第三章 地震波运动学.ppt

1、地震波运动学： （Kinematics of seismic wave) 研究地震波波前的空间位置与其传播时间关系。也叫几何地震学,第三章 地震波运动学,第三章 地震波运动学,第一节 几何地震学基本概念第二节 常速单界面的反射波特征第三节 变速多界面的反射波特征 第四节 地震折射波运动学第五节 连续介质中反射波时距曲线 第六节 透射波和反射波的垂直时距曲线,一、地震波的形成 二、地震波的特征 三、地震波的传播规律 四、地震波的类型,第一节 几何地震学基本概念,一、地震波的形成 1、地震波的概念 波：波是质点的振动在介质中的传播过程。 波的形成首先要有开始振动的震源存在，而且要有传播振动的弹性介

2、质。 地震波是在岩层中传播的弹性波,第一节 几何地震学基本概念,地震勘探方法是研究人工激发的机械振动在地球介质中的传播规律，进而推断地下的地质构造。从这个意义上说，地震波是在地球介质中传播的机械振动。地震震源作用给地球介质的岩层施加外力，使之发生变形。 一般说来，远离震源处，震源作用力微小、作用时间短暂，一些特殊岩相（如干沙等）除外，岩石表现为弹性体。因此，在岩石中产生的机械振动可以看成是弹性介质中的弹性振动。所以说地震波是在地下岩层中传播的弹性波，这就意味着对实际介质的理想化。,第一节 几何地震学基本概念,弹性理论的建立基于以下几个基本假设： 构成弹性体的物质应是连续的，充满了弹性体所占空间

3、而无间断，换言之，要忽略物质的分子结构和原子结构，从宏观上对介质作研究。 物质具有理想的弹性性质，在荷载和卸载时不发生能量的吸收。 处于应力、应变状态的物体，其应力与应变成比例关系；弹性理论通常限于讨论均匀各向同性、完全弹性介质。,第一节 几何地震学基本概念,、地震波的形成,物体受力的三种状态： 永久形变 破坏圈 塑性形变 塑性带 弹性形变 弹性形变区 炸药爆炸在弹性形变区形成弹性波。研究表明弹性波在近距离内仍会发生较大变化，传播一定距离（几百米）后便相对稳定，形成地震子波，并被认为在以后的传播中，地震子波已不发生大的变化。,第一节 几何地震学基本概念,地震子波形成过程,3、地震子波（wave

4、let)：当地震波传播一定距离后，其形状逐渐稳定，具有2-3个相位，有一定的延续时间的地震波，称为地震子波，它是地震记录的基本元素。 地震子波在继续传播的过程中，严格来讲其幅度和形状都会发生变化，近似可以认为地震子波的形状基本不变，但其振幅有大有小、极性有正有负，到达接收点的时间有先有后。,第一节 几何地震学基本概念,4、地震子波的传播,地震勘探原理（实质） 利用地震子波从地下地层界面（或岩性界面）反射回地面时带回的双程旅行时信息（运动学）和幅度、形状（动力学）等变化的信息来研究界面的埋深及界面上下岩性变化的。,第一节 几何地震学基本概念,二、地震波的特征 1、振动图（振动曲线） 反映了地震波

5、在传播过程中某一个质点随时间振动的特点。 特征量：周期，振幅，频率 周期：质点完成一次振动所需要的时间，T 振幅：质点振动时偏离平衡位置的最大位移，A 频率：质点在一秒钟内振动的次数，f,第一节 几何地震学基本概念,第一节 几何地震学基本概念,2、波剖面(波形曲线) 反映了在某一时刻各质点位移之间的关系。 特征量：波长，波数，波的传播速度 波长：波在一个周期里所传播的距离，两个相邻波峰或波谷之间的距离。 波数：波长的倒数， 传播速度：,第一节 几何地震学基本概念,第一节 几何地震学基本概念,振动是一点的运动，波动是振动的传播，即介质整体的运动。 振动传播的速度为波速，与质点本身运动的速度无关。

6、波速有限是波动的必要条件。 波动伴随能量传播。 频率、周期、振幅、波长、速度、视速度、视波长 正弦波：质点振动为简谐振动的波。 速度和波长是沿着波的传播方向来考虑问题的。 若沿着其他方向，则讨论的是视速度和视波长。,第一节 几何地震学基本概念,t,x,x1 x2 x3 x4,t1 t2 t3 t4,振动图与波剖面之间的关系,第一节 几何地震学基本概念,3、频谱 ）振动的分解与合成 一个复杂的振动可以看成是由许多个简单的分振动合成而得到的，每一个分振动都由各自的振幅、频率和相位三个量确定。 合成的振动可以分解成组成它的各个分振动，这叫振动的分解。,第一节 几何地震学基本概念,）周期振动的频谱 一

7、个复杂的周期振动可以分解为若干个不同频率与振幅的振动，并且这种关系是唯一的。 一般用振幅谱和相位谱可以表示一个复杂的周期振动。振幅谱表示分振动的振幅与频率的关系，记为A()，相位谱表示分振动的相位与频率的关系，记为()，只有同时应用振幅谱和相位谱，才能确定已知的周期振动。 在地震勘探中主要研究的是振幅谱，一般又将它简称为频谱。 复杂的周期振动是有限个简谐振动迭加的结果，所有它的频谱是一些直线段，又叫线谱。,第一节 几何地震学基本概念,两个不同频率的谐振动迭加图,(a) (b) (a+b),频谱图,第一节 几何地震学基本概念,）非周期振动的频谱 非周期振动是无限个不同频率（连续变化的频率）、不同

8、振幅、不同相位的简谐振动迭加的结果，所以其频谱是一条连续的曲线，称为连续谱。 地震波是一种非周期振动。,非周期振动图,频谱图,第一节 几何地震学基本概念,地震波的频谱,第一节 几何地震学基本概念,、波前和射线,某一时刻空间所有刚刚开始振动的点构成的曲面，称为该时刻的波前(波阵面)。 所有刚刚停止振动的点构成的曲面，称为该时刻的波尾(波后)。,波面等相面：介质中所有同时开始振动的点连成的曲面。它们的振动是同相的。是波前的“遗迹”。 根据波面的形状可以划分波的类型：球面波、平面波、柱面波，在一定条件下，地震勘探中往往认为波面为平面。,第一节 几何地震学基本概念,与物理学中的几何光学相类似，地震波的

9、运动学是研究地震波波前的空间位置与其传播时间的关系，采用波前、射线等几何图形来描述波的运动过程和规律（如反射定律、透射定律、斯奈尔定律、费马原理、惠更斯原理等），因此称作几何地震学。,波前以外的质点还没有开始振动，波尾以内的质点已经停止振动，只有波前与波尾之间的质点正处于不同强度的振动状态，这个区间称为振动带。 波从一点传播到另一点的路径叫做射线(波线)。 射线和波前是互相垂直的。,第一节 几何地震学基本概念,、时距曲线、时距曲面,所谓时距曲线，就是表示波从震源出发，传播到测线上各观测点的旅行时间t与观测点相对于激发点的水平距离x之间的关系。,反射波时距曲线形成过程,第一节 几何地震学基本概念

10、,时距曲面：如果在一点激发,而同时在一个面上的许多点进行接收,就可以记录下某一个波到达观测面上各点的时间。若观测的是平面，则波的到达时间t就是观测点坐标(x,y)的二元函数t=f(x,y)。显然,函数t=f(x,y)的图形称为时距曲面。,直达波的时距曲面,时距曲面与时距曲线关系,第一节 几何地震学基本概念,时距曲面也可以用时间等时面与观测面的交线(即等时线)来表示。,用等时线表示的直达波、透射波和折射波的时间场,第一节 几何地震学基本概念,讨论时距曲线的实际意义： （1）利用各种波时距曲线的特点来识别各类地震波； （2）正常时差校正需要了解一点激发、多道接收时，波到达各观测点的时间的变化规律，

11、即时距曲线方程； （3）利用时距曲线计算波在介质中的传播速度。,第一节 几何地震学基本概念,6、视速度,地震波沿测线传播的速度，称为视速度，。,第一节 几何地震学基本概念,三、地震波传播的规律 1、惠更斯(Huygens)原理波前原理,波在弹性介质中传播时，任意时刻波前面上每一点都可以看作是一个新的点震源，这些点震源发出的子波波前的包络面，就是新的波前面。 子波是以所在点处的波速传播的。 根据惠更斯原理，可利用作图方法确定在传播过程中所有时刻波前面的位置,进而研究波的传播规律。,第一节 几何地震学基本概念,惠更斯原理对平面波和球面波的应用,平面波,球面波,第一节 几何地震学基本概念,、费马(F

12、ermat)原理射线原理或最小时间原理 地震波沿射线传播的时间小于沿其它任何路程传播的时间。也就是说波沿所花时间最小的路程传播。 用于确定地震波在已知传播速度的介质中的射线形状。,第一节 几何地震学基本概念,地震波在分界面上的传播： 根据惠更斯原理，当P波以一定的角度入射至界面时，分界面上的每一点可以看成一个新震源，由该点产生一个新扰动向介质四周传播，在第一个介质中传播的振动为反射波，在第二个介质中传播的振动为透射波。,第一节 几何地震学基本概念,与地震勘探有关的各种波,第一节 几何地震学基本概念,3、反射定律 (1)入射线、反射线位于反射界面法线的两侧，入射线、反射线和法线在同一平面(射线平

13、面)内，射线平面永远于界面垂直。 (2)入射角等于反射角,反射波振幅,入射波振幅,第一节 几何地震学基本概念,惠更斯原理关于反射定律的解释,第一节 几何地震学基本概念,反射条件：Z1Z2 界面上下存在有波阻抗差。 波阻抗：地震波传播速度与介质密度的乘积（Z= V） 。它是研究界面上地震波反射强度的一个重要参数。 反射波的性质：界面上下的波阻抗差越大，反射波就越强；反射角等于入射角；反射线、入射线、界面上反射点的法线在一个平面内。 反射极性：Z2Z1，R0时，反射波与入射波的极性相同；Z2Z1，R0时，反射波与入射波的极性相反。利用反射波的极性可以判别地下地层的性质，研究地下地层剖面中的储集层。

14、,第一节 几何地震学基本概念,4、透射定律 (1)入射线、透射线位于反射界面法线的两侧，与法线在同一平面(射线平面)内。 (2),透射条件：入射角小于或等于临界角的前提下均可产生透射。 从波阻抗来看，无论界面上、下波阻抗值的大小，透射系数总是正的，透射波的相位总是与入射波的相位一致即极性相同。,第一节 几何地震学基本概念,5、斯奈尔(Snell)定律 综合反射定律和透射定律，可以得到斯奈尔定律。斯奈尔定律描述了相互之间的关系：,参量称为射线参量，它决定于波的入射角度。,第一节 几何地震学基本概念,6、折射,若v2v1时，当入射角增大到一定程度i (临界角)时，投射角增加到90，这时透射波以v2

15、的速度沿界面滑行，由于滑行波的速度比入射波速度大，因而它比入射波先到达界面上的各点，介质中的质点先发生振动，必然会引起介质中的质点振动，于是在介质中产生了一种新波，叫折射波。,射线AM是折射波的第一条射线，自O到M的范围内不存在折射波，称为折射波的盲区。,第一节 几何地震学基本概念,多层介质中地震波的传播：,在具有多界面的介质中，各层介质的速度不同，波的传播不再以直线形式传播，而是以折线形式传播；上下界面的反射波彼此独立互不干涉依次向上传播。,第一节 几何地震学基本概念,地震勘探的实现：,1、实际的地层剖面中，由于沉积时的岩性差异或是沉积间断，界面上下的岩层的物理性质往往会产生显著的差异，因而

16、均能形成良好的反射界面； 2、实际地层剖面中，只要有波阻抗差就会产生反射，所以存在的反射界面有很多； 3、反射波的振幅与反射界面的反射系数的大小成正比。,第一节 几何地震学基本概念,波阻抗：地震波传播速度与介质密度的的乘积。 射线平面：地震勘探中将入射线、过入射点的界面法线、反射线所决定的平面，称为射线平面。 虚震源：反射线反向延长与从震源向分界面所作垂线的交点。 临界角：开始出现全反射时的入射角。 折射波 滑行波,第一节 几何地震学基本概念,射线平面,第一节 几何地震学基本概念,第一节 几何地震学基本概念,第一节 几何地震学基本概念,四、地震波的类型,第一节 几何地震学基本概念,球面波 平面

17、波,柱面波,激发点,与入射波类型相同的反射或透射称为同类波，反之则称为转换波。当入射角不大时，转换波的强度很小；当地震波垂直入射时不产生转换波。,第一节 几何地震学基本概念,瑞雷面波,勒夫波,质点振动方向,最常见的面波是沿地面传播的瑞利波。其特点是低速（通常小于横波速度）、低频、强振，是一种干扰波。,第一节 几何地震学基本概念,纵波 横波,纵波（P波）：质点的振动方向与波的传播方向一致的波，有时也称为压缩波或疏密波。 横波（S波）：质点的振动方向与波的传播方向垂直的波，有时也称为切变波。,第一节 几何地震学基本概念,纵、横波速度的比较：,在地层介质中，纵、横波的传播速度取决于介质的弹性和密度。

18、 纵波速度： 横波速度： 为介质的密度 ， 为弹性常数，均为正值。,第一节 几何地震学基本概念,纵波速度大于横波速度。对自然界中常见的岩石来说，=0.25。=1.73, 横波速度最多达到纵波速度的0.707倍。 0.05(坚硬岩石) 0.45（松软介质） 液体中不产生切应变，即=0，VS =0 。液体中不传播横波，只传播纵波。液体中=0.5,纵横波速度比：,上式可以统一用泊松比来替代：,第一节 几何地震学基本概念,纵、横波比较：,理想的流体中不存在横波。利用纵横波速度比值的变化来识别真假亮点或检测油气藏的存在及范围就是运用流体的这一特性。 由于在流体中横波速度等于零,所以储层中含油气后,Vs变

19、化不大，而Vp明显下降,于是 的数值会降低，所以利用 数值减小这一特征作为判断油气存在的一个依据；利用该数值的横向变化，有可能确定油气藏的边界。,第一节 几何地震学基本概念,信号及噪音在各个频率成分中的比例,在地震反射波勘探中，习惯上我们把地震一次反射波称为有效波，而把妨害记录有效波的其它所有波都称为干扰波。如面波、多次波，直达波、折射波有时也是干扰波。,(1) 规则干扰是指有一定主频和一定视速度的干扰波。例如面波、声波、浅层折射波、侧面波、多次波等。它们的主要特点如下： 面波：地震勘探中遇到的面波，它的特点是频率低,一般为几赫20赫；低速,一般为100米/秒1000米/秒，以200米/秒50

20、0米/秒最常见；面波随着传播距离的增大，振动延续时间越长，形成“扫帚状”，即发生频散（波的传播速度是频率的函数）。,干扰波类型及主要特点,第一节 几何地震学基本概念,小排列干扰波调查记录,声波：在坑中、浅水池中、河中和干井中爆炸，都会出现强烈的声波。声波是空气中传播的弹性波，速度为340米/秒左右，比较稳定，频率较高，延续时间较短，呈窄带出现。 浅层折射波：当表层存在高速层，或第四系下面的老地层埋藏浅，可能观测到同相轴为直线的浅层折射波。 工业电干扰：当地震测线通过高压输电线路时，地震检波器电缆会感应50Hz的电压，形成整张记录或部分记录道上出现50Hz的正弦干扰波。,第一节 几何地震学基本概

21、念,侧面波：在地表条件比较复杂的地区进行地震勘探工作时，例如在黄土高原地区，由于水系切割，形成谷沟交错的复杂地形。在原和沟的交界为陡峻的黄土和空气的接触面，形成一个较强阻抗分界面，因而地震波激发后，传播到黄土边沿，被反射回来，记录上可能出现来自不同方向的具有不同视速度的干扰波，这种干扰波是一种侧面波。,第一节 几何地震学基本概念,虚反射：是指从震源首先到达地面发生反射，然后向下传播再从地下界面反射的波。 多次反射波：在一个或几个界面中经过两次或两次以上重复反射或折射而到达地面的地震波。当地下存在强波阻抗界面时能产生多次反射波。其特点与正常波相似，但时距曲线斜率较一次波大。,微屈（层间）多次波

22、虚反射,全程多次波 短程多次波,第一节 几何地震学基本概念,由特殊地质体产生的一些特殊波： 断面波：由于断层面上下地层岩性、物性的差异而产生的波阻抗差引起的沿着断面产生的地震波。是确定断层的依据之一。 回转波：满足一定深度和曲率条件的地下凹界面上产生的反射波。 绕射波：当地震波传到断层的断点、地层的尖灭点或地层不整合的突变点时，这些点将会形成新的震源，再次发射球面波向四周传播，这种波称为绕射波。它是利用价值最大的特殊波,第一节 几何地震学基本概念,(2) 随机干扰主要是指没有一定频率和振幅，也没有一定传播方向与速度的波，它们在记录上形成杂乱无章的干扰背景。包括地面微震、高频和低频干扰等。 微震

23、：与激发震源无关的地面扰动统称为微震。它主要由风吹草动、海浪、水流、人畜走动、机器开动等外力随机产生。,第一节 几何地震学基本概念,低频和高频背景干扰：在沼泽、流沙、泥滩沼泽等松散介质中激发地震波时，这些介质的固有振动构成低频背景（1030Hz）。在坚硬岩石中激发时，波传到浅层不均匀体（如砾岩，多孔石灰岩等）上产生的散射构成高频干扰背景（80200Hz）。低、高频背景的特点是在整张记录上出现，而且显得杂乱无章。,第一节 几何地震学基本概念,有效波和干扰波的差别主要表现在以下几方面： (1) 在传播方向上可能不同,实质上就是视速度的差别。采用检波器组合来压制；还可以采用f-k滤波进行去除。 (2

24、) 在频谱上可能有差别。采取频率滤波处理。 (3) 经过动校正后的剩余时差可能有差别。使用多次覆盖和水平叠加技术以及预测反褶积方法。 (4) 在它们出现的规律上可能有差异。对于随机干扰，主要是利用其统计规律进行压制；处理中采用相关滤波、相干叠加等方法。,有效波与干扰波的差别及压制方法,第一节 几何地震学基本概念,第二节 常速单界面的反射波特征,直达波时距曲线方程：,一、时距曲线TDC（Time Distance Curve） 时距曲线：波从震源出发，传播到测线上各观测点的传播时间t与观测点相对于激发点距离x（炮检距）之间的关系。 t=f(x)=f(x,v,h) 1. 直达波时距曲线 初至：介质

25、质点由原来的静止状态到因波的到达而开始振动的时刻。,自激自收多道接收,2. 反射波时距曲线,同相轴形态与界面形态一致,同相轴形态与界面形态不一致,第二节 常速单界面的反射波特征,O*为虚震源，在S点接收到的反射波的传播时间是：,时距曲线为双曲线，当x时得到反射波在震源点上的反射时间t ，又叫自激自收时间 界面水平时时距曲线的极小点与t点的位置重合,二、水平界面的共炮点（CSP）反射波时距曲线方程,第二节 常速单界面的反射波特征,第二节 常速单界面的反射波特征,在S点接收到的反射波的传播时间是： O*为虚震源,三、倾斜界面的共炮点反射波时距曲线方程,第二节 常速单界面的反射波特征,特点：,双曲线

26、,极小点在(xm，tm)，极小点总是偏向界面上倾方向，实际上是虚震源在测线上的投影。反射波时距曲线是以过极小点的时间轴为对称的。,当x时得到反射波在震源点上的反射时间，称为 自激自收时间，这样可计算层位的深度: 界面水平时 ttm ， 极小点与t点的位置重合,第二节 常速单界面的反射波特征,如果界面的上倾方向与x轴的正方向相反，则有： 通过观测，获得了一个界面反射波时距曲线，原则上就有可能利用时距曲线方程给出的关系，求出界面的h、和V，这就是利用反射波法研究地下地质构造的基本原理。,第二节 常速单界面的反射波特征,反射波时距曲线的影响因素分析,速度的影响： 厚度的影响： 倾角的影响：,第二节

27、常速单界面的反射波特征,水平界面的共反射点（CDP）道集及其时距曲线 ： 一般用共中心点（CMP）道集代替,双曲线,倾斜界面,水平界面,共反射点资料的采集：野外采用多次覆盖技术，使激发点和接收点按一定的规律分布，目的是要获得地下同一反射点或同一反射段上产生的反射。,第二节 常速单界面的反射波特征,四、共炮点与共反射点时距曲线的比较,（1）反射波时距曲线都是一条双曲线 （2）极小点位置总是相对激发点偏向界面的上倾方向一侧，实际上就是虚震源在测线上的投影点。 （3）物理意义上的差别共反射点时距曲线只反映界面上一个点R的情况，而共炮点反射波时距曲线反映的是一段反射界面的情况。在共炮点反射波时距曲线上

28、这个t0反映激发点处反射波的垂直反射时间（自激自收时间），在共反射点时距曲线上，这个t0时间代表共中心点M处的垂直反射时间（自激自收时间） 。,第二节 常速单界面的反射波特征,地质模型 直达波与反射波的模拟记,第二节 常速单界面的反射波特征,双边接收单炮记录 单边接收单炮记录,第二节 常速单界面的反射波特征,双边接收单炮记录 单边接收单炮记录,不同类型检波器接收到的单炮记录,五、正常时差（NMO: Normal MoveOut） 对界面上某点，以炮检距x进行观测得到的反射波旅行时同零炮检距（自激自收）进行观测得到的反射波旅行时之差。（较准确） 在水平界面情况下，各观测点相对于爆炸点纯粹是由于炮

29、检距不同而引起的反射波旅行时之差。,第二节 常速单界面的反射波特征,正常时差的用途： 判断地震记录上同相轴是否为反射波的标准。 当界面倾斜时，要研究倾角对旅行时的影响，必须先消除正常时差。 共反射点叠加前需动校正：在水平界面情况下，从观测到的波的旅行时中减去正常时差t，得到x/2处的t0时间。 正常时差的近似公式用于求速度。 速度分析的基础。,第二节 常速单界面的反射波特征,动校正：在水平界面情况下，从观测到的波的旅行时中减去正常时差t，得到x/2处的t0时间。 目的： 使得共炮点道集的反射波同相轴能反映地下界面的实际产状。 右图的绿点表示实际反射点的位置，而蓝点表示的是时距曲线上对应的位置。

30、棕点表示动校正后的时距曲线位置。,第二节 常速单界面的反射波特征,正常时差的计算：,正常时差的特点： 正常时差与x2成正比，与v2、t0和h成反比,第二节 常速单界面的反射波特征,六、倾角时差（DMO: dip moveout) 1. 倾角时差的概念 由激发点两侧对称位置观测到的来自同一界面的反射波的时差。这是由于界面存在倾角引起的。,第二节 常速单界面的反射波特征,2. 倾角时差的计算：,第二节 常速单界面的反射波特征,第二节 常速单界面的反射波特征,3. 倾斜界面情况下的动校正 S点经动校正后的反射点 与真正的反射点R不重合，有一定的偏移。,第二节 常速单界面的反射波特征,第二节 常速单界

31、面的反射波特征,七、时距曲面和时间场的概念 时距曲面：若观测面为平面，在直角坐标系中，某一波到达观测面的时间可表示为t=f(x,y)，其图形是一个曲面，称为时距曲面。 时距曲线就是包含测线并平行于t轴的面与时距曲面的交线。,第二节 常速单界面的反射波特征,时间场：在直角坐标系中某一波传播到介质中任意一点的时间可以看成观测点坐标的函数t=g(x,y,z),这个函数确定的一个标量场t(x,y,z)，称为时间场。,时间场（标量场）,第二节 常速单界面的反射波特征,时间场的等时面和射线,等时面：空间具有相同时间时的点所组成的波面，又称等相面。 由一系列不同的时间值就可以确定一系列等时面的空间位置，这一

32、系列的等时面，称为等时面族。 射线就是力线，与等时面处处正交 射线族：许许多多条射线的集合 广义时距图方程tR=t(xR,yR,zR)：R面上各点坐标与波的到达时间的关系,第二节 常速单界面的反射波特征,时距曲面与时间场的关系：时距曲面由时间场的等时面与观测面的交线（等时线）组成。 几个基本概念： 炮检距(offset)：炮点到地面各观测点的距离 初至时间(first break)：所有波中最先到达检波器的地震波的第一波峰时间 同相轴(event)：各接收点属于同一相位振动的连线 共炮点(common shotpoint)：所有接收点具有共同的炮点 纵测线(inline)：激发点和观测点在同一

33、条直线上。 非纵测线(offline)：激发点不在测线上。,第二节 常速单界面的反射波特征,第二节 常速单界面的反射波特征,一、讨论多层介质问题的思路,地下介质三维空间,实际的地层介质： （1）层状介质的特点：多界面、多层组波速分布不均匀（层与层之间的非均质性）； （2）地震波的传播：在介质中以折线形式传播，路径曲折。,第三节 变单多界面的反射波特征,地质模型： 水平方向：密度和弹性性质变化缓慢 垂直方向：密度和弹性性质变化比较剧烈 将勘探区域划分为小的区域，速度的横向变化可忽略，认为具有相同的垂向速度分布。 界面是平面，可以是水平的或倾斜的。,第三节 变单多界面的反射波特征,均匀介质模型,第

34、三节 变单多界面的反射波特征,水平层状介质模型,第三节 变单多界面的反射波特征,连续介质模型,第三节 变单多界面的反射波特征,二、多层水平介质的反射波时距曲线,传播特点：对于水平层状介质来说，射线关于界面反射点的法线对称,第三节 变单多界面的反射波特征,Snell定律：,第三节 变单多界面的反射波特征,第三节 变单多界面的反射波特征,第三节 变单多界面的反射波特征,三、多层水平介质的简化,用一种等效的均匀介质来研究水平层状介质的反射波时距曲线。,第三节 变单多界面的反射波特征,满足的要求： （1）这种假想的等效介质的总厚度等于水平层状介质的总厚度 （2）垂直入射时的旅行时间与实际的旅行时间相同

35、。,第三节 变单多界面的反射波特征,“平均速度”的概念,引入平均速度后，多层介质的时距曲线就可化成双曲线方程。,第三节 变单多界面的反射波特征,四、两种情况下的反射波时距曲线的比较,两者在（x=0, t=t0）点重合，随着x增加，t平均逐渐大于实际传播时间t。,第三节 变单多界面的反射波特征,三层介质的情形,第三节 变单多界面的反射波特征,野外采集的原始炮集资料,野外采集的原始炮集资料,炮集记录,炮集记录,炮集记录,炮集记录,炮集记录,炮集记录,炮集记录,第四节 地震折射波运动学,同相轴形态、波的射线方向、视速度三者之间的关系,一、对视速度的讨论,结论：出射角越大，同相轴越陡，视速度越小,两个

36、波的同相轴、视速度、射线方向的关系,第四节 地震折射波运动学,二、折射波的形成和传播规律 1. 形成折射波的基本条件,V2V1 VnVi，(i=1,2n-1),2. 折射波的产生 在临界角 以外，界面上任一点滑行波比入射波先到。,第四节 地震折射波运动学,第四节 地震折射波运动学,3. 折射波传播的规律和特点,折射波射线到地面的出射角等于临界角，因而折射波的射线是平行的。第一条折射波射线与临界点处的反射波射线重合。,第四节 地震折射波运动学,在入射角小于临界角时不存在折射波，即在OA范围内接收不到折射波，这个范围称为折射波的“盲区”，盲区半径为： 通常意义下的反射仍存在，但当入射角大于临界角时

37、，称为临界外反射，此时的反射系数较为复杂。 当存在多组地层时，由于 则有 ，因而该层速度大于其上所有各层速度的地层顶面才能形成折射波。 “折射层”数目少于“反射层” “屏蔽效应” 浅层折射法测定低速带厚度和速度,第四节 地震折射波运动学,三、一个分界面情况下折射波的时距曲线方程 1. 时距曲线方程推导 已知条件: V2V1, 临界角C， 折射路径OA1B1S,第四节 地震折射波运动学,在R点的折射波旅行时：,直线,第四节 地震折射波运动学,折射波时距曲线,2. 特点 (1)当x=0时， 为折射波延长后与时间轴的 交点，称为交叉时。 (2) 折射波起点坐标： (3)界面越深，盲区越大 (4)在M

38、1点，反射波与折射波 到达时间相同，视速度相同， 因而两条时距曲线相切。 (5)V2为视速度，斜率的倒数,第四节 地震折射波运动学,第四节 地震折射波运动学,反射波、直达波和折射波时距曲线(TDC)的关系 直达波TDC是反射波TDC的渐近线 反射波TDC与折射波TDC相切 直达波TDC与折射波TDC相交,第四节 地震折射波运动学,折射勘探的原理：利用折射波传播时间中的界面深度及产状信息来研究浅层地层的产状、低速带的厚度、速度等。,折射勘探的目的：测量浅层低速带的厚度及其变化、低速带的速度等。,第四节 地震折射波运动学,四、三层介质时的折 射波时距曲线方程,第四节 地震折射波运动学,第四节 地震

39、折射波运动学,五、倾斜界面的折射波时距曲线,上倾方向：,第四节 地震折射波运动学,下倾方向：,第四节 地震折射波运动学,认识： （1）沿上倾方向，折射界面变浅，视速度变大，时距曲线变缓； （2）沿下倾方向，折射界面变深，视速度变小，时距曲线变陡； （3）两种情况下交叉时相等， （4）界面倾斜时，折射波视速度不等于界面速度；,第四节 地震折射波运动学,求界面速度的公式：,（界面倾角不大时）,第四节 地震折射波运动学,（5）倾斜地面与界面间的关系： （6）只有当 时，折射波才能返回地面被接收沿； 若 ，沿界面上倾方向，不能产生折射波，沿下倾方向产生的折射波不能到达地面。,第四节 地震折射波运动学,

40、直达波、反射波、折射波的实际共炮点记录,第五节 连续介质中反射波时距曲线,一、地震波在连续介质中传播的射线方程和等时线方程,第五节 连续介质中反射波时距曲线,连续介质,若干厚度为 dz的水平薄层,层状介质,薄层的厚度 dz无限减小,层状介质,连续介质,可以利用层状介质的规律研究连续介质,第五节 连续介质中反射波时距曲线,第五节 连续介质中反射波时距曲线,第五节 连续介质中反射波时距曲线,二、速度随深度呈线性变化的地层,第五节 连续介质中反射波时距曲线,此为射线方程,第五节 连续介质中反射波时距曲线,等时线方程为,第五节 连续介质中反射波时距曲线,速度模型,地震波射线,地震波等时线,某一条射线的

41、最大穿透深度,速度模型,地震波射线与等时线垂直,第五节 连续介质中反射波时距曲线,第五节 连续介质中反射波时距曲线,三、连续介质中的直达波（回折波）,波从震源出发，沿着一条圆弧形的射线，先向下达到某一深度后又拐回地面，到达观测点。,由等时线方程,得回折波在x-z平面内的等时线,当在地面上沿x轴观测时，把z=0代入，就可得到回折波时距曲线方程:,第五节 连续介质中反射波时距曲线,第五节 连续介质中反射波时距曲线,四、覆盖层为连续介质时的反射波,最大穿透深度ZmaxH的射线，在还未到达分界面时就已返回地面，只能形成回折波，不能形成反射波。只能在OA段形成回折波和反射波，在A点两条时距曲线相切，A点

42、是Zmax=H的射线出射到地面的点。,将Z=H代入x-z平面内的等时线方程，得,该时距曲线不是双曲线，同样可用平均速度代替这组连续介质。,第五节 连续介质中反射波时距曲线,过渡层没有明显的分界面存在，与覆盖层为连续介质的情形有本质的不同。,第五节 连续介质中反射波时距曲线,讨论透射波和反射波垂直时距曲线的目的：为学习地震测井(CVL)、垂直地震剖面(VSP)法、井间地震(CWS)技术等打下基础；全面了解时距曲线与介质结构、波的类型、观测方式三者间的关系。,第六节 透射波和反射波的垂直时距曲线,一、水平层状介质的透射波垂直时距曲线 设右图所示的地质结构： 水平层状介质，各层速度为 V1,V2, ,Vn；厚度分别为 h1,h2,hn；各界面的深度 分别为H1,H2,Hn。,第六节 透射波和反射波的垂直时距曲线,在地面井口激发，沿H轴在井中连续观测。零偏移距时透射波垂直时距曲线方程，即波沿H方向的旅行时与观测点H的坐标间关系t(H)。由下图可导出n层介质透射波的垂直时距曲线公式：,第六节 透射波和反射波的垂直时距曲线,从t(H)的方程可以看到垂直时距曲线的主要特点：它是一条折线，其中每一直线段与一个水平层对应，每段直线的斜率的倒数就是该层的层速度。,对于非零偏移距、均匀介质情况下的直达波或透射波时距曲线方程为：,第六节 透射波和反射波的垂直时