中南大學(xué)淺層地震課程教案

1、中南大學(xué)淺層地震課程教案中南大學(xué)淺層地震課程教案編寫(xiě)人：周竹生2005第一部分教學(xué)大綱一、本課程的適應(yīng)層次、專(zhuān)業(yè)與參考學(xué)時(shí)淺層地震方法及應(yīng)用是適用于地球探測(cè)與信息、礦產(chǎn)普查與勘探、油氣田開(kāi)發(fā)工程及其它相關(guān)專(zhuān)業(yè)本科和研究生的一門(mén)選修課程。該課程參考學(xué)時(shí)74學(xué)時(shí)，其中實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)10學(xué)時(shí)。二、課程的性質(zhì)、目的和基本要求淺層地震方法及應(yīng)用是適用于地球探測(cè)與信息、礦產(chǎn)普查與勘探、油氣田開(kāi)發(fā)工程及其它相關(guān)專(zhuān)業(yè)的一門(mén)選修課程。它是根據(jù)地球物理學(xué)原理來(lái)解決礦產(chǎn)、工程、石油、環(huán)境及國(guó)防等領(lǐng)域中存在的地質(zhì)問(wèn)題的一門(mén)學(xué)科，是地勘、工程、水文及環(huán)境勘查的重要方法之一。通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)，要求學(xué)生了解本課程的基本原理和野外

2、工作方法技術(shù)，特別在解決工程與環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題時(shí)的抗干擾、提高分辨率的措施，提高學(xué)生應(yīng)用地震新方法解決相應(yīng)地質(zhì)問(wèn)題的實(shí)際能力。這就必須加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)課的份量，跟上目前工程建設(shè)和環(huán)境地質(zhì)災(zāi)害探測(cè)對(duì)人才的要求。三、本課程的基本及重點(diǎn)內(nèi)容根據(jù)教學(xué)計(jì)劃要求和課程性質(zhì)，本課程的教學(xué)內(nèi)容主要包括：物探分類(lèi)、淺層地震特點(diǎn)及發(fā)展史；彈性波的基本理論；地震波的時(shí)距曲線(xiàn)；地震勘探野外數(shù)據(jù)采集技術(shù)及方法；地震數(shù)據(jù)處理技術(shù)；地震資料的解釋與應(yīng)用；工程地震新技術(shù)。本課程的重點(diǎn)是地震勘探野外數(shù)據(jù)采集技術(shù)、處理技術(shù)、解釋技術(shù)及工程地震新方法。地震勘探方法始于上世紀(jì)40年代處，經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的深入研究和運(yùn)用，地震勘探技術(shù)得到了長(zhǎng)足

3、發(fā)展和進(jìn)步。目前，它已成功應(yīng)用于礦產(chǎn)資源勘探、石油勘察、工程地質(zhì)調(diào)查、水文地質(zhì)調(diào)查、環(huán)境地質(zhì)調(diào)查等諸多領(lǐng)域。涉及到礦產(chǎn)、石油、交通、建筑、考古、國(guó)防等與國(guó)計(jì)民生密切相關(guān)的各個(gè)行業(yè)。通過(guò)本課程的系統(tǒng)學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)掌握地震勘探的基本原理、數(shù)據(jù)處理技術(shù)及解釋方法，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步拓寬，適當(dāng)了解近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一些新的相關(guān)技術(shù)和方法，爭(zhēng)取做到學(xué)生走出校門(mén)后，可以獨(dú)立從事施工設(shè)計(jì)并帶隊(duì)從事野外勘探、資料處理和成果解釋的水平。為我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)輸送短缺人才。本課程的難點(diǎn)在于該學(xué)科涉及的范圍很廣，學(xué)生需要有扎實(shí)的數(shù)理基礎(chǔ)和較好的計(jì)算機(jī)知識(shí)來(lái)理解和學(xué)習(xí)該課程。四、課程主要內(nèi)容及學(xué)時(shí)分配本課程總學(xué)時(shí)74學(xué)時(shí)，其中

4、理論教學(xué)64學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)10學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)、實(shí)習(xí)預(yù)計(jì)安排校內(nèi)進(jìn)行。學(xué)時(shí)安排如下：淺層地震學(xué)時(shí)分配表早次內(nèi)容合計(jì)講授學(xué)時(shí)分配實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)習(xí)機(jī)動(dòng)緒論22一彈性波的基本理論1414二地震波的時(shí)距曲線(xiàn)44三地震勘探野外數(shù)據(jù)米集技術(shù)及方法16142四地震數(shù)據(jù)處理1010五地震資料的解釋與應(yīng)用14104六地晨新技術(shù)14104合計(jì)746410注課外作業(yè)不計(jì)入教學(xué)時(shí)數(shù)，任課教師可酌情增減實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容初步擬定為：實(shí)驗(yàn)課1:地震儀認(rèn)識(shí)與操作實(shí)習(xí)，掌握地震儀器參數(shù)選擇，和各功能鍵的使用實(shí)驗(yàn)課2:對(duì)折射波進(jìn)行識(shí)別，繪制時(shí)距曲線(xiàn)，掌握從地震記錄圖上讀取初至?xí)r間的方法，并進(jìn)行界面速度和厚度的計(jì)算。實(shí)驗(yàn)課3:反射波測(cè)樁實(shí)驗(yàn)或瑞雷

5、面波及折射波資料自動(dòng)解五、考核辦法本課程采用期末考試和平時(shí)作業(yè)成績(jī)相結(jié)合的辦法評(píng)定學(xué)生的學(xué)習(xí)成績(jī)，其中期末考試占總成績(jī)的70%,平時(shí)作業(yè)成績(jī)占總成績(jī)的30%,平時(shí)作業(yè)將在每一節(jié)課程之后布置給學(xué)生。六、教材及參考用書(shū).教材：工程與環(huán)境地震勘探技術(shù)王俊茹編著，地質(zhì)出版社，2002年。淺層地震勘探應(yīng)用技術(shù)王振東編著，地質(zhì)出版社，1988年。.參考書(shū)目應(yīng)用地球物理教程何樵登主編，地質(zhì)出版社，1991年。勘探地震學(xué)美R.E.謝里夫加L.P.吉爾達(dá)特編，石油工業(yè)出版社，1999年總的來(lái)講，所選教材是針對(duì)“工程探測(cè)”的，這與我們的培養(yǎng)方案是緊密相扣的。目的是要讓大家對(duì)相應(yīng)的、必須的、常用的方法技術(shù)有較深入的

6、了解。在方法原理、理論、數(shù)理方面，難度不是太大，比較淺顯，但希望大家認(rèn)真對(duì)待。考試將安排在課表上安排的本門(mén)課程的最后兩個(gè)學(xué)時(shí)，采用開(kāi)卷筆試形式進(jìn)行。第二部分課程具體講授內(nèi)容緒論一、學(xué)習(xí)意義熱門(mén)課程：這是由國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的需要決定的。由于國(guó)家經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)持續(xù)發(fā)展的需要，蓬勃發(fā)展起來(lái)的工程與環(huán)境地震勘探技術(shù)與國(guó)民經(jīng)濟(jì)的方方面面密切相關(guān)，使之成為熱門(mén)研究課題致意。如：高層建筑、重型廠(chǎng)房、橋梁、隧道、機(jī)場(chǎng)、水壩、電站、港口、碼頭、高速公路、鐵路及其它巨型工程建設(shè)項(xiàng)目的地質(zhì)基礎(chǔ)資料的調(diào)查。勘探目標(biāo)包括：巖溶塌陷、表層軟泥層、地面沉降、地裂縫、巖體滑坡、泥石流等，甚至于煤層儲(chǔ)量、采礦及隧道掘進(jìn)過(guò)程中的超前

7、探測(cè)等。另外，由于人們環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)及重視，如對(duì)地下隱蔽污染源、地質(zhì)災(zāi)害、考古等方面的探測(cè)不能靠傳統(tǒng)的挖掘或鉆探取樣方法來(lái)解決，而應(yīng)發(fā)展新型的無(wú)損探測(cè)技術(shù)，地震勘探就是其中的重要技術(shù)之一?？偟膩?lái)說(shuō)，一門(mén)課程必須有需求，才有設(shè)計(jì)的必要，才有生源，才能有所為，才能有發(fā)展。二戰(zhàn)時(shí)，很多從事海軍聲納技術(shù)的專(zhuān)家，由于戰(zhàn)爭(zhēng)停止而轉(zhuǎn)向石油勘探，從而發(fā)展了地震勘探技術(shù)。現(xiàn)在，它已發(fā)展為與國(guó)民經(jīng)濟(jì)的眾多領(lǐng)域密切相關(guān)的一門(mén)學(xué)科。是重要的物探方法之一：對(duì)于地質(zhì)或物探專(zhuān)業(yè)的學(xué)生來(lái)講，地震方法是常用的、也是行之有效的方法之一。近年來(lái)，高分辨率地震勘探、VSP（VerticalSeismicProfile,垂直地震剖面）

8、、瞬態(tài)瑞雷波法、反射波測(cè)樁技術(shù)、橫波勘探技術(shù)及常時(shí)微動(dòng)觀測(cè)技術(shù)等迅猛發(fā)展，自會(huì)有它們發(fā)展的必然性。另外，從國(guó)家對(duì)物探工作的總體投入來(lái)看，地震占到了95%也可以說(shuō)明問(wèn)題。因此，希望在坐的各位有必要掌握好這們方法技術(shù)。、地震勘探方法概述.地球物理勘探（簡(jiǎn)稱(chēng)物探）方法是以物理學(xué)原理為基礎(chǔ)，利用電子學(xué)、計(jì)算機(jī)數(shù)字處理技術(shù)、信息論等科學(xué)領(lǐng)域中的新技術(shù)，所建立起來(lái)的一整套勘探地下礦產(chǎn)或結(jié)構(gòu)的方法。借助于各種物探儀器，根據(jù)地質(zhì)任務(wù)，采用相應(yīng)的觀測(cè)方法（裝置或系統(tǒng)）來(lái)觀測(cè)地下巖石的各種物理響應(yīng)，從而推斷和解釋地下巖石的構(gòu)造特點(diǎn)、巖石性質(zhì)等等，以達(dá)到勘察地下礦產(chǎn)或結(jié)構(gòu)的目的。物探方法主要有：重力勘探利用巖石的密

9、度差異；重法勘探利用巖石的磁性差異；電法勘探利用巖石的電性差異；放射性勘探利用巖石的放射性差異；地震勘探利用巖石的彈性差異?！咀⒁猓赫?%勺投入；占95%勺投入】.地震勘探是物探方法中的重要方法之一。它是以地質(zhì)介質(zhì)的彈性為基礎(chǔ)，利用地震儀器觀測(cè)地震波信號(hào)，結(jié)合測(cè)區(qū)的地質(zhì)、鉆探以及其它已知的物探資料，對(duì)觀測(cè)記錄進(jìn)行處理、解釋?zhuān)⒆鞒龅刭|(zhì)推斷的一門(mén)學(xué)科。應(yīng)用范圍：在油氣、煤田勘探、工程地質(zhì)勘察等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，已成為最為有效的勘探方法。一般來(lái)講，地震勘探較其它物探方法的勘探精度高。缺點(diǎn)是:野外作業(yè)及室內(nèi)資料處理工作復(fù)雜,工作量大，因而成本高方法分類(lèi)：天然地震人工地震tZ反射波法折射波法面波法C

10、T法（透射波法或跨孔層析成像） 觀測(cè)系統(tǒng)（以反射波法為例）激發(fā)方式：炸藥、錘擊、震源槍、電火花等。波型：縱波（P波、壓縮波、脹縮波）橫波（S波、剪切波，分為SH和SV波）面波（Rayleigh波、Love波）.淺層地震主要方法：反射波法：不受速度場(chǎng)限制；主要應(yīng)用于中、深層；分辨能力高。折射波法：條件是下部地層波速大于上部地層波速；主要用于表層；分辨能力相對(duì)較低。面波法：條件是自由表面附近介質(zhì)非均勻；主要用于表層分層及計(jì)算表層介質(zhì)的橫波速度；分辨能力較強(qiáng)。應(yīng)用：在工程地質(zhì)勘察中，工程地震勘探的工作量已占工程物探總量的65犯上，主要用于：地礦、能源、水利、鐵道、交通、城建、考古、環(huán)境、國(guó)防等。主要

11、解決的常見(jiàn)地質(zhì)問(wèn)題：A.目的層埋深、厚度（包括風(fēng)化層）；B.斷層、破碎帶、洞穴、地下埋設(shè)物（包括考古、城市地下管網(wǎng)等）；C.礦產(chǎn)資源（煤、砂體、石油、）；D.地質(zhì)災(zāi)害（由波速一地壓或地應(yīng)力的變化）；E.地基、樁基、壩體質(zhì)量評(píng)估（面波或頻率探測(cè)）。、地震勘探方法的發(fā)展歷程.地震勘探歷史A.采集記錄方面：模擬信號(hào)一數(shù)字信號(hào)（提高動(dòng)態(tài)范圍，室內(nèi)可處理）B.儀器方面：?jiǎn)蔚酪欢嗟?；信?hào)有線(xiàn)傳輸一無(wú)線(xiàn)傳輸（采集站）；儀器功放一檢波器集成功放+儀器功放。C.數(shù)字處理方面：?jiǎn)蔚酪凰蒋B加一疊前處理力度加大（多道濾波）（AVO（偏移技術(shù)）（疊前偏移）彈性介質(zhì)模型一雙向介質(zhì)一粘彈性介質(zhì)一各向異性介質(zhì)研究構(gòu)造功能一

12、構(gòu)造+巖性功能（油藏描述）.勘探方法A.針對(duì)應(yīng)用領(lǐng)域：石油地震煤田地震（煤層儲(chǔ)量、斷層、瓦斯超前預(yù)報(bào)）工程地震（表層結(jié)構(gòu)、承載力）B.采集方面：?jiǎn)蔚酪欢S（2D）一三維（3D）一四維（4D）C.針對(duì)波型:面波、體波縱波橫波（P波）（SH及轉(zhuǎn)換SWQD.針對(duì)觀測(cè)系統(tǒng):地面觀測(cè)：反射、折射、面波 井中觀測(cè)：透射波法（CT射線(xiàn)法（初至）波形法（全波場(chǎng)）VSP:零偏一非零偏一WalkAway第一章彈性波理論基礎(chǔ)地震勘探是研究人工激發(fā)的彈性波在巖石中的傳播規(guī)律，以探測(cè)地下地質(zhì)構(gòu)造或地質(zhì)賦存狀態(tài)的地球物理勘探方法。震源因此，可將彈性力學(xué)的基本理論引入到地震勘探中來(lái)第一節(jié)彈性理論概述彈性：物體在外力作用下會(huì)

13、發(fā)生形變。當(dāng)外力消失時(shí)，由于物體具有阻止形變的內(nèi)力，它會(huì)使物體恢復(fù)原狀，物體的這種屬性被稱(chēng)為彈性。塑性：如果外力超過(guò)物體的彈性極限，或外力作用時(shí)間太長(zhǎng)，當(dāng)外力消失時(shí)，物體不能恢復(fù)原狀，物體的這種性質(zhì)被稱(chēng)為塑性。觀點(diǎn)1:彈性與塑性是兩個(gè)極限概念，是為了解決或討論問(wèn)題的方便常常要作的假設(shè)。多數(shù)情形下，介質(zhì)的性質(zhì)介于二者之間，沒(méi)有絕對(duì)的彈性和塑性。觀點(diǎn)2:一種材料或物體的彈、塑性與內(nèi)因和外因兩方面的因素有關(guān)。內(nèi)因：材料本身的性質(zhì)；外因：作用力的大小，作用時(shí)間的長(zhǎng)短。彈性介質(zhì)：產(chǎn)生彈性形變的介質(zhì)。地震彈性波：在彈性介質(zhì)中傳播的地震波。彈性介質(zhì)的幾種類(lèi)型：根據(jù)彈性性質(zhì)與空間方向的變化關(guān)系分：A.各向同性

14、介質(zhì)：彈性體的彈性性質(zhì)與空間方向無(wú)關(guān)。.各向異性介質(zhì)：彈性體的彈性性質(zhì)與空間方向相關(guān)。根據(jù)地震波速與空間位置的變化關(guān)系分：A.均勻介質(zhì)：地震波速不隨空間坐標(biāo)變化而變化。.非均勻介質(zhì)：地震波速隨空間坐標(biāo)變化而變化。C.連續(xù)介質(zhì)：地震波速在介質(zhì)中連續(xù)變化。D.層狀介質(zhì)：在非均勻介質(zhì)中，介質(zhì)的地震波速變化表現(xiàn)出成層性。（顯然，當(dāng)層狀介質(zhì)的層厚趨于零時(shí)就是連續(xù)介質(zhì)）實(shí)際地下介質(zhì)多表現(xiàn)出各向異性，但當(dāng)橫向變化非常緩慢時(shí)，可以忽略，同時(shí)，也是為了討論問(wèn)題的方便，可將其假設(shè)為各向同性介質(zhì)。同樣，實(shí)際介質(zhì)多表現(xiàn)為非均勻介質(zhì)，對(duì)于沉積巖來(lái)講，同時(shí)，也為了討論問(wèn)題的方便，我們可將介質(zhì)看成層狀介質(zhì)，且往往假設(shè)層內(nèi)為

15、均勻介質(zhì)，當(dāng)沉積旋退非常發(fā)育時(shí)，層數(shù)增多，層厚變薄，此時(shí)的層狀介質(zhì)就過(guò)渡到連續(xù)介質(zhì)。二、彈性系數(shù)彈性性質(zhì)用彈性系數(shù)（或彈性模量）來(lái)度量。對(duì)于各向同性介質(zhì)，彈性性質(zhì)可由、E、K等5個(gè)彈性系數(shù)來(lái)確定，而其中獨(dú)立的參數(shù)只有2個(gè)，即已知其中的2個(gè)，就可計(jì)算出另外3個(gè),一般通常用拉梅（Lame）常數(shù)和剪切模量這兩個(gè)系數(shù)來(lái)表述。對(duì)于各向異性介質(zhì)，描述其彈性性質(zhì)的彈性常數(shù)有21個(gè)。（一）楊氏模量(E)L /E 應(yīng)力 F/S定義:E表示物體抗拉伸或擠壓的力學(xué)參數(shù)。E越大，抗拉伸或擠壓的阻力越（二）剪切模量（定義:剪切力F/S剪切形變?yōu)榍凶兘鞘潜硎疚矬w阻止剪切應(yīng)變的力學(xué)參數(shù)，單位與應(yīng)力相同。越大，切應(yīng)變?cè)叫?。?/p>

16、體中=0（三）泊松比（定義:橫向拉伸（或壓縮）縱向壓縮（或拉伸）d/dL/L反映的是物體的橫向拉伸（或壓縮）對(duì)縱向的壓縮（或拉伸）的影響,越大，影響越小。一般未膠結(jié)的砂土較高，而堅(jiān)硬巖石的較小。自然界中，值的取值范圍0, 0.5,當(dāng)=0.25時(shí)的介質(zhì)被稱(chēng)為泊松固體。流體的=0.5。（四）體變模量或體積模量（K）K 靜壓力體積相對(duì)變化PV/V定義:K表示物體的抗壓性質(zhì)，所以又稱(chēng)為抗壓縮系數(shù)。（五）拉梅常數(shù)（）定義:橫向應(yīng)力縱向應(yīng)變我們知道，在彈性力學(xué)中，對(duì)于彈性介質(zhì)，應(yīng)力與應(yīng)變e滿(mǎn)足虎克（HooR定律：（條件：均勻各向同性介質(zhì)）式中：exxeyyezz為體應(yīng)變xx yy zz為應(yīng)力此時(shí)，上述5個(gè)

17、彈性模量的數(shù)學(xué)意義可表示為:1 xy 1 xz1 yz2 exzyyzz2eyy2ezzeyyex（注意“”號(hào)的含義）E xxexx5個(gè)參數(shù)之間的關(guān)系:E (32 )2()E2(1 ) 323 EVs2(3Vp24V；)E22Vp2Vs2Vp22Vs22(VpVs2)Vs2K(Vp，s2)(V；2V；)三、波動(dòng)方程波動(dòng)是指彈性體內(nèi)相鄰質(zhì)點(diǎn)間存在應(yīng)力梯度時(shí)產(chǎn)生質(zhì)點(diǎn)的相對(duì)位移。波動(dòng)方程便是研究應(yīng)力不平衡時(shí)的狀態(tài)方程。由固體彈性理論可知，在均勻各向同性介質(zhì)中，三維波動(dòng)方程為:2d （該方程又被稱(chēng)做Navier2 )grad2u F用后產(chǎn)生的位移向量;方程。式中：F為外力；u是介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)受外力F作 統(tǒng)稱(chēng)

18、為拉梅常數(shù)； 為介質(zhì)的密度；標(biāo)量 是體變系數(shù)， divudivF基礎(chǔ)知識(shí)：梯度：gradei（ei為單位向重）Xi散度：divuuiuiXi旋度：rotuukueijkGXj1,當(dāng)i,j,k是1,2,3的循環(huán)排列時(shí)排列符號(hào),eijk1,當(dāng)i,j,k是1,2,3的反循環(huán)排列時(shí)0,當(dāng)i,j,k是非循環(huán)排列時(shí)22C11.22ui_2u2GXXi恒等式：0u00對(duì)于Navier方程兩邊分別取散度（div）和旋度（rot）,則可得：2t22rotF_wt2式中：wrotu；divF為標(biāo)量，表示的是一種脹縮力（因?yàn)镕J為0,當(dāng)ij時(shí)）；rotF為矢量，表小的是一種旋轉(zhuǎn)力（因?yàn)镕i/Xi0）。上式表明，介質(zhì)

19、在兩種不同得力得作用下，產(chǎn)生兩種不同性質(zhì)的擾動(dòng)。在脹縮力的作用下，將產(chǎn)生僅由體變系數(shù)決定的介質(zhì)體積相對(duì)脹縮的擾動(dòng)，稱(chēng)為縱波；而在旋轉(zhuǎn)力作用下，則產(chǎn)生由w決定的角度轉(zhuǎn)動(dòng)的擾動(dòng)，稱(chēng)為橫波縱波又稱(chēng)脹縮波，橫波又稱(chēng)剪切波。它們分別以速度Vp、Vs傳播。即：般地，位移矢量u和力矢量F既存在散度，也存在旋度。因此，可表示ugradrotFgradrot為:式中：、分別為位移場(chǎng)u的標(biāo)量位和矢量位;、分別為力場(chǎng)F的標(biāo)量位和矢量位。此時(shí)，用位函數(shù)表示的波動(dòng)方程可表示位:2Vp22在遠(yuǎn)離震源區(qū)，震源力已不復(fù)存在，此時(shí)，上述方程便變成以下齊次方2 22 t2 工程：【這表明：當(dāng)我們今后用上述方程去描述波的傳播問(wèn)題時(shí)

20、，所求解出來(lái)的并不是位移，而是位移的位函數(shù)】第二節(jié)彈性波的形成在外力F的作用下，彈性介質(zhì)中存在兩種擾動(dòng)。脹縮力的擾動(dòng)divF對(duì)應(yīng)divu,即介質(zhì)中產(chǎn)生了體積形變，體積形變的傳播形成縱波；旋轉(zhuǎn)力rotF的擾動(dòng)對(duì)應(yīng)wrotu,介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生了旋轉(zhuǎn)形變（切應(yīng)變），切應(yīng)變的傳播形成橫波。它們都屬于體波。止匕外，還有沿自由表面?zhèn)鞑サ拿娌?。下面將討論各種波的形成及傳播特點(diǎn)。為考慮問(wèn)題方便，假設(shè)介質(zhì)為均勻各向同性介質(zhì)，則其彈性參數(shù)具有球形對(duì)稱(chēng)性。因此，可用球面坐標(biāo)系來(lái)討論問(wèn)題。球面坐標(biāo)系與直角坐標(biāo)系的關(guān)系為：在圖中：r：球面上任意一點(diǎn)P到直角坐標(biāo)原點(diǎn)。的距離；a:r所在圓面與X軸的夾角；B：OP與Z軸的夾角

21、。則有：xrsincosyrsinsinzrcos在球面坐標(biāo)系（r,）中，縱波的波動(dòng)方程可表小為:一、縱波（P波、脹縮波、疏密波、壓縮波） TOC o 1-5 h z 2222下Vp（一）0trrr令：ir,則得22Tv；To（也叫弦方程）tr其達(dá)朗貝爾解：rVp-r_Ci(t-)C2(tVp式中，Ci、C2為兩個(gè)任意常數(shù)，它們與震源得性質(zhì)有關(guān)。若令：t工常數(shù)t上常數(shù)VpVp則1表示了波動(dòng)在某一個(gè)固定時(shí)刻得狀態(tài)，即波陣面上式中，第一項(xiàng)表示波動(dòng)隨時(shí)間增加遠(yuǎn)離震源方向傳播，第二項(xiàng)則相反。所以前者被稱(chēng)為發(fā)散波，稱(chēng)后者為會(huì)聚波。會(huì)聚波不符合實(shí)際情況，是物理不可實(shí)現(xiàn)得，因此，不予考慮。此時(shí)，其達(dá)朗貝爾解

22、可進(jìn)一步修改為:Ci(trV?相應(yīng)的位移為:式中：1(t)為震源強(qiáng)度函數(shù)；1(t)1(t)/t； r/r為單位向量1 r 1 八、Up grad -r 1(t)4 Vp r1rVpr i(t)-r(D根據(jù)縱波位移表達(dá)式，可以總結(jié)出縱波具有以下特點(diǎn)：質(zhì)點(diǎn)位移方向與r的方向一致，即質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波的傳播方向一致。因此，縱波又稱(chēng)為線(xiàn)性極化波。由于1。b1(t)有正有負(fù)，因此在縱波(2)(3)Vp:E(1),(1)(1 2 )當(dāng)Vp 一定時(shí)，質(zhì)點(diǎn)位移Up決定于r、 定于離震源的距離r、震源強(qiáng)度函數(shù)l(t)、i(t),即質(zhì)點(diǎn)位移的大小決i (t)及其變化率 i (t);(4)振動(dòng)強(qiáng)度隨傳播距離增大而減小

23、，這一現(xiàn)象被稱(chēng)為球面擴(kuò)散。二、橫波(剪切波、橫波由旋轉(zhuǎn)力產(chǎn)生。2S波，包括SH波和SV波)位移位函數(shù)所表達(dá)的波動(dòng)方程為：t2在球面坐標(biāo)系Vs2 2(t)r,)中,其解為:UsUsU sr11H 二(4 Vs rJ(4 Vs r1 ( X cos rVs0sincoscoscosy cos)rV s siny cos cosy cos cossinxsinsin )y COs )擾動(dòng)帶內(nèi)將會(huì)間隔出現(xiàn)膨脹帶和壓縮帶，所以又稱(chēng)為疏密波或壓縮波;縱波的傳播速度：因此，橫波具有以下特點(diǎn):(1)傳播速度：2-(E-)(2)橫波在傳播方向上的質(zhì)點(diǎn)位移Usr0,而在垂直于傳播方向的和方向上具有位移Us、Us,

24、說(shuō)明橫波質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與傳播方向正交。橫波力巨面垂直切也是線(xiàn)性極化波。振動(dòng)方向?yàn)樗綍r(shí)稱(chēng)SH波，振動(dòng)方向?yàn)榇怪睍r(shí)稱(chēng)SV波。 TOC o 1-5 h z （3）振動(dòng)強(qiáng)度決定于旋轉(zhuǎn)激發(fā)力的強(qiáng)度函數(shù)及其變化率。（4）橫波同樣具有球面擴(kuò)散特征。（5）在液體和氣體中，由于0,所以不存在橫波。（6）根據(jù)Vp、Vs可以求泊松比：2（1）Vs12由此可見(jiàn)，的取值范圍為（0,0.5）。一般巖石可看作泊松固體，即0.25,此時(shí)，Vp/Vs1.73,可見(jiàn)橫波速度Vs（縱波速度Vp,即橫波傳播得比縱波慢一些，這就是為什么當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生后，往往會(huì)感覺(jué)到兩次強(qiáng)烈震動(dòng)得原因。只要測(cè)出Vp、Vs,便可計(jì)算其它彈性摸量值:Vs2 (

25、此 4V；)Vp_222(Vp Vs )(Vp2 4Vs2)(Vp2 2Vs2)Vs2Vp22V；（楊氏摸量）（泊松比）（剪切摸量）（體變摸量）（拉梅常數(shù)）用這種方法測(cè)得的彈性摸量稱(chēng)為動(dòng)態(tài)彈性摸量，二實(shí)驗(yàn)室內(nèi)測(cè)得的則稱(chēng)為靜態(tài)彈性摸量。三、面波（Rayleigh波、Love波）除體波外，還有另一類(lèi)波，從能量上講，它們只分布在彈性分界面附近，因此，統(tǒng)稱(chēng)為面波，如Rayleigh波和Love波。Rayleigh波（又稱(chēng)地滾波）這是一種在自由表面（空氣與地球表面形成得彈性分界面）附近大約一個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)傳播的波。這種波是英國(guó)學(xué)者Rayleigh于1887年在理論上首先證明出來(lái)而得名。它具有以下特點(diǎn)：（1

26、）質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)軌跡沿與波傳播方向成反方向的橢圓軌道運(yùn)動(dòng)，即沿逆時(shí)針?lè)较虻臋E圓軌跡運(yùn)動(dòng)，因此它是橢圓極化波；（2）這種橢圓軌跡是由相位相差/2的兩個(gè)相互垂直的振動(dòng)分量合成而得；（3）振動(dòng)能量沿垂直方向衰減快，而沿水平方向（近似于傳播方向）衰減慢。因此只在地表附近一個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)傳播。由于體波球面擴(kuò)散時(shí)A1/r,而Rayleigh波A1/&,所以，在遠(yuǎn)離震源時(shí)，面波能量往往強(qiáng)于體波能量，這就是稱(chēng)之為地滾波得由來(lái)；傳播速度：由Rayleigh方程 TOC o 1-5 h z 1M、6叢、42Vro一()()()8VsVs1Vs求解該方程得：Vr0.871.12Vs10.5,VR1,即VrVs例如:0.25

27、0.330.400.50Vr0.92Vs0.933Vs0.943VS0.956Vs一般土的泊松比0.450.49,因此，可以近似看作VrVs,即可通過(guò)計(jì)算面波速度Vr而近似獲得橫波速度Vs。（5）存在頻散現(xiàn)象，即波速Vr是頻率的函數(shù)VrVR（f）o利用這一特征，可以從事工程勘察，即面波勘探。Love波是一種類(lèi)似于SH型的面波，質(zhì)點(diǎn)在水平方向振動(dòng)并垂直于波的傳播方向，存在于表層和地下層界面附近。其形成條件是：上部地層VS下部地層Vs這種波的能量往往比較弱（當(dāng)用垂直檢波器檢測(cè)時(shí)），因此很少討論。于之相反，而Rayleigh波的振動(dòng)橢圓軌跡的長(zhǎng)軸在垂直方向，所以，垂直檢波器很容易檢測(cè)到它的存在。四、

28、有效波和干擾波有效波工作時(shí)用來(lái)解決測(cè)區(qū)地質(zhì)任務(wù)的波；干擾波有礙于提取并識(shí)別有效波的其它波。有效波與干擾波的概念是相對(duì)的。但有些干擾波（如隨機(jī)干擾、工業(yè)電干擾等）絕對(duì)屬于干擾波，是必須去除或壓制的，從而發(fā)展了很多相應(yīng)的數(shù)字處理技術(shù)去壓制它們。信噪比(S/N)定義為：有效信號(hào)強(qiáng)度/干擾信號(hào)強(qiáng)度。第三節(jié)彈性波的描述一、地震波場(chǎng)的基本特征地震波場(chǎng)的基本特征包括：運(yùn)動(dòng)學(xué)特針地震波傳播的時(shí)間(旅行時(shí)或走時(shí))與空間位置之間所展現(xiàn)出的特征。主要與波速及地下構(gòu)造因素有關(guān)。動(dòng)力學(xué)特征地震波傳播時(shí)，其波形、頻率、振幅隨空間和時(shí)間變化而變化所展現(xiàn)出的特征。主要與激發(fā)源、介質(zhì)吸收及構(gòu)造形態(tài)等有關(guān)。假設(shè)地下介質(zhì)是彈性介質(zhì)

29、，地震波場(chǎng)即可視為彈性波場(chǎng)。因此，下面從更廣義的角度來(lái)表述彈性波場(chǎng)描述所需的幾個(gè)基本概念。二、振動(dòng)圖和波剖面圖波在彈性介質(zhì)中傳播時(shí)，既是時(shí)間t,又是空間r的函數(shù)，即位移uu(r,t)。.振動(dòng)圖對(duì)于固定的r,即只觀察某一固定的質(zhì)點(diǎn)，其振動(dòng)隨時(shí)間t的變化關(guān)系，即uu(t),該函數(shù)的圖象就稱(chēng)為振動(dòng)圖。對(duì)于簡(jiǎn)諧振動(dòng)來(lái)說(shuō)，如uu(t)Asin(2ft)我們知道：A表示振幅；T稱(chēng)為周期；f1/T表示頻率等。對(duì)于一般意義的彈性波，由于介質(zhì)的粘滯性等原因，其頻率常表現(xiàn)為:由于它不是精確的周期振動(dòng)，所以：*、，、，-A視振幅，它描述振動(dòng)的強(qiáng)弱Ti*視周期，它描述振動(dòng)的快慢；_*、一一、，fi1/1視頻率ti初至

30、時(shí)間，它表示某質(zhì)點(diǎn)剛剛開(kāi)始振動(dòng)的時(shí)間延續(xù)度，它表示質(zhì)點(diǎn)從開(kāi)始振動(dòng)到停止振動(dòng)的時(shí)間問(wèn)隔。它直接影響到地震勘探的分辨能力(因此，要壓縮它，即發(fā)展了所謂的反褶積技術(shù)或去子波技術(shù))。.波剖面圖對(duì)于固定的時(shí)間t,各質(zhì)點(diǎn)的位移uu(r)的圖象就稱(chēng)為波剖面圖。它是表示在某一時(shí)刻各質(zhì)點(diǎn)之間振動(dòng)強(qiáng)弱關(guān)系的圖象。*視波長(zhǎng)即相鄰兩個(gè)波峰之間的距離；*.K1/視波數(shù)，即單位距離內(nèi)視波長(zhǎng)的數(shù)目。為表示方便，以后取消“視”或“*”號(hào)。關(guān)系式：VT,V表示視速度，T表示視周期。11fK-VTV地震傳播既表現(xiàn)出運(yùn)動(dòng)學(xué)特征，又表現(xiàn)出動(dòng)力學(xué)特征。我們知道:A.運(yùn)動(dòng)學(xué)特征即描述波在傳播過(guò)程中,波前、射線(xiàn)、等時(shí)面、視速度等參數(shù)隨空間

31、變化而變化的關(guān)系。即用波剖面圖來(lái)表述；B.動(dòng)力學(xué)特征即描述波在傳播過(guò)程中,波形、波幅或波譜（頻率）、能量等參數(shù)隨時(shí)間變化而變化的關(guān)系。即用振動(dòng)圖來(lái)表述。.波前面與等相位面以均勻各向同性介質(zhì)中的點(diǎn)震源為例，其球面波傳播示意圖為：對(duì)于某個(gè)時(shí)刻，介質(zhì)振動(dòng)將形成三個(gè)區(qū)域：振動(dòng)結(jié)束區(qū)域、擾動(dòng)區(qū)域、振動(dòng)未到區(qū)域。波前面（波前）某一時(shí)刻介質(zhì)中剛剛開(kāi)始振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)所連成的面。波尾面（波尾）某一時(shí)刻介質(zhì)中剛剛停止振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)所連成的面。振動(dòng)帶波前與波尾之間的介質(zhì)區(qū)域。此時(shí)，其中所有質(zhì)點(diǎn)正處于振動(dòng)狀態(tài)。等相位面在某一時(shí)刻，具有相同相位狀態(tài)的質(zhì)點(diǎn)所連成的面。顯然，波前面和波尾面都是等相位面。隨著球面波前的進(jìn)一步擴(kuò)大，當(dāng)

32、擴(kuò)大到非常大時(shí)，可以把球面上的局部近似看成平面。這就是到以后可將遠(yuǎn)離點(diǎn)震源的波作為平面波來(lái)研究的原因。執(zhí)置傳怖學(xué)上國(guó).時(shí)間場(chǎng)與等時(shí)面波前面上的每一點(diǎn)M(x,y,z)都有與之對(duì)應(yīng)的旅行時(shí)間3因此，旅行時(shí)間t也是空間M(x,y,z)的函數(shù)。這種反映波場(chǎng)面時(shí)空關(guān)系的物理場(chǎng)稱(chēng)為時(shí)間場(chǎng)，即tt(x,y,z)。在地震波傳播區(qū)域內(nèi)，若將旅行時(shí)間相同的各點(diǎn)連成曲面，就構(gòu)成時(shí)間等值面(簡(jiǎn)稱(chēng)等時(shí)面)。等時(shí)面與波前面形狀是相似的，都表示在某一時(shí)刻剛剛Jal-Jm-i-J，fJ-開(kāi)始振動(dòng)的點(diǎn)所連成的面，但二者的含義不同。等時(shí)面為時(shí)間量綱，而波前面為空間量綱。射線(xiàn)是用來(lái)表示波的傳播路徑與方向的幾何線(xiàn)。射線(xiàn)原理(費(fèi)馬原理

33、)波沿射線(xiàn)路徑傳播的時(shí)間要比沿其它路徑傳播的時(shí)間小，即射線(xiàn)肯定是垂直波前面的。因此，射線(xiàn)原理也稱(chēng)為最小時(shí)間原理。由于波前面的形狀與等時(shí)面的形狀相一致，因此，射線(xiàn)也垂直于等時(shí)面。思考：在均勻和非均勻介質(zhì)中，射線(xiàn)和等時(shí)面的形狀分別是什么樣？.地震波的頻譜振動(dòng)圖是地震信號(hào)隨時(shí)間t而變化的圖象，可用“時(shí)域”函數(shù)f表示。有時(shí)，為了討論問(wèn)題的方便，在地震資料處理中，需要在“頻率域”來(lái)研究地震信號(hào)的特點(diǎn)。如反射波、面波、工業(yè)電干擾等，雖然在時(shí)域內(nèi)它們是交織在一起的，但在頻率域內(nèi)，它們便可以較好地區(qū)分。因此，我們有必要在此討論一下地震波的頻譜。設(shè)f(t)所對(duì)應(yīng)的頻譜為F(f),則F(f)為一復(fù)數(shù)函數(shù)。由付氏變

34、換的單一對(duì)應(yīng)關(guān)系我們知道，二者是可以互換的，即：FTf(t)FT1F(f)FT:F(f)f(t)ei2ftdtFT1:f(t)F(f)ei2ftdf由付氏逆變換可見(jiàn)：地震信號(hào)f是由一系列頻率的簡(jiǎn)諧振動(dòng)復(fù)合而成的。換句話(huà)說(shuō)，不同頻率的簡(jiǎn)諧振動(dòng)可以復(fù)合成非常復(fù)雜的地震信號(hào)。F(f)可用復(fù)變函數(shù)F(f)A(f)ei來(lái)表示。式中：A(f)振幅譜(f)相位譜所以，f(t)A(f)ei2ftdf該式可以更清楚地表明：信號(hào)f（t）可以看作由無(wú)限個(gè)不同頻率、不同初始相位的簡(jiǎn)諧振動(dòng)的疊加。各個(gè)頻率的簡(jiǎn)諧振動(dòng)的振幅就構(gòu)成了振幅譜A（f）；各個(gè)頻率的簡(jiǎn)諧振動(dòng)的相位就構(gòu)成了相位譜（f）。如：振幅譜和相位譜合起來(lái)，統(tǒng)稱(chēng)

35、為“頻譜”。胃Jf）八pIJIIIIjiiiiiihr強(qiáng)幅避相位諧“頻譜分析”將時(shí)域地震信f（t）通過(guò)付氏變換得到其頻譜曲線(xiàn)，進(jìn)而進(jìn)行分析的過(guò)程。通過(guò)頻譜分析，我們可以看出各種頻率成分對(duì)地震波能量的貢獻(xiàn)的大小。在地震勘探過(guò)程種，我們所記錄到的各種類(lèi)型的波，其主頻及頻帶是有所區(qū)分的。如：因此，通過(guò)設(shè)計(jì)合適的濾波器，就可達(dá)到壓制不期望的波（干擾波），保留期望保留的波（有效波），從而提高地震信號(hào)的信噪比的目的。這也是頻譜分析的出發(fā)點(diǎn)之一。以下是一些典型（或理想）波形函數(shù)的頻譜。f(t)Atf(t)川 F(f) A(f)A否Acf(t)sin(bt)f(t)A(f)以(f)0d二：aY/b/29b/2

36、J_二一/從上圖可以看出，只要時(shí)域信號(hào)具有軸對(duì)稱(chēng)性，即f(t)f(t),則其相位譜恒等于0,即(f)00證明如下：F(f)A(f)eia(f)ib(f)式中：a(f)A(f)cos(f)b(f)A(f)sin(f)A(f)Ja2(f)b2(f)(振幅譜)(f)arctgb(f)/a(f)(相位譜)又因：F(f)f(t)ei2ftdtf (t)cos(2 ft)dt if(t) sin(2 ft)dt由于f(t)為偶函數(shù)，而sin為奇函數(shù)，可見(jiàn)：b(f)0,從而(f)0第四節(jié)彈性波的傳播質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)是產(chǎn)生波動(dòng)的根源，是基礎(chǔ)，而波動(dòng)是振動(dòng)的傳播過(guò)程。其形成機(jī)理：cab一、V1根據(jù)斯奈爾定律：若V2V1

37、,則一定有一個(gè)入射角sin sinvT -vT90 ,使得 90。令 90 ,則:V1M1Vlsinsinsin()V2V2V2此時(shí)的入射角稱(chēng)為臨界角。當(dāng)入射角達(dá)到臨界角時(shí)，透射波將沿界面滑行，產(chǎn)生滑行波。當(dāng)入射角i（臨界角）時(shí)，透射波轉(zhuǎn)化為滑行波?；胁ㄑ亟缑婊袝r(shí)，界面上的每個(gè)質(zhì)點(diǎn)都相當(dāng)于新的擾動(dòng)源（根據(jù)惠更斯原理），新的擾動(dòng)源產(chǎn)生的波再到達(dá)地面，被布置在地面上的檢波器檢測(cè)到，此時(shí)記錄下的波即為折射披。由于折射波沿界面滑行時(shí)，是以下伏介質(zhì)中的波速傳播的，當(dāng)炮檢距比較大時(shí)，它可能先于直達(dá)波到達(dá)檢波器，所以有時(shí)又叫“初至”。2.折射波的接收條件：xxm只有當(dāng)XXm時(shí)，才能接收到折射波。對(duì)于水平

38、層狀介質(zhì)，Xm2htgi,式中：isin1（V1/V2）。在X（0,Xm）區(qū)域內(nèi)，無(wú)法接收到折射波，因此該區(qū)域被稱(chēng)為“折射波盲區(qū)”影響折射波盲區(qū)大小的因素：A.界面上、下介質(zhì)的速度比，V1/V2越大，盲區(qū)越大；B.折射面的埋深h,h越大，盲區(qū)越大；C.折射面的傾角（如下圖），顯然，XmhXm下。即在折射面的上傾方向接收折射波比在折射面的下傾方向接收折射波，其盲區(qū)范圍要小。當(dāng)折射面傾角增大到90i時(shí)，Xm下，即在下傾方向就J、 0 生?鼻F下K木3- 4吟金出leqfyc獸 R再也無(wú)法接收到折射波了。tABBCVABh2x2BCh2x2繞射現(xiàn)象同樣可用惠更斯原理來(lái)解釋。事實(shí)上，界面上的每個(gè)點(diǎn)都可

39、看作是新震源，在地面上觀測(cè)到的一個(gè)連續(xù)界面上的反射波是由所有這些新震源產(chǎn)生的繞射波的疊加。此時(shí)，我們稱(chēng)之為“廣義繞射”，由于地質(zhì)體不連續(xù)造成的間斷點(diǎn)而引起的繞射波被稱(chēng)為“狹義繞射”。如不特殊中明，一般所說(shuō)的繞射是指“狹義繞射”。有時(shí)，地層由于侵蝕，造成層面不光滑，粗糙不平，當(dāng)?shù)卣鸩▊鞑サ竭@種凹凸不平的界面時(shí)會(huì)產(chǎn)生散射現(xiàn)象。散射也稱(chēng)為漫射，將造成地震剖面中反射第五節(jié)彈性波的衰減概念：能逋量密度一（波的強(qiáng)度）單位時(shí)間通過(guò)垂直于波動(dòng)傳播方向（即波前面）單位面積的能量。用I表示。一般，IA2,即I與振幅A的平方成正比。地震波在傳播過(guò)程中，其能量的變化由多種因素引起。主要有：波前擴(kuò)散、介質(zhì)吸收造成能量衰

40、減、分界面造成反射、透射及層間多次反射。一、波前擴(kuò)散（球面擴(kuò)散、以球面波為例，隨著波前面的不斷擴(kuò)大，通過(guò)單位面積的能量將逐漸變小。設(shè)激發(fā)總能量為E,則：E-2r。2r0_r考慮到IAA2,所以，A的r這表明，球面波的強(qiáng)度與傳播距離的平方成反比，振幅與傳播距離成反比。同樣，可以推導(dǎo)出柱面波、平面波所對(duì)應(yīng)的通式：式中，m0,1,2分別對(duì)應(yīng)平面波、柱面波、球面波的擴(kuò)散。二、吸收衰減介質(zhì)對(duì)地震波的吸收實(shí)際地質(zhì)介質(zhì)并非完全彈性介質(zhì)，彈性波在非完全彈性介質(zhì)中傳播時(shí)，介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的能量因質(zhì)點(diǎn)之間相互摩擦，有一部分能量要轉(zhuǎn)化為熱能而損失掉，這種現(xiàn)象稱(chēng)為介質(zhì)對(duì)地震波的吸收。粘滯介質(zhì)具有吸收性能的非理想彈性介質(zhì)

41、?；蚪小罢硰椥越橘|(zhì)”。吸收衰減可用以下方程表示：AAoer式中，A。為rr。處的振幅；為吸收系數(shù)，表示單位距離內(nèi)振幅的衰減率。吸收系數(shù)是頻率f的函數(shù)，即當(dāng)頻率很低時(shí)，滿(mǎn)足。,則:121/22(2)3/2VVp式中4/3,為粘滯系數(shù)當(dāng)頻率教高時(shí)，滿(mǎn)足2，則:(2小/2)1/2由此可見(jiàn)，f越高，越大。所以，大地具有低通濾波作用。同時(shí)，波的傳播速度在頻率比較高時(shí)，亦會(huì)隨f變化，這種現(xiàn)象稱(chēng)為“波的頻散特征”。一般在地震勘探所能記錄到的有效地震信號(hào)的頻帶內(nèi)，體波的頻散現(xiàn)象很弱，可以忽略。吸收的強(qiáng)弱隨巖石的性質(zhì)變化而變化。一般地，疏松巖石（如風(fēng)化層）比硬巖石的吸收要大。因此，地震波在通過(guò)表層風(fēng)化層時(shí)，會(huì)大

42、大地被吸收掉，尤其是高頻成分，很快被吸收掉，導(dǎo)致地震勘探的分辨能力下降。為盡量避免這一現(xiàn)象發(fā)生，人們往往將激發(fā)點(diǎn)置于風(fēng)化層以下，并將檢波器挖坑埋置。最后，綜合球面擴(kuò)散和地層吸收：A0rAer三、透射損失為考慮問(wèn)題簡(jiǎn)單，只考慮一次反射，未考慮多次反射。式中，Ti表示由R2界面反射回來(lái)的波經(jīng)過(guò)由V2到V,介質(zhì)中的Ri界面時(shí)的透射 TOC o 1-5 h z 系數(shù)。若假設(shè)入射角0,則依次類(lèi)推：這表明，彈性波每透過(guò)一個(gè)彈性分界面時(shí)，必使入射波的振幅Ao乘以一個(gè)_2_2_2-AnAo(1Ri)(1R2)(1Rn1)Rnn1_2ARn(1R)i1因子(1R2),這個(gè)因子稱(chēng)為透射損失因子。由于(1R2)1,

43、所以，入射波的能量由于透射損失會(huì)耗損一部分。但由于R1,所以這部分損失往往被忽略。第六節(jié)地震反射波記錄道的形成設(shè)Ao表示入射波的振幅，表示吸收系數(shù)，r表示波的傳播距離，(t r/V)表示地震子波(它由震源函數(shù)和介質(zhì)性質(zhì)決定)，則由地下某一反 射界面反射到地面的波的位移為：_2 _ r rR2) R (t -)-V rR2) R匚 r若令upAnA0erA0e r(t(1(111.地震記錄g(t)的形成：就是將地下所有反射界面所獲得的各位移量相加形成的振動(dòng)圖。g(t)繪圖表示如下：對(duì)應(yīng)各界面的波形受多種因素影響，如：、(tr/V)等；振幅受r、An的影響；極性受反射系數(shù)R的影響。若各界面反射項(xiàng)的

44、子波長(zhǎng)度ti(i為相鄰兩層之間的雙程旅行時(shí))，則疊加后，互不干涉，可以分開(kāi)，即可以分辨各層的存在。反之，則無(wú)法分開(kāi)，從而無(wú)法分辨各層的存在。在地震勘探中，將分辨率定義為T(mén)/4,即由相鄰層之間的厚度所引起的雙程旅行時(shí)i至少應(yīng)大于或等于T/4,最好是T/2,便可分辨。即：其中f為地震波的主頻。優(yōu)勢(shì)波由強(qiáng)反射系數(shù)界面所引起的反射記錄中較強(qiáng)的波，一般用作標(biāo)志層。優(yōu)勢(shì)波由微弱反射系數(shù)界面所產(chǎn)生的反射記錄中較弱的波。2.地震道褶積模型(Robinson時(shí)不變褶積模型)設(shè)地震子波為b(t),反射系數(shù)為R(t),則ngR(t)*b(t)RibtiRbt1R2n2R3bt3Rnbtni1可見(jiàn)，式中bti相當(dāng)于：

45、它本身是隨時(shí)間變化而變化的，但為了討論問(wèn)題方便，我們常常假設(shè)在某個(gè)時(shí)間段內(nèi)是不變的，因此，又稱(chēng)為時(shí)不變褶積模型。利用Robinson時(shí)不變褶積模型，可以用來(lái)制作正演的理論地震記錄。第七節(jié)地震波速度及其影響因素分析一、巖性不同巖性的地層常表現(xiàn)出不同的波速。因此，波速將地質(zhì)模型與物理模型聯(lián)系起來(lái)的。一般地，A.變質(zhì)巖、花崗巖、玄武巖的波速較大；B.沉積巖波速變化范圍大。如石灰?guī)r、大理巖(統(tǒng)稱(chēng)為碳酸巖)的波速較大，而泥質(zhì)巖及未成巖的第四紀(jì)地層的波速相對(duì)較小。詳見(jiàn)教材中P.22中的表1.7-1及P.23中的表1.7-2。因各種巖性的波速存在一定差異，所以，結(jié)合鉆探標(biāo)定，就可以利用測(cè)得的地震波速來(lái)區(qū)分巖

46、性。二、孔隙度、裂隙、密度及孔隙充填物孔隙度孔隙總體積占整個(gè)體積的百分?jǐn)?shù)。一般致密巖石的孔隙度小，松散巖石的孔隙度大?？紫吨幸话愕某涮钗镉校嚎諝?、水、淤泥、雜質(zhì)等。地震波在巖石中傳播時(shí)，是在這種雙向介質(zhì)中傳播的，具速度是具體積加權(quán)平均餓結(jié)果。設(shè)Vm、V分別表示骨架和充填物的波速，為孔隙度，則測(cè)得的波速應(yīng)為VV（1）Vm。同樣地，密度（1）m。由于VmV,所以，隨著孔隙度的增大，測(cè)得的波速V將下降。充填物不同，使得V不同，所以測(cè)得的波速V也不同。另：一般來(lái)講，與V基本呈正比例關(guān)系，V。也就是說(shuō)，若巖石的密度增大，則速度V也將相應(yīng)地增大。經(jīng)驗(yàn)公式（Gardner,伽納公式）：aVb,其中a0.31

47、,b0.25,V的單位為Km/s。三、風(fēng)化、破碎程度風(fēng)化使巖體礦物變異，原生結(jié)構(gòu)遭到破壞。一般風(fēng)化和破碎將導(dǎo)致速度降低。四、其它因素影響地震波速度的因素很多，是綜合影響。這其中還有：地質(zhì)年代、埋深、靜壓力等。埋深使靜壓力增大，從而使得巖石的壓實(shí)程度提高，波速增大。第一章思考題.什么叫地震勘探？其應(yīng)用范圍主要有哪幾個(gè)方面？.什么叫體波、面波？它們分別由哪幾種波組成？并給出相應(yīng)的定義。.什么叫有效波、干擾波、信噪比？.波前、波尾、等時(shí)面、射線(xiàn)四個(gè)概念之間有什么區(qū)別和聯(lián)系？.簡(jiǎn)述費(fèi)馬原理、惠更斯原理、斯奈爾定律。.什么叫振動(dòng)信號(hào)的頻譜？對(duì)測(cè)區(qū)有效波和干擾波進(jìn)行頻譜分析有和意義？.什么叫振動(dòng)圖、波剖面

48、圖？地震勘探過(guò)程中所記錄到的地震記錄是什么圖？.描述振動(dòng)圖和波剖面圖各有哪些參數(shù)？利用其中的哪些參數(shù)可以求出視速度V,請(qǐng)寫(xiě)出其表達(dá)式。.引起地震波能量衰減的因素主要有哪些？吸收系數(shù)主要與哪些因素有.反射波、折射波、轉(zhuǎn)換波、繞射波各自的形成條件是什么？.對(duì)于各向同性彈性介質(zhì)，已知P、S波的速度VVS,請(qǐng)寫(xiě)出楊氏模量E、泊松比、剪切模量、體變模量K及拉梅常數(shù)與M、M的關(guān)系表達(dá)試。.縱波、橫波、瑞雷面波各有哪些特點(diǎn)？.分別寫(xiě)出用位移及位移位函數(shù)表示的波動(dòng)方程。.寫(xiě)出垂直入射時(shí)的反射系數(shù)和透射系數(shù)的表達(dá)式。.振幅隨炮檢距變化而變化被稱(chēng)為AVO根據(jù)以下AVO線(xiàn)回答上、下層介質(zhì)的波速誰(shuí)大？為什么？.寫(xiě)出R

49、obinson時(shí)不變褶積模型的表達(dá)式。已知地震子波b(t)1,2,1、反射系數(shù)序列R(t)0,0,0.1,0,020,0,請(qǐng)計(jì)算理論合成記錄。.影響地震波傳播速度的主要因素有哪些？.什么叫頻散現(xiàn)象？.弄清彈性、塑性、各向同性、各向異性、均勻介質(zhì)、非均勻介質(zhì)、連續(xù)介質(zhì)、層狀介質(zhì)等概念。第二章地震波的時(shí)距曲線(xiàn)一些概念炮檢距x炮到任意才波點(diǎn)R的距離。道間距&相鄰檢波點(diǎn)之間的距離。偏移距(Offset)炮到最近檢波點(diǎn)R的距離。地震記錄道以激發(fā)瞬間作為記時(shí)零點(diǎn)，在檢波點(diǎn)處所記錄到的該點(diǎn)的振動(dòng)圖。地震記錄多個(gè)地震記錄道按炮檢距順序排列起來(lái)所構(gòu)成的圖形。地相軸地震記錄中，反射波、折射波等規(guī)則波所呈現(xiàn)出的振動(dòng)

50、峰值的規(guī)則排列。時(shí)距曲線(xiàn)同相軸在旅行時(shí)t與炮檢距x直角坐標(biāo)系（tx）中所表示出的函數(shù)關(guān)系。地演問(wèn)題根據(jù)物理觀測(cè)場(chǎng)反算物理模型參數(shù)。正演問(wèn)題根據(jù)物理模型計(jì)算相應(yīng)的觀測(cè)物理場(chǎng)。本章是假設(shè)已知地下介質(zhì)的構(gòu)造形態(tài)和相應(yīng)的巖性參數(shù)來(lái)計(jì)算各種規(guī)則波的時(shí)距曲線(xiàn)，屬正演問(wèn)題。第一節(jié)反射波（Reflection）時(shí)距曲線(xiàn)、兩層介質(zhì)的直達(dá)波和反射波時(shí)距曲線(xiàn)假設(shè)：界面上、下介質(zhì)都是均勻、各向同性介質(zhì)，其波速分別為M、20為經(jīng)過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)，斜率為1/V1（一）直達(dá)波時(shí)距曲線(xiàn)的兩條直線(xiàn)。因此，如果我們能從地震記錄上讀取直達(dá)波的斜率，便可求得第一層（表層）介質(zhì)的波速。（二）水平界面反射波時(shí)距曲線(xiàn)與正常時(shí)差虛震源地一炮,幻關(guān)

51、于地震界面的鏡像點(diǎn)O*。ORRSORS12ViV1V1t.4h2x2記：to2h/Vi,稱(chēng)為回聲時(shí)間（或自激自收時(shí)間），則得：上式為典型的雙曲線(xiàn)方程。這說(shuō)明水平界面的反射波時(shí)距曲線(xiàn)在tx域內(nèi)為雙曲線(xiàn)。若在t2t2to2 x2 x V2域內(nèi)則為直線(xiàn)雙曲線(xiàn)在各點(diǎn)的斜率為:t2t?2-1 4h2dtdxVi 4 4hx 12 x2 -V1*式中V為視速度。當(dāng) x o時(shí)，dt/dx當(dāng) x 時(shí)，dt/dx_ *o, V1*1/V1, V1Vi ，說(shuō)明該雙曲線(xiàn)的漸近線(xiàn)為直達(dá)波時(shí)距曲線(xiàn)。對(duì)反射波時(shí)距曲線(xiàn)方程進(jìn)行泰勞展開(kāi):tto1（注）21,2Vto正常時(shí)差（1 X 21 八toC 5（VT）8（VT）2 V

52、to 8 Vtoto2 x上方（當(dāng)2hx時(shí)）2toV2t）一旅行時(shí)t與來(lái)自同一反射界面的雙程垂直時(shí)間（回聲時(shí)間）to之差t tto2x2toV由于to、V為常數(shù)（各向同性,均勻介質(zhì)），所以 t只與x有關(guān)。正常時(shí)設(shè)界面傾角為，則OM 2hsinO M 2hcos差（t）與以后資料處理時(shí)將要講的動(dòng)校正（NMO,NornalMoveout）有必然聯(lián)系。（三）傾斜界面反射波時(shí)距曲線(xiàn)和正常時(shí)差-_*-,ORRSORS1*2tOM（xOM）V1V1V1Jx24h24hxsinV1，式中：“土為當(dāng)x軸與傾向方向一致時(shí)取+，反之取-。寫(xiě)成雙曲線(xiàn)形式：22-2V1t（x2hsin）2.21（2hcos）（2hc

53、os）這表明：傾斜層的反射波時(shí)距曲線(xiàn)也是雙曲線(xiàn)，但其對(duì)稱(chēng)軸不再是t軸，而在x2hsin,時(shí)距曲線(xiàn)極小點(diǎn)在上傾方向偏離原點(diǎn)2hsin處，據(jù)此可以判斷反射界面的傾向。 TOC o 1-5 h z 同樣地，假設(shè)2hx,則其對(duì)應(yīng)的二項(xiàng)泰勞展開(kāi)式為：22,2hx4hxsin1/2,一x4hxsin、t(12)to(17-2)V4h8h下面討論如何利用對(duì)稱(chēng)排列來(lái)計(jì)算傾o斜層的傾角o如左圖所示，在記錄上讀出偏離。點(diǎn)同樣距離x的兩個(gè)點(diǎn)的反射波時(shí)間值tl、t2,則:tito(1t2to(12x 4h xsin8p)x2 4h xsin8h2td t2tit0sin -V2xsinhxX 一 sinV稱(chēng)乜為傾角時(shí)

54、差) x式中平均速度：將多層介質(zhì)等效為一層看待，同時(shí)只考慮入射角0 (垂直入射)Vitititihi/Vi為地震波垂直穿越第i層的傾角時(shí)差是由界面傾斜引起的單位距離的旅行時(shí)間差o為了克服隨機(jī)性，實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可取n對(duì)對(duì)稱(chēng)道的時(shí)差，然后求平均，即:1/1ntd TOC o 1-5 h z sin-V-2ni1x(i)二、水平多層介質(zhì)的反射波時(shí)距曲線(xiàn)_hiVti單程旅行時(shí)間；Vi為第i層的層速度。射線(xiàn)速度：波沿實(shí)際射線(xiàn)傳播所用旅行時(shí)除實(shí)際射線(xiàn)長(zhǎng)度。Vr精i品好a/cos有功權(quán)請(qǐng)聯(lián)系網(wǎng)站刪除hi/(Vicosi)式中i為波在第i層界面處的入射角。說(shuō)，它是x的函數(shù)。當(dāng)時(shí)距曲線(xiàn)：0時(shí)，V可見(jiàn)射線(xiàn)速度與入射

55、角有關(guān)，也就是 V ，否則，Vr V。2h-i1Vicosi根據(jù)斯奈爾定律:sinVi sinsin 2V/Ti VPsin i PVi式中P稱(chēng)為射線(xiàn)參數(shù)。因此Vi1P2Vi2h/M,以及to并用泰勞展開(kāi)得:n2 ti (1i 1nti(11n1 2 2-P2Vi222P2Vi2)3P4Vi44(When P2Vi21)又因:t022tiP2V21hitghiPV(1P2Vi2)1/2n_222tiP Vi1n _44tiPVii 1nt2 t2Where VtiVi2匕1/2tii1將t、x表達(dá)式兩邊各自平方，略去PVi的高次項(xiàng)，消去參數(shù)P,整理后得：V稱(chēng)為均方根速度,一般VV。由此可見(jiàn)：多

56、層水平介質(zhì)的時(shí)距曲線(xiàn)方程與單層水平介質(zhì)中的時(shí)距曲線(xiàn)方程的形式完全一致，也是雙曲線(xiàn)。只不過(guò)此時(shí)需要用均方根速度來(lái)替代第一層的速度。這說(shuō)明，可將多層水平層狀介質(zhì)當(dāng)作一層看待，而用均方根速度替代第一層的速度，效果是完全一樣的。此時(shí)，我們又稱(chēng)此均方根速度為替代速度或等效速度。平均速度V、均方根速度V、射線(xiàn)速度Vr三者之間的關(guān)系：VrV,當(dāng)x=0時(shí)，VrVvVV、V與x無(wú)關(guān)，Vr與x有關(guān)x適中時(shí)，VVr,x較大時(shí)VV三、傾斜多層介質(zhì)的反射波時(shí)距曲線(xiàn)同樣地，如果將多層傾斜介質(zhì)等效為單層傾斜介質(zhì)，并用替代速度V進(jìn)行替換：VV/cos,式中為第n層界面的傾角；V稱(chēng)為等效速度?？梢?jiàn)VV。此時(shí)可得：時(shí)距方程t-1

57、v；x24h24xhsinV時(shí)距曲線(xiàn)對(duì)于R界面為雙曲線(xiàn)，對(duì)于R(i1)界面只有當(dāng)x較小時(shí)才近似為雙曲線(xiàn)，且雙曲線(xiàn)極小點(diǎn)與傾角和埋深h有關(guān)，其規(guī)律與單一傾斜介質(zhì)的雷同。四、彎曲界面反射波時(shí)距曲線(xiàn)視速度：VV/cos(e),e為出射線(xiàn)與x軸的夾角(第一早已餅過(guò))彎曲界面變化多端，難以用一個(gè)時(shí)距方程來(lái)表示。一般是利用它與水平界面的對(duì)比，以其視速度的變化，定性繪出彎曲界面的反射波時(shí)距曲線(xiàn)。時(shí)距曲線(xiàn)斜率：dt1cos(e)P-7dxVV下面我們舉例說(shuō)明如何根據(jù)由彎曲界面所產(chǎn)生的射線(xiàn)的出射角的變化來(lái)定性繪制反射波時(shí)距曲線(xiàn)：精品好資料-如有侵權(quán)請(qǐng)聯(lián)系網(wǎng)站刪除一由用.面從左圖中可以看出，對(duì)于任意一個(gè)接收點(diǎn)S,

58、來(lái)自凹界面的出射角來(lái)自凸界面的出射角，即的地，所以PjP凸。這說(shuō)明，由凹界面產(chǎn)生的時(shí)距曲線(xiàn)比凸界面的時(shí)距曲線(xiàn)要平緩。因地面上多個(gè)觀測(cè)點(diǎn)都具有上述特征，將這些點(diǎn)連起來(lái)，便得到左圖所示的定性時(shí)距曲線(xiàn)。回轉(zhuǎn)波：當(dāng)彎曲界面的曲率半徑界面埋深時(shí),會(huì)產(chǎn)生時(shí)距曲線(xiàn)的疊合現(xiàn)象，即產(chǎn)生所謂的回轉(zhuǎn)波(見(jiàn)右圖)。五、繞射波(Defraction)時(shí)距曲線(xiàn)如左圖所示，考慮地面上任意一點(diǎn)S,繞射點(diǎn)D的時(shí)距曲線(xiàn)方程為：.ODDStDF-.h2d2.h2(xd)2可見(jiàn)，它也是一條雙曲線(xiàn)方程，且tD在xd時(shí)達(dá)到極小值，也就是說(shuō)，時(shí)距曲線(xiàn)的極小點(diǎn)在繞射點(diǎn)D的正上方。止匕外，若激發(fā)點(diǎn)發(fā)生變化，如由。1點(diǎn)移到。2點(diǎn)，則對(duì)于地面上的

59、同一點(diǎn)來(lái)說(shuō)，繞射波路徑是相同的，只有入射路徑差異，即由原來(lái)的OD變?yōu)镺D,它們之差是一個(gè)常量，因此，所得繞射波時(shí)距曲線(xiàn)是相互平行的。如果將原點(diǎn)移動(dòng)到繞射點(diǎn)D的正上方，即令d0,則時(shí)距曲線(xiàn)方程變?yōu)?tDV1(hh2x2) TOC o 1-5 h z 22(當(dāng)xh時(shí))2hxxt02V2Vht0V2將其與反射波的時(shí)距曲線(xiàn)方程相比可以發(fā)現(xiàn)，繞射波的正常時(shí)差是反射波的正常時(shí)差的兩倍，因此，繞射波時(shí)距曲線(xiàn)的曲率比反射波時(shí)距曲線(xiàn)要大，換句話(huà)說(shuō)，繞射波時(shí)距曲線(xiàn)比反射波時(shí)距曲線(xiàn)要陡。總結(jié)起來(lái)：繞射波時(shí)距曲線(xiàn)是雙曲線(xiàn)，雙曲線(xiàn)的極小點(diǎn)在繞射源的正上方;對(duì)同一繞射點(diǎn)，不同激發(fā)點(diǎn)產(chǎn)生的雙曲線(xiàn)相互平行；繞射波時(shí)距曲線(xiàn)比相

60、同深度的反射波時(shí)距曲線(xiàn)陡。六、多次波(Multiple)時(shí)距曲線(xiàn)多次波是實(shí)際存在的，它與一次反射(或主反射)波相伴隨，嚴(yán)重干涉一次反射波。多次反射波種類(lèi)很多，如短程多次波、長(zhǎng)程多次波等。航限等次反射慣程里次反朝1次度時(shí)腹虛反無(wú)短地表 芥次反射能層區(qū)次反果密次反射屋司界中阮對(duì)二其它反射度地面主反射層式中:1 1 t (OA AB BC CD)(OB BD)V1V11 122x 4hxsin 4h1 *OV12 , h 2hcos ,所以,1222t.x8hxsin2cos16hcosV1sin2cos2 sin2 2.2 sin2sint1x24hxsin24hV1sin推廣到n次全程多次反射情