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第1章地震勘探的理论基础
地震勘探:以不同岩(矿)石间的弹性差异为基础,通过观测和研究地震波在地下岩层中的传播规律,借以实现地质勘查找矿目的的物探方法。
应用领域:主要用于油气田、煤田地质构造的勘探,地壳测深,工程地质勘察等。
地震勘探的分支方法:
折射波法;
反射波法;
透射波法;
面波法;
‥‥等。
地震勘探技术的流程:
理论研究;
野外资料采集;
室内数据处理;
地震地质解释;
‥‥等。
地震波传播理论
完整的地震波传播理论包括介质的弹性性质及波在介质中的传播规律两部分。
由于实际介质的复杂性,研究中都是采用简化模型,随着研究的深入,简化模型的复杂程度越来越高,越来越趋近于真实介质。
地震波的传播规律就是能量在介质中的传播规律,表现为波函数的振幅、频率、相位等属性在传播过程中的变化,称为地震波的动力学特征,是地震学和地震勘探共同的理论基础。
脉冲地震波到达介质空间各点的旅行时间是空间位置的函数,传播时间与空间位置的关系,称为地震波的运动学特征,是地震波动力学的简化,具有非常重要的实际意义。
地震波的动力学特征
地震波动力学是指研究地震波的振幅、频率、相位等属性参数在传播过程中动态变化规律的科学。通常也称为波动地震学。
波的运动规律与介质结构和性质之间有着内在的联系。为探测地下介质(地层)的结构和性质,研究地震波在其中传播的基本物理原理是必要的,包括研究地震波的激发、形成、传播、分裂、转换、吸收衰减等一系列的特点,为正确地运用地震资料解释地下的地质结构奠定必要的理论基础。
Dynamics/ics of seismic wave
地震波的运动学特征
地震波运动学是研究地震波传播过程中,旅行时间与空间位置之间关系(即时间场)的科学。运动学是参照光学建立起来的,较多地采用几何作图的方式辅助研究,因此又经常被称为几何地震学。
反射波法勘探中,可以根据地下界面的反射波到达地面的时间,结合介质的波速,推断地下反射界面的埋藏深度,从而研究地质构造形态。
折射波法勘探中,可以根据折射波的时间场解释推断地下折射界面的埋深,以及折射界面下层高速介质的波速。
透射波法勘探中,可以根据地震波旅行时间反演射线路径上的介质波速。
地震波的振幅
精确研究波动过程的方法是求解波动方程,可以研究全部动力学特点,但是复杂的数学推演和计算具有极大的难度。地震波运动学完全抛弃了动力学特征,过于简化。
实际资料中,时距关系的识别以地震记录中的能量/振幅增强为特征,振幅的大小直接/观地反映了地下界面的反射系数特征。如果不能充分利用地震波的全部动力学特点,相比于频率和相位,振幅特征无疑是要优先考虑的。
物理地震学
物理地震学就是从波的绕射叠加观点出发,研究地震波振幅特性及能量变化的一门应用地震科学。
物理地震学研究的内容主要是地震波的振幅(振幅谱/ 能量)及其影响因素、影响方式、以及对地震勘探能力与效果的影响。
地震波的能量(振幅)分析
地震记录的分辨能力
地震模型与褶积
几何地震学的应用局限
长期以来,地震勘探技术主要从几何地震学的观点出发,认为地震波沿“射线”路径在介质中传播,按照斯奈尔定律确定地表地震记录与地下界面反射点之间的关系,并认为地面某一点接收到的反射波仅来自于地下的反射点,二者是一一对应的。
这种几何地震学的观点在解释简单地质构造地区的地震记录时是行之有效的,但在构造复杂地区,用几何地震学的观点,许多地质现象难以解释,暴露出几何地震学的局限性。
比如在小断块发育的地区,不满足斯奈尔定律的地面点也能接收到来自地下的地震波。
物理地震学的基本观点
物理地震学的基本思想是绕射叠加,即点源激发的地震波以球面波的形式向外传播,传播过程中,波前面的任意微小面元都可以当作次一级的点震源,向外发出球面波,波场中一点的振动是所有这些次一级球面波的叠加(惠更斯原理的扩展)。
介质界面上的任意面元都可以当作绕射波的源,向外发出球面波形式的绕射波,地面上一点的振动是所有这些绕射波叠加的结果。
与反射相比,绕射是更基本的,界面反射是绕射叠加的结果。当界面光滑、连续、稳定的情况下,绕射叠加表现为反射;当存在孤立绕射点或界面突变点时,绕射叠加不完全,绕射现象就表现出来了。
物理地震学与几何地震学的关系
物理地震学与几何地震学都是对波动现象的描述,只是描述得程度不同。
几何地震学只研究地震波的运动学规律,不考虑动力学特点,对复杂地质构造产生的复杂时距关系难以作出正确合理的解释;而物理地震学既考虑了波的传播时间,又考虑波的能量(振幅),有可能对复杂地质体产生的波场作出正确合理的解释。
从构造研究的角度,几何地震学仅适用于界面尺度比地震波波长大得多的情况;如果界面(断块)尺度小到与地震波波长相当,或者是地震道与断点较近,反射规律不明显,绕射特