工程地震勘探的地质基础.pptx

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1、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

2、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

3、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ρ有下列关系式：当σ=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Vp>Vs横波速度，当σ=0.25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Vp、Vs值，反之若已知纵、横波的速度，也可以求

4、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Vp、Vs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

5、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1.6~6.0Km/S花岗岩4.5~6.5Km/S玄武岩4.5~8.0Km/s变质岩3.5~6.5Km/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、横的速度在表面上又与岩石

6、介质的密度成反比，这似乎有些矛盾，其实不然。在岩石岩石介质的密度的关系式中，速度与密度成正比，但是岩石的密度的增加的数量级是很有限的。以砂岩为例。各种砂岩有的密度变化范围从表1.45中可以看出仅从2.15~2.70g/cm³，波速的变化范围可以从2100~4500m/s。显然是不协调的。波速变化的主要原因是：岩石介质密度的变化会引起介质弹性模量的变化，仍然以砂岩为例，密度ρ的变化范围仅有0.55是很小，但是λ、μ单位是千帕，拉梅系数λ和剪切模量μ是1.8×1010千帕，而这种变化远比密度直接变化的数量级大很多。地球物理基础的定义：介质弹性性质的变化是波速变化的主要因素，这也是地震勘探最

7、重要的地球物理基础。2）岩石介质的孔隙度岩石从结构的角度来说可以认为是由两部分组成的，一部分是矿物颗粒，称为岩石的骨架，另一部分就是由各种气体或液体充填的孔隙，因此可以人为岩石是双相介质，地震波的传播，就在这种双相介质中传播。1956年澳大利亚人威利（Wylie）等人一个简便计算速度与孔隙度之间的关系式，简称时间平均方程：式中：φ为孔隙度；V为岩石的速度；Vm为岩石骨架的速度；Vl为孔隙中充填介质的速度。根据该公式，作出了某些岩石的速度—密度变