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(chǎn)生地震波的產(chǎn)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(zhì)中的地震波分層介質(zhì)中的地震波第一節(jié)第一節(jié) 地震波的產(chǎn)生地震波的產(chǎn)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(nèi)仍會(huì)發(fā)生較大變化，傳播一定性波在近距離內(nèi)仍會(huì)發(fā)生較大變化，傳播一定距離（幾百米）后

2、便相對(duì)穩(wěn)定，形成地震子波，距離（幾百米）后便相對(duì)穩(wěn)定，形成地震子波，并被認(rèn)為在以后的傳播中，地震子波已不發(fā)生并被認(rèn)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(dāng)?shù)卣鸩▊鞑ヒ欢ň嚯x后，其當(dāng)?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(gè)相位，有一定的延個(gè)相位，有一定的延續(xù)時(shí)間的地震波，稱為地震子波，它是地震記續(xù)時(shí)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(guò)程中，嚴(yán)格來(lái)講其地震子波在繼續(xù)傳播的過(guò)程中，嚴(yán)格來(lái)講其幅度和形狀都會(huì)發(fā)生變化，近似可以認(rèn)為地震幅度和形狀

3、都會(huì)發(fā)生變化，近似可以認(rèn)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(fù)，到達(dá)接收點(diǎn)的時(shí)間有先有后。性有正有負(fù)，到達(dá)接收點(diǎn)的時(shí)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(shí)質(zhì)實(shí)質(zhì)） 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(shí)帶回的雙程旅性界面）反射回地面時(shí)帶回的雙程旅行時(shí)信息（行時(shí)信息（運(yùn)動(dòng)學(xué)運(yùn)動(dòng)學(xué)）和幅度、形狀）和幅度、形狀（動(dòng)力學(xué)動(dòng)力學(xué)）等變化的信息來(lái)研究界面）等變化的信息來(lái)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(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波：質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向一致的波，有時(shí)也稱為壓的傳播方向一致的波，有時(shí)也稱為壓縮波或疏密波?？s波或疏密波。 橫波（橫波（S波）波）：質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波：質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向垂直的波，有時(shí)也稱為切的傳播方向垂直的波，有時(shí)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(zhì)中，縱、橫波的傳播速度取決于介在地層介質(zhì)中，縱、橫波的傳播速度取決于介質(zhì)的彈性和密度。質(zhì)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(zhì)的密度為介質(zhì)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(duì)自然界中常見(jiàn)的巖石對(duì)自然界中常見(jiàn)的巖石來(lái)說(shuō)，來(lái)說(shuō)，=0.25=0.25。 =1.73, =1.73, 橫波速度最多達(dá)到縱橫波速度最多達(dá)到縱波速度的波速度的0.7070.707倍。倍。 0.05(0.05(堅(jiān)硬巖石堅(jiān)硬巖石) ) 0.45 0.45（松軟介質(zhì)）（松軟介質(zhì)） 液體中不產(chǎn)生切應(yīng)變，即液體中不產(chǎn)生切應(yīng)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(lái)替代上式可以統(tǒng)一用泊松比來(lái)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(lái)識(shí)別真假亮點(diǎn)或檢測(cè)速度比值的變化來(lái)識(shí)別真假亮點(diǎn)或檢測(cè)油氣藏的存在及范圍就是運(yùn)用流體的這油氣藏的存在及范圍就是運(yùn)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(chǔ)所以儲(chǔ)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(huì)降低，所以的數(shù)值會(huì)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(gè)依據(jù)；利用斷油氣存在的一個(gè)依

7、據(jù)；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(guān)的其它地震波二、與地震勘探有關(guān)的其它地震波 1 1、體波和面、體波和面波波（按波動(dòng)所涉及的空間范圍而言）（按波動(dòng)所涉及的空間范圍而言） 體波：體波：當(dāng)縱波和橫波在介質(zhì)的整個(gè)立體空當(dāng)縱波和橫波在介質(zhì)的整個(gè)立體空間中傳播時(shí)合稱體波。間中傳播時(shí)合稱體波。 面波：面波：在自由表面或不同彈性介質(zhì)的分界在自由表面或不同彈性介質(zhì)的分界面上傳播的一類特殊波。最常見(jiàn)的面波是面上傳播的一類特殊波。最常見(jiàn)的面波是沿地面?zhèn)鞑サ娜鹄?。其特點(diǎn)是沿地面?zhèn)鞑サ娜鹄āＦ涮攸c(diǎn)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(qiáng)振低頻、強(qiáng)振，是一種，是一種干擾波干擾波。二、與地震勘探有關(guān)的其它地震波二、與地震勘探有關(guān)的其它地震波 2 2、同類波和轉(zhuǎn)換波、同類波和轉(zhuǎn)換波（依據(jù)入射波入射到分界面上（依據(jù)入射波入射到分界面上后產(chǎn)生的波的性質(zhì)而言）后產(chǎn)生的波的性質(zhì)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(zhuǎn)換波。射或透射稱為同類波，反之則稱為轉(zhuǎn)換波。 縱波入射時(shí)，既可以產(chǎn)生反射縱波和透射縱波入射時(shí)，既可以產(chǎn)生反射縱波和透射縱波，也可以產(chǎn)生反射橫波和透射橫波，縱波，也可以產(chǎn)生反射橫波和透射橫波，前者稱為同類波，后者稱為轉(zhuǎn)換波。前者稱為同類波，后者稱為轉(zhuǎn)換

9、波。 當(dāng)入射角不大時(shí)，轉(zhuǎn)換波的強(qiáng)度很?。划?dāng)當(dāng)入射角不大時(shí)，轉(zhuǎn)換波的強(qiáng)度很小；當(dāng)?shù)卣鸩ù怪比肷鋾r(shí)不產(chǎn)生轉(zhuǎn)換波。地震波垂直入射時(shí)不產(chǎn)生轉(zhuǎn)換波。二、與地震勘探有關(guān)的其它地震波二、與地震勘探有關(guān)的其它地震波 3 3、直達(dá)波、直達(dá)波（以傳播路徑的特點(diǎn)來(lái)劃分）（以傳播路徑的特點(diǎn)來(lái)劃分）由震源出由震源出發(fā)沒(méi)有遇到分界面（沒(méi)產(chǎn)生反射）而直接發(fā)沒(méi)有遇到分界面（沒(méi)產(chǎn)生反射）而直接到達(dá)接收點(diǎn)的波。用于區(qū)別反射波。到達(dá)接收點(diǎn)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(chǎn)生的地震波對(duì)地震勘探是（產(chǎn)生的地震波對(duì)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(xí)慣上我們把地震在地震反射波勘探中，

10、習(xí)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(dá)波、折射波有時(shí)也是干擾波。多次波，直達(dá)波、折射波有時(shí)也是干擾波。二、與地震勘探有關(guān)的其它地震波二、與地震勘探有關(guān)的其它地震波 5、多次波：、多次波：在一個(gè)或幾個(gè)界面中經(jīng)過(guò)兩在一個(gè)或幾個(gè)界面中經(jīng)過(guò)兩次或兩次以上重復(fù)反射或折射而到達(dá)地次或兩次以上重復(fù)反射或折射而到達(dá)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(guān)的其它地震波二、與地震勘探有關(guān)的其它地震波 6 6、由特殊地質(zhì)體產(chǎn)生的一些特殊波、由特殊地質(zhì)體產(chǎn)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(chǎn)生的波阻抗差引起的沿著斷面產(chǎn)生的地差異而產(chǎn)生的波阻抗差引起的沿著斷面產(chǎn)生的地震波。是確定斷層的依據(jù)之一。震波。是確定斷層的依據(jù)之一。 2 2）回轉(zhuǎn)波：）回轉(zhuǎn)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(chǎn)生的反射波。界面上產(chǎn)生的反射波。 3 3）繞射波：）繞射波：當(dāng)?shù)卣鸩▊鞯綌鄬拥臄帱c(diǎn)、地層的當(dāng)?shù)卣鸩▊鞯綌鄬拥臄帱c(diǎn)、地層的尖滅點(diǎn)或地層不整合的突變點(diǎn)時(shí)

12、，這些點(diǎn)將會(huì)形尖滅點(diǎn)或地層不整合的突變點(diǎn)時(shí)，這些點(diǎn)將會(huì)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(jià)值最大的特殊波波稱為繞射波。它是利用價(jià)值最大的特殊波第三節(jié)第三節(jié) 分層介質(zhì)中的地震波分層介質(zhì)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(dāng)下行的地震波到達(dá)兩種介質(zhì)當(dāng)下行的地震波到達(dá)兩種介質(zhì)的分界面時(shí)，其中的一部分又回到了上的分界面時(shí)，其中的一部分又回到了上層介質(zhì)中，這種波稱為層介質(zhì)中，這種波稱為反射波；反射波；另一部另一部分穿過(guò)界面到達(dá)下伏介質(zhì)中的地震波稱分穿過(guò)界面到達(dá)下伏介質(zhì)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(zhì)密度的地震波傳播速度與介質(zhì)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(qiáng)度的一個(gè)重要參數(shù)。波反射強(qiáng)度的一個(gè)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(zhì)：界面上下的波阻抗差越反射波的性質(zhì)：界面上下的波阻抗差越大，反射波就越強(qiáng)；反射角等于入射角；大，反射波就越強(qiáng)；反射角等于入射角；反射線、入射線、界面上反射點(diǎn)的法線反射線、入射線、界面上反射點(diǎn)的法線在一個(gè)平面內(nèi)。在一個(gè)平面內(nèi)。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(chǎn)生透射。下均可產(chǎn)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(diǎn)的法線在一個(gè)平面內(nèi)。線、界面點(diǎn)的法線在一個(gè)平面內(nèi)。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(dāng)?shù)卣鸩ù怪比肷涞侥骋唤缑鏁r(shí)當(dāng)?shù)卣鸩ù怪比肷涞侥骋唤缑鏁r(shí)ArAr=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(zhì)，利用反射波的極性可以判別地下地層的性質(zhì)，研究地下地層剖面中的儲(chǔ)集層。研究地下地層剖面中的儲(chǔ)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(lái)看，無(wú)論界面上、下波從波阻抗來(lái)看，無(wú)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(shí)現(xiàn)三、地震勘探的實(shí)現(xiàn) 1 1、實(shí)際的地層剖面中，由于沉積時(shí)的、實(shí)際的地層剖面中，由于沉積時(shí)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(zhì)往往會(huì)產(chǎn)

17、生顯著的差巖層的物理性質(zhì)往往會(huì)產(chǎn)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(shí)際地層剖面中，只要有波阻抗差、實(shí)際地層剖面中，只要有波阻抗差就會(huì)產(chǎn)生反射，所以就會(huì)產(chǎn)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(chǎn)生、折射波的產(chǎn)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(dāng)入射角等于臨界角時(shí)，透射當(dāng)入射角等于臨界角時(shí)，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(guò)程中，下層滑行波在滑行的過(guò)程中，下層介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)就會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，形成新的介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)就會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，形成新的震源，并在上層介質(zhì)中產(chǎn)生新的地震波。震源，并在上層介質(zhì)中產(chǎn)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(shí)間與界面的深度、折射波的行程及傳播時(shí)間與界面的深度、產(chǎn)狀有關(guān)；產(chǎn)狀有關(guān)；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(shí)間中的播時(shí)間中的界面深度界面深度及及產(chǎn)狀產(chǎn)狀信息來(lái)研信息來(lái)研究淺層地