標籤:工程地質

利用地下介質彈性和密度的差異,通過觀測和分析大地對人工激發地震波的響應,推斷地下岩層的性質和形態的地球物理勘探方法叫作地震勘探。地震勘探是鑽探前勘測石油與天然氣資源的重要手段,在煤田和工程地質勘查、區域地質研究和地殼研究等方面,也得到廣泛應用。

1概述

地震勘探是利用地下介質彈性和密度的差異,通過觀測和分析大地對人工激發地震波的響應,推斷地下岩層的性質和形態的地球物理勘探方法。地震勘探是鑽探前勘測石油、天然氣資源、固體資源地質找礦的重要手段,在煤田和工程地質勘查、區域地質研究和地殼研究等方面,也得到廣泛應用。

2勘探原理

在地表以人工方法激發地震波,在向地下傳播時,遇有介質性質不同的岩層分界面,
地震勘探

  地震勘探

地震波將發生反射與折射,在地表或井中用檢波器接收這種地震波。收到的地震波信號與震源特性、檢波點的位置、地震波經過的地下岩層的性質和結構有關。通過對地震波記錄進行處理和解釋,可以推斷地下岩層的性質和形態。地震勘探在分層的詳細程度和勘查的精度上,都優於其他地球物理勘探方法。地震勘探的深度一般從數十米到數十千米。地震勘探的難題是解析度的提高,高解析度有助於對地下精細的構造研究,從而更詳細了解地層的構造與分佈。

3應用範圍

爆炸震源是地震勘探中廣泛採用的非人工震源。目前已發展了一系列地面震源,如重鎚、連續震動源、氣動震源等,但陸地地震勘探經常採用的重要震源仍為炸藥。海上地震勘探除採用炸藥震源之外,還廣泛採用空氣槍、蒸汽槍及電火花引爆氣體等方法。
地震勘探

  地震勘探

地震勘探是鑽探前勘測石油與天然氣資源的重要手段。在煤田和工程地質勘察、區域地質研究和地殼研究等方面,地震勘探也得到廣泛應用。20世紀80年代以來,對某些類型的金屬礦的勘查也有選擇地採用了地震勘探方法。

4發展簡史

發展歷程
階段
地震儀
代表技術
數據維數
解決主要問題
50年前
光點照相記錄
人工處理
1D
構造單元、有利構造盆地
查明區域構造特徵
50年代
模擬磁帶記錄
多次覆蓋
2D
60年代
數字地震儀
多次覆蓋、偏移技術
2D
70年代
預測和識別油氣圈閉形態
80年代
三維地震
3D/3C
查明複雜構造隱蔽油氣藏
90年代
疊前深度偏移、開發地震
21世紀
萬道數字地震儀
各向異性技術、開發地震
4D/9C
精細油藏描述
流體性質
從70年代初期開始,採用地震勘探方法研究岩性和岩石孔隙所含流體成分。根據地震時間剖面振幅異常來判定氣藏的「亮點」分析,以及根據地震反射波振幅與炮檢距關係來預測油氣藏(見圈閉)的AVO分析,已有許多成功的例子。從地震反射波推算地層波阻抗和層速度的地震擬測井技術,在條件有利時,可以取得有地質解釋意義的實際效果。現代的地震勘探正由以構造勘探為主的階段向著岩性勘探的方向發展。
中國於1951年開始進行地震勘探,並將其應用於石油和天然氣資源勘查、煤田勘查、工程地質勘查及某些金屬礦的勘查。

5勘探過程

地震勘探過程由地震數據採集、數據處理和地震資料解釋3個階段組成。
地震數據處理
數據處理的任務是加工處理野外觀測所得地震原始資料,將地震數據變成地質語言──地震剖面圖或構造圖。經過分析解釋,確定地下岩層的產狀和構造關係,找出有利的含油氣地區。還可與測井資料、鑽井資料綜合進行解釋(見鑽孔地球物理勘探),進行儲集層描述,預測油氣及劃定油水分界。
削弱干擾、提高信噪比和解析度是地震數據處理的重要目的。根據所需要的反射與不需要的干擾在波形上的不同與差異進行鑒別,可以削弱干擾。震源波形已知時,信號校正處理可以校正波形的變化
地震勘探

  地震勘探

,以利於反射的追蹤與識別。對高次覆蓋記錄提供的重覆信息進行疊加處理以及速度濾波處理,可以削弱許多類型的相干波列和隨機干擾。預測反褶積和共深度點疊加,可消除或減弱多次反射波。統計性反褶積處理有助於消除淺層混響,並使反射波頻帶展寬,使地震子波壓縮,有利於解析度的提高。
地震數據處理的另一重要目的是實現正確的空間歸位。各種類型的波動方程地震偏移處理是構造解釋的重要工具,有助於提供複雜構造地區的正確地震圖像。
地震數據處理需進行大數據量運算,現代的地震數據處理中心由高速電子數字計算機及其相應的外圍設備組成。常規地震數據處理程序是複雜的軟體系統。
反射法
利用反射波的波形記錄的地震勘探方法。地震波在其傳播過程中遇到介質性質不同的岩層界面時,一部分能量被反射,一部分能量透過界面而繼續傳播。
在垂直入射情形下有反射波的強度受反射係數影響,在雜訊背景相當強的條件下,通常只有具有較大反射係數的反射界面才能被檢測識別。地下每個波阻抗變化的界面,如地層面、不整合面(見不整合)、斷層面(見斷層)等都可產生反射波。在地表面接收來自不同界面的反射波,可詳細查明地下岩層的分層結構及其幾何形態。
反射波的到達時間與反射面的深度有關,據此可查明地層埋藏深度及其起伏。隨著檢波點至震源距離(炮檢距)的增大,同一界面的反射波走時按雙曲線關係變化,據此可確定反射面以上介質的平均速度。反射波振幅與反射係數有關,據此可推算地下波阻抗的變化,進而對地層岩性作出預測。
反射法勘探採用的最大炮檢距一般不超過最深目的層的深度。除記錄到反射波信號之外,常可記錄到沿地表傳播的面波、淺層折射波以及各種雜亂振動波。這些與目的層無關的波對反射波信號形成干擾,稱為雜訊。使雜訊衰減的主要方法是採用組合檢波,即用多個檢波器的組合代替單個檢波器,有時還需用組合震源代替單個震源,此外還需在地震數據處理中採取進一步的措施。反射波在返回地面的過程中遇到界面再度反射,因而在地面可記錄到經過多次反射的地震波。如地層中具有較大反射係數的界面,可能產生較強振幅的多次反射波,形成干擾。
反射法觀測廣泛採用多次覆蓋技術。連續地相應改變震源與檢波點在排列中所在位置,在水平界面情形下,可使地震波總在同一反射點被反射返回地面,反射點在炮檢距中心點的正下方。具有共同中心反射點的相應各記錄道組成共中心點道集,它是地震數據處理時所採用的基本道集形式,稱為CDP道集。多次覆蓋技術具有很大的靈活性,除CDP道集之外,視數據處理或解釋之需要,還可採用具有共同檢波點的共檢波點道集、具有共同炮點的共炮點道集、具有相同炮檢距的共炮檢距道集等不同的道集形式。採用多次覆蓋技術的好處之一就是可以削弱這類多次波干擾,同時尚需採用特殊的地震數據處理方法使多次反射進一步削弱。
反射法可利用縱波反射和橫波反射。岩石孔隙含有不同流體成分,岩層的縱波速度便不相同,從而使縱波反射係數發生變化。當所含流體為氣體時,岩層的縱波速度顯著減小,含氣層頂面與底面的反射係數絕對值往往很大,形成局部的振幅異常,這是出現「亮點」的物理基礎。橫波速度與岩層孔隙所含流體無關,流體性質變化時,橫波振幅並不發生相應變化。但當岩石本身性質出現橫向變化時,則縱波與橫波反射振幅均出現相應變化。因而,聯合應用縱波與橫波,可對振幅變化的原因作出可靠判斷,進而作出可靠的地質解釋。
地層的特徵是否可被觀察到,取決於與地震波波長相比它們的大小。地震波波速一般隨深度增加而增大,高頻成分隨深度增加而迅速衰減,從而頻率變低,因此波長一般隨深度增加而增大。波長限制了地震分辨能力,深層特徵必須比淺層特徵大許多,才能產生類似的地震顯示。如各反射界面彼此十分靠近,則相鄰界面的反射往往合成一個波組,反射信號不易分辨,需採用特殊數據處理方法來提高解析度。
地震測井
直接測定地震波速度的方法。震源位於井口附近,檢波器沉放於鑽孔內,據此測量井深及時間差,計算出地層平均速度及某一深度區間的層速度。由地震測井獲得的速度數據可用於反射法或折射法的數據處理與解釋。在地震測井的條件下亦可記錄反射波,這類工作方法稱為垂直地震剖面(VSP)測量,這種工作方法不僅可準確測定速度數據,且可詳查鑽孔附近地質構造情況。

6圖書名

內容簡介
《地震勘探》全書共分八章,第一、二章介紹地震勘探的物理基礎和地質基礎,第三章介紹地震波的時距關係,第四、五章介紹野外地震數據採集和抗干擾技術,第六、七章介紹地震資料的數據處理和地質解釋,第八章簡單介紹金屬礦地震勘探、垂直地震剖面、地震層析、面波勘探、微動監測和聲波探測等其他一些地震勘探方法與技術。
《地震勘探》資料豐富,涉及面廣,涵蓋了從陸上到海上以及從能源、工程到金屬礦等各個地震勘探領域,可作為高等院校應用地球物理專業的教材,也可供從事物探工作的工程技術人員參考。

本書目錄

緒論
第一節 地震勘探方法簡介
一、反射波法
二、折射波法
三、透射波法
第二節 地震勘探的發展
一、地震勘探發展簡史
二、中國地震勘探發展簡史
第一章 地震勘探的理論基礎
第一節 彈性理論概述
一、彈性介質與粘彈性介質
二、應力與應變
三、應力與應變的關係
四、波動方程
第二節 地震波的基本類型
一、地震波動的形成
二、縱、橫波的形成及其特點
三、面波
第三節 地震波場的基本知識
一、運動學的基本知識
二、動力學的基本知識
第四節 地震波的傳播
一、地震波的反射和透射
二、折射波的形成
三、繞射波
四、在彈性分界面上波的轉換和能量分配
五、地震波的衰減
六、地震波的頻譜
第五節 地震勘探的解析度
一、縱向解析度
二、橫向解析度
三、影響解析度的主要因素
習題一
第二章 地震勘探的地質基礎
第一節 影響地震波傳播速度的地質因素
一、岩性
二、密度
三、孔隙度
四、孔隙充填物
五、風化程度
六、其他因素
第二節 地震介質的劃分
一、各向同性介質與各向異性介質
二、均勻介質、層狀介質與連續介質
三、單相介質與雙相介質
第三節 地震地質特徵
一、工程地震地質特徵
二、能源地震地質特徵
三、金屬礦地震地質特徵
第四節 地震地質條件
一、表層地震地質條件
二、深部地震地質條件
習題二
第三章 地震波的時距關係
第一節 直達波及折射波時距曲線
一、直達波時距曲線
二、水平層狀介質中折射波時距曲線
三、隱伏層中的折射波
四、傾斜界面折射波時距曲線
五、彎曲界面折射波時距曲線
六、垂直構造的折射波時距曲線
第二節 反射波時距曲線
一、水平界面的反射波時距曲線和正常時差
二、傾斜界面的反射波時距曲線
三、水平多層介質的反射波時距曲線
四、複雜情況下的反射波時距曲線
第三節 連續介質中的地震波
一、連續介質中波的曲射線方程
二、連續介質中的「直達波」(回折波)
三、連續介質中的反射波和折射波
第四節 特殊波時距曲線
一、全程多次反射波的時距曲線
二、繞射波時距曲線
第五節 T—p域內各種波的運動學特點
習題三
第四章 地震資料的野外採集
第一節 地震勘探野外採集系統
一、幾個基本概念
二、地震勘探對儀器的要求
三、地震儀的主要組成部分
四、數字地震儀的工作原理
第二節 地震測線的布置
一、測線布置的基本要求
二、測線布置形式
第三節 地震勘探觀測系統
一、觀測系統的概念
二、觀測系統的圖示方法
三、二維反射波法觀測系統
四、三維反射波法觀測系統
五、折射波法觀測系統
第四節 地震波的激發和接收
一、地震波的激發
二、地震波的接收
第五節 地震波速度的測定
一、地震測井
二、聲波測井
三、PS測井
第六節 海上地震勘探
一、海上地震特殊干擾波
二、海上震源
三、海上定位
四、海上地震數據採集方法
習題四
第五章 抗干擾技術
第一節 有效波和干擾波
一、震源干擾波
二、外界干擾波
第二節 地震組合法
一、組合檢波基本原理
二、組合的濾波特性
三、組合對隨機干擾的統計效應
四、組合參數的選擇
第三節 多次覆蓋法
一、共反射點疊加原理
二、多次覆蓋觀測系統
三、共反射點多次波的剩餘時差
四、共反射點多次疊加效應
五、影響共反射點疊加效果的因素
六、多次覆蓋技術疊加參數的選擇
第四節 其他抗干擾技術
一、垂直疊加
二、頻率濾波
三、最佳窗口接收
四、最佳偏移距接收一地震映像技術
第五節 抗干擾與解析度的關係
一、抗干擾與解析度
二、振幅解析度與時間解析度
習題五
第六章 反射波地震數據處理
第一節 預處理
一、解編和剪輯處理
二、切除
三、抽道選排
四、真振幅恢復
第二節 數字濾波處理
一、濾波器的基本概念
二、一維頻率濾波
三、二維視速度濾波
第三節 反濾波處理
一、反射波地震記錄的形成
二、反濾波的基本概念
三、地震子波的提取
四、最小平方反濾波
五、預測反濾波
第四節 速度分析處理
一、速度分析原理
二、速度譜
三、速度掃描
四、速度分析精度的影響因素
五、層速度的計算
第五節 校正和疊加處理
一、靜校正
二、動校正
三、水平疊加
第六節 偏移處理
一、偏移的基本概念
二、克希霍夫偏移
三、波動方程偏移
習題六
第七章 地震資料解釋
第一節 地震反射波資料的構造解釋
一、時間剖面與地質剖面的差別
二、時間剖面的對比
三、地震波場分析
四、地震反射層位的地質解釋
五、地震反射斷層的地質解釋
六、特殊地質現象解釋
七、深度剖面、構造圖、等厚圖的繪製
第二節 地震反射信息的地震地層解釋
一、地震層序劃分
二、地震相分析
三、地震相的地質解釋
第三節 地震折射波資料的解釋
一、折射波記錄的對比
二、折射波時距曲線的繪製
三、折射界面的構制
四、£o差數時距曲線法的自動化解釋
五、特殊問題
習題七
第八章 其他地震勘探方法與技術
第一節 金屬礦地震勘探
一、散射波地震勘探的基本原理
二、散射地震波的分類及基本特徵
三、金屬礦地震勘探數值模擬研究
四、散射波成像原理及地震採集技術
五、硬岩環境下的地震數據採集技術
第二節 垂直地震剖面(VSP)法
一、VSP基本原理
二、VSP資料的採集
三、VSP資料的處理和解釋
四、VSP資料的應用
第三節 地震層析技術
一、層析技術概述
二、層析成像的基本理論(拉冬變換)
三、地震波井間層析成像原理
四、反演計算與圖像生成
五、地震層析技術在工程勘察中的應用
第四節 瑞雷波勘探
一、瑞雷波的波場特徵
二、瑞雷波法勘探原理
三、瑞雷波傳播速度的計算
四、瑞雷波勘探的資料解釋
五、瑞雷波勘探在工程勘察中的應用
第五節 微動觀測
一、微動的概念
二、常時微動的性質
三、常時微動測量方法
四、常時微動的資料處理和解釋
五、常時微動在工程中的應用
第六節 聲波探測
一、聲波探測概述
二、聲波探測原理及工作方法
三、聲波探測在工程地質中的應用
習題八
參考文獻
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