地震岩石物理最新进展

地震波的速度是地震勘探中最重要的一个参数。在用地震勘探方法研究地下地质构造形态时，用到的基本公式H＝t。 H是界面的深度；是地震波的传播速度；t是地震波从地面垂直向下到界面再返回地面的旅行时。从这个基本公式中可以看到速度参数的重要性。

地震勘探是以地震波在岩层中的传播规律为基础的。岩石的弹性性质（主要表现为地震波的传播速度）不同，地震波在其中传播的情况也会不同，地震勘探正是利用这种关系来研究地下地层的地质构造的。

理论研究和大量实际资料证明，地震波在岩层中的传播速度和岩层的性质，如弹性常数或岩石的成分、密度、埋藏深度、地质年代、孔隙度等因素有关。

表2-2　各类岩石的速度

经验表明：沉积岩中的波速与岩石密度有密切关系，这种关系除了p和s的理论公式外，在实用上根据大量资料可以把速度与密度表示成：

式中速度的单位是m/s，密度ρ的单位是g/cm3。

通过建立波动方程可以导出地震纵波和横波在介质中的传播速度与介质的弹性常数之间的定量关系：

式中λ、 μ是拉梅（Lame）系数；ρ是介质密度；E是杨氏模量；υ是泊松比（Poisson’s ratio）。它们都是说明介质弹性性质的参数。泊松比υ的值在大多数情况下约等于0.25，只有在最为疏松的岩石中υ≈0.5。杨氏模量的大小和岩石的成分、结构有关。随着岩石密度的增加，E比ρ增加的级次更高，所以当岩石的密度增加时，地震波的速度不是减少反而增 加。

由p和s的表达式可以得到同一介质中纵波和横波速度比的关系如下：

可见纵波与横波速度之比取决于泊松比υ。在大多数情况下，泊松比为0.25左右，所以纵波与横波的速度之比值一般为1.73。

在测定或提取速度信息过程中，经常会受到种种因素的影响，如观测系统和观测方式、道集记录本身的信噪比、表层速度分布异常、波的干涉、地层倾斜或构造复杂化、介质的非均匀性等。

速度信息的应用，在地震勘探的各个环节都十分广泛，如野外观测系统设计时需要速度来确定具体的采集参数；地震资料数字处理过程中的动校正、水平叠加需要叠加速度，偏移归位需要偏移速度，深度偏移需要速度模型或速度场；在地震资料的解释过程中，平均速度主要用于时深转换，以便于制作合成地震记录和绘制深度构造图；层速度信息主要用于地层、岩性解释，也可用于储层参数、含油性预测。

测定地震波传播速度的方法基本上可分为以下几类：

●　实验室测定法

随着烃类检测、油藏描述、开发地震等方法和技术的发展，在实验室进行的岩石、矿物的物性研究也有长足的发展，已逐步形成地质学科的一个重要分支——岩石物理学（petrophysics）。岩石的物理性质差异是地球物理勘探的基础，而储层岩性、物性和充填其中的流体性质的空间变化，会造成地震反射波波速、振幅、频率等众多地震属性的相应变化，了解它们并设法测试和研究它们，这对地球物理资料的地质解释起着十分重要的指导作 用。

实验室测定岩石标本的纵、横波速度和弹性常量，通常根据岩石样品在物理模型实验室内测定。确定岩石超声波范围的弹性振动传播速度通常采用三种方法：共振法、脉冲法和超声波的干涉测量法。

●　时距曲线计算法

此类方法通常把覆盖层视为均匀介质，并利用实际观测到的直达波或折射波资料获取平均速度。直达波或折射波的时距曲线是一条直线，该直线斜率的倒数就是介质或折射层界面的平均速度。对于均匀介质的反射波时距曲线方程为：

采用x 2～t2直角坐标系，反射波时距曲线方程可展现为一条直线，该直线斜率的倒数就是介质的速度，利用这种方法求取的速度称为有效速度，这种方法在20世纪60年代很盛行，现被速度谱方法所取代。

图2-30　采用x 2～t 2直角坐标系求取有效速度

●　井孔测定方法

井中观测资料包括地震测井资料或零偏移距垂直地震剖面（VSP-Vertical Seismic Profile）资料和声波测井资料，两种资料都可求取相应的平均速度和层速度，它们分别为：地震测井或零偏移距垂直地震剖面（VSP）方法；声波测井（CVL— Continuous Velocity Log）。

图2-31　地震测井示意图 　

图2-32　声波测井

图2-33　声波测井解释

●　速度谱方法

利用速度谱方法求取叠加速度是目前生产单位提取速度参数的重要手段。方法原理：对道集内某个反射波同相轴用不同的速度进行动校正并分析校正后的叠加效果，其中叠加效果最好的速度就是该反射波的叠加速度。具体实现时有叠加速度谱和相关速度谱。主要用途：可用于求取记录的最佳叠加速度资料；检查多次叠加剖面的质量；发现多次波以便消除它；帮助综合地质解释；提供叠加速度场，用于变速成图或偏移速度场的建立；提供层速度资料进而研究岩性变化，寻找地层或岩性圈闭等。

●　速度反演方法

在20世纪80年代，实现速度反演的主要软件：法国CGG公司的GLOG、美国西方地球物理公司的PIVT和加拿大的Seislog三大速度反演软件。目前，实现层速度反演的软件主要有Strata和Jason软件等。