地震物理模擬

1、一、地震聲學實驗室的物理模擬John A. McDonald, G. H. F. Gardne休斯敦大學地震聲學實驗室(SAL)是一個研究實驗室，創(chuàng)建于1977年。這個實驗室的研 究宗旨是改進反射波地震技術。為此，它得到許多公司的聯(lián)合資助，研究成果發(fā)表在半年刊 的進展報告上。根據(jù)協(xié)議，成果首次發(fā)表后六個月內(nèi)只限于資助者享用，六個月后。這些成 果才可以在公開的出版物上發(fā)表。我們相信，這個半年刊進展報告中的一些論述是值得廣泛傳播的，但是，這些論文的作 者都是業(yè)務繁忙的職業(yè)地球物理專家，他們?nèi)狈r間為有關刊物撰寫論文，因此，我們 選出SAL最初四年(19771981)的一些論文，輯成本書。由此可以部

2、分地反映出物理模型作 為反射地震學的一種輔助手段在各種研究上所能帶來的許多好處。地震聲學實驗室通過對地震采集、處理和解釋的研究，達到改善含烴巖石的三維聲學圖 象的目的。為研究方便，實驗室建立了一個地震模型模擬水槽，并發(fā)展了理論反演模型模擬 技術和解釋技術。通過這些論文，我們可以大致了解，利用物理模型模擬和數(shù)值模型模擬可 能取得什么樣的成果。本書所選的七篇論文雖然內(nèi)容各異，但仍然只能是對于各種 可能性的一種啟發(fā)。例如，Owusu和Gardner證明，使用一種兩步法的三維偏移技術可以對速度進行確定。 這種方法不大受反射層幾何形狀的影響。在隨后一篇論文中，Owusu和Gardner把他們的分 析加以

3、引深，消除了垂直測線方向及沿測線方向的傾角和界面曲率的影響。Smith和Hilterman討論了引起共深度點(CDP)道集中波形畸變的繞射效應。在另一篇論文中，Smith 以模擬的油田研究了垂直地震剖面法的應用，并把它與地面地震數(shù)據(jù)進行了比較。Morgann 和Hilterman敘述了用頻率域成像方法提取三維模型參數(shù)的方法。Chou和他的合作者引入 了 “照快像”的概念來觀察被場。這一方法在地震模型實驗室已成為DanKosloff指導下的 一項持續(xù)研究項目。同時，在早期的一篇論文中，Duffy曾廣泛地采用物理模型模擬方法以 發(fā)展煤層勘探方法。這些論文介紹了地震反射數(shù)據(jù)的物理和數(shù)值模型模擬方法的

4、一些應用，除此之外更多的 應用也是可能的，其它一些研究成果隨后將陸續(xù)發(fā)表。歷史回顧用物理模型研究地震波幾乎可以追溯到六十年以前。Terada和Tsuboi (1927) 曾用瓊脂，即一種膠凍作過一個模型。他們用電磁脈沖作震源，觀察了諸如地震波隨深度變 化以及傳播路線上斷層和河道的影響等情況。在另一篇論文中(Tsuloi，1927)，又利用一個 二層模型對瑞利波的波散和傳播路線上河道的進一步影響進行了研究。五十年代，曾有一些物理模擬系統(tǒng)和實驗陸續(xù)發(fā)表。大約最早的是Kauffman和Roever(1951)，防后有 Norhwood 和 Anderson(1953)，Howes、Tejada-Fo

5、licaldi 和 Randoph(1953)，Oliver、Press 和 Ewing(1954)，Evans 等(1954)，Levin 和 Hibbard(1955)， C1ay 和 McNeil(1955)，Hall(1956)，Carabell 和 Folicaldi(1957)，Evans(1959)和 Angona(1960)。Kauffman和Roever(1951)曾經(jīng)建立了一套在實驗室條件下研究瞬變波的儀器。他們的 結論反駁了一些人關于研究天然地震和原子爆炸數(shù)據(jù)的觀察結果。同時，他們還利用一個簡 單的蠟質(zhì)模型辨認了反射被、折射波和面波。Northwood 和 Anderso

6、n (1953)、Howes、Tejada-Flores 以及 Randoph(1953)進一步采 用了類似巖石的材料，例如一次是水泥，另一次是石灰?guī)r，盡管他們用電火花作激發(fā)源，但 仍象Kauffman和Roever、Howes，TejadaHores 一樣把他們的模型浸放在水槽里，用水 作為傳播介質(zhì)。由于包活成本在內(nèi)的種種原因，Oliver、Press和Ewing(1954)偏向于使用 二維模型。他們當時研究的是面波，所以主要用盤狀模型以滿足實驗的需要。 Healy和Press(1960)發(fā)展了 01iver、Press和Ewing的模型，在他們的模型中速度和密度是隨深度 而變化的，而且可以

7、測量瑞利波的波散。Evans等(1954)的論文和Levin、Hibbard(1955)的論文已經(jīng)開始認識到，通過對模型實 驗進行適當?shù)臉硕梢杂行У匮芯繉嶋H情況下的波動過程。Evans等很快注意到：震源和接 收器的物理尺寸對這種標定所帶來的問題。Levin和Hibbard(1955)雖然使用的只是一個簡 易的二層模型，但卻作出了驚人復雜的地震記錄Clay和McNeil(1955)將他們的記錄與理 論的解作了對照，得到了滿意的結果。雖然到目前為止，我們舉出的論文中只涉及到縱波或面披，但Evans曾論證過可以在模 型里產(chǎn)生SH被，并能得到簡單清晰的反射。在所有闡述專為解決助探問題而設計的模型實驗

8、室的論文中，Angona(1960)的論文可能 是第一篇。在這篇論文中用的是一個由一種或多種任意形狀的彈性材料制成的二維模型。所 用的材樹有有機玻璃、飼、鋁和鋼，膠結劑為環(huán)氧樹脂。速度的改變是通過把不同材料的薄 片膠結在一起來實現(xiàn)的。調(diào)整各層薄片的厚度，可以使制成的模型的復合速度在一切介質(zhì)的 速度范圍內(nèi)變化。這個模型實驗室現(xiàn)在屬于南Methodist大學的達拉所地球物理實驗室。Harper(1965)擴充了 Angona的實驗，他在模型上加上了垂向尺寸小于脈沖波長的突起 和凹槽。這代表簡單的斷層，為了解釋這樣得到的地震記錄曾進行了一番努力。60年代，有些地球物理學家(如Silverman，19

9、69)表達了用全息技術代替反射地震法或 作為它的一個補充手段的興趣。為了敘述清楚.應該說明這兩種方法的相似和不同之處。反 射地震法依賴于波在巖石間的界面上反射；全息方法則還要依賴波在界面上的散射。反射法 的震源是脈沖式的，而全息方法的激發(fā)源則是連續(xù)的。從理論方面看，全息方法應能產(chǎn)生出 地下物體的三維映象，而在60年代末反射法的映象僅僅是剖面。Silverman(1969)提議發(fā)展 “大地全息法”。同時為了演示的目的，他用了一個類似于地震聲學實驗室(SAL )的水槽裝 置。這篇論文引用了 Farr(1968)早些時一篇論文。這兩篇論文都說明了，用相干聲波可以 產(chǎn)生出浸在液體中的物體的圖象。然而全

10、息技術并沒有被人們接受，F(xiàn)rench、Marcoux、Matzuk對一些原因作了解釋。正 如他們所解釋的，全息技術要用于地震勘探必須加以修改，從而能包括消球差的方法 (ap1anatic approach)，多種頻率和多個激發(fā)源。為了說明他們的觀點，F(xiàn)rench、Marcoux、 Matzuk也利用了物理模型的實驗結果。經(jīng)過充分的考慮，他們斷定研究反射縱波的一種滿意的方法應該是把模型浸在水槽中， 使震源和接收器從模型的上方通過，用水作為傳播介質(zhì)。雖然完全是固體的系統(tǒng)提供了研究 橫波和其他類型波的手段，但這種系統(tǒng)的不靈活性卻把自己排除在外了。如果用空氣作為傳 播介質(zhì)，則不可能用適當比例模擬實際的

11、大地。French、Marcoux、Matzuk還認識到早期實 驗的一個不足之處，即它們使用的是模擬記錄方式。所以，他們的模型系統(tǒng)的目的是要產(chǎn)生 數(shù)字地震記錄。早期的數(shù)字化系統(tǒng)具有局限性，每炮每道只能記錄一個樣點。例如一個1000 樣點的記錄道就需要激發(fā)源重復1000次。這樣為實驗速度未免太慢。然而，他們還是用它 得到了道順序的數(shù)字地震資料。我們已經(jīng)注意到，F(xiàn)rench-Marcoux-Matzuk模型系統(tǒng)是專為研究從構造上反射回來的縱 波而設計的。激發(fā)源，接收器和模型放在一個邊長為3英尺的水槽中。水糟內(nèi)壁覆蓋一層厚 毯以減少水槽壁的反射，為了減少偽反射，模型本身是用細線固定在水槽的深度一半的

12、位置 上(圖1-1)。在最初的這個設計中，激發(fā)源和接收器之間保持恒定的源檢距汕 方向在模型 上方前進而產(chǎn)生地震剖面。使激發(fā)源和接收器能在x方向上移動的裝置完全是用于改變剖面 的位置。Hall(1956)指出模型尺寸按比例縮小決定了激發(fā)源的頻率成分必須改變。一個合理的線 度縮小比例1000： 1(即模型上的1英尺相當于實際的1000英尺)要求反射地層法5100赫 茲的工作頻率按比例變?yōu)?-100干赫茲，這就要求我們使用高頻激發(fā)源。盡管人們曾試圖使用其它器件（比如，Clay和McNeil, 1955）,但在地震模型模擬中通常用的激發(fā)源和接收 器是采用壓電效應的。在這樣的換能器中，數(shù)據(jù)采集裝置將電脈

13、沖加在晶體上，而使激發(fā)源 產(chǎn)生震源脈沖（圖1-2）。在French-Marcoux-Matzuk系統(tǒng)中，采集每炮返回脈沖的一個采樣 值并把它存儲起來。然后用計算機建立一個時間順序的數(shù)字（地震）道。用這種方式，得到了 適合常規(guī)的數(shù)字地震處理方法的各地層道。圖1l海灣研究所原來所用的模型水槽示意圖70年代中期的物理模型研究的宣點是單界面的地質(zhì)系統(tǒng)。從激發(fā)源發(fā)出的能量以水為 傳播介質(zhì)，從水和模型的單獨一個交界面上反射回接收器并被記錄下來。最早的實驗目的是 為了得到界面的正確映像，因此諸如地震脈沖性質(zhì)等細節(jié)是不被注意的。圖1-2壓電換能器在水槽中所產(chǎn)生的典型震源脈沖。在此系統(tǒng)中0.2微秒相當于1微秒圖

14、1-3海灣研究聽W. S. French和R. I. Morris原先設計建造的三維室溫硫化橡膠物理模型另一個曾被廣泛研究的問題是建造模型的材料。為了找到適用并具有恰當物理性質(zhì)的材 料，人們曾試驗研究過石臘、黃銅直至各種商用塑料。最終發(fā)現(xiàn)最適合這些單界面模型的材 料為室溫硫化硅橡膠。它們具有地震需要的主要性質(zhì)一一當與水接觸時對于縱波的反射系數(shù) 較高，同時它們易于鑄造，易于梳入不易到達的地方。根據(jù)所用催化劑的不同，它們的硫化 (固化)周期可以在幾分鐘到幾小時之間變化。海灣研究所早期的這些實驗導致了幾篇重要論文的出現(xiàn)。其中的兩篇(French，1974， French，1975)證明真正的三維地震

15、數(shù)據(jù)成像是可能的，而且還給出了一個構造解釋問題的 正確結果。圖1-3中，我們可以看到現(xiàn)在大家所熟知的French模型，它是由R. I. Morris 于1972年在海灣研究所用硅橡膠制作的。圖1-4中，我們可以看到圖1-3中測線7的一系 列地震剖面。圖1-4(a)是未經(jīng)偏移的數(shù)據(jù)。圖l-4(b)是經(jīng)過二維偏移的剖面。在這張剖面 上仍可看到第二個穹隆引起的側(cè)面波。圖1-4(c )是經(jīng)過三維偏移的剖面，它已消除了側(cè)面 波。第一個彎隆和斷層部已正確歸位，這點可以由剖面上所畫的輪廓線表示出來。正是這個實驗直接證明了物理模型數(shù)據(jù)的價值。采集模型數(shù)據(jù)所用的數(shù)字格式可以相野 外的數(shù)據(jù)格式一樣，這樣就可以用模

16、型數(shù)據(jù)發(fā)展復雜的處理技術。在這個實驗中所用的處理 技術被證明是正確的，因為它所得到的結果是正確的。如果在野外進行一個類似的實驗，所 需的代價則要高許多倍，而且結果的清楚程度也會差得多，因而很可能無法證明所用的處理 技術是否正確。地震聲學實驗室的建立1977年休斯敦大學地質(zhì)系的Hilterman正確地斷定；使其他 同行了解物理模型優(yōu)點的時刻已經(jīng)到來。而在此之前Hilterman還曾進行過廣泛的數(shù)值模型 模擬研究(Hilterman，1970)。圖l-6圖1-3模型中第七條測線的地震剖面（a）未經(jīng)偏移的剖面；（b）二維偏移過的平面 （即偏移是在剖面的平面上進行的）；（c）經(jīng)過三維偏移的數(shù)據(jù)、輪廓線

17、所示的測線7處的 實際剖面在海灣研究和發(fā)展公司董事會的幫助下，Hilterman與學校電氣工程系K. Y. Wang合 作，建議十三家公司織成一個資助團體。這個團體的目的是支持一項用物理模型解決三維地 層數(shù)據(jù)采集、處理和解釋向題的研究計劃。有關資助團體的計劃是在1977年6月提出的， 這個計劃開始于當年十月。在第一年結束時，已有26個公司資助這項計劃，每個公司支付 10000美元的費用。聲學實驗室早期的歷史和出現(xiàn)的一些麻煩問題曾有人作過詳盡的敘述（Taglor，1982）。 實驗室的管理始終是休斯頓大學的地學系和電氣工程系之間大膽的聯(lián)合嘗試。主任的人選經(jīng) 歷過三次變化，但工業(yè)界的支持卻不斷增加

18、。地震聲學實驗室的物理設施 地震聲學實驗室的模型實驗系統(tǒng)用的水槽很大（10英尺x8英 尺x 5英尺），可以容納12噸水。它的基本原理與French-Morcoux-Matzuk的設計一樣，但 細節(jié)上有區(qū)別，下面將對其作簡要說明。圖1.5是整個系統(tǒng)的照片。模型支撐系統(tǒng) 根據(jù)所研究的模型的重量，有兩種模型支撐系統(tǒng)可供使用。對于輕的模型（即 小于幾十磅的），支撐系統(tǒng)應使模型能旋轉(zhuǎn)到適合的方向并傾斜到喜好用的角度。對子較大 的模型（重幾百磅），支撐系統(tǒng)是一個放置在水槽底上的可調(diào)整的三腳支架。由于模型支撐在 五個很小的點上，無關的反射可以減到最小。換能器和繪圖儀驅(qū)動裝置 系統(tǒng)是由一個激發(fā)源和一個接收器組

19、成，為了模擬通常的野 外地球物理觀測系統(tǒng)，當激發(fā)源在同一個位置重復激發(fā)時，接收器必須移動若干次比如96 次）。經(jīng)過96次重復；一個完整的96道野外記錄就核模擬出來了。這時激發(fā)源移到下一個 位置并重復整個過程。用這種方式，可以模擬海上地震拖纜。圖1-5地震聲學實驗室的水槽載有激發(fā)和接收換能器的是王氏繪圖儀。水槽上部的開口（圖中部）大約為50英寸X30英寸，它代表50000英尺和30000英尺的實際英寸（見表1-5），但換能器實際可以跨越的面積要稍小一些用計算機控制換能器的移動，還能模擬許多其他的各種觀測系統(tǒng)（圖1-6）。為了實現(xiàn)這 些移動，激發(fā)器和接收器裝在與王氏繪圖儀相聯(lián)的一根垂直桿上。繪圖儀

20、可以在水槽頂部的 平面內(nèi)移動。裝激發(fā)源和接收器的垂直桿使得它們可以下降到距被研究模型上方給定距離的 一個合適的平面上。在這些實驗中所使用的作為激發(fā)器的換能器都是依靠壓電效應的逆效應，即把一種適當 的晶體放置在一個電場中，它將產(chǎn)生彈性形變。如果晶體的一個面可以固定（用背撐），其另一個面就會發(fā)生振蕩并在與其接觸的液體內(nèi)產(chǎn)生波。當然，接收器依靠的是壓電效應一晶體 的彈性形變產(chǎn)生電場的效應。待疙檢距聶蓋次枝道集格式L形非縱排列制度點其坍橙匠圖1-6用計算機控制換能器移動可以實現(xiàn)的各種觀測系統(tǒng)X-激發(fā)源；O-接收器自由振蕩晶體的自然頻率取決于它在振動方向上的厚度d.(1.1)其中r為晶體的楊氏模量，p為

21、它的密度。式中f的值根據(jù)晶體背撐的不同而改變。式(1.1)指出，晶體越薄頻率就越高，因而可以研究的模型就越小。但是為了增加發(fā)送 信號的能量，又需要較大的晶體。因而常常不得不作某些折衷?？芍圃斐鲱l率達到兆赫范 圍的晶體，但地震聲學實驗室的工作人員發(fā)現(xiàn)頻率范圍在10-350千赫茲的晶體最為適宜。 這些頻率最容易確定模型比例.以后我們將敘述原因。目前還在繼續(xù)研究合適的換能器，除了各種類型的接收器之外，還一直在試驗各種類 型的點激發(fā)源、聚焦型激發(fā)源和定向激發(fā)源?；镜哪康氖菫榱酥瞥煽梢越颇M炸藥 (震源)的點狀激發(fā)源和不大于常規(guī)檢波器組合的接收器。本書中所敘述的實驗一般都不考 慮震源子波和接收器畸變

22、，因而在具體試驗中所用的激發(fā)源和接收器的特性都沒有記載 下來。目前夜地震聲學實驗室使用的換能器有International Transducer公司的ITC-1080， 其工作頻率范圍為1赫茲-350千赫茲;Celesco公司的LC-5-2（1赫茲-600千赫茲）和LC-10 （0.1赫茲-120千赫茲）。最后兩個型號通常用作接收器，第一個型號剛用作激發(fā)源。盡管 這些換能器都是精制的，但可以發(fā)現(xiàn)它們往往是不對稱的（圖l-7）。該圖是用LC-5-2作接 收器，LC10作激發(fā)源在其額定范圍之內(nèi)或高于其額定范圍工作測出的。圖中可見脈沖譜的 成分是方位角的函數(shù)，所以在用這些換能器記錄的反射中發(fā)現(xiàn)的細微

23、變化可能是換能器而 非反射介質(zhì)的反應。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)地震聲學實驗室的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基本上是一個在前端加裝了換能器接口的 Petty-Ray Com Mand地球物理處理系統(tǒng)。這個采集系統(tǒng)把一個電脈沖送進激發(fā)源換能器， 以產(chǎn)生激發(fā)脈沖。然后將返回的信號放大，并在開始數(shù)字化以前提供一個可調(diào)節(jié)的延遲時 間。同時它也提供可變增益函數(shù)，記錄達4096個的采樣點，然后按照指令將這些采樣的數(shù) 據(jù)送入這個小型計算機中。圖1-8表示數(shù)據(jù)和控制信號的通路。脈沖源/接收器（P/R ）有雙重作用，一是為激發(fā)源換能器提供一個短延續(xù)時間的高壓脈 沖。脈沖能量可按四個級別調(diào)整，它的觸發(fā)信號是由計算機產(chǎn)生的。二是包含一個為反射

24、返回信號提供40-60分貝增益的前置放大器。返回信號可由激發(fā)源換能器接收，給出零炮 檢距的情況，或者，更普遍的是由與激發(fā)源換能器分開的接收換能器接收。脈沖源/接收器 （P/R）不但為上述兩種方法提供了條件，它還提供了一個可調(diào)整的高通濾波器。圖1-7用一對壓電換能器作激發(fā)源和接收器所得到的不對稱的輻射圖形在本例中激發(fā)源是在超出其正常工作范圍之上湛吝q荷一希矗增-波形8 溢；.頑困 岫吁推收器L室旋大器錄儀t翠學日夠元* . g J Wi *，-數(shù)搪遁路控制誠蹬,通常激步偵接收快能黯是分開刮圖1-8地震聲學實驗室的物理模型采集系統(tǒng)的數(shù)據(jù)和控制信號通路一個程序控制的增益放大器(PGA)提供時間延遲、

25、可變增益函數(shù)以及終了增益函數(shù)。這 些都是可以通過計算機進行選擇和控制的。因為任何一個道的記錄范圍是4096個樣點。所 以延遲時間使我們可以把增益函數(shù)移到正在被記錄的一段時窗上。提供選擇的有六個增益函數(shù)。每一個增益函數(shù)從起始增益到終了增益的增益變化率是 不同的，這些變化率是由一個電阻和電容的時間常數(shù)來確定的。這樣，當通過一個電阻對 與其串聯(lián)的電容充電時，增益函數(shù)只不過是電容兩端電壓的按指數(shù)規(guī)律逐漸增大的時間的 函數(shù)。終了增益可以在1-36分貝范圍內(nèi)按照6分貝的步長選擇。增益的控制是通過把電阻接 通到寬頻帶儀器放大器的反饋電路中實現(xiàn)的。計算機發(fā)出的增益選擇信號被譯碼，而且控 制著一個繼電器，并通過

26、這個繼電器控制著這些電阻線路的通斷。波形記錄器(WR)由一個高速的十位模數(shù)轉(zhuǎn)換器和4096字的存儲器所組成。地震信號可 以用小到0.1微秒的采樣間隔進行采樣，并以1/1024的分辨率進行數(shù)字化。啟動對波形開 始記錄的觸發(fā)信號是由計算機發(fā)出的。波形記錄器具有間歇觸發(fā)延遲線路，它可以使被記 錄的那部分波形作為一個時窗在記錄道上前后移動。被記錄下來的波形可以用一種間隔的快速重復時間基線以模擬方式在示波器上顯示或 用調(diào)整到極慢的時間基線在x-y繪圖儀上顯示。在以數(shù)字方式輸出時，采樣字用的是10 位并行格式。計算機控制著采樣數(shù)據(jù)以字的順序非同步方式傳輸。地震聲學實驗室用的接口是另一家用戶專為ComMan

27、d系統(tǒng)設計的。這個接口為脈沖發(fā) 生器/接收器、程序控制增益放大器和波形記錄器提供觸發(fā)信號。程序控制增益放大器還 接收來自接口的終了增益和增益函數(shù)信號。波形記錄器向接口輸送旗標信號和10位的并行 信號。這樣，數(shù)據(jù)道就被記錄在ComMand系統(tǒng)的磁帶上。模型材料和模型制作前面提到，為尋找合適的模型材料，人們曾對許多種材料進行 過調(diào)查，早期的物理模型，如本書所述的在實驗中使用的各種模型，只是單層的。它們僅 要求水和材料界面的反射系數(shù)足夠大，以便接收器可以得到足夠強的信號。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的最 合適材料包括室溫硫化(RTV)硅橡膠、反應注模(RIM )環(huán)氧樹脂以及有機玻璃。所有這些材 料總是浸在產(chǎn)生和接收能量

28、的水中。地層聲學實驗室水槽中的水總是保持恒溫；當然，為 了防止藻類和細菌的繁殖，水還要不停地過濾。目前采用的材料所具有的物理性質(zhì)如表1-1 所示。表1-1根據(jù)模型系統(tǒng)測量的典型模型材料的物理性質(zhì)料速度T英尺/ 秒）給小的水 槽速度 英尺J秒）寄度 礁/ 立方英尺聲凰抵 (pVx 15色捉型.65峭怡水11633:W3無色北3197773界,。265黑SlyEarjll&lMidS1R468.0232無色Slyard3110噩76776*0 1249白SlySard3L202S&57：839G.D 270紅有機瓏璃2UQ。冷D657x a宥機加矛模 1266戲采194 26ye.o&31無色/株

29、師髭概捎萍棋31899偵21377技1M外髭陪招772710545代S.0時辛黑環(huán)甄例揄淋?？礢網(wǎng)231310569,。388元色/白環(huán)氧皙保CPC19421Slfl!23嘰0342淡黃聚胺脂反度注模山494IlBld62.0305株環(huán)就翅8&反成注棋I隊671240170 .0! 3&2無色，株黃葬貧樹脂反莊注氐&570)1368057.0325淡株耳氧樹脂分別具有縱波速度V、V和密度P、P的兩種材料分界面上的反射系數(shù)為:1212(VP2 - V P1)/(VP2 + 匕 P)表1-2中列出了對最常用的材料組合算出的反射系數(shù)。表1-2常用模型材料、1SlfBard SlyBardSlyEar

30、dmoSlySard3L2D宥機、耳射介質(zhì)K 肘介政 65叩的本1羽6WF的水SlyMrd】網(wǎng)L偵SI F&lrdlS401330.Q66Sy&*rd3110O.OBJ 1(1.031SyardS 1?D- G3牌-0.如6-0.00有機我腐-。,3網(wǎng)-0.425-O.47S一。蜘-C.417落糠 1?-0.E-0UO8-0.4&2l 0+434-C.4tl口，徹若模3180-0物-e,57i_qSL4一0卸、5茹一。，1 邱弟模2741LV-口 .369- 0.425-0.478-0仙-(M】70.000葬橫1265-。.123-0.188-O.2S2-0,21S-0U790.2S7CPC

31、19-0,160-0*127=。偵-0.157-L1180*31&反應深橫山-0,003-0.D7C-0.13?-0.1D1 LO6I0.343反應注模I-D.G89-QJ55-口9-0.185Tl，45叭28,程應涔挨IT-U.0351- 0.102-0-157項.132-，.。92Q.S33對一個典型的簡單模型，可以使用一個注模箱模擬粘土中的地質(zhì)界面(圖1-9)，在粘 土放好后，澆注熟石膏模子。這個模子經(jīng)過修正即可作為最終的硅橡膠注模。硅橡膠要和 催化劑在半真空條件下混合，以防止流體中夾帶氣泡。同樣，在向模內(nèi)澆注橡膠時也要嚴 防產(chǎn)生氣泡。因為這些氣泡將成為十分有害的點散射源。目前已在制作遠

32、比上述復雜得多 的界面模型。將在以后的論文中介紹他們的結構。按比例縮小 物理模型按比例縮小的概念，White(1965)曾作詳細權述，這里只作簡單 介紹。從本質(zhì)上講，原來野外工作的各個線度都與模型的相應線度成一定比例。例如，假 設距離x的比例因子為L，即：x原始 LX模型同樣，對時間t，如比例因子為T，則：t =Tt原始 模型表1-3是各種不同物理量的通用比例因子。如果介質(zhì)的彈性模量需要考慮，則必須定義質(zhì) 量m的比例因子?？杀頌橄率剑簃 =Mm原始 模型地震聲學實驗室的模型模擬之所以具有生命力，正是因為可以使用戶按照實際尺寸設 計他們的實驗。這是因為聲波的波長與地質(zhì)構造尺寸的比例與它們在野外的

33、比例是一樣的。 例如，速度為10000英尺/秒的沉積層，50周脈沖在其中傳播時的波長為20000英尺，采 用1英寸等于1000英尺的比例縮小是較為方便的；這就是說它的比例因子應是1： 12000。 同樣，一個典型的壓電晶體的工作頻率為250千赫茲，這個頻率要縮小至50赫茲所需的比例因子為5000： 1。由于速度的量綱為：LT -1，所以它的比例因子為2.4。圖1-9用以制作粘土中地質(zhì)界面的可拆卸的鋁制模具典型尺寸為10立方英寸表1-3通用的比例因子董符號通用比例因子距*，小L時期了位最ntVLT痘75 Si F，（jyr.1淳性洗堂治松七a:E關pW表1-4是地震聲學實驗室所使用的量綱、比例和比例因子。表1-4物理模型的尺寸和比例因子模型原始/油原始/煤卷 度UOflO3500時間150002500鼻既1LU新 率12m 用fit 鋼槎型油原始/煤 活度】英寸1QE英尺加。英尺時 間。部撈I毫秒L5毫秒速度溫聞。英尺/秒12000莫尺/涉7M0英尺/卻斯 率千疑60茹