地震波的传播问题。

引出两个概念：

在弹性理论研究中，凡是弹性性质与空间方向无关的称为各向同性介质，反之称为各向异性介质。

研究表明:

大部分的岩、土介质在地震勘探可看做各向同性介质。

地震勘探,第1章地震勘探的理论基础,弹性介质应力、应变与弹性参数振动与地震波,1.1弹性介质与地震波,地震勘探,第1章地震勘探的理论基础,1.1弹性介质与地震波,1.1.2应力、应变与弹性参数1.应力与应变,F,F,d,l,引入：

将一个各向均匀介质圆柱体样品进行拉伸试验，该圆柱体长度为l,直径为d,截面积是S.,S,假设该圆柱体为弹性介质，在一个不太大的外力F作用下发生形变，此时：

地震勘探,第1章地震勘探的理论基础,1.1弹性介质与地震波,F,F,d,1.1.2应力、应变与弹性参数1.应力与应变l,在变形过程中，柱体内部分子之间会产生内聚力来保持平衡，很显然，柱体内每个横截面上的内聚力应该和外力是相等的，但是方向是相反的。

S,地震勘探,第1章地震勘探的理论基础,1.1弹性介质与地震波,应变：

单位长度所产生的形变,应力：

单位横截面所产生的内聚力,F,F,d,1.1.2应力、应变与弹性参数1.应力与应变l在弹性理论中：

S,地震勘探,第1章地震勘探的理论基础,2.杨氏模量和泊松比,1.1弹性介质与地震波,1.1.2应力、应变与弹性参数,分析表明，在图中的段近似为一段直线，也就是说在外力不大时，应力与应变成正比，是遵循胡克定律的。

该段称为完全弹性形变区。

在上例样品拉伸试验中，应力与应变的关系曲线如图所示。

此时，应力与应变的比值称为杨氏模量（拉伸模量），用符号E来表示。

地震勘探,第1章地震勘探的理论基础,1.1弹性介质与地震波,1.1.2应力、应变与弹性参数2.杨氏模量和泊松比,P点到Q点为非线性形变区，该区的形变不能用胡克定律描述，但外力消失后，样品仍然恢复原来的体积和形状。

该去称为塑性形变区。

Q点为该介质的弹性极限点。

Q点以外为破坏区。

地震勘探,第1章地震勘探的理论基础,此时称介质的横向应变与纵向应变的比值为泊松比，用符号表示。

在上例样品拉伸试验中，样品的横截面会减小.,1.1弹性介质与地震波,1.1.2应力、应变与弹性参数2.杨氏模量和泊松比,反之在轴向挤压时，横截面会增大。

也就是说在拉伸或压缩形变中，纵向增量和横向增量的符号总是相反的.,d,l,l,d,地震勘探,第1章地震勘探的理论基础,1.1弹性介质与地震波,1.1.2应力、应变与弹性参数3.体变模量与切变模量根据弹性力学理论，任何复杂的形变均可以分为两种简单的形变：

体积形变与形状形变如图所示为一个体积为V的立方体在静水压力的挤压下体积缩小了，发生了形变。

此时其应力与应变的比值称为体变模量（压缩模量），用符号表示此时：

地震勘探,第1章地震勘探的理论基础,1.1弹性介质与地震波,1.1.2应力、应变与弹性参数3.体变模量与切变模量如图所示为上下两底面积为S的立方体样品，受平行于上下两底的剪切力F作用而发生形状形变，此时的体积没有变化.此时其应力与应变的比值称为切变模量（刚性模量），用符号表示，,地震勘探,第1章地震勘探的理论基础,1.1弹性介质与地震波,1.1.2应力、应变与弹性参数4.拉梅系数在弹性力学中，一般用三维直角坐标系来描述受力物体的应变与应力情况，则受力体内所受的力均可沿着坐标轴分为三个分力。

每个分力都会引起纵向和横向的应力和应变。

即有9个应力和9个应变分量，其中有6个是相互独立的。

根据应力与应变的线性关系，如果写成是线性方程组的形式，应该有36个弹性系数。

地震勘探,第1章地震勘探的理论基础,1.1弹性介质与地震波,1.1.2应力、应变与弹性参数4.拉梅系数,但是对于我们所研究的各向同性介质而言，这些系数大都是相等的，主要可以归结为应力与应变方向一致和相互垂直时的两个系,数和，称为拉梅系数。

系数的表达式为：

地震勘探,第1章地震勘探的理论基础,1.1弹性介质与地震波,1.1.2应力、应变与弹性参数5.弹性参数之间的关系在研究各向同性均匀介质弹性参数时，理论上可以证明，只要知道其中2个，就可以求出其余3个.,说明：

这些参数表示介质抗形变的能力，其数值越大，表示该介质越难产生形变。

地震勘探,第1章地震勘探的理论基础,弹性介质应力、应变与弹性参数振动与地震波,1.1弹性介质与地震波,地震勘探,第1章地震勘探的理论基础,1.1弹性介质与地震波,1.1.3振动与地震波1.弹性振动,1介质在外力作用下产生变形质点偏离平衡位置2外力撤消后，质点在应力作用下恢复原来位置3在惯性力作用下，质点不会立即停留在平衡位置，而向相反方向移动偏离平衡位置4这样产生新的应力恢复原来位置。

所以，在应力和惯性力的不断作用下，使质点绕平衡位置发生振动就是弹性振动。

定义：

介质中的质点在脉冲震动力的作用下要产生弹性振动。

引入,地震勘探,第1章地震勘探的理论基础,1.1弹性介质与地震波,1.1.3振动与地震波2.弹性波在振动过程中，由于振动质点和相邻质点间的应力作用，必然引起相邻质点的振动，使振动不断扩大和传播形成以激发点（震源）为中心，以一定速度传播的弹性波。

因此，弹性波是振动形式在介质中的传播，是能量传播的一种形式。

地震勘探,第1章地震勘探的理论基础,1.1弹性介质与地震波,1.1.3振动与地震波2.弹性波,地震勘探,第1章地震勘探的理论基础,1.1弹性介质与地震波,1.1.3振动与地震波3.地震波的形成分析1地震勘探震源为脉冲震源2岩土介质弹性介质这样,：

岩土介质在震源作用下,弹性振动,在岩土介质传播,弹性波地震波地震波实质上就是一种在岩层中传播的弹性波。

地震勘探,第1章地震勘探的理论基础,1.1弹性介质与地震波,1.1.3振动与地震波3.地震波的形成说明,以炸药震源为例,在炸药包附近，爆炸产生的强大压力大大超过岩石的极限强度，岩石遭到破坏形成破坏圈。

地震勘探,第1章地震勘探的理论基础,1.1弹性介质与地震波,1.1.3振动与地震波3.地震波的形成说明随着离开震源距离的增大，压力减小，但仍超过岩石的弹性限度。

此时岩石虽不发生破碎，但发生塑性形变。

地震勘探,第1章地震勘探的理论基础,1.1弹性介质与地震波,1.1.3振动与地震波3.地震波的形成说明塑性带以外，随着离开震源距离的进一步增加，压力降低到弹性限度以内，这一区域的岩石发生弹性