地震波的速度

地震波的速度

地震波的速度是传播介质特性的一种体现，因而它是地震勘探中一个十分重要的参 数。地震资料处理和解释过程中的叠加、偏移、滤波、时深转换、层位对比以及岩性研究 等许多环节都要用到相关的速度参数。下面介绍有关速度的概念。

（一）几种速度的概念

1.层速度

简单说，层速度就是地震波在不同岩性地层中的传播速度。沉积岩地层剖面中的速度 分层同地质年代和岩性上的分层一般是一致的，但没有地质分层那么细，有时地质年代不 相同但岩性相同的一些地层可以成为一个速度层。

由于层速度与岩性密切相关，因而在岩性解释中非常重要。层速度除利用声波测井测 得外，亦可由其他速度求取。

2.平均速度

地震波垂直穿过某一界面之上各水平层状介质的总厚度与传播总时间之比，称该界面

上覆地层的平均速度，即

勘探地球物理教程

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式中：hi，vi分别表示各层厚度和速度。

可见，平均速度是一种对实际地层结构的近似假设，相当于用一个速度为v的均匀介 质代替某界面上覆所有地层的一种等效处理，因而仅在垂直入射或炮检距较小情况下才比 较准确。

平均速度是时深转换不可缺少的参数，通常由地震测井方法获得。

3.均方根速度

对于水平层状介质，除震源处垂直反射的路径是直线外，其他检波点接收的反射波射 线路径均是折线。考虑到射线的折射效应，用均方根速度代替层状介质的速度，同样可以 把层状介质视为均匀介质，地震波沿折射线路径传播看成沿直线传播，共反射点时距曲线 简化为双曲线，即

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式中：

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为水平层状介质中的均方根速度。

由式（1-67）可以看出，均方根速度是把各分层的速度平“方”对时间取加权平 “均”，再求平方“根”。相当于用一个速度为vR的均匀介质代替某界面上覆所有地层的一 种等效处理。显然，在均方根速度中，速度较高的“层”所占比例要大些。

均方根速度总是大于平均速度，比平均速度更近似地反映了地震波在层状介质中的 “真速度”。但均方根速度仅在炮检距比较适中的情况下才是精确的，炮检距太小或太大均 不适用。

在水平层状介质情况下，且炮检距不十分大时，叠加速度就是均方根速度；在倾斜界 面情况下，叠加速度称等效速度，数值等于均方根速度除以界面倾角之余弦。

均方根速度主要用于动校正。在实际工作中，叠加速度（包括均方根速度和等效速 度）通过计算速度谱的方法求取。

（二）影响地震波速度的主要因素

地震波的速度与诸多因素有关。理论研究和实际观测表明，地震波的传播速度主要受 岩性、岩石孔隙度及孔隙间充填物性质等因素的影响。

1.岩性的影响

岩石性质是影响地震波速度的最明显因素。由公式（1-1）和公式（1-2）可以看 出，地震波的速度与岩石的弹性常数有直接关系。由于岩石性质不同致使其弹性常数有差 异，实际的岩层是非常复杂的。此外，即使同一岩性的岩石，因其形成时代、沉积环境的 不同，亦会使岩石密度、孔隙度以及充填物等有很大差异。这就导致每类岩石的速度值可 在一定的范围内变化，并且不同类型岩石间的速度值会有重叠，见表1-2。

大多数火成岩和变质岩只有很少孔隙或没有孔隙，因此地震波的速度主要决定于构成 这些岩石的矿物自身的弹性性质。一般说来，火成岩波速变化范围较小，波速较高；变质 岩波速变化范围相对大些；沉积岩的波速低，变化范围宽——如砂岩、页岩和泥岩等，因 其结构比较复杂，受孔隙度和孔隙中充填介质性质的影响较大。沉积岩中碳酸盐岩的波速 相对高些（表1-3）。

表1-2 地震纵波在几种主要类型岩石中的速度变化范围

表1-2 地震纵波在几种主要类型岩石中的速度变化范围

表1-3 地震纵波在某些沉积岩中的速度变化范围

表1-3 地震纵波在某些沉积岩中的速度变化范围

由于不同类型的岩石可以有相同的速度段，致使岩石的性质与速度不是单值对应关 系。因此，岩性地震勘探单纯用速度作为提取岩性信息的唯一参数是不合适的，必须采用 多参数综合分析研究。

2.孔隙度与孔隙充填物性质的影响

大部分岩石由呈颗粒状的各种矿物组成：一般粗颗粒结构岩石孔隙度相对大些，如砂 岩；细粒结构岩石的孔隙度相对小些，如灰岩。固体岩石的结构基本由两部分组成：一部 分是矿物颗粒本身，称岩石骨架（或基质），另一部分是由各种气体或液体充填的孔隙，这种由两种相态介质构成的岩石称双相介质。显然，地震波在这种结构的岩石中传播，相 当于在骨架本身和孔隙两种介质中传播。尽管孔隙中充填了各种气体或液体，但由于波在 气体或液体中传播的速度要低于在岩石骨架中的传播速度，因而波在双相介质中传播的速 度与孔隙度成反比——相同岩性的岩石，孔隙度大的速度相对较小。

孔隙度的变化意味着岩石密度的变化，同密度成反比关系，即孔隙度变小，密度相对 增大。据此也证明速度随岩石密度的增大而增大。

岩石中的孔隙不是被水、油等流体充填，就是被气体或气态碳氢化合物充填。实验测 定表明，如果以油替代孔隙中的水并达到饱和时，速度就可以降低15％～20％，而由气 饱和充填时，则速度下降更多。这种速度差异，便使油、气、水之间及其同上下围岩之间 形成波阻抗差界面，尤其是含气砂岩与页岩之间可形成具有较大反射系数的波阻抗面。这 样以较灵敏的反射系数取代速度的变化，就有可能预测油、气、水的分界面以及指示油气 的存在。

3.其他因素的影响

同样岩性的岩石埋藏深度不同其波速也不同。这是因为岩石埋藏深度越大，受到上覆 地层的压力越大，使其孔隙度变小而密度增大，因而波速也越大。

研究还发现，成分类似的岩石形成地质年代不同，地震波的传播速度也不同，一般年 代老的岩层比新岩层的波速要大。就某一地质年代的地层而言，速度随深度增加而增大；对于同一深度，则地质年代较老的岩层波速较大。

此外，温度对速度略有影响——温度升高100℃，速度会减小5％～6％。