《地震勘探原理》考试复习资料.docx
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《地震勘探原理》考试复习资料
《地震勘探原理》考试复习资料
1、油气勘探的三种方法：
1、地质法：
（GeologyMethod）2、地球物理方法：
（ExplorationMeth3、钻探法：
DrillWay（Log/Well）4、综合方法：
地质、物探（物化探）、钻探结合起来，进行综合勘探。
2、地球物理勘探方法概念及分类：
它是以岩矿石（或地层）与其围岩的物理性质差异为物质基础，用专门的仪器设备观测和研究天然存在或人工形成的物理场的变化规律，进而达到查明地质构造寻找矿产资源和解决工程地质、水文地质以及环境监测等问题为目的勘探，叫地球物理勘探，简称物探。
相应的各种勘探方法，叫地球物理勘探方法，简称为物探方法。
分类：
地震勘探弹性差异
重力勘探密度差异
磁法勘探磁性差异
电法勘探电性差异
地球物理测井
3地震勘探:
在油气勘探中，地震勘探已成为一种最有效的方法。
地震勘探方法就是利用人工方法激发的地震波（弹性波），研究地震波在地层中传播的规律，以查明地下的地质构造，从而来确定矿藏（包括油气、矿石、水、地热资源等）等的位置，以及获得工程地质信息。
地震勘探所获得的资料，与其它的地球物理资料、钻井资料及地质资料联合使用，并根据相应的物理与地质概念，能够得到有关构造及岩石类型分布等信息
4、地震勘探基本原理：
利用岩石、矿物（地层）之间的弹性差异（ElasticityPropertyDifference）
引起弹性波场变化（ElasticityFiled）
产生弹性异常（速度不同）（ElasticityWavesAbnormal）
用地震仪测量其异常值（时间变化）（Seismograph）
根据异常变化情况反演地下地质构造情况（InversionGeologicalStructure
5、自激自收：
6、地震勘探的主要工作环节。
野外数据采集
室内资料处理
地震资料解释
第一章
一、名词
1、地震波运动学：
研究在地震波传播过程中的地震波波前的空间位置与其传播时间的关系，即研究波的传播规律，以及这种时空关系与地下地质构造的关系。
它是用波前、射线等几何图形描述波的运动（传播）过程和规律，与几何光学的一些原理相似，所以也称为几何地震学。
2、地震波动力学:
研究地震波在传播过程中波形、振幅、频率、相位等特征的及其变化规律，以及这些变化规律与地下的地层结构，岩石性质及流体性质之间存在的联系。
地震波动力学是从介质运动的基本方程（波动方程）出发来研究地震波的传播特点的。
从能量的角度来研究波的特征。
3、波动－－就是振动在介质中的传播。
波动产生的条件：
①振动是波动的源；
②具有传播的介质。
4、弹性波--在弹性介质中传播
的波称为弹性波。
形成条件：
要有能传播弹性波的介质—弹性介质，以及在弹性介质中有振动。
5、地震波:
一种在岩层中传播的，频率较低（与天然地震的频率相近）的波，是弹性波在岩层中传播的一种通俗说法。
地震波是一种在岩层中传播的弹性波
6、波阵面—波从震源出发向四周传播，在某一时刻，把波到达介质内各点所连成的面，简称波面。
波前—某一时刻介质中刚开始振动的各质点的曲面。
波后—某一时刻介质中刚停止振动的质点构成的曲面，也叫波尾。
波面是用面表示，而不是曲线。
特征：
波面上各质点的振动是等时和
同相位的，因此波面又叫等相面。
7、波线—在一定条件下，认为波及其能量是沿着一条“路径”从波源传到所观测的一点P。
这是一条假想的路径，也叫射线。
是用来描述波的传播路线的。
8、振动曲线——某点振动随时间的变化的曲线称为，也称振动图
9、波形曲线—把在同一时刻各点的位移画在同一图上形成的曲线。
波形曲线表示某时刻各点振动位置与各点位置的关系。
地震勘探中，沿测线画出的波形曲线，也称波剖面
10、波长λ——是描述波的空间分布的一个特征量，对于正弦波，当质点从平衡位置又回到平衡位置的最小距离，称为波长。
波源每振动一次，波就前进一个等于波长的距离，V=λf。
波长的倒数称波数k，表示
在单位距离上波的个数。
11、视速度—当波的传播方向与观测方向不一致（夹角θ）时，观测到的速度并不是波前的真速度V，而是视速度Va。
同样，此时的波长为视波长λa。
Va=V/sinθ。
λa=λ/sinθ
12、波阻抗:
指的是介质（地层）的密度和波的速度的乘积（Zi=ρiVi，i为地层），在声学中称为声阻抗，在地震学中称波阻抗。
14.纵波:
质点振动方向与波的传播方向一致，传播速度最快。
15.横波:
质点振动方向与波传播方向垂直,速度比纵波慢，速度为纵波约0.7倍。
16.体波:
在介质的整个立体空间中传播的波，称为体波。
17.面波:
在自由表面或岩体分界面上传播的波。
17、地震子波:
爆炸产生的是一个延续时间很短的尖脉冲，这一尖脉冲造成破坏圈、塑性带，最后使离震源较远的介质产生弹性形变，形成地震波，地震波向外传播一定距离后，波形逐渐稳定，成为一个具有2-3个相位（极值）、延续时间60-100毫秒的地震波，称为地震子波。
18、折射波:
当入射波大于临界角时，出现滑行波和全反射。
在分界面上的滑行波有另一种特性，即会影响第一界面，并激发新的波。
在地震勘探中，由滑行波引起的波叫折射波（refractions），也叫做首波（HeadWave）。
折射波与透射波的速度相同，由斯奈尔定律知道，折射角等于临界角，折射波始终以临界角从界面向上射出。
折射波的产生的条件：
1）入射高速介质所产生的波
2）入射波以临界角或大于临界角入射
19.滑行波:
当入射波大于临界角时，出现滑行波和全反射。
20、时距曲线：
表示波从震源出发，传播到测线上各观测点的旅行时间t，同观测点相对于激发点的距离x之间的关系曲线。
21、正常时差:
水平界面时，对界面上某点以炮检距x进行观测得到的反射旅行时同以零炮检距（自激自收）进行观测得到的反射旅行时之差。
这是由于炮检距不为零引起的时差。
--界面水平时的正常时差
22、回折波：
二、定理
1、费马原理：
费马原理指出波在各种介质中的传播路线，满足所用时间为最短的条件（旅行时为极小）。
这条路径正是垂直于波前面的路径，即射线路径
2、惠更斯原理：
波在传播过程中，任意时刻的波前面上的每一点都可以看作是一个新的点震源，由它产生二次扰动，形成元波前，且以后时刻的新波前面的位置就是该时刻波前面所激发的所有二次波的包络面。
反映了波传播的空间位置、形态。
根据这个原理可以由已知t时刻波前面去求出t+Δt时刻的波前面的位置。
3、SNELL定律：
Vp1,Vs1,Vp2,Vs2,......Vpi,Vsi—为各层的纵波、横波速度
P—为一常数，称为射线路径参数。
三、公式推导
2、水平界面、倾斜界面反射波、透过波时距曲线：
3、水平层状介质透过波、反射波垂直时距曲线
第二章
一、概念
1、频谱：
一个复杂的振动信号，可以看成是由许多简谐分量叠加而成；那许多简谐分量及其各自的振幅、频率和初相，就叫做复杂振动的频谱。
2、傅里叶变换：
如果u（t）是一个满足狄利克莱条件的非周期函数，它还是可以表示为许多谐振分量的叠加。
这些谐振动分量的频率是连续分布的，得到的展开式不是级数，而是积分，通常写成
—付立叶变换
3、线性时不变系统：
特点：
1）设输入x1（t）产生的输出为y1（t）。
输入x2（t）产生的输出为y2（t），a、b为任意常数。
如果输入ax1（t）+bx2（t），恒有输出为ay1（t）+by2（t）则称这个系统是线性的。
2）设输入x（t）产生的输出为y（t）．如果对于任意τ值，输入x（t+τ）所产生的输出为y（t+τ），则称这个系统是时不变的。
4、主频ω0：
频谱极大值所对应的频率。
5、频带宽度：
频宽Δω=ω2-ω1为振幅谱等于最大值的0.707倍处的两个频率值之间的宽度。
6、采样定理：
若采样频率为fs时，信号频率为f，则满足这样的条件，即当采样频率fs大于信号频率f的2倍时，采集到的离散信号才能完全恢复原来的连续信号。
7、假频：
某一频率的连续信号，在离散采样时，由于采样频率小于信号频率的两倍，于是在连续信号的每一个周期内取样不足两个，取样后变成另一种频率的新信号，这就是假频。
假频的频率fa同采样频率为fs、信号频率为f之间的关系是：
当fs>f>1/2fs
时，有
二、简述
1、傅里叶变换的基本性质：
1）唯一性定理所谓唯一性是说u（t）和S（ω）是一一对应的。
用符号表示:
2）线性叠加定理
设有N个函数
分别是的谱，则
是为N个常数
（可以是实数，也可以是复数）
3）时标变换定理：
设则或
4）时延定理设τ是一个实值常量，而
则有
5）褶积定理则有
2、滤波参数选择的基本原则：
有效波与干扰波频谱不重叠时，滤波器中心频率应与有效波主频相同；
通频带越窄，选择性越好，但分辨能力降低，只适用于厚层的研究，反之亦成立；
地层变深，地震波主频降低，因此应采取时变滤波器；
应首先对地震资料进行频谱分析，做频率扫描，了解有效波和干扰波的频谱规律，通过试验选取合适的滤波器。
3、线性时不变系统的滤波方程：
若输入信号和相应的频谱为：
系统的时间响应和频率响应为：
通过系统后输出信号和相应的频谱为：
则有
第三章
一、名词
1、有效波：
那些可用解决地质问题的波，如反射波、折射波等。
2、干扰波：
是指妨碍追踪和识别有效波的波，如面波、多次反射波。
3、规则干扰
4、随机干扰
5、空间假频
6、空间取样定理：
空间采样间隔必须（道间距）小于视波长的一半，即在一个视波长内空间采样不能少于两个点，否则产生空间假频，即不满足采样定律。
7、观测系统—指地震波的激发点和接收点的相互位置关系，或激发点与接收排列的相对空间位置关系。
观测系统可分：
纵测线观测系统和非纵测线观测系统
道间距—指相邻检波器之间的距离，Δx。
炮间距—指相邻两炮之间的距离，υ。
偏移距—指炮点离第一个检波器的距离，等于最小炮检距，μΔx。
覆盖—如果某一段界面上的反射波能被排列接收，称这段界面受到覆盖或受到追踪.
8、多次覆盖：
是指对被追踪界面的观测次数而言，n次覆盖即对界面追踪n次。
9、共炮点
10、共中心点：
如果观测到的记录都来自R点反射（界面为水平层），R点就叫这些道的共反射点（CRP）或共深度点（CDP）。
如果共反射点R点在地面的投影正好与地面炮点和接收点中点M重合，称M点为共中心点。
这些道组成的道集是R点的共反射点道集。
如果界面倾斜，观测到的不都是R的反射，则称这些道集为以M点对称的共中心点道集。
11、共接收点
12、低速带：
在地表附近的一定深度范围内，地震波的传播速度往往要比它下面的地层地震波速低得多，这个深度范围内的地层称为低速带。
13、三维地震（概念、规律）：
三维地震观测系统，就是在一个观测面上进行的观测，对所得资料进行三维偏移叠加处理，以获得地下地质构造在三维空间的待征
二、简答
1、野外地震勘探工作包括试验工作和生产工作，试验工作内容、生产工作内容
1、试验工作
——干扰波的调查（类型、特点）
——地震地质条件的了解，低速带、潜水面、地质构造特性等
——激发、接收条件的选择
2、生产工作
——地震测量：
把设计中的测线实际布置到工作地区定出激发点、接收点（排列）的位置，绘制测网图。
——地震波的激发：
测定的炮点钻激发井，下炸药。
——地震波的接收：
使用地震检波器、电缆线、野外地震仪等设备。
2、干扰波类型及特点
干扰波类型：
规则干扰和随机（非规则）干扰
规则干扰－－具有一定主频和视速度，能在地震记录上以一定同相轴出现的干扰波。
如面波、声波、浅层折射波，侧面波等。
随机干扰－－表现为无一定频率、传播方向的干扰波，在地震记录上形成杂乱无章的干扰背景。
形成形成因素很多，如自然条件、激发条件、人为条件；随机干扰也可能出现重复，如地表不均匀引起的散射。
1、面波－地震勘探中最常见的一种干扰波，是沿自由表面传播的波，产生原因很多，如地表的纵波、横波干涉引起的。
特点：
1）、能量强，频率低（几－30Hz）
2）、速度低（100－1000m/s），常见的速度在200－500m/s，时距曲线是直线，
3）、频散现象（Dispersion）--速度随频率变化V=V（f）。
在地震记录上呈扫帚状。
4）、能量的强弱与激发岩性、深度和地质条件有关。
2、声波－－在坑、浅水池、河和干井中爆炸，都会出现强烈的声波，在空气中传播的波，
特点：
速度比较稳定，在340m/s左右，频率较高，延续时间短，呈窄带状出现，时距曲线为直线。
克服方法：
采用井中爆炸，并用埋井的办法以增强有效波能量和防止声波干扰。
3、浅层折射波－－当浅层存在高速度地层时产生。
4、侧面波－－非射线平面来的波均称为侧面波，一般影响深层记录，利用三维偏移压制侧面波。
◆来源：
地表复杂区出现
◆5、多次波—从震源出发，到达接收点时，在界面和地表之间形成一次以上反射的波。
◆产生的条件：
良好的反射界面（存在较大的波阻抗差）
◆界面有：
基岩面、不整合面、火成岩、岩盐、地面、水面等
6、次生高速干扰和低速干扰：
反射波到达地面后使地面产生振动，地面上任何不均匀性和地面障碍就受激发（形成次生震源），等于对地面做敲击动作，于是在近处就产生次生的直达波和面波，在远处产生次生的折射波。
干扰波的特点
规则干扰传播方向水平如面波垂直如多次波
重复性好不好
随机干扰重复出现不重复出现
3、测线布置的两点基本要求：
1）测线应为直线；2）测线一般垂直地下构造的走向。
4、常用震源、常用检波器：
震源1、炸药震源explosivesource
——普通炸药、聚能弹、炸药索
2、非炸药震源
——气动、重锤、可控震源、电火花
5、地震波激发、接收的要求：
地震勘探对激发的要求：
使地震波具有足够强的能量
使有效波具有较强的能量、显著的频谱特征和较高的分辨率；对地震仪器的基本要求
1）检波器有较好的灵敏度，地震波引起地面位移只有微米量级，检波器是把地面的机械振动转变成电信号；
2）记录仪器具有放大、频率选择作用，以便让有效波的频率成分全部通过，干扰波的频率成分被滤掉；
3）地震仪有可变的放大倍数，较大的有动态范围（地震波的振幅大小变化范围）4）地震仪具有良好的分辨能力
6、可控震源记录的特点：
地震波到达时间为峰值时间、主频较低、环保
7、海洋勘探特点：
气枪激发、压力检波器接收、需要导航定位、多次波严重、施工高效方便
8、干扰波的调查方法：
1、小排列2、单一改变激发和接收因素，观测干扰波性质。
3、直角排列。
目的是查明干扰波的传播方向。
4、方位观测。
确定三维方向和振动方向，如识别面波中乐夫波和瑞利波。
5、三分量检波器观测法
三、观测系统及其图示
1）时间平面图—在平面图上用时距曲线的方式来表示炮点与其观测地段的相互关系，以及它们与地下反射点的相互关系
做法：
将激发点和接收排列按一定比例画在横轴x上,过激发点作纵坐轴t表示时间，然后把接收到的时距曲线与对应的反射界面画出来
2）综合平面法
当O1激发，O1O3接收，观测段用O1A，反射界面用O1O2表示
3）延长时距曲线法
四、观测系统覆盖次数与排列和移动道数
在施工中，每放一炮，排列和炮点向前移动的道数m为
式中:
N是排列中的接收道数：
n是覆盖次数；S是一端放炮时等于1，两端放炮时等于2。
第四章
1、组合的目的，三种形式：
组合的类型1）简单线性组合。
若干个检波器沿直线等距排列
⏹各检波器的灵敏度相同
2）加权组合。
各检波器的灵敏度不同
3）面积组合
组合的目的：
增强有效波，压制干扰波，提供信噪比。
⏹对于规则干扰波，组合具有方向特性，对不同方向来的波，具有不同的灵敏度；
⏹对于随机干扰也可压制。
2、有效波和干扰波的四个主要差别：
1、在传播方向上不同，即干扰波的最大真速度和有效波的视速度范围不同2、有效波和干扰波可能在频谱上有差别3、有效波和干扰波经过动校正后的剩余时差可能有差别4、有效波和干扰波在出现的规律上可能不同
3、检波器组合压制规则干扰波的基本原理
4、检波器组合对随机干扰的统计效应：
组合对随机干扰的统计效应的主要结论:
关于检波器组合可以压制随机干扰,提高信噪比的结论是:
当组内各检波器之间的距离大于该地区随机干扰的相关半径时,用m个检波器组合后,其信噪比增大倍。
5、描述随机干扰：
随机干扰的特点：
在记录上表现为杂乱无章的振动，频谱很宽，无一定的视速度。
随机干扰表面上看不规则，但也有规则，它遵循“统计规律”，这是与有效波有差别的。
组合压制随机干扰是利用它的统计规律对它来进行压制。
6、组合参数的确定：
1）尽可能使有效波落入通放带,使干扰波落入压制带。
为此，组合距为：
2）适当增加组合数目，但不宜过多。
n越大，通放带越小，压制带值越小，对压制干扰波效果越好。
但通放带的减小，可能使有效波落入压制带。
3）既要考虑方向特性，又要兼顾统计效应。
组内距应大于随机干扰波的相关半径（地震勘探中相关半径为数十米）。
4）从压制干扰波的角度出发，组合基距δx应为：
从有效波的角度考虑，组合基距应为：
7、组合的方向特性：
组合后的总振动的振幅与组合前的单个检波器的振幅的n倍之比值：
式中—波的入射角为α、检波器的数目n、检波器间距为Δx。
此式本质上相当于作了归一化处理，它表示对来自不同方向的波的相对加强或压制效果。
8、组合的频率特性：
9、检波器不等灵敏度组合、检波器面积组合、震源组合的方法和目的
第五章
1、全程多次波：
在某一深层界面发生反射的波在地面又发生反射，向下在同一界面发生反射，来回多次，又称简单多次波。
2、层间多次波
3、虚反射：
井中爆炸激发时，地震波的一部分向上传播，遇到地面再反射向下，这个波称为虚反射
4、动校正、动校正量：
从反射波旅行时中减去正常时差t,得到x/2处的t0时间。
5、动校正剩余时差：
把某个波按水平界面一次反射波作动校正后的反射时间与共中心点处的t0之差叫剩余时差。
即由于未能完全将正常时差消除而剩下来的那一小部分正常时差。
6、共中心点（共反射点）反射波时距曲线推导（水平界面、倾斜界面）
7、多次叠加压制多次波、随机干扰的基本原理，多次叠加的目的：
提高信噪比，改善地震记录的质量.
采集的数据本身信噪比并没有提高.
提高信噪比是在室内处理实现的.
8、多次叠加的振幅特性、频率特性、统计效应：
多次叠加的振幅特性
9、动校正速度大小对动校正效果影响（一次波、多次波），倾斜界面共中心道集反射点的分散
10、选择观测系统参数的原则和步骤：
原则：
1）根据地质情况、地质任务和干扰波的特点来选择观测系统。
◆断层发育区内，多次波干扰不太严重，则应以中间放炮或较短排列的单边或双边放炮的观测系统为佳，观测结果的精度最大。
◆在多次波干扰严重的地区，为了压制多次波，应采用偏移距较大的单边放炮长排列观测系统。
2）必须保证有效波处于通放带，干扰波进入压制带。
3）经济的原则。
在保证地质任务，保证资料质量的前提下，应尽可能用低覆盖次数、大道间距、大排列来有效地完成任务。
步骤：
1）调查多次波的速度和视周期、资料原始信噪比；
2）针对设计的不同观测系统参数，计算叠加特性曲线；
3）对叠加特性曲线进行分析，选择的观测系统要使有效波落入通放带、多次波落入压制带、信噪比得到有效提高；
4）理论计算与野外试验相结合
11、主要采集参数的选择原则：
1.道间距：
不产生空间假频
2.仪器道数：
越多，效率越大
3.炮点移动量：
根据复盖次数和道数来确定
4.检波器组合的组内距：
大于随机干扰的相关半径
5.记录采样间隔：
不产生时间假频
6.记录长度：
根据目的层的深度来确定
7.井深（炮点深度）：
低速带、潜水面以下
8.炸药：
提高激发能量、频率（小药量、组合）
9.激发岩性：
潮湿的可塑性岩石
12、多次反射波特点：
多次波是一种干扰波。
它与一次反射波互相干涉叠加，破坏对有效波的识别与追踪，而且可能将多次波误认为是深层界面的一次波而进行解释，导致错误的地质推断。
第六章
1、地震波岩层速度与各种因素的关系：
1）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
2）速度与密度的关系
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密度但却有更低的速度。
资料表明，把速度与密度可以表示成一种近似的线性关系。
3）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。
4）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。
与构造历史和地质年代的关系
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；
在隆起的构造顶部、则发现速度减低。
③地震波在岩石中的传播速度随地质过程中的构造作用力的增强而增大。
④地震波的速度随压力的增加而增加。
⑤压力的方向不同，地震波沿不同方向传播的速度也不同
6）与岩石结构的影响。
地震波速度受岩石的基质结构所控制，诸如颗粒-颗粒接触关系、圆度、分选性、胶结程度等。
颗粒-颗粒接触关系差通常导致很低的地震速度，而胶结程度好速度明显地增强。
因为颗粒之间的接触区域大，所以大颗粒的砂层比细颗粒砂层呈现更高的地震速度。
分选性差的砂层呈现较高的地震速度。
因为分选性差降低了孔隙度。
砂粒的圆度或有角性也会影响地震速度和泊松比（Vp/Vs）。
圆滑的颗粒导致更好的颗粒接触关系，从而具有更高的速度。
因为沉积岩石的基质难以量化，且难用岩芯来描述，所以基质结构对地震特性的影响也就难以量化了。
这个问题目需要作进一步的研究。
7）与孔隙度和含流体的关系。
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。
8）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
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
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