地震波動(dòng)力學(xué)

1、 地震勘探主要是地震勘探主要是研究研究人工激發(fā)的人工激發(fā)的地震（彈地震（彈性）波性）波在淺層巖、土介質(zhì)中的傳播規(guī)律。其傳在淺層巖、土介質(zhì)中的傳播規(guī)律。其傳播的動(dòng)態(tài)特征集中反映在兩個(gè)方面，一是播的動(dòng)態(tài)特征集中反映在兩個(gè)方面，一是波傳波傳播的時(shí)間與空間的關(guān)系，稱為運(yùn)動(dòng)學(xué)特征；播的時(shí)間與空間的關(guān)系，稱為運(yùn)動(dòng)學(xué)特征；另另一是波傳播中它的振幅、頻率、相位等的變化一是波傳播中它的振幅、頻率、相位等的變化規(guī)律，稱為動(dòng)力學(xué)特征。前者是規(guī)律，稱為動(dòng)力學(xué)特征。前者是地震波對(duì)地下地震波對(duì)地下地質(zhì)體的構(gòu)造響應(yīng)地質(zhì)體的構(gòu)造響應(yīng)，后者則更多，后者則更多地表現(xiàn)出地下地表現(xiàn)出地下地質(zhì)體的巖性特征地質(zhì)體的巖性特征，有時(shí)亦是地質(zhì)

2、體結(jié)構(gòu)特征，有時(shí)亦是地質(zhì)體結(jié)構(gòu)特征的響應(yīng)。我們把上述兩種特征統(tǒng)稱為的響應(yīng)。我們把上述兩種特征統(tǒng)稱為地震波的地震波的波場(chǎng)特征。波場(chǎng)特征。1、 地震波動(dòng)力學(xué)地震波動(dòng)力學(xué)1.1 1.1 彈性理論基礎(chǔ)彈性理論基礎(chǔ) 地震勘察是通過(guò)觀測(cè)和研究人工激發(fā)的彈性地震勘察是通過(guò)觀測(cè)和研究人工激發(fā)的彈性波在巖石中的傳播規(guī)律來(lái)解決工程及環(huán)境地質(zhì)問(wèn)波在巖石中的傳播規(guī)律來(lái)解決工程及環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題的一種地球物理方法。題的一種地球物理方法。1.1.1 1.1.1 理想介質(zhì)和粘彈性介質(zhì)理想介質(zhì)和粘彈性介質(zhì) 由彈性力學(xué)的理論可知，任何一種固體，當(dāng)由彈性力學(xué)的理論可知，任何一種固體，當(dāng)它它受外力作用受外力作用后，其質(zhì)點(diǎn)就會(huì)產(chǎn)生相互位

3、置的變后，其質(zhì)點(diǎn)就會(huì)產(chǎn)生相互位置的變化，也就是說(shuō)會(huì)化，也就是說(shuō)會(huì)發(fā)生發(fā)生體積或形狀的體積或形狀的變化變化，稱為，稱為形形變變。外力取消后，由于阻止其大小和形狀變化的。外力取消后，由于阻止其大小和形狀變化的內(nèi)力起作用，使固體恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)，這就是內(nèi)力起作用，使固體恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)，這就是所謂的所謂的彈性彈性。外力取消后，能夠立即完全地恢復(fù)。外力取消后，能夠立即完全地恢復(fù)為原來(lái)狀態(tài)的物體，稱為為原來(lái)狀態(tài)的物體，稱為完全彈性體完全彈性體，通常稱之，通常稱之為為理想介質(zhì)理想介質(zhì)。反之，若外力去掉后，仍保持其受。反之，若外力去掉后，仍保持其受外力時(shí)的形態(tài)，這種物體稱為外力時(shí)的形態(tài)，這種物體稱為塑性體塑

4、性體，亦稱為，亦稱為粘粘彈性介質(zhì)彈性介質(zhì)。 在外力作用下，自然界大部分物體，既可以在外力作用下，自然界大部分物體，既可以顯示彈性也可以顯示粘彈性，這取決于顯示彈性也可以顯示粘彈性，這取決于物體本身物體本身的性質(zhì)和外力作用的大小及時(shí)間的長(zhǎng)短的性質(zhì)和外力作用的大小及時(shí)間的長(zhǎng)短。 地震波傳播范圍內(nèi)，絕大多數(shù)巖石都可地震波傳播范圍內(nèi)，絕大多數(shù)巖石都可以近似地看成是完全彈性體（理想介質(zhì)）來(lái)以近似地看成是完全彈性體（理想介質(zhì)）來(lái)研究。研究。 1927年勒夫（年勒夫（Love. A. E. H）證明由于彈性）證明由于彈性能是應(yīng)變的單值函數(shù)，系數(shù)和必須相等，因能是應(yīng)變的單值函數(shù)，系數(shù)和必須相等，因此此36個(gè)彈

5、性系數(shù)可以減少到個(gè)彈性系數(shù)可以減少到21個(gè)。當(dāng)我們研個(gè)。當(dāng)我們研究的彈性體如果是各向同性介質(zhì)，勒夫進(jìn)一究的彈性體如果是各向同性介質(zhì)，勒夫進(jìn)一步證明這些系數(shù)可以減少到只剩二個(gè)，我們步證明這些系數(shù)可以減少到只剩二個(gè)，我們把它表示為把它表示為和和，稱為拉梅常數(shù)。稱為拉梅常數(shù)。 當(dāng)當(dāng)值比較大時(shí)，值就變小，這說(shuō)明常數(shù)值比較大時(shí)，值就變小，這說(shuō)明常數(shù)的物理意義是阻止切應(yīng)變的一個(gè)度量，因此它的物理意義是阻止切應(yīng)變的一個(gè)度量，因此它常常亦被稱為常常亦被稱為剪切模量。剪切模量。對(duì)于大多數(shù)巖土介質(zhì)，對(duì)于大多數(shù)巖土介質(zhì)，帕，而對(duì)于液體，此時(shí)切變無(wú)窮大帕，而對(duì)于液體，此時(shí)切變無(wú)窮大有時(shí)為了方便起見(jiàn)，除了上述二個(gè)彈性常

6、數(shù)以有時(shí)為了方便起見(jiàn)，除了上述二個(gè)彈性常數(shù)以外，還應(yīng)用其他一些彈性常數(shù)。最普通的是楊外，還應(yīng)用其他一些彈性常數(shù)。最普通的是楊氏模量氏模量E E，泊松比，泊松比和體積壓縮模量和體積壓縮模量K K。這三個(gè)。這三個(gè)彈性系數(shù)的定義分別是：彈性系數(shù)的定義分別是：楊氏模量楊氏模量E E表示為當(dāng)表示為當(dāng)圓的或多角形柱體試件，在其一端面上受力，圓的或多角形柱體試件，在其一端面上受力，而側(cè)面為自由面時(shí)，所加應(yīng)力與相對(duì)伸長(zhǎng)之比，而側(cè)面為自由面時(shí)，所加應(yīng)力與相對(duì)伸長(zhǎng)之比， 圖1.1.11 波的振動(dòng)圖形 圖1.1.12 波剖面圖 視波長(zhǎng)視波長(zhǎng)*、 波數(shù)分量、 波數(shù)分量k（一般沿地表觀測(cè)就是（一般沿地表觀測(cè)就是xk，

7、也有人稱之為視波數(shù)）和視速度也有人稱之為視波數(shù)）和視速度*V之間有之間有 下述關(guān)系下述關(guān)系 *fVVT （1.1.40） *11VfVTk （1.1.41） 1.2.3 地震波的頻譜地震波的頻譜由震源激發(fā)、經(jīng)地下傳播并在地面或井中接收到由震源激發(fā)、經(jīng)地下傳播并在地面或井中接收到的地震波通常是一個(gè)短的脈沖振動(dòng)，應(yīng)用信號(hào)分的地震波通常是一個(gè)短的脈沖振動(dòng)，應(yīng)用信號(hào)分析領(lǐng)域中的廣義術(shù)語(yǔ)，稱該振動(dòng)為析領(lǐng)域中的廣義術(shù)語(yǔ)，稱該振動(dòng)為地震子波地震子波。它。它可以被理解為可以被理解為有確定起始時(shí)間和有限能量，在很有確定起始時(shí)間和有限能量，在很短時(shí)間內(nèi)衰減的一個(gè)信號(hào)。短時(shí)間內(nèi)衰減的一個(gè)信號(hào)。地震子波振動(dòng)的一個(gè)地震

8、子波振動(dòng)的一個(gè)基本屬性是振動(dòng)的非周期性。因此，它的動(dòng)力學(xué)基本屬性是振動(dòng)的非周期性。因此，它的動(dòng)力學(xué)參數(shù)有別于描述周期振動(dòng)的振幅、頻率、相位等參數(shù)有別于描述周期振動(dòng)的振幅、頻率、相位等參數(shù)，而用振幅譜、相位譜（或頻譜）等概念來(lái)參數(shù)，而用振幅譜、相位譜（或頻譜）等概念來(lái)描述。描述。 地震波的動(dòng)力學(xué)特征既可以用隨時(shí)間而變化地震波的動(dòng)力學(xué)特征既可以用隨時(shí)間而變化的波形來(lái)描寫，也可以用其頻譜特性來(lái)表述。前的波形來(lái)描寫，也可以用其頻譜特性來(lái)表述。前者是地震波的者是地震波的時(shí)間域時(shí)間域表征，后者則是其表征，后者則是其頻率域頻率域表表征。由于它們具有單值對(duì)應(yīng)性，因此在任何一個(gè)征。由于它們具有單值對(duì)應(yīng)性，因此在

9、任何一個(gè)域內(nèi)討論地震波都是等效的。域內(nèi)討論地震波都是等效的。 地震子波的另一個(gè)屬性是它具有確定的起始地震子波的另一個(gè)屬性是它具有確定的起始時(shí)間和有限的能量，時(shí)間和有限的能量，因此經(jīng)過(guò)很短的一段時(shí)間即因此經(jīng)過(guò)很短的一段時(shí)間即衰減，衰減時(shí)間的長(zhǎng)短稱為地震子波的延續(xù)時(shí)間衰減，衰減時(shí)間的長(zhǎng)短稱為地震子波的延續(xù)時(shí)間長(zhǎng)度，以后將會(huì)討論到，它決定了地震勘探的分長(zhǎng)度，以后將會(huì)討論到，它決定了地震勘探的分辨能力，而且可以很容易地證明：辨能力，而且可以很容易地證明：地震子波的延地震子波的延續(xù)時(shí)間長(zhǎng)度同它的頻譜的頻帶寬度成反比。續(xù)時(shí)間長(zhǎng)度同它的頻譜的頻帶寬度成反比。 2波的吸收衰減波的吸收衰減 由于地下介質(zhì)的非完全

10、彈性和不均勻性，由于地下介質(zhì)的非完全彈性和不均勻性，當(dāng)?shù)卣鸩ㄍㄟ^(guò)地層介質(zhì)傳播時(shí)，會(huì)出現(xiàn)波的當(dāng)?shù)卣鸩ㄍㄟ^(guò)地層介質(zhì)傳播時(shí)，會(huì)出現(xiàn)波的吸收現(xiàn)象。此時(shí)，介質(zhì)的振動(dòng)粒子之間產(chǎn)生吸收現(xiàn)象。此時(shí)，介質(zhì)的振動(dòng)粒子之間產(chǎn)生摩擦，地震波的一部分能量轉(zhuǎn)換成熱。地下摩擦，地震波的一部分能量轉(zhuǎn)換成熱。地下介質(zhì)彈性越好，能量損失就越少。這表明分介質(zhì)彈性越好，能量損失就越少。這表明分選、膠結(jié)好的地層波的吸收作用也小。由此選、膠結(jié)好的地層波的吸收作用也小。由此可得出以下結(jié)論：波的吸收一般隨著深度的可得出以下結(jié)論：波的吸收一般隨著深度的增加而減小。淺層地震勘探中，因調(diào)查的目增加而減小。淺層地震勘探中，因調(diào)查的目的層大多為未膠結(jié)

11、的第四系軟土沉積層，故的層大多為未膠結(jié)的第四系軟土沉積層，故地震波在軟土地層中傳播時(shí)波的吸收作用大。地震波在軟土地層中傳播時(shí)波的吸收作用大。在地震勘探中，在地震勘探中， 地震波的振幅地震波的振幅 A 隨傳播隨傳播距離距離 r的增加按指數(shù)規(guī)律衰減，的增加按指數(shù)規(guī)律衰減， reAAa-0 （ 1.1.57） 圖1.1.21 大地濾波作用對(duì)波形的改造 在實(shí)際介質(zhì)中傳播時(shí)，在實(shí)際介質(zhì)中傳播時(shí)，由于介質(zhì)的吸收由于介質(zhì)的吸收衰減作用，衰減作用，濾去了較高的頻率成分而保留較濾去了較高的頻率成分而保留較低的頻率成分低的頻率成分，巖土介質(zhì)的這種作用稱為大，巖土介質(zhì)的這種作用稱為大地濾波作用。高頻成分的損失，改變

12、了脈沖地濾波作用。高頻成分的損失，改變了脈沖的頻譜成分，使頻譜變窄，因而使激發(fā)的短的頻譜成分，使頻譜變窄，因而使激發(fā)的短脈沖經(jīng)大地濾波作用后其延續(xù)時(shí)間加長(zhǎng)，分脈沖經(jīng)大地濾波作用后其延續(xù)時(shí)間加長(zhǎng)，分辨率降低。這種經(jīng)大地濾波作用后輸出的波辨率降低。這種經(jīng)大地濾波作用后輸出的波稱為地震子波。稱為地震子波?；莞乖砘莞乖肀砻?，在彈性介質(zhì)中， 可以把已表明，在彈性介質(zhì)中， 可以把已知知t時(shí)刻的同一波前面上的各點(diǎn)看作從該時(shí)刻產(chǎn)時(shí)刻的同一波前面上的各點(diǎn)看作從該時(shí)刻產(chǎn)生子波的新點(diǎn)震源，在經(jīng)過(guò)生子波的新點(diǎn)震源，在經(jīng)過(guò)t時(shí)間后，這些子時(shí)間后，這些子波的包絡(luò)面就是原波到波的包絡(luò)面就是原波到tt時(shí)刻新的波前。應(yīng)

13、時(shí)刻新的波前。應(yīng)用惠更斯原理可以說(shuō)明波的反射、 折射和繞射現(xiàn)用惠更斯原理可以說(shuō)明波的反射、 折射和繞射現(xiàn)象。見(jiàn)圖象。見(jiàn)圖 1.1.22。 圖1.1.22 惠更斯原理示意圖 1惠更斯原理惠更斯原理 費(fèi)馬原理表明，地震波沿射線傳播的旅行費(fèi)馬原理表明，地震波沿射線傳播的旅行時(shí)和沿其它任何路徑傳播的旅行時(shí)相比為最小，時(shí)和沿其它任何路徑傳播的旅行時(shí)相比為最小，亦亦波是沿旅行時(shí)間最小的路徑傳播波是沿旅行時(shí)間最小的路徑傳播(最小時(shí)間最小時(shí)間原理原理)的。的。在時(shí)間場(chǎng)內(nèi)，將時(shí)間相同的值連起來(lái)，組成等在時(shí)間場(chǎng)內(nèi)，將時(shí)間相同的值連起來(lái)，組成等時(shí)面，時(shí)面，等時(shí)面與射線成正交等時(shí)面與射線成正交關(guān)系。關(guān)系。2.費(fèi)馬原理

14、費(fèi)馬原理 3視速度定理視速度定理式中式中a為地震波射線與其自身的地表投影的夾角為地震波射線與其自身的地表投影的夾角(出射出射角角=90-入射角入射角)。式（式（1.1.62）表示了視速度與真速度之）表示了視速度與真速度之間的關(guān)系，稱為視速度定理，可以看出，間的關(guān)系，稱為視速度定理，可以看出，視速度總是大視速度總是大于真速度。當(dāng)于真速度。當(dāng)0a時(shí)，時(shí)，VV*，即波沿觀測(cè)方向傳播，其視，即波沿觀測(cè)方向傳播，其視速度就是真速度速度就是真速度；當(dāng)當(dāng)90a時(shí)，時(shí)，*V，即若沿波前面觀測(cè)，即若沿波前面觀測(cè)波的傳播程度，此時(shí)波前面上各點(diǎn)的擾動(dòng)都同時(shí)波的傳播程度，此時(shí)波前面上各點(diǎn)的擾動(dòng)都同時(shí)到達(dá)，到達(dá)，好象有

15、一波好象有一波動(dòng)以無(wú)窮大的速度傳播一樣；在均勻各向同動(dòng)以無(wú)窮大的速度傳播一樣；在均勻各向同性介質(zhì)中，由于性介質(zhì)中，由于 V 不變，不變，*V的變化反映了地震波入射角的變化反映了地震波入射角的變化的變化。在淺層地震反射勘探中，近炮點(diǎn)記錄道接收到。在淺層地震反射勘探中，近炮點(diǎn)記錄道接收到的反射波視速度高，相鄰記錄道之間反射波的時(shí)差小，的反射波視速度高，相鄰記錄道之間反射波的時(shí)差小，遠(yuǎn)炮點(diǎn)記錄道接收到的反射波遠(yuǎn)炮點(diǎn)記錄道接收到的反射波視速度低，相鄰記錄道接視速度低，相鄰記錄道接收到的反射波時(shí)差大。收到的反射波時(shí)差大。 1 1. .3 3. .2 2 平平面面波波的的反反射射和和透透射射 同同光光線線

16、在在非非均均勻勻介介質(zhì)質(zhì)中中傳傳播播一一樣樣，地地震震波波在在遇遇到到彈彈性性分分界界面面時(shí)時(shí)亦亦要要產(chǎn)產(chǎn)生生反反射射和和透透射射。首首先先從從平平面面波波理理論論出出發(fā)發(fā)（認(rèn)認(rèn)為為波波前前面面是是平平面面，它它以以恒恒定定的的入入射射角角投投射射到到分分界界面面上上）討討論論平平面面波波的的反反射射和和透透射射。 1斯斯奈奈爾爾（Snell）定定律律 假假設(shè)設(shè)界界面面 R 將將空空間間分分為為上上、下下兩兩部部分分1W和和2W，上上半半空空間間縱縱橫橫波波傳傳播播速速度度為為1pV、1sV下下半半空空間間為為2pV、2sV，如如圖圖 1.1.26。當(dāng)當(dāng)一一平平面面縱縱波波以以1角角投投射射至

17、至界界面面 根根據(jù)據(jù)惠惠更更斯斯原原理理，波波前前到到達(dá)達(dá)界界面面上上的的點(diǎn)點(diǎn)可可看看成成一一新新震震源源，并并產(chǎn)產(chǎn)生生新新擾擾動(dòng)動(dòng)向向介介質(zhì)質(zhì)四四周周傳傳播播，從從而而形形成成反反射射和和透透射射的的縱縱波波和和橫橫波波（SV 波波） 。根根據(jù)據(jù)光光學(xué)學(xué)原原理理，不不難難證證明明在在彈彈性性分分界界面面上上入入射射波波、反反射射波波和和透透射射波波之之間間的的關(guān)關(guān)系系為為： PVVVVVssppp2211221111sinsinsinsinsin （1.1.63） 該該 式式 即即 為為 斯斯 奈奈 爾爾 定定 律律 ， 又又 稱稱 為為 反反 射射 和和 透透 射射 定定 律律 。 其其

18、中中iiVPsin稱稱為為射射線線參參數(shù)數(shù)， 它它取取決決于于波波的的入入射射角角度度，21211,分分別別為為入入射射波波、反反射射和和透透射射縱縱波波以以及及反反射射和和透透射射橫橫波波與與界界面面法法線線的的夾夾角角。 圖 1.1.26 縱波入射時(shí)的反射和透射 則根據(jù)斯奈爾定律、位移的連續(xù)性及應(yīng)力的連續(xù)性，并根據(jù)波動(dòng)方程，可推導(dǎo)出描述上述各波在彈性界面上的能量分配表達(dá)式，即 Zoeppritz 方程： 則根據(jù)斯奈爾定律、位移的連續(xù)性及應(yīng)力的連續(xù)性，并根據(jù)波動(dòng)方程，可推導(dǎo)出描述上述各波在彈性界面上的能量分配表達(dá)式，即 Zoeppritz 方程： 若設(shè)入射縱波的能量為若設(shè)入射縱波的能量為 1

19、，并記反射縱波并記反射縱波PR和反射橫波和反射橫波SR的振幅分別為的振幅分別為RPA和和RSA，透射縱波透射縱波PT和透射橫波和透射橫波ST的振幅分別的振幅分別 TPA和和TSA， 則根據(jù)斯奈爾定律、位移的連續(xù)性及應(yīng)力的連續(xù)性，并根則根據(jù)斯奈爾定律、位移的連續(xù)性及應(yīng)力的連續(xù)性，并根據(jù)波動(dòng)方程，可推導(dǎo)出描述上述據(jù)波動(dòng)方程，可推導(dǎo)出描述上述各波在彈性界面上的能量各波在彈性界面上的能量分配分配表達(dá)式，即表達(dá)式，即 Zoeppritz 方程方程： 2平面波的法線入射平面波的法線入射 當(dāng)?shù)卣鸩ù怪比肷涞浇缑嫔蠒r(shí)，當(dāng)?shù)卣鸩ù怪比肷涞浇缑嫔蠒r(shí)， 01，如圖，如圖 1.1.27 所示。所示。據(jù)斯奈爾定律，據(jù)斯

20、奈爾定律，02121，解方程組（，解方程組（1.1.64）可得可得 0RSTSAA -1122111122112221PPPRPTPPPPPRPVVVAAVVVVA （1.1.66） 式（式（1.1.66）中）中第一個(gè)方程第一個(gè)方程表明在平面波垂直入射時(shí)，不存在表明在平面波垂直入射時(shí)，不存在 不存在轉(zhuǎn)換橫波，因?yàn)榇藭r(shí)轉(zhuǎn)換波的反射系數(shù)不存在轉(zhuǎn)換橫波，因?yàn)榇藭r(shí)轉(zhuǎn)換波的反射系數(shù)RSA和透和透射系數(shù)射系數(shù)TSA均為零；均為零；第二個(gè)方程第二個(gè)方程說(shuō)明，欲使反射波強(qiáng)度說(shuō)明，欲使反射波強(qiáng)度不為零的條件是不為零的條件是 01122-PPVV 或或 2211PPVV （1.1.67） 圖 1.1.27 平面波

21、垂直入射 這意味著波阻抗不相等的界面構(gòu)成地震反射界面。于是式這意味著波阻抗不相等的界面構(gòu)成地震反射界面。于是式（1.1.67）可以說(shuō)是地震反射波界面形成的必要條件。顯然滿）可以說(shuō)是地震反射波界面形成的必要條件。顯然滿足不等式（足不等式（1.1.67） ，可以是） ，可以是2211PPVV，亦可以是，亦可以是2211PPVV。當(dāng)當(dāng)2211PPVV時(shí)，時(shí)，RPA為正， 說(shuō)明反射波振幅和入射波振幅同相；為正， 說(shuō)明反射波振幅和入射波振幅同相；反之，反之，RPPPAVV,2211為負(fù)，表示它們反相，即相位相差為負(fù)，表示它們反相，即相位相差。分分析式（析式（1.1.66）中第三個(gè)方程可以看出，）中第三個(gè)

22、方程可以看出，透射系數(shù)永遠(yuǎn)為正，透射系數(shù)永遠(yuǎn)為正，故透射波同入射波永遠(yuǎn)是同相的故透射波同入射波永遠(yuǎn)是同相的。 1.5.2 橫向分辨率橫向分辨率 廣義繞射理論說(shuō)明，地面上某點(diǎn)廣義繞射理論說(shuō)明，地面上某點(diǎn)O（自激（自激自收點(diǎn)）的能量都是地下界面上每一繞射點(diǎn)對(duì)自收點(diǎn)）的能量都是地下界面上每一繞射點(diǎn)對(duì)它它“貢獻(xiàn)貢獻(xiàn)”的結(jié)果，問(wèn)題是每一個(gè)點(diǎn)的的結(jié)果，問(wèn)題是每一個(gè)點(diǎn)的“貢獻(xiàn)貢獻(xiàn)”都是等量的嗎？理論和實(shí)踐證明它們不是等量都是等量的嗎？理論和實(shí)踐證明它們不是等量的并且有一個(gè)確定的范圍。分析認(rèn)為的并且有一個(gè)確定的范圍。分析認(rèn)為在地面在地面O點(diǎn)觀測(cè)到的波的能量主要是由該范圍內(nèi)的繞射點(diǎn)觀測(cè)到的波的能量主要是由該范圍

23、內(nèi)的繞射點(diǎn)形成的繞射波對(duì)該觀測(cè)點(diǎn)的點(diǎn)形成的繞射波對(duì)該觀測(cè)點(diǎn)的“貢獻(xiàn)貢獻(xiàn)”。這個(gè)這個(gè)帶我們稱為帶我們稱為菲涅爾帶菲涅爾帶。如圖。如圖1.1.36所示。從所示。從O點(diǎn)發(fā)出一球面波，波前到達(dá)界面上時(shí)形成繞射，點(diǎn)發(fā)出一球面波，波前到達(dá)界面上時(shí)形成繞射，考慮到所有繞射對(duì)考慮到所有繞射對(duì)O點(diǎn)的貢獻(xiàn)，要使得所有點(diǎn)的貢獻(xiàn)，要使得所有繞繞射射橫向分辨率越高） 。因因此此，不不等等式式 ra 2 （1 1. .1 1. .8 82 2） 決決定定了了地地震震勘勘探探的的橫橫向向分分辨辨率率（即即橫橫向向上上可可分分辨辨地地質(zhì)質(zhì)體體的的最最小小長(zhǎng)長(zhǎng)度度的的能能力力） ?？煽梢?jiàn)見(jiàn)提提高高地地震震勘勘探探的的橫橫向向分

24、分辨辨率率的的關(guān)關(guān)鍵鍵在在于于提提高高反反射射波波的的頻頻率率。 圖1.1.37 反射波的透過(guò)損失此處此處1-iT表示由表示由i層向?qū)酉?-i層入射時(shí)在層入射時(shí)在1-i界面上的透射界面上的透射系數(shù)，而系數(shù)，而1-iT則為第則為第1-i層向?qū)酉騣層入射時(shí)在層入射時(shí)在1-i界面上的界面上的透射系數(shù)。由前可知，透射系數(shù)。由前可知，111-iiRT。 同同理可求得理可求得 111-iiRT （1.1.84） 式中式中1-iR表示由表示由i層入射在層入射在1-i界面上反射的反射系界面上反射的反射系數(shù)，且數(shù)，且 1111-iiiiiiRZZZZR （1.1.85） 因因此此111-iiRT則則式式（1.1

25、.83）可可寫寫成成 iiiiiiRRARRRAA-1 1 1 2111 （1.1.86） 上上式式的的物理意義是是：如如果果入入射射波波每每透透射射一一個(gè)個(gè)彈彈性性界界面面，則則必必使使入入射射波波的的振振幅幅 A 乘乘上上一一個(gè)個(gè)因因子子1 21-iR，這這個(gè)個(gè)因因子子稱稱透射損失因子。 如果地下如果地下實(shí)際介質(zhì)存在實(shí)際介質(zhì)存在n個(gè)反射界面?zhèn)€反射界面的話，地面可以接收到的話，地面可以接收到每一個(gè)界面上的反射波每一個(gè)界面上的反射波，于是，于是一個(gè)實(shí)際地震道上記錄了一個(gè)實(shí)際地震道上記錄了n個(gè)個(gè)反射波反射波。每一個(gè)反射波的。每一個(gè)反射波的子波波形子波波形，決定于激發(fā)震源的形狀，決定于激發(fā)震源的形

26、狀和介質(zhì)對(duì)它們的“濾波”改造作用；每一個(gè)反射子波的振幅和介質(zhì)對(duì)它們的“濾波”改造作用；每一個(gè)反射子波的振幅則由則由波前擴(kuò)散波前擴(kuò)散、介質(zhì)吸收介質(zhì)吸收、透射損失透射損失及及反射系數(shù)反射系數(shù)諸因素所決諸因素所決定。定。如果用如果用0A表示入射波振幅，表示入射波振幅，a表示吸收系數(shù)，表示吸收系數(shù)，r表示表示波的傳播距離，波的傳播距離，-pVrt表示子波，則一個(gè)反射波的解可寫表示子波，則一個(gè)反射波的解可寫為為 rrVrtRRRRerAupnnnrp-1 1 1 2122210a （1.1.88） 則在地面上接收到則在地面上接收到 N 個(gè)反射波總和的一個(gè)地震道個(gè)反射波總和的一個(gè)地震道記錄記錄)(tg可表

27、示為可表示為 -pnnNnVrtAtg)(1 （1.1.91） 其中其中nA為各層反射振幅。為各層反射振幅。 根據(jù)實(shí)際鉆井和測(cè)井資料可知， 地下介質(zhì)近似為層根據(jù)實(shí)際鉆井和測(cè)井資料可知， 地下介質(zhì)近似為層狀介質(zhì)，并存在大量的薄層。這表明每個(gè)層界面都狀介質(zhì)，并存在大量的薄層。這表明每個(gè)層界面都可能產(chǎn)生反射，成為一反射面?？赡墚a(chǎn)生反射，成為一反射面。 由由此此可可見(jiàn)見(jiàn)，一一個(gè)個(gè)實(shí)實(shí)際際地地震震記記錄錄道道就就是是由由這這些些無(wú)無(wú)數(shù)數(shù)多多個(gè)個(gè)反反射射子子波波（地地震震子子波波）組組成成的的復(fù)復(fù)合合振振動(dòng)動(dòng)。顯顯然然，振振 動(dòng)動(dòng) 的的 幅幅 值值 大大 小小 與與 界界 面面 的的 反反 射射 系系 數(shù)

28、數(shù) 成成 正正 比比 。 由由（1.1.91）式式可可近近似似認(rèn)認(rèn)為為，一一個(gè)個(gè)反反射射記記錄錄道道是是地地層層反反射射系系數(shù)數(shù)序序列列tR和和地地震震子子波波tb的的褶褶積積（卷卷積積）結(jié)結(jié)果果。 ttntnNnbRbRtg-1)( （1.1.92） 縱向分辨率：縱向分辨率： Widess 從理論上把層厚為從理論上把層厚為8的薄層定義為薄層分辨力的極限；的薄層定義為薄層分辨力的極限；有人認(rèn)為原則上根據(jù)反射波振幅的變化能夠分辨薄層的厚度有人認(rèn)為原則上根據(jù)反射波振幅的變化能夠分辨薄層的厚度為為12，更有人認(rèn)為可分辨的極限厚度為，更有人認(rèn)為可分辨的極限厚度為30。 (提高反射波的頻率， 既可以改善縱向分辨率， 又可以改善橫向分辨率，因此，在實(shí)際工作中，把滿足縱向和橫向分辨率的兩個(gè)頻率中的較高的頻率，作為滿足總分辨率的最高頻率)。 影響地震波速度的因素：影響地震波速度的因素：1巖土介質(zhì)的密度巖土介質(zhì)的密度一般情況下，一般情況下，巖石越致密，波速越高巖石越致密，波速越高， 2. 即同樣巖性的巖土介質(zhì)，即同樣巖性的巖土介質(zhì)，當(dāng)孔隙度大時(shí)，其速度值相當(dāng)孔隙度大時(shí)，其速度值相對(duì)