地震勘探基础（一）之地震波
地震波
纵波/P波 (Compressional Wave) ：质点的动方向与波的传播方向一致。天然地震时，纵波造成地面上下颠簸震动，纵波先达到地表。
纵波速度与弹性参数的关系：纵波速度与体积模量，杨氏模量，剪切模量，拉梅系数，泊松比，密度有关。
横波/S波 (Shear Wave) ：质点的振动方向与波的传播方向垂直。天然地震时，横波造成建筑物水平晃动，是造成建筑物破坏的罪魁祸首。
- 纵波早于横波先记录到；
- 纵波速度大于横波速度；
- 纵波在固体流体中传播；
- 横波只能在固体中传播。
莫霍洛维奇面 (莫霍面)：在地下33km处，纵波速度从6.8km/s增加到8.1km/s，横波速度由3.9km/s增加到4.5km/s，该界面称为莫霍面，是地壳的下界面。
古登堡面：在地下2885km/s处，纵波速度从13.7km/s突然下降到8.0km/s，横波速度不能通过此面，该界面称为古登堡面。
面波：沿地球表面或界面传播的波，可分为瑞利面波®和勒夫面波(L)。其特征包括频率低，振幅强，有频散，速度低。
瑞利面波：沿着地表面，质点呈逆时针椭圆形振动，振动振幅随深度增加而减少，又称为地滚波。其速度大约是0.9倍的横波速度。
勒夫面波：质点振动方向和波的传播方向垂直，但振动只发生在水平方向上，没有垂直分量，类似于横波。与横波的差别在于，振动振幅会对着深度增加而减少。其速度大于0.9倍的横波速度，小于横波速度。
在石油地震勘探中，面波常常被看作干扰波。
描述地震波的主要参数
- 振动曲线：一个地震道接收到的地震波信息就是一条振动曲线（时间序列）。一点激发多个地震道接收的地震记录相当于多条振动曲线。
- 波剖面：在同一时刻质点位移随接受点位置变化的曲线。即同一时刻多个地震道接收到的地震波振幅组成的曲线。
影响地震波速度的主要因素
以纵波速度为例，讨论影响地震波速度的主要因素。
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不同岩性有不同的纵波速度，硬石膏(AN)>白云岩(LS)>砂岩(SS)>泥岩(SH).
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随着密度增加，纵波速度增加。
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随着孔隙度的增加，纵波速度减小。
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随着围压和深度的增加，纵波速度增加。
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随着孔隙压力的增加，纵波速度减小。
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随着含油(气)饱和度的增加，纵波速度减小。
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随着温度的增加，纵波速度减小。
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随着地震频率增加，纵波速度变化不大。但是面波速度有变化，有离散现象。
地震子波
地震子波是一个具有确定的起始时间，有限的能量，且有一定延续时间的信号，是组成地震记录的基本元素。
- 确定的起始时间：当时间 t<0 时，子波函数 W(t) = 0，即地震波爆炸之后才有能量，因此地震波是具有因果性的信号。常见的零相位地震子波是非因果性的信号，物理不可实现，在实际地震勘探中记录不到。
- 有限的能量：地震子波的能量不能是无穷大，是有限的。
地震子波的关键属性有振幅、频率和相位。利用傅里叶变换对地震子波进行频谱分析可以了解到地震子波的频率特征和相位特征。
在时间域中，子波越尖锐，在频率域中频带越宽，地震勘探的分辨率越高。
根据地震子波的相位不同可分为：最小相位子波（子波能量集中在前部），混合相位子波（子波能量最大集中在中部），最大相位子波（子波能量集中在尾部，实际勘探中观测不到）和零相位子波（是一种特殊的混合相位子波，对称于时间原点，相位谱为零，实际勘探中观测不到）。
地震子波确定的主要方法：野外实际观测，地震资料提取，测井资料提取和理论地震子波（雷克子波）。
雷克子波（Ricker wavelet）：雷克子波只有一个振峰，延续时间较短，收敛较快，相位是0，在实际勘探中记录不到。但是在正演模拟和合成地震记录制作以及反演中经常会使用零相位雷克子波。
随时间发生变化的子波叫时变子波，随空间发生变化的子波叫空变子波。
地震子波的极性：美国SEG规定的标准极性，定义一个正反射系数，最小相位子波起跳信号向下，零相位子波的中心是一个波峰。
在地震正演模拟中，需要通过波动方程或褶积模型结合地震子波来形成正演模拟的地震数据。地震子波和地下地层的反射系数进行褶积可以制作人工的合成地震记录。
在地震反褶积处理和地震叠前和叠后的反演中，也需要从实际观测的地震资料中提取地震子波。
合成地震记录
地震褶积模型为
它认为地震记录 g ( t ) g(t) g(t)是震源地震子波 w ( t ) w(t) w(t)和地下地层反射系数 e ( t ) e(t) e(t)褶积的结果，其表示为 g ( t ) = w ( t ) ∗ e ( t ) g(t) = w(t) * e(t) g(t)=w(t)∗e(t)，*表示褶积运算符。
褶积模型离散形式表示为：
g k = ∑ i = 0 m e i w k − i g_k = \sum_{i=0}^{m} e_i w_{k-i} gk=i=0∑meiwk−i
褶积模型在频率域中表示为： g ( f ) = w ( f ) × e ( f ) g(f) = w(f) \times e(f) g(f)=w(f)×e(f)
怎么制作合成地震记录：
- 某一口井已知进行了声波测井和密度测井，可以得到声波测井曲线和密度测井曲线。
- 速度和密度对应相乘得到波阻抗曲线。
- 根据地震垂直反射系数方程计算反射系数序列。
- 给定一个震源子波，与反射系数进行褶积得到合成地震记录。
- 地震记录上看到的反射波波形是地震子波在地下各反射界面上发生反射时形成的。
- 反射波的振幅有大有小，取决于反射系数绝对值。
- 极性有正有负，取决于反射系数的正负。
- 到达时间有先有后，取决于反射界面的深度。
地震子波主频越高，地震纵向分辨率越高。
如果地震频道很宽，震源脉冲相当于尖脉冲，可以分辨很薄的地层。实际上地震波频带范围可能时10-50Hz，带宽40，那么分辨率就是有限的。
影响合成地震记录的因素有近地表、噪声、吸收衰减和存在干扰波。实际的地震记录是地震子波和反射系数以及各种影响因素共同褶积的结果。
在人工合成地震记录中，井的纵坐标表示深度，合成记录的纵坐标为时间，必须用合适的平均速度做时深转换。