1、98第五章 地震速度资料解释与应用地震波速度是地震勘探中最重要的一个参数，是地震波运动学特征之一。在资料处理和解释过程中，速度资料均十分重要。例如在计算动校正时需要叠加速度，绘制构造图进行时深转换时需要平均速度。近年来，速度资料在地震解释中应用的越来越广泛，概括起来有以下几方面：1）进行时深转换、绘制深度剖面和构造图。2）根据速度资料识别波的性质，如多次波、绕射波和声波等3）利用速度资料制作合成地震记录和理论地震模型，对地震记录作模拟解释4）利用速度纵横向变化规律，研究地层沉积特征和相态展布5）利用层速度资料，预测岩性分布和砂泥岩横向变化。6）利用速度资料计算反射系数图板，进行烃类检测，判别含
2、气亮点。7）利用合成声波测井，进行砂体横向追踪和对比。8）利用速度资料预测地层异常压力。由此可见，提取和分析速度资料是地震地质解释的一项重要的工作，熟悉各种有关的速度概念，速度资料的求取方法和影响速度的各种地质因素对于应用速度资料解决地质问题是很重要的。第一节 影响地震速度的因素与分布规律理论研究和实际资料证实，地震波在岩层中的传播速度与岩层的性质、岩石的成分、密 度、埋藏深度、地质时代、孔隙度、流体性质等因素有关，下面分别分析各种因素对速度的影响。一、影响速度的一般因素1）岩性（图 5-1i）（表 5-1）由于各种岩石类型的成份不同，其传播地震波的速度是不同的；有时即使是同一种岩石类型，由于
3、结构不同其波速也在一定范围内变化。地震波传播速度主要取决于构成这些岩石矿物的弹性性质，一般来说，火成岩孔隙很少或没有孔隙，地震波速度比变质岩和沉积岩的都高，且变化范围小；变质岩的波速变化范围较大，沉积岩波速最低，变化范围大，这主要与沉积岩成份和结构复杂，受孔隙度和流体性质的影响较大有关。表 5-1 是几种类型岩石与介质的波传播速度和波阻抗资料。2）密度（图 5-1a,b）通过大量岩石样品物性研究和数据分析整理，发现地震波速度与岩石体积密度之间，存在着一种令人满意的近似关系。即：图 5-2 中给出了按上式计算的理论曲线和测定的速度与密度的关系。图中可以看出，除岩盐和硬石膏偏差大一些外，其它岩石均
4、比较适用。这一经验公式具体地反映了速度与密度之间关系，为参数之间的换算提供了方便。如在计算人工合成地震记录时，如果已知99速度 V，缺少密度参数，可用上式进行换算。图 5-3 是胜利油田各时代地层埋藏深度、层速度与密度之间的关系。图 5-1 影响地震传播速度的几种主要因素表 5-1 几种主要岩石类型与介质的速度变化范围3）地层时代实际观测资料表明，岩石的成份和深度相近，地层时代不同时，地震波速度差异也较大，时代较老的岩石比年青的岩石速度大（图 5-1c）。这主要与年代较早的岩石成岩作用时间长，岩石较致密等因素有关。4）埋藏深度（图 4-3）在岩性和地质年代相同的条件下，地震波的速度随岩石埋藏深
5、度的增大而增大，埋藏越深的岩石，承受上覆地层压力越大，压实作用强，岩石较致密，其波速增大。但地震速度梯度的变化表现为浅处速度梯度较大，随埋藏深度速度梯度变化减小，这主要与深部岩石压实作用趋缓等因素有关。5）孔隙度与裂隙孔隙度是影响速度的重要因素之一。研究表明岩石类型相同，成份相近、孔降度大小不间，速度变化范围较大（图 5-1d,e,f），高孔隙度一般对应为低速，而低孔隙度则一100般对应为高速。碎屑岩的孔隙度通常随着岩石致密程度和胶结程度的增大而缺少，其速度随胶结程度的增大而增大。此外，岩石中存在着大量的微裂隙可导致岩石的速度减小，这种现象一般在碳酸盐岩储集层或断裂破碎带中较为发育。图 5-2
6、 地震波速度与岩石密度的关系 =0.31V（已饱和卤水） 图 5-3 地层埋藏深度与层速度和密度的关系二、地震速度与多孔介质流体性质关系1、流体性质地震波在沉积地层中的传波速度与岩石孔隙度和流体性质有密切的关系。岩石孔隙中含油、水或气时，岩石的波速会降低，引起波阻抗变化，并导致反射波振幅发生变化。所谓的亮点技术，就是利用饱含油气地层引起界面波阻抗差和反射振幅的强弱变化而直接找油气的方法。研究表明，在浅层岩层中，含有一点点气就会使岩石速度显著降低；但当地层中气体含量达 5时，再增加含气饱合度只对岩层的速度产生很小的影响，这样就造成有远景的气藏和近于枯竭的气藏在地震参数上是相似的。实际计算证明、时
7、间平均方程不能应用于气体饱和情况，只能采用近似的计算公式：式中:V r-流体饱合砂岩速度；P r-流体饱合砂岩体密度=P m（1- ）+P f；K s-岩 石骨架体积模量；K m-岩石颗粒体积模量； Kf-流体体积模量； -孔隙度；P m-颗粒密度；P f-流体密度。图 5-4 所示为水饱合砂岩、气饱合砂岩和油饱合砂岩的计算结果。可以得出几点认识：1011）油和水饱合砂岩之间的速度差别很小。2）气饱合与水和油饱合砂岩在小于 1600 米深度时，速度差别较大；大于此深度时有一定差别，但差别很小。3）气饱合砂岩和页岩（按 VZ=1585Z1/5计算）之间在浅层速度差异大，但在大于约2000 米以上
8、时不存在差别。4）页岩和水饱合砂岩之间的速度差别较小。2、异常压力在正常压实情况下，岩石孔隙度随深度增加而减小，这种变化使地震波的速度随深度增加而增大，地震上叫做微分压力，这种微分压力对速度有较大的影响。微分压力由下式定义P = Pr - Pf 式中： Pr-地层压力， Pf-流体压力。理论和实际研究表明，压缩波的传播速度正比于 P（图 5-4），随微分压力的增大，地震波速度减小。这就意味着当承受正压力和较大的流体压力的地层存在一较大的压力差时，在沉积层系中将出现一低速层。在沉积岩中，作用的总应力 Pr = Pf+P，如果孔隙中流体容易排走，与地表水相通，则 Pf 为静水压力，如果孔隙中流体排
9、泄不畅或不能排出，流体就要承受一部分由岩石内骨架承受的压力，这时流体压力大于静水压力，地层岩石中的孔隙欠压实，称为欠压实带或欠压实地层。欠压实地层地震波速度减小，这就是利用地震速度预测压力的基本原理。图 5-5 速度与外压力的关系三、几种与油气关系密切的岩层速度特征自 70 年代初以来，在研究岩石的波速变化规律与各种因素的关系方面，进行了大量工作。下面以几种与油气藏关系密切的岩层的速度特征为例，讨论页岩、砂岩和碳酸盐岩的速度特征随深度变化的一般规律（图 5-6、7）。l）页岩研究表明页岩速度、密度与深度有密切的关系，这主要由于页岩沉积后易于压实的特点所至。实质上页岩的这种速度变化主要与孔隙度变
10、化有关，页岩沉积初期的细粒粘土物质其含水量可达 60-70，密度为 1.7g/cm3，速度是 1600m/s 左右，随深度增加和成岩作用增强，孔隙水挤出，含水量可能只有百分之几，密度为 2.6g/cm3，速度增大到 图 5-4 含不同流体成分页岩和砂岩的速度与深度关系曲线1024000m/s 以上。2）砂岩不同成因类型的砂岩，具有明显不同的速度特征。分选良好的滨海砂层，颗粒坚硬，压实作用对孔隙结构的改变影响不大，因此，速度、密度对深度只有微弱的依赖关系；与之相对应，河道砂层由于搬运距离短，分选不好，随埋深增加，易于压实，速度会发生显著的变化。总的来说，埋藏深度对砂岩的影响不如页岩明显，当深度从
11、零增加到 4000 米，砂岩的孔隙度大约从 30减小到百分之几，速度大约从 2500m/s 增加到 4500m/s。正是因为砂泥岩速度在深部趋于相近，因而对于深部地层很难利用速度信息区分砂泥岩。图 5-6 各种不同岩石地震波传播速度随深度变化3）碳酸盐岩由于碳酸盐岩沉积后即成岩，其速度特征比较稳定，随深度变化较小，速度值在4500m/s6500m/s 的范围，比砂岩大，更大于页岩。碳酸盐岩速度的变化主要与裂隙作用有关，当构造作用强烈，裂隙发育，其速度明显降低四、速度分布规律在沉积地层中，速度的空间分布受地层沉积序列、岩石类型、横向展布与地质结构等的控制，因而具有成层住、递增性、方向性和分区性。
12、1）成层性：沉积岩的基本特点是成层分布，由于各地层沉积条件、岩石性质的不同，在各地层中波传播的速度是不同的；由于速度在剖面上具有成层分布的特点，这为地震勘探解决地质问题创造了良好的条件。2）递增性：在正常地层层序条件下，速度随地层深度和地质年代是线性增加的，但速度变化的梯度随深度增加而减少。3）方向性：由于地质结构和沉积岩相的变化，速度沿水平方向也会变化。一般来说，速度变化的水平梯度不大，但由于构造作用和沉积相变会出现断层、断块、地层不整合和地层尖灭等，往往在这些部位速度的水平梯度会发生突变；这正是提高处理和解释精度所必须考虑的问题。4、分区性：受构造或沉积条件的控制，速度在平面内的分布具有分
13、区分带的特点。例如长期剥蚀的构造隆起区，速度值高，但速度梯度小；由于沉积环境不同、相带和岩性横图 5-7 地下岩石和流体地震波传播速度的正常范围（据 Lind seth，1979 ） 103向变化，速度也相应发生变化。实际工作中正是利用速度分区、分带的变化规律与岩性的内在联系进行地质解释的。总之，改进层速度资料，提高速度分析精度，是利用速度资料进行岩性解释的关键，这需要地质人员与物探人员合作来完成。第二节 几种速度概念与叠加速度谱的解释速度参数十分重要，但又很难精确地测定它的数值。其原因由于地质介质的不均匀性、速度是矢量，即使在同一岩层不同部位和沿不同方向，地震波的传播速度也各不相同，它是空间
14、坐标的函数（，）。在实际生产工作中，不可能真正精确确定这种函数关系。为了满足生产的需要，根据用途不同和地震技术所能达到的水平，对极其复杂的实际情况作种种简化，建立近似的介质模型，并引入各种速度概念。下面分别简要介绍几种与解释有关的主要速度概念、使用范围和相互关系。一、速度的概念1、平均速度当地震波的射线垂直穿过水平地层时，平均速度定义是：一组水平层状介质中地震波垂直穿过某一层以上各层的总厚度与总的传播时间之比。对于n层水平层状介质的平均速度是：式中h i，V i分别是每一层的厚度和速度。平均速度的引入，是将反射面上覆的若干地层，近似地简化为均质单一的地层模型。从公式（5-2-1 ）中可以看出，
15、平均速度不是各分层速度值的线性平均，而是各分层中波的垂直传播时间对分层速度的加权平均。这就意味着，垂直传播时间大的低速层或厚度大的分层对平均速度影响大，垂直传播时间小的高速层或薄的分层对平均速度影响小。按平均速度的定义，波在水平层状介质中应以直射线传播。事实上，远离炸点观测地震波时，地震波传播时是沿最小时间路径传播，即是以拆线传播的。由此可见，平均速度必然产生误差，误差范围随观测点离爆炸点距离增加而增加。因此，平均速度只有在垂直入射和炮检距范围不大的情况下才是正确的，它只适用于把时间剖面转换成深度剖面。、均方根速度均方根速度是每层的速度传播时间（t i）加权后平均再开方的值，记为V rms，即
16、：均方根速度不管射线折曲状况如何，仍然以直射线来近似；也没考虑波沿不同射线的传播速度如何变化，只是一个与各分层速度有关的统一速度。均方根速度是常速，与炮检距无关。实际上，层状介质中反射波的真正传播速度是随炮检距的增加而增大的，所以V rms不是真正准确的速度，只不过比平均速度更近似一些；但随炮检距增大，误差更大。（5-2-1 ）（5-2-2 ）1043、迭加速度通过计算速度谱求得的速度，称为迭加速度，记为V a；在实际工作中作动校正的速度。对于某一深度的共反射点时距曲线，其正常时差随速度而变化，V a就是使反射波时距曲线保持双曲线形状的速度。当用V a去计算动校正值时，动校正后能使共反射点时距
17、曲线拉成平行轴的直线。如果选择的速度值不合适，动校正后共反射时距曲线就不是水平直线。所谓速度谱分析就是根据这一原理，即选用一系列不同的速度值对其反射点时距曲线进行动校正，看选用哪一个速度值时正好把时距曲线校正为水平直线，这个合适的速度就是迭加速度。对于不同介质结构V a具有具体的含义。在水平均匀介质的情况下V a；在水平层状介质情况下，V aV rms；当界面倾斜时， VaV d（等效速度）。4、层速度地震勘探中把某一速度层的波速叫这一层的层速度，记着V n。这种速度分层一般与地质年代、岩性的分层是一致的，但由于受分辨率的限制，不如地层分层细。在地质条件较稳定的地区，可利用层速度判别地层岩性，
18、预测地层压力或油气等地质信息。层速度可以用地震测井和声波测井直接获取，也可由均方根速度换算。即是所谓的笛克斯公式：式中：t 0，n，t 0，n-1,分别为第n，n-1层t 0时间；V rmsn，n-V rmsn，n-1分别为第n层和第n-1层以上地层的均方根速度；V n为第n层的层速度。对于平行倾斜界面层速度有如下形式：5、瞬时速度瞬时速度又称为真速度，它是波沿射线路径在某一深度点上传播的速度，定义为深度Z对时间的微商，即：V = dz/dt连续介质中，波沿射线路径传播时，在不同深度点上的速度是不同的；在同一深度上，波沿不同的射线传播也是不一样的。瞬时速度反映了波在介质中传播的真速度，实际应用
19、中只考虑其大小。二、迭加速度谱的解释根据速度谱确定一条合理的叠加速度曲线，称之为对速度谱的解释，常用的方法有：1）应选质量较好的速度谱进行解释。其质量标准是，谱的能量曲线强弱变化分明，并与反射波的强弱变化相互对应；强反射团峰值突出，信噪比高。2）当叠加振幅用能量等值线表示时，能量团呈椭园形（图5-7）。能量团的分布一般符合速度随t 0增大而递增的规律，可靠的能量团应与时间剖面上的反射波相对应。3）叠加速度曲线应穿过多数能量团或速度的极值点。4）当地层近于水平时，对同一构造部位的多条速度谱线可进行综合平均，得到一条综合叠加速度曲线，可提高精度。5）对比地震剖面，判断速度谱能量团或极值的性质，对于
20、断面波、绕射波引起的高速极值点和多次波造成的低速极值点，以及偶然出现的过高或过低的极值点，都应加以剔除。6）将整个剖面的叠加速度数据，用剖面形式显示出来，将其与时间剖面对比，对速度资料的可靠性加以分析，剔除不合理速度异常点。（5-2-3 ）（5-2-4）1057）时间切面检查，在全工区范围内，每隔一定的时间间隔（如0.8s），把同一t 0时间内的速度值，打印在每个速度谱点子边上，绘出平面等值线图，剔除不合理速度异常点或异常区。合理的速度变化，一般而言，基岩隆起、古潜山引起的高速，多条剖面上都应有规律的偏高；欠压实泥岩区，速度谱有规律的偏低；单个点或单条测线上速度突然升高或降低，或者测线交点处的
21、速度数据不能闭合等，均属于不合理的速度异常。图5-7 叠加速度谱资料及其解释第三节 层速度估算砂泥岩百分比和储层参数前面已经叙及影响地震波传播的因素很多，大量实际研究工作也证明，利用速度资料准确的划分各种岩性是很困难的，往往存在多解性，其效果不理想。但利用速度估算砂泥岩百分比这一方法能取得较好效果，对划分砂泥岩相带和沉积环境很有帮助。一、利用层速度估算砂泥岩百分比一）基本原理可通过砂泥岩体积物理模型，找出岩石的整体速度与其中的砂泥岩成分之间的关系。沿地震波传播方向截取一块边长为 Z 的立方体砂泥岩块，砂泥岩以互层形式分布其中（图5 一 8a）。若将岩块中的砂岩和泥岩分别集中，可用图 5 一 8
22、b 的等效体积表示，其中砂岩厚度 Zs，泥岩厚度 Zm，并应有 Z=Zs+Zm，两者在体积上等效。若地震波以速度 V 通过岩块，则可认为，地震波通过 Z 段的时间 t 等于通过等效砂岩段 Zs的时间 ts加上经过等效泥岩段 Zm的时间 tm，即 t=ts+tm。若纯砂岩和纯泥岩的速度 Vs、V m已知，则上式可变成另一等价形式：令 Zs/Z=Ps，则有：（5-3-1）（5-3-2 ）106纯砂岩 Zs/Z=Ps=1 V=Vs纯泥岩 Zm=0 Ps=0 V=Vm Zs/Z=Ps = 0.5上述讨论说明，对砂泥岩互层的地层，其波速与砂泥岩所占比例有密切关系，通过建立砂泥岩百分比与地震波速的关系（或
23、量板），即可利用地震速度资料定量预测砂岩百分含量。图5-8 砂泥岩体积物理模型图二）实现步骤利用地震速度预测岩性，实现定量解释主要包括：（1）速度一岩性量板制作，（2）地震层速度资料的获取，（3 ）速度一岩性的转换与绘制砂岩百分含量平面分布图。1 速度 -岩性量板的制作 （或称为砂泥岩压实曲线的制作）由于砂泥岩的波速不仅与砂泥岩含量有关，也与其埋藏深度有密切关系。同样的砂泥岩比在不同埋深，会有不同的速度值，如用层速度来作砂泥岩的岩性估算，必须校正埋深（压实）的影响。速度-岩性指数图板就是作这种校正用。速度-岩性量板的制作包括：测井岩性解释，速度-岩性量板的制作1）测井岩性解释 为了制作速度-岩
24、性图板，要对测井- 录并资料进行认真的解释，最好能分出纯砂岩、纯泥岩段及其速度值。实际上，地下岩性剖面除发育纯砂岩、纯泥岩段外，还发育砾砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩和粉砂质泥岩等过渡岩性，且地层的结构也是不均一的，厚度有大有小。为了作到系统采样，真实地反映井下岩性变化情况，一般分为砂岩和泥岩两个大类，并选用层厚大于 2-5 米的岩性较纯，电性特征明显的层作为取样点。2）速度- 岩性量板的具体制作在利用解释出的（VH ）原始数据制作速度 -岩性量板时，具体做法有三种，即：数学统计法，散点法和对应取值法，目前应用最多的是对应取值法。a.数学统计法（又称为用幂函数拟合法）。即通过分析，认为本工区的层速度
25、随深度的变化规律可用如下幂函数表示Vaz n将 100纯泥岩所分布的平均曲线位置定为岩性指数等于 1，而 100纯砂岩所分布的平均曲线定为岩性指数等于 5。并对 T01.0 秒时，用 Vaz n的公式来表示层速度随深度的变化规律。式中 Z 是某层中心点的埋藏深度，a 、n 为常数项，由统计资料求得 a 值与砂泥岩含量之间的关系。此方法是知道层速度和层的中心理藏深度就可以利用此图板内插出其岩性指数来，并可对砂泥岩百分比作出定性估计。（5-3-3 ）107b.散点法。在井资料较少的情况下，可利用速度谱资料求得的层速度来制作速度- 岩性图板。其基本方法是，划分地震层序，并计算层速度，按各层序中心点深
26、度把所计算的层速度值展布到 VH 坐标上，作数据点分布区域的包线（图 5-9），下限为 100泥岩，上限为 100砂岩，再用少量井的资料进行检验。这种情况得出的图版精度较差。c.对应取值法。这是目前应用较多的办法。主要根据声波测井和录并资料，读出各层纯砂岩、纯泥岩的速度值，各层的深度 H 是取该层中心点的深度。然后，把得到的（V 0，H）数据展布在V0H 坐标上。取纯泥岩、纯砂岩的包线作 100泥岩和砂岩回归曲线，然后用线性内插求出 25，50，75的回归曲线或进行不等分内插（图 5-10）。图 5-10 是廊固凹陷的分区综合压实曲线a.固安地区六口井； b.王居-廊东地区九口井3）地震层速度一岩性量板获得由声波测井资料获得的速度岩性量板，不能直接用于地震层速度岩性解释。声波测井与地震勘探由于震源不同，声波测井受井眼低速带、基线漂移等方面影响，两者所获得的地层层速度存在较大误差，往往是地震速度高于声波速度。通常的作法是将地震层速度量板（图 5-9）与声波层速度量板（5-10）进行比较，采用平移法消除误差，即可使地震层图 5-9 第三系层速度图版a b
