工程地震勘探的地质基础

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,本节内容简介,1.1.3工程地震勘探的地质基础,一、地震波的速度,二、影响地震波速的因素,1）岩石介质的密度2）岩石介质的孔隙度3）地层埋藏和地质年代,4）岩性与弹性常数,三、地震勘探的地震地质条件：,一）浅层地震地质条件,1）表层地震地质条件,2）疏松层（覆盖层）,3）潜水面和含水层：,4）浅层地质剖面的均匀性：5)地震界面与地质界面的差异：,二）深层地震地质条件,1）“地震标志层”的确定：2）地震层位和地质层位一致：3）具有良好的地震波阻关系：4）具有明显的地震相特征：5）速度剖面的均匀性：,1.1.3工程地震勘探的地质基础,一般来说地震勘探的地质效果会受到两方面条件的限制：一、是仪器震源等技术条件。二是岩土介质的岩性、物性、成分和结构以及所处环境构造、地表复杂条件的不同，这两个方面都会使地震波的运动学和动力学特征发生变化。,在自然界中，不同类型的岩石往往具有不同的物质成分，不同的结构差异，而且,即使同一类型的岩石由于存在环境,的不同也会呈现出不同的弹性特征，这些都会引起地震波传播条件的变化。,在不同的地区，由于所处环境的地层、岩性、地表构造及地表条件的不同，也会对地震勘探的效果产生不同的影响。例如，当地表为沙漠或丘陵山地，并且地下岩层构造又比较复杂时，则不仅测线长，施工困难，而且资料的处理和解释也会遇到很大的难度。,定义：,工程勘察中，地层的岩性、地质构造及地表条件等因素对地震勘探的影响问题，就是地震勘察的地震地质基础问题。,一、地震波的速度,我们前面已经学过，纵、横波的传播速度，与岩石土层介质的弹性模量和密度密切相关。速度V与弹性模量和介质密度有下列关系式：当=0.25时,地震波在岩石中传播，其波速值的变化能够反应岩性的弹性和弹性模量的变化，波速是表征岩层弹性性质的重要参数，,不同岩性、不同时代的地层可以有不同的速度值和变化范围,。,因此，速度参数是把地震地质模型和物理模型联系在一起的一种重要工具,。,从上面的关系式中可以看出纵波速度,V,pVs,横波速度，当,=0.2,5时，,比值等于1.7321。若已知介质的弹性模量及密度，就可以求取纵横波速度V,p、,V,s,值，反之若已知纵、横波的速度，也可以求出介质的弹性模量。因为岩石土层的物理性质又和介质的弹性模量相关，因此可以通过研究V,p、,V,s,变化的信息，,提取岩性变化的各种物理参数,。,实际上，组成地层的介质岩、土层并非由完全各向同性和均匀的介质组成。岩石和土壤组成的在沉积岩地区的地层，往往会出现薄层或夹层，另外由于,岩石沉积环境和沉积年代的变化,，即使是同样的岩性，也会使介质岩石的密度和孔隙及孔隙中的充填物等等的变化，在很多方面都会有很多的变化，这就导致某一类岩石的波速度值，,可以在某一较大范围内变化,。也可能产生不同类型的岩石的波速度值，,可以在一定范围内重叠,。如图表 给出了一些基本常见的各种不同类型的岩石的Vp、Vs值的变化范围。,另一表也给出了同一种岩石(片岩，灰岩和砂岩)在不同年代波速度的变化情况。现在给出四种最典型岩类的Vp变化范围：,沉积岩 1.66.0 K,m,/S,花岗岩 4.56.5 K,m/S,玄武岩 4.58.0 Km/s,变质岩 3.56.5 Km/s,二、影响地震波速的因素,1）岩石介质的密度,一般情况下，岩石越致密，波速值越高，沉积岩的岩石密度与速度V的关系满足下式：,显然公式对于浅层的工程地震勘察中遇到的岩土介质来说是不太适应的。图1.1.41和表1.1.1 给出了不同性质、不同时代的松散岩土介质对应的参数相差较大，故地表浅层介质的密度变化较大，从而使地震波的速度变化率也较大。值得注意的是在波速公式中：,纵、横,的,的速度,在,在表面,上,上又与,岩,岩石介,质,质的密,度,度成反,比,比，这,似,似乎有,些,些矛盾,，,，其实,不,不然。,在,在岩石,岩,岩石介,质,质的密,度,度的关,系,系式中,，,，速度,与,与密度,成,成正比,，,，但是,岩,岩石的,密,密度的,增,增加的,数,数量级,是,是很有,限,限的。,以,以砂岩,为,为例。,各,各种砂,岩,岩有的,密,密度变,化,化范围,从,从表1.45,中,中可以,看,看出仅,从,从2.152.70,g/cm,，波速,的,的变化,范,范围可,以,以从21004500,m/s,。显然,是,是不协,调,调的。,波,波速变,化,化的主,要,要原因,是,是：岩,石,石介质,密,密度的,变,变化会,引,引起介,质,质弹性,模,模量的,变,变化，,仍,仍然以,砂,砂岩为,例,例，密,度,度,的变化,范,范围仅,有,有,0.55,是很小,，,，但是,、,单位是,千,千帕，,拉,拉梅系,数,数,和剪切,模,模量,是,1.8,10,10,千帕，,而这种,变,变化远,比,比密度,直,直接变,化,化,的数量,级,级大很,多,多。,地球物,理,理基础,的,的定义,：,：,介质弹,性,性性质,的,的变化,是,是波速,变,变化的,主,主要因,素,素,，,这也是,地,地震勘,探,探最重,要,要的地,球,球物理,基,基础,。,2）岩,石,石介质,的,的孔隙,度,度,岩石从,结,结构的,角,角度来,说,说可以,认,认为是,由,由两部,分,分组成,的,的，一,部,部分是,矿,矿物颗,粒,粒，称,为,为岩石,的,的骨架,，,，另一,部,部分就,是,是由各,种,种气体,或,或液体,充,充填的,孔,孔隙，,因,因此可,以,以人为,岩,岩石是,双,双相介,质,质，地,震,震波的,传,传播，,就,就在这,种,种双相,介,介质中,传,传播。1956年澳,大,大利亚,人,人威利,（,（Wylie,）,）等人,一,一个简,便,便计算,速,速度与,孔,孔隙度,之,之间的,关,关系式,，,，简称,时,时间平,均,均方程,：,：,式,中,中,：,：,为,孔,孔,隙,隙,度,度,；,；V,为,为,岩,岩,石,石,的,的,速,速,度,度,；,；Vm,为,为,岩,岩,石,石,骨,骨,架,架,的,的,速,速,度,度,；,；V,l,为,孔,孔,隙,隙,中,中,充,充,填,填,介,介,质,质,的,的,速,速,度,度,。,。,根,据,据,该,该,公,公,式,式,，,，,作,作,出,出,了,了,某,某,些,些,岩,岩,石,石,的,的,速,速,度,度,密,密,度,度,变,变,化,化,的,的,理,理,论,论,曲,曲,线,线,，,，,图,图1.1.42,就,就,是,是,示,示,意,意,图,图,。,。,研,研,究,究,表,表,明,明,，,，,当,当,孔,孔,隙,隙,度,度,由,由3%,提,提,高,高,到,到30%,时,时,，,，,速,速,度,度,变,变,化,化,可,可,达,达90%,，,，,这,这,说,说,明,明,孔,孔,隙,隙,度,度,的,的,变,变,化,化,也,也,是,是,影,影,响,响,速,速,度,度,变,变,化,化,的,的,重,重,要,要,因,因,素,素,。,。,很,很,显,显,然,然,，,，,孔,孔,隙,隙,度,度,的,的,变,变,化,化,意,意,味,味,着,着,密,密,度,度,的,的,变,变,化,化,，,，,孔,孔,隙,隙,度,度,变,变,大,大,，,，,密,密,度,度,相,相,对,对,减,减,小,小,。,。,可,可,见,见,，,，,速,速,度,度,的,的,变,变,化,化,，,，,实,实,际,际,上,上,是,是,随,随,岩,岩,石,石,密,密,度,度,的,的,增,增,大,大,而,而,增,增,大,大,。,。,松,散,散,的,的,沙,沙,丘,丘,，,，,纵,纵,波,波,速,速,度,度,p,只,只,有,有1000m/s,，,，,若,若,进,进,行,行,夯,夯,实,实,处,处,理,理,后,后,，,，,p,可,可,达,达3500m/s4500m/s,。,。,沙,沙,粒,粒,间,间,的,的,空,空,气,气,的,的,p,仅,仅,为,为300m/s,左,左,右,右,，,，,如,如,果,果,孔,孔,隙,隙,中,中,充,充,填,填,水,水,，,，,因,因,为,为,水,水,的,的,p,1500m/s,，,，,随,随,着,着,孔,孔,隙,隙,水,水,的,的,增,增,加,加,，,，,速,速,度,度,将,将,有,有,所,所,增,增,加,加,。,。,空,空,隙,隙,若,若,真,真,空,空,则,则,p,可,可,以,以,高,高,达,达5200m/s,。,。,当,当,砂,砂,岩,岩,中,中,充,充,填,填,空,空,气,气,的,的,孔,孔,隙,隙,度,度,达,达,到,到10%,时,时,，,，,速,速,度,度,可,可,以,以,降,降,低,低,到,到2500m/s,，,，,孔,孔,隙,隙,度,度,达,达,到,到20%,时,时,，,，,速,速,度,度,变,变,为,为1600m/s,。,。,在,在,调,调,查,查,地,地,下,下,水,水,的,的,工,工,程,程,地,地,震,震,勘,勘,查,查,中,中,，,，,如,如,果,果,未,未,固,固,结,结,沙,沙,层,层,中,中,pV1,)。浅,层,层折射,波,波法就,是,是利用,分,分界,面,面的这,个,个特征,，,，来寻,找,找工程,场,场地下,基,基岩的,埋,埋藏深,度,度h和,界,界面的,起,起伏,。,。这个,界,界面，,对,对浅层,折,折射法,是,是很有,利,利的。,在,在深层,反,反射波,勘,勘查寻,找,找油气,田,田的工,作,作中，,由,由深层,反,反射回,地,地表面,的,的反射,波,波由于,地,地表低,速,速带的,存,存在，,致,致使出,射,射角,产,产生很,大,大的“,偏,偏移”,和,和走时,滞,滞后的,现,现象，,往,往往要,进,进行低,速,速带的,校,校正工,作,作。,地表疏,松,松层对,地,地震波,能,能量的,高,高频成,份,份吸收,强,强烈按,照,照胶结,摩,摩擦理,论,论，认,为,为在疏,松,松带中,，,，吸收,系,系数与,频,频率的,平,平方成,正,正比，,即,即,=,B,(B 为,与,与介质,有,有关的,系,系数）,，,，显然,地,地震波,的,的频率,越,越高，,越大，,振,振动能,量,量被吸,收,收的就,越,越多。,由于强,烈,烈的吸,收,收作用,致使反,射,射波高,频成分,损,损失较,大,大，主,频,频降低,。,。另外,，,，由于,强,强烈的,吸,吸收作,用,用，在,疏,疏散层,内,内很难,激,激发出,较,较强烈,的,的有效,波,波，使,激,激发效,率,率受到,一,一定影,响,响。,试验还,表,表明，,在,在疏松,层,层中由,于,于介质,各,各向一,异,异性的,特,特点比,较,较明显,，,，纵波,的,的吸收,系,系数p比横,波,波的吸,收,收系数,s小,，,，说明,横,横波比,纵,纵波衰,竭,竭的更,快,快。,由于疏,松,松层（,有,有时又,称,称作低,速,速带）,，,，与下,伏,伏“基,岩,岩”之,间,间形成,一,一个良,好,好的反,射,射界面,，,，因此,在,在这个,界,界面上,很,很容易,产,产生多,次,次反射,，,，形成,了,了对一,次,次波的,严,严重干,扰,扰波，,增,增加了,浅,浅层地,震,震勘探,的,的工作,难,难度和,资,资料解,释,释的复,杂,杂性。,必须指,出,出：疏,松,松层（,或,或低速,带,带）的,概,概念是,相,相对的,。,。我国,东,东部及,沿,沿海地,区,区，波,在,在疏松,层,层（或,低,低速带,）,）纵波,传,传播的,速,速度，,据,据测定,大,大约为400m/s1000m/s，,它,它相对,于,于未风,化,化的“,基,基岩”,纵,纵波的,传,传播速,度,度为2000m/s5000m/s来,说,说，小,了,了一倍,以,以上。,在,在我国,西,西南四,川,川地区,，,，其表,层,层速度,较,较高可,达,达1200m/s1400m/s，而,下,下部的,“,“基岩,”,”波速,仅,仅有35004000m/s。,而,而表层,速,速度高,达,达1200m/s1400m/s的