地震地质基础 (2).ppt
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1、地震地质基础,徐国强 成 都 理 工 大 学 2008年 10 月,地震解释关键技术 系列之地震波形分析,序,地震解释包括:地层、构造、沉积、储层、油气。 需要的专业基础知识,包括:地震勘探、构造、沉积学, 为提供地质模式; 地震勘探基础:认识反射层的属性,识别干扰波及地震解释陷阱, 地震地质结合基础知识, 是从业者经常缺乏的; 波形分析是地震解释中相分析的基础,也是储层、油气解释的重要基础;不仅如此,对于复杂条件下的地层、构造解释,地震相(地震反射面貌特征)分析是必须同时开展的一项工作;当然,简单的地层构造解释,只看反射层就可以了。 地震地质基础知识,在地震勘探基础、地震地层学等课程中零散出
2、现,国内高校一般都没有系统教学,需要从业者自己总结、摸索。本章内容为笔者长期从事教学科研工作摸索总结,适用于所有地震解释从业人员。,主要内容,(1)地质界面 (2)地震子波 (3)单个界面的对称波形 (4)顶底干涉斜对称波形(微分波形) (5)波阻抗渐变界面的变异波形(低频波形) (6)关键技术(合成记录,岩性柱与记录道互换) (7)应用实例分析,地震地层学起源:基于地震分辨率提高,背斜构造,背斜构造(磁带模拟)地震剖面,地震构造解释,背斜构造,地震构造解释地震地层解释,地层构造,高分辨, 层内获得指示沉积构型(地层堆砌方式) 的地震反射, 据此,可研究地层沉积方式,推断沉积相,预示地震地层学
3、诞生。,1.1 地质界面,一、构造作用界面 角度不整合面;平行不整合面 二、沉积作用界面 沉积间歇面;无沉积作用间断面 三、其他界面 气水界面;断层面,一、构造作用界面,成因1:构造挤压,1、角度不整合面,典型、常见; 下有剥蚀; 上有超覆; 角度相交; 时代不连续,角度不整合:即狭义的不整合,也称斜交不整合或截合,是指上下两套地层之间不仅缺失部分地层,而且上下地层的产状也不相同。 角度不整合的上覆岩系层面通常与不整合面(图中红线)大致平行,而下伏岩系的地层层面则与不整合面呈截交关系,不整合类型多种多样,针对不整合的形态及形成机制将其分成7种类型:平行不整合、削截不整合、超覆不整合、褶皱不整合
4、、断褶不整合、伸展不整合和生长不整合。不整合附近的岩层在纵向上呈层分布:从下至上依次为半风化岩石、风化粘土层和底砾岩。不整合在油气的运聚成藏过程中扮演重要角色:不整合面可以作为油气长距离运移的通道,古凤化壳或古岩溶带能够改善岩层的储集性能,形成不整合油气藏。不整合的负面作用为:对盖层的破坏和烃源岩成熟度的影响。,形成过程,下降接受沉积 褶皱上升(常伴有断裂变动、岩浆活动、区域变质等)、沉积间断、遭受风化剥蚀 再下降接受沉积,成因2:差异升降或斜欣运动, 形成局部角度不整合面,成因3:全球海平面变化,水位下降,下切谷,陆棚边缘坡折带 下切谷(发生在陆棚边缘或斜坡,水上或水下下) 递降水流平衡面(
5、下切谷底面),SU,IV,2、平行不整合面,A,B,C,成因: 构造垂直升降运动,二、沉积作用界面,1、概述 沉积作用界面,指沉积条件的突然改变,如海平面升降、基底下沉速度,物源,水体的化学成分突然改变等,所形成的界面,小到纹理,到层序界面 2、分类 (1)沉积间歇面; (2)无沉积作用间断面,3、 沉积间歇面,1)小到层理界面,大到层序界面; 2)在地质历史中,沉积在短暂的,而沉积间歇是常见现象。一般地,间歇时间远大于沉积时间;间歇面上下地层的产状基本一致,而水动力条件,沉积物成分,沉积速度, 水体化学成分有明显变化,层与层之间可有明显的波阻抗差异。,4、无沉积作用间断面,1)前积底面-斜交
6、前积层底面; 2)退积顶面-快速海进过程中的顶界面。,间歇 - 间断 - 中断 层理面 层面 层序界面 不整合面 不整合面:地层时代不连续, 量化:缺一个化石带,至少1Ma,SU,下超底面,退积顶包络面,无沉积作用间断面,顶超面,1、气水界面,三、其他特殊地质界面,2、断层面,地震反射层与地质界面关系,相位:反射波振动的极值点; 同相轴:同一个界面产生的反射波, 或一组界面产生的复合波,横向上相同相位构成的轴线。 地震反射层:一般指同相轴,代表某个地震界面或一组界面的地震反射同相轴,地震反射层与地质界面关系,正:绝大多数地震反射界面都是地质界面,或不整合面,或整合界面; 大多数地震反射波为多个
7、界面形成的复合波,只有部分反射层与地质界面对应。 并不是每一个反射层(同相轴)都代表地质界面,如续至旁瓣; 并不是每一个地质界面都是地震反射界面,如岩性界面。 正:地震反射界面总是追随沉积表面;,1.2 地震子波,一、地震子波 二、波阻抗界面 三、地震反射记录,1、最小相位地震子波,一、地震子波,2、零相位地震子波 -子波处理:最小相位子波-零相位子波,灰岩,泥岩,3、最小相位子波与零相位子波 区别,b(t)=1-2(fpt)2e-fpt)2,二、波阻抗界面 1、 波阻抗 (Z)acoustic impedance Z=V. Anstey (1977)曾将波阻抗 比喻为 acoustic ha
8、rdness, 如灰岩-硬岩石;软岩石-泥岩 2、反射系数(RC)reflection coefficient RC = I=R2 I0 3、正反射, RC 0 4、负发射, RC 0 particle pressure particle velocity; impinged ;analogy; intrinsic susceptibility; tangible meaning;,Z2 + Z1,Z2 - Z1,三、地震反射记录 1、正反射、负反射 在地震勘探中,正反射波或负反射波是通过陆上检波器检测振动的振动,海上检波器检测(海水)质点压力来完成的,检波器可以把振动力大小、方向转化为数字信
9、号记录下来。 来自正负反射界面可以通过初试振动方向来辨别,为了说明问题,我们用波阻抗界面上的质点速度或质点压力平衡原理 (Badley,Michael,E.1982),1)波阻抗界面上的质点速度或质点压力平衡原理,质点速度-在质点震动过程中,质点离开平衡点的运动速度。,质点压力-在质点震动过程中,质点所承受的压力。,地震波速度-在在质点震动过程中,一个质点向另外一个质点传递振动的速度。,相关概念: 质点速度、质点压力、地震波速度,2)正反射-初次质点振动方向:入射波、透射波向下,反射波向上,为正反射,3)负反射 初次质点振动方向:入射波、透射波向下,反射波向下,为负反射,2、反射波极性 (po
10、larity),正极性-据SEG定义:正地震信号产生正阻抗压力(海上),向上的初跳(陆地);正地震信号在用负数值记录,地震剖面上用波谷显示。 负极性-,正反射与负反射及地震波显示的极性,负极性显示,正极性显示,1.3 地震记录道与反射层,一、地震记录道 在检测时间内,自激自收条件下检波器接收到的反射波序列叫地震记录道(seismic trace) 1、不同于检波记录 2、是地震剖面中的一个个体,为一维地震剖面 3、由多个界面反射波的迭加而成,地震记录道是地震剖面中的一个体 地震剖面有横向上等道间距的地震记录道构成,地震记录道由多个界面反射波(强反射波)迭加而成,地震记录道由多个界面 反射波的迭
11、加而成 S(t)=s(t1)+ s(t2) + s(t3)+ s(t4) + s(tn) 其中s(tn)=r(tn)* b(tn),二、 人工合成地震记录道,人工合成地震记录( synthetic seismograms )就是通过一口井的声波、密度资料构建一个波阻抗曲线、反射系数序列,通过反射系数序列与理论地震子波的褶积(convolution)得到一个人工合成的地震记录道,它可以与井旁的地震记录道进行对比(一般情况下,两者非常相似),从而获取钻井剖面上有关地质界面、反射界面的信息,地层和地质界面的地震响应以及地震反射波的地质属性。,地震反射层(同相轴),相位:反射波振动的极值点; 同相轴:
12、同一个界面产生的反射波, 或一组界面产生的复合波,横向上相同相位构成的轴线。 同相轴,代表某个地震界面或一组界面的地震反射同相轴,(一)基本原理,若X (t)表示地震记录,S1(t)、S2(t)、S3(t)、S4(t)、.S n(t)代表各个反射界面的反射波,则有: X (t)= S1(t)+S2(t)+S3(t)+S4(t)+S n,X (t)= S1(t)+S2(t)+S3(t)+S4(t)+Sn(t),Sn (t)=r(n)*b(t),b(t),多个界面反射波的干涉迭加求和,数学上可以用褶积来表示,即: X (t)= r(t)* b(t) 或 X(t)=0 r(t)b(t-)d 其中X(
13、t)- 地震记录, r(t)-反射系数序列, b(t)地震子波,(二)需要满足的条件 1、层状介质模型-r(t),横向各向同性。 2、垂直入射- r(t) 只是RC的函数。 3、子波不随传播时间变化而变化(无透射损失)。,(三) 制作步骤 褶积公式的数值解,X(t)=0 r(t)b(t-)d 若 t= i t ; = j t 则 X( i )=mj=1 r( i-j ) b( j ) 对于零相位子波, X( k )= r( k-j ) b( j ) 其中k=i+(m-1)/2,m,J=1,1、求反射系数离散序列r(t),1)划分宏观层 所谓宏观层(macro-bed)指波阻抗大致相同、对地震记
14、录起主要作用的层或层系, 宏观层间波阻抗存在明显差异,内部波阻抗差相对可以忽略。,Sonic log,划分宏观层示意图,1)求反射系数序列-r(t) =a.Vk 其中k=0.23 H(i) V(i) T(i)=2h(i)/v(i) t(i)= T(i) ki=t(i)/ t r(ki)=RC(i),其中 RC(i)=(V1.23(i+1)- V1.23(i)/(V1.23(i+1)+ V1.23(i),划分宏观层,(1)通过宏观层的速度、厚度可以求出每个单层的双程旅行时间。 t(i)=2(i)/V(i),(2)通过每个单层的双程旅行时间累计,可以求出地震波从起始深度到达各界面的双程旅行时间和离
15、散时间序列。 T0 (i)= t(i),2)求反射系数离散序列r(t),(3)通过速度、密度可以求出每个宏观层分界面的反射系数,R0(i)=( (i+1) v(i+1)- (i) v(i) )/ ( (i+1) v(i+1)+ (i) v(i) ),若只有声波资料,可以通过速度求取。 因为 (i)= k v(i) ;a=0.23 RC(i)=(V1.23(i+1)- V1.23(i)/(V1.23(i+1)+ V1.23(i),4)求反射系数离散序列r(t):,把各个宏观层分界面上的反射系数赋值到离散时间序列的对应位置,即求得反射系数离散序列r(t):,即:r(j)=Rc(i) 其中 j= T
16、0 (i)/dt ;T0 (i)= t(i) dt为离散间隔。,r(6)=R0(1),r(14)=RC(2),反射系数序列示意图-r(i),j=t(i)/ dt r(j)=R0(i),如果 T0(1)= t(1)=24ms; dt=4ms, 则 L=6,故 r(6)=R0(1) 如果 t(2)=32ms; T0(2)= t(1)+ t(2)= 56ms; dt=4ms, 则 L=14,故 r(14)=R0(2),2、求取地震子波的离散序列 b(i),雷克子波 b(t)=1-2(fpt)2e-fpt)2,3、褶积 X(i)= r(i-j).b(j),下图所示: 为了演示方便,设定反射系数序列r(
17、i)离散点56个,子波序列b(j)离散点11个(其中b(6)=1.0),褶积过程实际上是一个颠倒相乘然后相加的过程。如X(6),X(25)所列等式。 褶积的结果 X(i)就是合成地震记录离散序列,由这些点恢复的曲线为人工合成地震记录。,S(6)=r(11).b(1)+r(10).b(2)+r(9).b(3)+r(8).b(4)+r(7).b(5)+r(6).b(6) r(5).b(7)+r(4).b(8)+r(3).b(9)+r(2).b(10)+r(1).b(11),S(25)=r(30).b(1)+r(29).b(2)+r(28).b(3)+r(27).b(4)+r(26).b(5)+r(
18、25).b(6)+ r(24).b(7)+r(23).b(8)+r(22).b(9)+r(21).b(10)+r(20).b(11),3)离散化褶积过程示意图,X(6)所列等式,X(6)= r(11).b(1)+r(10).b(2)+ r(9).b(3)+r(8).b(4)+ r(7).b(5)+r(6).b(6)+ r(5).b(7)+r(4).b(8)+ r(3).b(9)+r(2).b(10)+ r(1).b(11),S(25)= r(30).b(1)+r(29).b(2)+ r(28).b(3)+r(27).b(4)+ r(26).b(5)+r(25).b(6)+ r(24).b(7)
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