地震波動力學-折射波.ppt

1、1,第一章 地震波的運動學,第二節(jié) 一個界面情況下反射波的時距曲線,第一節(jié) 地震波的基本概念,第三節(jié) 地震折射波運動學,第四節(jié) 多層水平反射波時距曲線,第六節(jié) 透射波和反射波時距曲線,第五節(jié) 連續(xù)介質中地震波的運動學,2,二、折射波的形成和傳播規(guī)律,1）當波從介質1傳到介質2，兩種介質的阻抗不同時，在分界面上會產(chǎn)生透射和反射，且滿足斯奈爾定律。 2）當V2V1時，透射角大于入射角。當入射角達到臨界角C，時透射角達到90度，這時波沿界面滑行，稱滑行波。 3）滑行波是以下層的介質速度V2傳播。,1、折射波形成的條件,4）由于兩種介質是密接的，為了滿足邊界條件，滑行波的傳播引起了上層介質的擾動，在第

2、一種介質中要激發(fā)出新的波動，即地震折射波。,3,5)折射角等于臨界角，即折射波的射線和分界面的法線之間的夾角等于臨界角c ，可用惠更斯原理證明。,二、折射波的形成和傳播規(guī)律,4,理解折射波形成的關鍵是： 1)當入射角在臨界角以內，在界面上每一點都同時有三個波出現(xiàn)(入射波，透射波，反射波)，不需要在第一種介質中形成別的波(折射波)已可滿足邊界條件。 2)而在臨界角以外由于滑行波以速度V2沿界面在第二種介質中向前傳播，滑行波到達界面各點比入射波要早 。,二、折射波的形成和傳播規(guī)律,5,證明： 滑行波在反射界面各點的時間比入射波要早,只要證明滑行波比入射波先到達C點，即t1t2或t= t1- t20

3、。,入射波到達C點時間為：,滑行波到達C點時間為：,二、折射波的形成和傳播規(guī)律,6,證明：,當=i，cos(-i)=cos0=1，t=0，即同時到達。,二、折射波的形成和傳播規(guī)律,當i，0cos(- i)1, t0， 即臨界角以外，滑行波比入射波要早到達。,7,1）折射角等于臨界角。折射角永遠是以臨界角從分界面向上射出。折射波射線是一系列平行線。 2）折射波有“盲區(qū)”，折射界面很深時，盲區(qū)會很大。,2、折射波傳播的規(guī)律和特點,8,3）折射波法只能研究其速度大于上面所有層速度的地層，即VNVk（k=1，2，3，N-1）。 實際中“折射層”比“反射層”數(shù)目少。 地層屏蔽效應如果地層中有速度很高的厚

4、層存在，就不能用折射波法研究更深處的速度比它低的地層。這種現(xiàn)象稱為“屏蔽效應”。 如果高速層厚度小于地震波的波長，則實際上并不發(fā)生屏蔽作用。,二、折射波的形成和傳播規(guī)律,9,已知: 界面深度為h0 ，介質的速度為v0和v1 ，且v1 v0 ,在O點激發(fā)， OA1 以臨界角入射，在測線S點接收的，距離為x。,求：折射波t=f（x，v， h0 ）的函數(shù),三、水平界面下折射波的時距曲線,對任一個接收點S，折射波走過的路程為OA1B1S，走時為,10,三、水平界面下折射波的時距曲線,令,11,折射波時距曲線特點,上式就是水平界面折射波的時距曲線，這是一條標準的直線方程，其斜率k=1/V1，直線的截距為

5、ti ，V1是下層介質的速度； 根據(jù)視速度的定義，折射波的視速度應為V1，即為第二種介質中的傳播速度，有時把這種速度稱為“界面速度”，因為滑行波正是以這個速度沿界面滑行的。 ti為折射波時距曲線延長后與時間軸（x=0）的交點，稱之為與時間軸的交叉時。 由直達波得到V0，有折射波得到V1，進而得到c，再由ti獲得界面深度h0,12,當xxm時，折射波方程沒有意義。 折射波時距曲線的起始點坐標為：,三、水平界面下折射波的時距曲線,由此可知，產(chǎn)生折射波的界面埋藏越深，盲區(qū)越大。 在折射波時距曲線的始點，由于同一界面的反射波時距曲線和折射波時距曲線有相同的時間和視速度（在M點出射的射線既是反射波射線也

6、是折射波射線），因此這兩條時距曲線在該點相切。,13,四、一個分界面情況下各種地震波時距曲線的關系,（1）直達波時距曲線是反射波時距曲線的漸近線，可以從數(shù)學關系上加以論證。,（2）折射波時距曲線與反射波 時距曲線在M1點相切，切點坐標：,直達波：,反射波：,各類地震波時距曲線間的相互關系歸納如下：,當x時，,14,（3）直達波時距曲線與折射波時距曲線相交，相交處為超前時間。,證明：,各種地震波時距曲線的關系,交點時間為：,界面深度為：,15,（4）在x xc的區(qū)間，折射波為初至波，而直達波為續(xù)至波，反射波總是最后接收到（直達波、折射波、反射波三種波相比）。,各種地震波時距曲線的關系,（5）時距

7、曲線的陡緩取決于 上覆介質的波速與界面的埋 藏深度。,16,第四節(jié) 多層介質的反射波時距曲線,1、地震勘探中建立的多種地層介質結構模型 均勻介質 層狀介質 連續(xù)介質,一、討論多層介質問題的思路,均勻介質 認為反射界面R以上的介質是均勻的，即層內介質的物理性質不變，如地震波速度是一個常數(shù)V0。反射界面R是平面，可以是水平的或是傾斜面。,17,層狀介質 認為地層剖面是層狀結構，在每一層內速度是均勻的，但層與層之間的速度不相同，介質性質的突變。界面R可以是水平（稱水平層狀介質）或是傾斜的。,第四節(jié) 多層介質的反射波時距曲線,把實際介質理想化為層狀介質，因為沉積巖地區(qū)一般為層性較好，巖層的成層性又由不

8、同巖性決定，不同巖性則往往有不同的彈性性質，因此巖層的巖性分界面有時同巖層的彈性分界面相一致。,18,連續(xù)介質 所謂連續(xù)介質是認為在界面R兩側介質1與介質2的速度不相等，有突變。但界面R的上覆地層(即介質1)的波速是空間連續(xù)變化的函數(shù)。最常見的是速度只是深度的函數(shù)V(z)。,第四節(jié) 多層介質的反射波時距曲線,連續(xù)介質是層狀介質的演變，當層狀介質中的層數(shù)無限增加，每一層的厚度無限減小，這時層狀介質就過渡為連續(xù)介質。,19,2、討論層狀介質問題的基本思路： 水平層狀介質，把目的層Ri界面以上的介質設法用一種均勻介質來代替，并令這種假想的均勻介質的波速取某個值，使得Ri界面以上的介質簡化為均勻介質，

9、即變成均勻介質模型。,第四節(jié) 多層介質的反射波時距曲線,20,二、三層水平介質的反射波時距曲線,已知: 三層介質的速度為v1 、v2和 v3 ，介質厚度為h1 和h2 ，在O點激發(fā)，在測線S點接收的，距離為x。,對于水平界面，反射路徑與入射路徑是對稱的。,由此，三層水平介質的時距曲線方程不是顯函數(shù)關系。,21,第四節(jié) 多層介質的反射波時距曲線,時距曲線是通過計算地震波傳播的總時間t，以及相應的接收點離開激發(fā)點距離x。當計算一系列(t,x)值后，就可得到R2界面的反射時距曲線。 地震波傳播方向必然滿足透射定律 進一步化為以射線參數(shù)P表示的參數(shù)方程。,22,兩層介質和多層介質，這兩種情況下地震波傳

10、播的特點不可能完全一樣。但在地震資料解釋中，有一個很重要的參數(shù)，就是有一個共炮點時距曲線的自激自收時間t0值。因為有了t0，如果又知道地震波的速度，就可以估算反射界面的深度。 根據(jù)這種情況，假想的均勻介質的厚度應當和水平層狀介質總厚度相等； 假想的均勻介質的t0與水平層狀介質t0相等。 關鍵是怎徉來確定假想均勻介質的速度。,三、平均速度概念的引入,23,層狀介質中波傳播的速度例子,已知：兩種介質結構，兩層總厚度相同H=H ，各層的速度相同V1=V1 V2=V2 。,兩層的旅行時：,24,1）采用算術平均 波在這兩組地層中傳播的情況有差別了。這種差別不僅與層的速度有關，還與各層的厚度有關。,2）

11、采用加權平均,平均速度,從“使地震波在總厚度與層狀介質厚度相等的假想均勻質中傳播時，t0保持不變”的準則，導出假想均勻介質的波速。就是層狀介質的平均速度。,Vav,A=1790米/秒，Vav,B=1730米/秒。 即A 地層速度快，B地層慢。,25,平均速度,引入平均速度，比較合適地反映波在一組層狀介質中波傳播的快慢。 平均速度Vav就是用這組地層的總厚度去除以波在垂直層面的方向旅行的總時間。 引入平均速度的好處： 1）把多層介質簡化成均勻介質，并保持兩種情況下t0相同； 2）假想的均勻介質的反射波時距曲線是雙曲線，可進行動校正； 3）平均速度可以通過地震測井來實際確定。,26,n層水平層狀介

12、質的平均速度,地震波在各層中的傳播速度(稱為層速度)分別為V1, V2Vn；每層的厚度分別為h1, h2hn；波垂直各層的傳播時間分別為t1, t2tn；則這組地層的平均速度為,引入平均速度也是對介質結構的一種簡化 ，這種近似雖然在一定程度上便于進行解釋，但也仍然存在不少矛盾。,或者,27,四、多層和均勻速度假設層時距曲線比較,實際地層剖面中，不只三層而是有很多層，仍可以用上述方法，用不同的平均速度值把各個界面的上覆介質簡化為均勻介質，而每個層面的反射波時距曲線也都可以近似地當作雙曲線。 用兩種方法來計算多層介質各界面的反射波時距曲線。,第一種方法,第二種方法,其中,其中,28,這兩條時距曲線

13、有如下兩個 現(xiàn)象： 1)在激發(fā)點附近，這兩條時距曲線是基本上重合的。 2)隨著遠離激發(fā)點，它們逐漸地明顯分開，三層介質的時距曲線在下方。這說明地震波在三層介質傳播時真正速度要比平均速度大。,結論：在炮檢距不大時，可以把多層介質的反射波時距曲線近似地看成雙曲線。,四、多層和均勻速度假設層時距曲線比較,29,不同類型的波 不同介質結構 同一種波同一種介質，不同觀測方式,第六節(jié) 透射波和反射波的時距曲線,討論地震波運動學一般從3個方面來討論：,水平地震勘探：,在地面激發(fā)，接收排列線也在地面上，記錄來自地下的反射波和折射線，這種地震勘探形式叫水平地震勘探，是目前地震勘探中的主要觀測方式。,30,地震測

14、井和垂直地震剖面：,把檢波器放入井中，在地面激發(fā)，即地面距井口一定距離激發(fā)，稱作地震測井。這種觀測方法得出剖面是垂直地震剖面(Vertical Seismic Profile，簡稱VSP )，得出的是地震波垂直時距曲線。,這種觀測方式能測試到從地面向下傳播的地震波(下行波)，也能部分地接收到反射波(上行波)。 把震源位于深井中，觀測點布設在地面的觀測方式稱之為反VSP觀測方法。,第六節(jié) 透射波和反射波的時距曲線,31,第六節(jié) 透射波和反射波的時距曲線,一、透射波的時距曲線,井中觀測時，直達波就是透射波。因此，研究透射波時距關系就是直達波的時距關系。,1、均勻介質透射波時距曲線,均勻介質地震波速

15、度為V，地表激發(fā)點與井口的距離為d，井中任一檢波器的深度為z，則井中透射(直達)波時距曲線方程為：,透射波時距曲線為雙曲線，且只有半支。,32,第六節(jié) 透射波和反射波的時距曲線,2、水平層狀介質透射波時距曲線,地下為水平層狀介質，地表激發(fā)點與井口的距離為d，井中任一檢波器的深度為z，則井中透射(直達)波時距曲線方程為：,由Snell定律可知：,33,第六節(jié) 透射波和反射波的時距曲線,當零偏觀測d=0時，n層水平層狀介質的時距曲線：,此時，時距曲線是一條折線，每一直線與一個水平層對應，每段直線斜率的倒數(shù)就是該層的層速度；折線的轉折點與分界面對應。,34,第六節(jié) 透射波和反射波的時距曲線,二、其他反射波時距曲線,地下水平界面，深度為H ，速度為v，地表激