地震波的动力学

中国地质大学（北京） 应用地震学1.1 备课教师：段云卿 1 第一章地震波的动力学 人工激发的地震波随着时间增加向地下岩层中传播，地震波传播的动态特征反 映在两方面： 地震波的运动学特征指波传播的时间与空间的关系。 地震波场特征 地震波的动力学特征指波传播过程中振幅、频率、相位的变 化规律。 地震勘探的基本任务是研究地震波场特征。以指导找油找矿和解决其它地质问 题。 本章重点：本章重点： 1.地震波的反射、透射和折射 2.地震波的射线、波前、波剖面、振动曲线 3.克希霍夫公式 4.诺特方程 5.斯奈耳定律 6.褶积模型 7.横向分辨率 8.纵向分辨率 9.影响速度的因素 1.1 地震地质模型的理想化 一、理想化的原因 地震勘探主要在沉积岩中进行。与火成岩和变质岩相比，沉积岩具有沉积稳定、 横向变化小，成层性好等特点。但各种构造运动等使地下地质结构复杂化，这就需 要从实际介质出发，在不同的条件下，建立不同的地震地质模型，使问题得到简化， 这在自然科学中是常见的，例如：气体理想气体。 二、理想的弹性介质和粘弹性介质 1理想弹性介质 任何一种固体，受外力作用以后，内部质点就会发生相互位置的变化，使固体 中国地质大学（北京） 应用地震学1.1 备课教师：段云卿 2 的大小和形状发生变化。外力取消后，由于内力的作用，使固体恢复到原来的状态， 即固体具有弹性。 （1）理想弹性体外力取消后能完全复原的物体。 （2）理想塑性体外力取消后，固体保持其受力时的形态。 （3）瞬时作用力小变形假设 一般物体在外力作用下，有弹性的一面，又有塑性的一面。如果作用力很小， 作用时间很短，在外力去掉后，一般物体都能复原，即在瞬时作用力小变形的条件 下，大部分物体都能被近似成弹性体。 （4）地震勘探满足瞬时作用力小变形假设，地下岩层可近似成弹性体 爆炸点附近是破碎带，然后是塑性带，大约几百米以外是弹性带，在弹性带内 形成弹性波。这是因为远离震源处岩石受的作用力非常小（位移小于 1m） ，且作 用时间短（小于 100ms） ，所以远离震源的岩石可以看作弹性体。 几百米 弹 性 带 （5）地震子波 弹性带内形成的弹性波，一般波形较稳定，具有 2-3 个相位。延续时间 60 100ms，叫地震子波，在传播过程中，其振幅由于吸收等原因而衰减，但波形变化 不大。 （6）把岩层看作弹性体的重要用途 弹性力学，光学的基本理论可以直接引用到地震勘探中来。 2粘弹性介质 （1）介质的吸收作用 波在传播过程中一部分能量不可逆地转化成热能散掉。 塑 性 带 破碎带 中国地质大学（北京） 应用地震学1.1 备课教师：段云卿 3 由于波动的能量 EA2，所以传播过程中,波动能量的吸收表现为振幅的衰减。 （2）粘弹性体 地震波随传播距离的增加振幅会下降，说明岩层对波有吸收。吸收的机制目 前不十分清楚，一般认为岩石有弹性，又表现出象流体那样的粘滞性，这种 介质叫粘弹性体。 （3）粘弹性体更接近于实际介质 三、各向同性介质和各向异性介质 1各向同性介质 介质的弹性性质只与空间坐标有关，与方向 无关。 V=V(x,y,z) =(x,y,z) =(x,y,z) 2各向异性介质 介质的弹性性质与空间坐标有关，还与方向 有关。 V=V(x,y,z，) =(x,y,z，) =(x,y,z，) 3忽略各向异性的条件 岩石中有矿物结晶体就有各向异性，但在波长晶体的线度时，各向异性可略 去不计。 地震波长（60-100m）晶体的线度。 4研究现状 地震勘探中一般研究的是各向同性介质，各向异性介质研究的很少，近几年日 受重视，如“十五”课题。 5几种沉积岩速度各向异性值表（据实用勘探技术P6） 岩石各向异性系数 V/V说明 中国地质大学（北京） 应用地震学1.1 备课教师：段云卿 4 砂岩、砂 盐 灰岩 硬石膏 片岩 1.00 1.00-1.05 1.08-1.30 1.15-1.20 1.20-1.50 1沉积岩中速度各向 异性不大。 2VV 四、均匀介质、层状介质和连续介质 1均匀介质 波的传播速度与空间坐标无关，与方向无关，即 V(x，y，z)=C 最简单，与实际情况相差较远，但可用均方根速度、平均速度把介质简化成均 匀介质。 0 V Z 2非均匀介质 波速是空间坐标的函数，即 V=V(x，y，z)。这使问题研究复杂化，要进行简 化，常见的模型有层状介质，连续介质、线性介质。 （1） 层状介质 波速在横向上没变化，只在纵向上变化且成层分布。 这种介质比较符合沉积岩的情况，沉积岩的成层性决定了速度的成层性。 V V1 V1 V2 V2 中国地质大学（北京） 应用地震学1.1 备课教师：段云卿 5 V3 V3 V4 V4 Z （2） 连续介质 波速在横向上没变化，只随纵坐标变化，即 V=V（Z）或 n ZVV 1 0 )1 ( V n ZVV 1 0 )1 ( Z （3） 线性介质 波速是深度的一次函数，即 V=V0（1+Z） 华北地区:V0=1810m/s,=0.00026/m 0 V V=V0（1+Z） 中国地质