第一章地震波及其傳播

1、第一章第一章 地震波及其傳播地震波及其傳播 第一節(jié)第一節(jié) 地震波的產生地震波的產生 第二節(jié)第二節(jié) 地震波的類型地震波的類型 第三節(jié)第三節(jié) 分層介質中的地震波分層介質中的地震波第一節(jié)第一節(jié) 地震波的產生地震波的產生n一、一、地震波是在巖石中傳播的彈性地震波是在巖石中傳播的彈性波波物體受力的三種狀態(tài)：物體受力的三種狀態(tài)：永久形變永久形變 破壞圈破壞圈 塑性形變塑性形變 塑性帶塑性帶 彈性形變彈性形變 彈性形變區(qū)彈性形變區(qū)炸藥爆炸在彈性形變區(qū)形成彈性波。研究表明彈炸藥爆炸在彈性形變區(qū)形成彈性波。研究表明彈性波在近距離內仍會發(fā)生較大變化，傳播一定性波在近距離內仍會發(fā)生較大變化，傳播一定距離（幾百米）后

2、便相對穩(wěn)定，形成地震子波，距離（幾百米）后便相對穩(wěn)定，形成地震子波，并被認為在以后的傳播中，地震子波已不發(fā)生并被認為在以后的傳播中，地震子波已不發(fā)生大的變化。大的變化。二、地震波的形成二、地震波的形成1 1、地震子波、地震子波：當?shù)卣鸩▊鞑ヒ欢ň嚯x后，其當?shù)卣鸩▊鞑ヒ欢ň嚯x后，其形狀逐漸穩(wěn)定，具有形狀逐漸穩(wěn)定，具有2-32-3個相位，有一定的延個相位，有一定的延續(xù)時間的地震波，稱為地震子波，它是地震記續(xù)時間的地震波，稱為地震子波，它是地震記錄的基本元素。錄的基本元素。 地震子波在繼續(xù)傳播的過程中，嚴格來講其地震子波在繼續(xù)傳播的過程中，嚴格來講其幅度和形狀都會發(fā)生變化，近似可以認為地震幅度和形狀

3、都會發(fā)生變化，近似可以認為地震子波的形狀基本不變，但其子波的形狀基本不變，但其振幅有大有小、極振幅有大有小、極性有正有負，到達接收點的時間有先有后。性有正有負，到達接收點的時間有先有后。2 2、地震子波的傳播、地震子波的傳播 地震勘探原理（地震勘探原理（實質實質） 利用地震子波從地下地層界面（或巖利用地震子波從地下地層界面（或巖性界面）反射回地面時帶回的雙程旅性界面）反射回地面時帶回的雙程旅行時信息（行時信息（運動學運動學）和幅度、形狀）和幅度、形狀（動力學動力學）等變化的信息來研究界面）等變化的信息來研究界面的埋深及界面上下巖性變化的。的埋深及界面上下巖性變化的。第二節(jié)第二節(jié) 地震波的類型地

4、震波的類型 一、縱波和橫波一、縱波和橫波 1、概念、概念 縱波（縱波（P波）波）：質點的振動方向與波：質點的振動方向與波的傳播方向一致的波，有時也稱為壓的傳播方向一致的波，有時也稱為壓縮波或疏密波?？s波或疏密波。 橫波（橫波（S波）波）：質點的振動方向與波：質點的振動方向與波的傳播方向垂直的波，有時也稱為切的傳播方向垂直的波，有時也稱為切變波。變波。2 2、縱、橫波速度的比較、縱、橫波速度的比較 在地層介質中，縱、橫波的傳播速度取決于介在地層介質中，縱、橫波的傳播速度取決于介質的彈性和密度。質的彈性和密度。 縱波速度縱波速度： 橫波速度橫波速度：為介質的密度為介質的密度 ， 為彈性常數(shù)，均為彈

5、性常數(shù)，均為正值為正值。342KVpsV 縱波速度大于橫波速度?？v波速度大于橫波速度。對自然界中常見的巖石對自然界中常見的巖石來說，來說，=0.25=0.25。 =1.73, =1.73, 橫波速度最多達到縱橫波速度最多達到縱波速度的波速度的0.7070.707倍。倍。 0.05(0.05(堅硬巖石堅硬巖石) ) 0.45 0.45（松軟介質）（松軟介質） 液體中不產生切應變，即液體中不產生切應變，即=0=0，V VS S =0=0 。液體中液體中不傳播橫波，只傳播縱波。液體中不傳播橫波，只傳播縱波。液體中=0.5=0.52/spVV縱橫波速度比縱橫波速度比：121)1 ( 2上式可以統(tǒng)一用泊

6、松比來替代上式可以統(tǒng)一用泊松比來替代：縱、橫波比較縱、橫波比較 理想的流體中不存在橫波。理想的流體中不存在橫波。利用縱橫波利用縱橫波速度比值的變化來識別真假亮點或檢測速度比值的變化來識別真假亮點或檢測油氣藏的存在及范圍就是運用流體的這油氣藏的存在及范圍就是運用流體的這一特性。一特性。 由于在流體中橫波速度等于零由于在流體中橫波速度等于零, ,所以儲所以儲層中含油氣后層中含油氣后, ,V Vs s變化不大，而變化不大，而V Vp p明顯下明顯下降降, ,于是于是 的數(shù)值會降低，所以的數(shù)值會降低，所以利用利用 數(shù)值減小這一特征作為判數(shù)值減小這一特征作為判斷油氣存在的一個依據；利用斷油氣存在的一個依

7、據；利用 數(shù)值的橫向變化，有可能確定油氣藏的數(shù)值的橫向變化，有可能確定油氣藏的邊界邊界。spVV /spVV /二、與地震勘探有關的其它地震波二、與地震勘探有關的其它地震波 1 1、體波和面、體波和面波波（按波動所涉及的空間范圍而言）（按波動所涉及的空間范圍而言） 體波：體波：當縱波和橫波在介質的整個立體空當縱波和橫波在介質的整個立體空間中傳播時合稱體波。間中傳播時合稱體波。 面波：面波：在自由表面或不同彈性介質的分界在自由表面或不同彈性介質的分界面上傳播的一類特殊波。最常見的面波是面上傳播的一類特殊波。最常見的面波是沿地面?zhèn)鞑サ娜鹄?。其特點是沿地面?zhèn)鞑サ娜鹄āＦ涮攸c是低速低速（通（通常小

8、于橫波速度）、常小于橫波速度）、低頻、強振低頻、強振，是一種，是一種干擾波干擾波。二、與地震勘探有關的其它地震波二、與地震勘探有關的其它地震波 2 2、同類波和轉換波、同類波和轉換波（依據入射波入射到分界面上（依據入射波入射到分界面上后產生的波的性質而言）后產生的波的性質而言）與入射波類型相同的反與入射波類型相同的反射或透射稱為同類波，反之則稱為轉換波。射或透射稱為同類波，反之則稱為轉換波。 縱波入射時，既可以產生反射縱波和透射縱波入射時，既可以產生反射縱波和透射縱波，也可以產生反射橫波和透射橫波，縱波，也可以產生反射橫波和透射橫波，前者稱為同類波，后者稱為轉換波。前者稱為同類波，后者稱為轉換

9、波。 當入射角不大時，轉換波的強度很小；當當入射角不大時，轉換波的強度很小；當?shù)卣鸩ù怪比肷鋾r不產生轉換波。地震波垂直入射時不產生轉換波。二、與地震勘探有關的其它地震波二、與地震勘探有關的其它地震波 3 3、直達波、直達波（以傳播路徑的特點來劃分）（以傳播路徑的特點來劃分）由震源出由震源出發(fā)沒有遇到分界面（沒產生反射）而直接發(fā)沒有遇到分界面（沒產生反射）而直接到達接收點的波。用于區(qū)別反射波。到達接收點的波。用于區(qū)別反射波。 4 4、有效波和干擾波、有效波和干擾波（產生的地震波對地震勘探是（產生的地震波對地震勘探是否有用而言）否有用而言） 在地震反射波勘探中，習慣上我們把地震在地震反射波勘探中，

10、習慣上我們把地震一次反射波稱為有效波，而把妨害記錄有一次反射波稱為有效波，而把妨害記錄有效波的其它所有波都稱為干擾波。效波的其它所有波都稱為干擾波。如面波、如面波、多次波，直達波、折射波有時也是干擾波。多次波，直達波、折射波有時也是干擾波。二、與地震勘探有關的其它地震波二、與地震勘探有關的其它地震波 5、多次波：、多次波：在一個或幾個界面中經過兩在一個或幾個界面中經過兩次或兩次以上重復反射或折射而到達地次或兩次以上重復反射或折射而到達地面的地震波。面的地震波。多次波是一種干擾波。多次波是一種干擾波。微屈（層間）多次波微屈（層間）多次波 虛反射虛反射 全程多次波全程多次波 短程多次波短程多次波

11、二、與地震勘探有關的其它地震波二、與地震勘探有關的其它地震波 6 6、由特殊地質體產生的一些特殊波、由特殊地質體產生的一些特殊波 1 1）斷面波：）斷面波：由于斷層面上下地層巖性、物性的由于斷層面上下地層巖性、物性的差異而產生的波阻抗差引起的沿著斷面產生的地差異而產生的波阻抗差引起的沿著斷面產生的地震波。是確定斷層的依據之一。震波。是確定斷層的依據之一。 2 2）回轉波：）回轉波：滿足一定深度和曲率條件的地下凹滿足一定深度和曲率條件的地下凹界面上產生的反射波。界面上產生的反射波。 3 3）繞射波：）繞射波：當?shù)卣鸩▊鞯綌鄬拥臄帱c、地層的當?shù)卣鸩▊鞯綌鄬拥臄帱c、地層的尖滅點或地層不整合的突變點時

12、，這些點將會形尖滅點或地層不整合的突變點時，這些點將會形成新的震源，再次發(fā)射球面波向四周傳播，這種成新的震源，再次發(fā)射球面波向四周傳播，這種波稱為繞射波。它是利用價值最大的特殊波波稱為繞射波。它是利用價值最大的特殊波第三節(jié)第三節(jié) 分層介質中的地震波分層介質中的地震波 一、反射波和透射波一、反射波和透射波 1、概念、概念 當下行的地震波到達兩種介質當下行的地震波到達兩種介質的分界面時，其中的一部分又回到了上的分界面時，其中的一部分又回到了上層介質中，這種波稱為層介質中，這種波稱為反射波；反射波；另一部另一部分穿過界面到達下伏介質中的地震波稱分穿過界面到達下伏介質中的地震波稱為為透射波。透射波。

13、波阻抗：波阻抗：地震波傳播速度與介質密度的地震波傳播速度與介質密度的乘積（乘積（Z= V） 。它是研究界面上地震。它是研究界面上地震波反射強度的一個重要參數(shù)。波反射強度的一個重要參數(shù)。2 2、形成地震反射、透射的條件、形成地震反射、透射的條件 1 1）反射條件：）反射條件：Z Z1 1ZZ2 2 界面上下存在有界面上下存在有波阻抗差。波阻抗差。 反射波的性質：界面上下的波阻抗差越反射波的性質：界面上下的波阻抗差越大，反射波就越強；反射角等于入射角；大，反射波就越強；反射角等于入射角；反射線、入射線、界面上反射點的法線反射線、入射線、界面上反射點的法線在一個平面內。在一個平面內。OS入射波入射波

14、1 v12 v2反射波反射波法線法線入射角入射角反射角反射角界面界面2 2、形成地震反射、透射的條件、形成地震反射、透射的條件 2 2、透射條件、透射條件 入射角小于或等于臨界角的前提入射角小于或等于臨界角的前提下均可產生透射。下均可產生透射。 透射角與入射角符合折射定律；透射線和入射透射角與入射角符合折射定律；透射線和入射線、界面點的法線在一個平面內。線、界面點的法線在一個平面內。OS1 v12 v2反射波反射波法線法線入射角入射角反射角反射角界面界面1界面界面2透射透射波波透射角透射角3 v3二、反射、透射波的一些基本概念二、反射、透射波的一些基本概念 1 1、反射系數(shù)、反射系數(shù)R=R=（

15、Z2-Z1Z2-Z1）/ /（Z2+Z1Z2+Z1）= =（2 22 2- - 1 11 1）/ / （2 22 2+ + 1 11 1） 當?shù)卣鸩ù怪比肷涞侥骋唤缑鏁r當?shù)卣鸩ù怪比肷涞侥骋唤缑鏁rArAr=R=RAiAi 2 2、反射極性反射極性Z2Z2 Z1Z1，R R 0 0 反射波與入射波的極性相同；反射波與入射波的極性相同；Z2Z2 Z1 Z1 ，R R 0 0 反射波與入射波的極性相反；反射波與入射波的極性相反； 利用反射波的極性可以判別地下地層的性質，利用反射波的極性可以判別地下地層的性質，研究地下地層剖面中的儲集層。研究地下地層剖面中的儲集層。ArAr: :反射波振幅反射波振幅；

16、 AiAi：入射波振幅入射波振幅二、反射、透射波的一些基本概念二、反射、透射波的一些基本概念 3 3、透射極性、透射極性 透射系數(shù)：透射系數(shù)：T=1-RT=1-R 從波阻抗來看，無論界面上、下波從波阻抗來看，無論界面上、下波阻抗值的大小，透射系數(shù)總是正的，阻抗值的大小，透射系數(shù)總是正的，透射波的相位總是與入射波的相位透射波的相位總是與入射波的相位一致即極性相同。（一致即極性相同。（T+RT+R 1 1）三、地震勘探的實現(xiàn)三、地震勘探的實現(xiàn) 1 1、實際的地層剖面中，由于沉積時的、實際的地層剖面中，由于沉積時的巖性差異或是沉積間斷，界面上下的巖性差異或是沉積間斷，界面上下的巖層的物理性質往往會產

17、生顯著的差巖層的物理性質往往會產生顯著的差異，因而均能形成異，因而均能形成良好的反射界面；良好的反射界面； 2 2、實際地層剖面中，只要有波阻抗差、實際地層剖面中，只要有波阻抗差就會產生反射，所以就會產生反射，所以存在的反射界面存在的反射界面有很多；有很多； 3 3、反射波的振幅與反射界面的反射系、反射波的振幅與反射界面的反射系數(shù)的大小成正比。數(shù)的大小成正比。四、地震勘探中的折射波四、地震勘探中的折射波 1、折射波的產生、折射波的產生 條件：條件： Z Z2 2 Z Z1 1；入射角等于臨界角。入射角等于臨界角。 滑行波：滑行波：當入射角等于臨界角時，透射當入射角等于臨界角時，透射波的射線與界

18、面平行，以下界面的地震波的射線與界面平行，以下界面的地震波速度沿界面滑行傳播的波。波速度沿界面滑行傳播的波。 折射波：折射波：滑行波在滑行的過程中，下層滑行波在滑行的過程中，下層介質中的質點就會產生振動，形成新的介質中的質點就會產生振動，形成新的震源，并在上層介質中產生新的地震波。震源，并在上層介質中產生新的地震波?；胁ɑ胁?02透射波透射波折射波折射波折射波、滑行波折射波、滑行波Z1Z2 i臨界角臨界角iZ1 Z2 折射角折射角地面地面2 2、折射波的傳播途徑、折射波的傳播途徑 折射波的行程及傳播時間與界面的深度、折射波的行程及傳播時間與界面的深度、產狀有關；產狀有關；OABMS1 v12 v2t=OA/V1+AB/V2+BS/V1盲區(qū)盲區(qū)3 3、折射勘探的原理、折射勘探的原理：利用折射波傳利用折射波傳播時間中的播時間中的界面深度界面深度及及產狀產狀信息來研信息來研究淺層地