第1章地震波動(dòng)力學(xué)

地震勘探原理第一章地震波的運(yùn)動(dòng)學(xué)1第一章地震波的運(yùn)動(dòng)學(xué)第二節(jié)一個(gè)界面情況下反射波的時(shí)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(yùn)動(dòng)學(xué)

第四節(jié)多層水平反射波時(shí)距曲線

第六節(jié)透射波和反射波垂直時(shí)距曲線

第五節(jié)連續(xù)介質(zhì)中地震波的運(yùn)動(dòng)學(xué)

2第一章地震波的運(yùn)動(dòng)學(xué)地震波運(yùn)動(dòng)學(xué)：研究在地震波傳播過程中的地震波波前的空間位置與其傳播時(shí)間的關(guān)系(研究波的傳播規(guī)律)，以及這種時(shí)空關(guān)系與地下地質(zhì)構(gòu)造的關(guān)系。

它是用波前、射線等幾何圖形描述波的運(yùn)動(dòng)（傳播）過程和規(guī)律，與幾何光學(xué)的一些原理相似，所以也稱為幾何地震學(xué)。認(rèn)識(shí)兩個(gè)概念：地震波運(yùn)動(dòng)學(xué)和地震波動(dòng)力學(xué)3第一章地震波的運(yùn)動(dòng)學(xué)地震波動(dòng)力學(xué)：研究地震波在傳播過程中波形、振幅、頻率、相位等特征的及其變化規(guī)律，以及這些變化規(guī)律與地下的地層結(jié)構(gòu)，巖石性質(zhì)及流體性質(zhì)之間存在的聯(lián)系。地震波動(dòng)力學(xué)是從介質(zhì)運(yùn)動(dòng)的基本方程(波動(dòng)方程)出發(fā)來研究地震波的傳播特點(diǎn)的。從能量的角度來研究波的特征。4利用地震波的運(yùn)動(dòng)學(xué)特征來查明地下的地質(zhì)構(gòu)造的形態(tài)。利用地震波的動(dòng)力學(xué)特征及其變化規(guī)律來研究地下的地層，巖性及油氣顯示有一定的實(shí)際意義。地震波運(yùn)動(dòng)學(xué)+地震波動(dòng)力學(xué)=地震波場(chǎng)理論。第一章地震波的運(yùn)動(dòng)學(xué)5第一章地震波的運(yùn)動(dòng)學(xué)第一節(jié)地震波的基本概念一、振動(dòng)與波動(dòng)二、地震波的產(chǎn)生和傳播三、波的幾個(gè)特征四、地震波的傳播規(guī)律五、波動(dòng)傳播的定理六、地震波的分類6一、振動(dòng)和波動(dòng)的基本概念振動(dòng)－－某質(zhì)點(diǎn)在其平衡位置附近做來回往返的運(yùn)動(dòng)。通常以周期性為其特征，用振幅、頻率來描述。振幅(A)—質(zhì)點(diǎn)離開平衡位置的最大位移。頻率(f)—每秒鐘內(nèi)振動(dòng)的次數(shù)稱頻率。周期(T)—質(zhì)點(diǎn)從某位置振動(dòng)后再回到該位置所需的時(shí)間稱周期，與頻率互為倒數(shù)。f＝1/T1、振動(dòng)第一節(jié)地震波的基本概念7波動(dòng)－－就是振動(dòng)在介質(zhì)中的傳播。

介質(zhì)內(nèi)某質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)，通過介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)的相互作用傳遞相鄰質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)，如此傳遞下去就形成了波動(dòng)。波動(dòng)產(chǎn)生的條件：

振動(dòng)是波動(dòng)的源、有傳播的介質(zhì)。波動(dòng)是振動(dòng)的傳播，是能量的傳播。

波動(dòng)是能量傳播的重要方式之一。特點(diǎn)：當(dāng)能量在介質(zhì)中通過波動(dòng)從一個(gè)地方傳到另一個(gè)地方時(shí)，介質(zhì)本身并不傳播。2、波動(dòng)第一節(jié)地震波的基本概念8波的幾個(gè)例子2、波動(dòng)9波的幾個(gè)例子10波動(dòng)113、波動(dòng)的參數(shù)描述波速－－質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)能量傳播的速度，或振動(dòng)在介質(zhì)中傳播的速度。質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)速度與波動(dòng)的傳播速度不同，其振動(dòng)方向與傳播方向也不一定相同.第一節(jié)地震波的基本概念12波振幅（A）--質(zhì)點(diǎn)離開平衡點(diǎn)的距離(位移)；波長（λ）—兩個(gè)相鄰周期(T)上各相似點(diǎn)的距離(注意：應(yīng)在垂直于波前的方向上對(duì)它們測(cè)定)；頻率（f）—每秒鐘內(nèi)波振動(dòng)的次數(shù)。波的傳播速度（V）每秒鐘波前進(jìn)的距離。

V=λf=λ/T

或λ=V/f

第一節(jié)地震波的基本概念13每個(gè)質(zhì)點(diǎn)在波傳播過程中只繞其平衡位置振動(dòng)并不傳播到其它地方。波在傳播過程中，質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)是有先有后的，也就是波是以有限的速度在介質(zhì)中傳播的，波速的有限性是形成波動(dòng)的必要條件。波的傳播速度，取決于介質(zhì)的速度，質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的速度不等于波速。波動(dòng)是一種能量傳播的重要方式，能量從一個(gè)地方傳播到另一個(gè)地方時(shí)介質(zhì)本身并不傳播。4、質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)和波動(dòng)的關(guān)系第一節(jié)地震波的基本概念14質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)和波動(dòng)的關(guān)系就是部分和整體的關(guān)系。單獨(dú)考慮每一個(gè)點(diǎn)，它的運(yùn)動(dòng)只是在平衡位置附近進(jìn)行振動(dòng)。把介質(zhì)中的無限多個(gè)點(diǎn)當(dāng)作一個(gè)整體來看，它的運(yùn)動(dòng)就是波動(dòng)。第一節(jié)地震波的基本概念151.什么是彈性波？2.什么是地震波？3.地震波的產(chǎn)生過程（以炸藥震源為例）二、地震波的產(chǎn)生和傳播16彈性非常好的海綿彈性介質(zhì)171、彈性波按固體在外力作用下的形變特征，可將固體分為：彈性介質(zhì)和塑性體彈性體--當(dāng)使介質(zhì)產(chǎn)生形變的外力撤消后，介質(zhì)能立即并完全恢復(fù)到原始狀態(tài)的物體；反之，稱為塑性體。在外力作用下，物體即可顯示為彈性，又可顯示為塑性

條件：外力的大小、作用時(shí)間的長短彈性波--在彈性介質(zhì)中傳播的波稱為彈性波。它的形成條件是：要有能傳播彈性波的介質(zhì)—彈性介質(zhì)，以及在彈性介質(zhì)中有振動(dòng)。第一節(jié)地震波的基本概念18一種在巖層中傳播的，頻率較低(與天然地震的頻率相近)的波，是彈性波在巖層中傳播的一種通俗說法。2、地震波第一節(jié)地震波的基本概念19地震波是一種在巖層中傳播的彈性波。20在震源附近，爆炸所產(chǎn)生的強(qiáng)大壓力大大超過了巖石的極限強(qiáng)度，使巖石破碎，形成一個(gè)破壞圈，炸出空洞；隨著離開震源距離的增加，壓力減小，但仍超過巖石的彈性限度，使巖石發(fā)生塑性變形，形成輻射狀或環(huán)狀裂隙，形成塑形帶；隨著離開震源距離的進(jìn)一步加大，壓力降低到巖石的彈性限度以內(nèi)，又因?yàn)檎ㄋ幈ǖ漠a(chǎn)生的是一個(gè)延續(xù)時(shí)間很短的作用力，根據(jù)彈性理論，這一區(qū)域的巖石發(fā)生的彈性形變。3、地震波的產(chǎn)生過程（以炸藥震源為例）第一節(jié)地震波的基本概念21炸藥震源激發(fā)地震波224、地震子波定義：

爆炸產(chǎn)生的是一個(gè)延續(xù)時(shí)間很短的尖脈沖，這一尖脈沖造成破壞圈、塑性帶，最后使離震源較遠(yuǎn)的介質(zhì)產(chǎn)生彈性形變，形成地震波，地震波向外傳播一定距離后，波形逐漸穩(wěn)定，成為一個(gè)具有2-3個(gè)相位（極值）、延續(xù)時(shí)間60-100毫秒的地震波，稱為地震子波。地震子波特征：波形基本穩(wěn)定；幅度會(huì)因種種原因而衰減地震子波看作組成一道地震記錄的基本元素。第一節(jié)地震波的基本概念231.波陣面(波前、波后)波陣面—波從震源出發(fā)向四周傳播，在某一時(shí)刻，把波到達(dá)時(shí)間各點(diǎn)所連成的面，簡稱波面。波前—振動(dòng)剛開始與靜止時(shí)的分界面，即剛要開始振動(dòng)的那一時(shí)刻。同樣，振動(dòng)剛停止時(shí)刻的分界面為波后。波前或波后是用面表示的，不是曲線。三、波的幾個(gè)特征第一節(jié)地震波的基本概念24必須記?。翰ㄊ遣粩嗲斑M(jìn)的，從而波前和波后這兩個(gè)曲面也在隨著時(shí)間不斷然地推進(jìn)。不指明哪一個(gè)時(shí)刻來談?wù)摬ㄇ昂筒ê笫菦]有明確意義的。波陣面的形狀決定波的類型，可分為球面、平面和柱面波等。平面波--波前是平面(無曲率)，象是一種在極遠(yuǎn)的震源產(chǎn)生的。這是地震波解析中的一種常用的假設(shè)。球面波--由點(diǎn)源產(chǎn)生的波，向四周傳播，波面是球面。第一節(jié)地震波的基本概念25在均勻各向同性介質(zhì)中，同一個(gè)震源，在近距離的波為球面波，在遠(yuǎn)距離的地方可看成平面波。在地震勘探中，由于傳播路線長而接收點(diǎn)小常把地震波看作為平面波。第一節(jié)地震波的基本概念球面波在什么情況下可以看成平面波？262.波線(射線)射線—是用來描述波的傳播路線的一種表示。

在一定條件下，認(rèn)為波及其能量是沿著一條“路徑”從波源傳到所觀測(cè)的一點(diǎn)P。這是一條假想的路徑，也叫波線。射線的特征：

1)總是與波陣面垂直；2)波動(dòng)經(jīng)過每一點(diǎn)都可以設(shè)想有這么一條波線；第一節(jié)地震波的基本概念27引入射線的意義：在條件適當(dāng)時(shí)，利用射線可大大簡化地震波的傳播問題，即可用幾何的方法來研究波的傳播。已發(fā)展為一個(gè)學(xué)科--幾何地震學(xué)第一節(jié)地震波的基本概念283.振動(dòng)曲線和波形曲線某點(diǎn)振動(dòng)隨時(shí)間的變化的曲線稱為振動(dòng)曲線，也稱振動(dòng)圖。注意，一條振動(dòng)曲線只反映一個(gè)點(diǎn)的振動(dòng)。第一節(jié)地震波的基本概念29多條振動(dòng)曲線組成地震記錄30波形曲線--在同一時(shí)刻各點(diǎn)的位移畫在同一圖上形成的曲線，它表示各點(diǎn)振動(dòng)位置與各點(diǎn)位置的關(guān)系。波形圖的描繪，在某時(shí)刻各點(diǎn)振動(dòng)之間的關(guān)系，不同的時(shí)刻有不同的波形曲線；地震勘探中，沿測(cè)線畫出的波形曲線，也稱波剖面。第一節(jié)地震波的基本概念31（1）主波長、主周期和主頻率地震波是一種復(fù)雜的波，是一種非正弦波，不能籠統(tǒng)地討論周期或頻率，最好用頻譜討論。一般用主波長、主周期和主頻率來表征地震波。簡單地確定地震波主頻、主波長和主周期的方法：以主振動(dòng)相鄰兩個(gè)波峰(或波谷)為一個(gè)主周期。主頻可由頻譜分析得到。4.波的幾個(gè)特征32（2）視速度、視波長當(dāng)涉及的波速和波長時(shí)，我們是沿著波的傳播方向來考慮問題。視速度—當(dāng)波的傳播方向與觀測(cè)方向不一致(夾角θ)時(shí)，觀測(cè)到的速度并不是波前的真速度V，而是視速度Va。同樣，此時(shí)的波長為視波長λa。第一節(jié)地震波的基本概念33為沿著測(cè)線方向的視波長

波沿測(cè)線方向傳播速度

第一節(jié)地震波的基本概念視速度、視波長34Va

=

V/sinθ。

λa

=λ/sinθ。因?yàn)閟inθ≤1，所以Va和λa一般大于它們的真實(shí)值V和λ。地震波沿地表傳播:θ=900

Va

=

V地震波垂直地表傳播：θ=0

Va

=

∞視速度與速度的關(guān)系第一節(jié)地震波的基本概念35四、地震波的傳播規(guī)律第一節(jié)地震波的基本概念36四、地震波的傳播規(guī)律1、反射和透射37四、地震波的傳播規(guī)律不管什么時(shí)候，波只要入射到兩種介質(zhì)的分界面時(shí)：

入射波、反射波，透射波

物理學(xué)稱折射波≠地震勘探中的折射波概念1、反射和透射只有當(dāng)介質(zhì)的聲(波)阻抗突變時(shí)才發(fā)生反射。第一節(jié)地震波的基本概念38聲阻抗指的是介質(zhì)(地層)的密度和波的速度的乘積(Zi=ρiVi，i為地層)，在聲學(xué)中稱為聲阻抗，在地震學(xué)中稱波阻抗。波的反射和透射與分界面兩邊介質(zhì)的波阻抗有關(guān)。只有在Z1≠Z2的條件下，地震波才會(huì)發(fā)生反射，差別越大，反射也越強(qiáng)。第一節(jié)地震波的基本概念392、反射和透射定律----用射線來表示波的反射和透射第一節(jié)地震波的基本概念40①反射線、入射線分居法線的兩側(cè)；②反射線位于入射面內(nèi)；③反射角α’等于入射角α；④反射線、入射線和法線所構(gòu)成的的平面為射線平面，垂直與界面。反射定律第一節(jié)地震波的基本概念41反射路徑的虛震源作圖法入射線OP在分界面P點(diǎn)入射，過P點(diǎn)的法線為NN’，從震源O向分界面作垂線OD并延長，與反射線的反方向延長線相交于O*，把此點(diǎn)作為一個(gè)虛震源。這時(shí)反射線可以看成是由O*點(diǎn)射出來的。虛震源是一個(gè)假設(shè)的震源，引入它可以簡化波的入射和反射路徑的計(jì)算。第一節(jié)地震波的基本概念42透射定律1）透射線也位于入射面內(nèi)，2）入射角的正弦和透射角的正弦之比等于第一和第二兩種介質(zhì)的波速之比,即或此式表示波在兩種介質(zhì)內(nèi)傳播的視速度是相等的。進(jìn)一步寫第一節(jié)地震波的基本概念43注意：此透射定律只確定了透射線的方向，而沒有涉及到透射線的強(qiáng)度，從而它也是幾何地震學(xué)的一條定律。第一節(jié)地震波的基本概念44反射和透射系數(shù)入射時(shí)，反射系數(shù)和透射系數(shù)可用波阻抗來表示。反射系數(shù)透射系數(shù)R+T=1第一節(jié)地震波的基本概念453、斯奈爾(Snell)定律由透射定律可知，當(dāng)波通過兩個(gè)聲阻抗不同的均勻介質(zhì)界面時(shí)，波前進(jìn)的方向就會(huì)發(fā)生改變：

當(dāng)考慮縱波和橫波時(shí)，這種變化可以表示為：式中：θP1是介質(zhì)1中縱波的入射角，θs1是介質(zhì)1中橫波的入射角，VP1、VP2、VS1、VS2分別為介質(zhì)1和2的縱、橫波速度，其中P為常數(shù)，稱射線路徑參數(shù)。第一節(jié)地震波的基本概念46綜合反射定律和透射定律的內(nèi)容，擴(kuò)展到多層水平層狀介質(zhì)的情況，則可以得到如下形式的斯奈爾(Snell)定律：

Vp1,Vs1,Vp2,Vs2,......Vpi,Vsi—為各層的縱波、橫波速度

P—為一常數(shù)，稱為射線路徑參數(shù)。在水平層狀介質(zhì)中，當(dāng)波的某條射線以某一角度入射到第一個(gè)界面后，再向下透射的方向?qū)⒂缮鲜經(jīng)Q定，這條射線就對(duì)應(yīng)于一個(gè)射線參數(shù)值Pi。

第一節(jié)地震波的基本概念474、全反射和折射波(首波)由透射定律可知，如果V2>V1

，即sinθ2>sinθ1，θ2>θ1。當(dāng)θ1還沒到90o時(shí)，θ2到達(dá)90o，此時(shí)透射波在第二種介質(zhì)中沿界面滑行，出現(xiàn)全反射現(xiàn)象。開始出現(xiàn)全反射時(shí)的入射角稱反射臨界角θc。第一節(jié)地震波的基本概念48折射波(首波)當(dāng)入射波大于臨界角時(shí)，出現(xiàn)滑行波和全反射。在分界面上的滑行波有另一種特性，即會(huì)影響第一界面，并激發(fā)新的波。在地震勘探中，由滑行波引起的波叫折射波(refractions)，也叫做首波(HeadWave)。折射波的特征：1入射波以臨界角或大于臨界角，入射高速介質(zhì)所產(chǎn)生的波。2折射波始終以臨界角的方向向上傳播。第一節(jié)地震波的基本概念49第一節(jié)地震波的基本概念折射波示意圖50五、波動(dòng)傳播的定理費(fèi)馬原理指出波在各種介質(zhì)中的傳播路線，滿足所用時(shí)間為最短的條件(旅行時(shí)為極小)。費(fèi)馬原理示意圖1、費(fèi)馬原理(Fermat’sprinciple)1660年第一節(jié)地震波的基本概念51費(fèi)馬原理指的是波在介質(zhì)中由一點(diǎn)傳播到另一點(diǎn)的沿最小旅行時(shí)的路線傳播，而不是沿最短路徑傳播。注意：第一節(jié)地震波的基本概念522、惠更斯(huygens)原理1在前進(jìn)的波前成上每一點(diǎn)都可以看作一個(gè)二次的震(波)源，且后一時(shí)刻的波前面就是基于前一時(shí)刻的波前面所激發(fā)的所有二次波的包絡(luò)面。2另一種表述：在波前面上的任意一個(gè)點(diǎn)，都可以看成是一個(gè)新的波(震)源，叫子波源。每個(gè)子波源都向各方發(fā)出波，叫子波,子波以所處點(diǎn)的速度傳播。第一節(jié)地震波的基本概念532、惠更斯(huygens)原理54平面波55惠更斯原理的應(yīng)用惠更斯原理是利用波前面的概念來解釋傳播問題的。因此可用圖法繪出各種波的波面?；莞乖砜梢源_定波的傳播方向，而不能確定沿不同方向傳播的振動(dòng)的振幅,只是給出了幾何位置，沒有涉及波到達(dá)新位置的物理狀態(tài)。第一節(jié)地震波的基本概念56六、地震波的類型和特征1、按傳播機(jī)制劃分（質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向）:

縱波、橫波2、按波傳播的范圍分：

體波、面波體波--波在無窮大均勻介質(zhì)(固體)中傳播時(shí)有兩種類型的波（縱波和橫波），它們?cè)诮橘|(zhì)的整個(gè)立體空間中傳播，合稱體波。面波—波在自由表面或巖體分界面上傳播的一種類型的波。第一節(jié)地震波的基本概念5758593、分界面中波的類型按地震波在傳播過程中傳播路徑(射線)的特點(diǎn)還可以把分為直達(dá)、透射、反射和折射波等。第一節(jié)地震波的基本概念601、時(shí)距曲線2、水平界面共炮點(diǎn)反射波時(shí)距曲線方程3、傾斜界面共炮點(diǎn)反射波時(shí)距曲線方程4、正常時(shí)差\動(dòng)校正5、傾角時(shí)差6、時(shí)距曲面和時(shí)間場(chǎng)第二節(jié)一個(gè)分界面情況下反射波的時(shí)距曲線內(nèi)容提要：61第二節(jié)一個(gè)分界面情況下反射波的時(shí)距曲線波至(初至)--接收點(diǎn)由靜止?fàn)顟B(tài)到因波到達(dá)開始振動(dòng)的時(shí)刻，這個(gè)時(shí)刻稱為波的初至。相位--地震勘探中習(xí)慣用振動(dòng)波形圖上某個(gè)特定的位置(極大或極小值)，同相軸(event)--一組地震道上整齊排列的相位，表示一個(gè)新的地震波的到達(dá)。先認(rèn)識(shí)幾個(gè)概念：62第二節(jié)一個(gè)分界面情況下反射波的時(shí)距曲線一、時(shí)距關(guān)系(曲線)定義表示波從震源出發(fā)，傳播到測(cè)線上各觀測(cè)點(diǎn)的旅行時(shí)間t，同觀測(cè)點(diǎn)相對(duì)于激發(fā)點(diǎn)的距離x之間的關(guān)系曲線。X一般情況下不是波傳播的實(shí)際路徑的長度。63第二節(jié)一個(gè)分界面情況下反射波的時(shí)距曲線直達(dá)波的時(shí)距曲線在O點(diǎn)激發(fā)，在測(cè)線x方向接收。直達(dá)波時(shí)距曲線方程：是一直線。646566第二節(jié)一個(gè)分界面情況下反射波的時(shí)距曲線討論時(shí)距曲線的實(shí)際意義不同的波具有不同的時(shí)距曲線，具有不同的特點(diǎn)。各種波時(shí)距曲線的特點(diǎn)是在地震記錄上識(shí)別各種類型地震波的重要依據(jù)。自激自收接收地震剖面上，反射波同相軸的形態(tài)與地下界面的對(duì)應(yīng)關(guān)系。但在一點(diǎn)激發(fā)多道接收的地震記錄不對(duì)應(yīng)了。為了把反射波時(shí)距曲線校正為能反映地下界面形態(tài)的自激自收記錄，必須研究時(shí)距曲線。67第二節(jié)一個(gè)分界面情況下反射波的時(shí)距曲線縱測(cè)線：激發(fā)點(diǎn)與接收點(diǎn)在同一條直線上，這樣的測(cè)線稱為縱測(cè)線。用縱測(cè)線進(jìn)行觀測(cè)得到的時(shí)距曲線稱為縱時(shí)距曲線。非縱測(cè)線：激發(fā)點(diǎn)不在測(cè)線上，用非縱測(cè)線進(jìn)行觀測(cè)得到的時(shí)距曲線稱為非縱時(shí)距曲線。除非特別說明，一般都討論縱時(shí)距曲線。68地震綜測(cè)線69地震非縱側(cè)線70第二節(jié)一個(gè)分界面情況下反射波的時(shí)距曲線二、水平界面共炮點(diǎn)反射波時(shí)距曲線方程在同一炮點(diǎn)激發(fā)，不同接收點(diǎn)上接收的反射波記錄，稱為共炮點(diǎn)道集。在野外的數(shù)據(jù)采集原始記錄中，常以這種記錄形式?？煞謫芜叿排诤椭虚g放炮。共炮點(diǎn)反射道集71二、水平界面共炮點(diǎn)反射波時(shí)距曲線方程已知:界面深度為h0，介質(zhì)的速度為v。在O點(diǎn)激發(fā)，在測(cè)線S點(diǎn)接收的，距離為x。

根據(jù)反射定律，利用虛震源法。求：t=f（x，v，h0）的函數(shù)72二、水平界面共炮點(diǎn)反射波時(shí)距曲線方程稱為零炮檢距時(shí)間或自激自收時(shí)間反射波時(shí)距曲線可寫為：1）反射波時(shí)距曲線是一條雙曲線2）最小值為x=0，t=h0

也可寫為：73二、水平界面共炮點(diǎn)反射波時(shí)距曲線方程747576三、傾斜界面共炮點(diǎn)反射波時(shí)距曲線方程已知:在O點(diǎn)激發(fā)，在測(cè)線S點(diǎn)接收的，距離為x。介質(zhì)均勻，速度為v，界面的傾角為φ

，O點(diǎn)處界面法線深度為h0，測(cè)線垂直與構(gòu)造走向，x軸為界面上傾方向?yàn)檎颉?/p>

求：t=f（x，v，h0，φ）的函數(shù)三、傾斜界面共炮點(diǎn)反射波時(shí)距曲線方程77三、傾斜界面共炮點(diǎn)反射波時(shí)距曲線方程上傾方向下傾方向78傾斜界面共炮點(diǎn)反射波時(shí)距曲線特點(diǎn)7980五、正常時(shí)差(NormalMoveout)需要的是來自觀測(cè)點(diǎn)正下方的時(shí)間，即自激自收時(shí)間。炮檢距—是激發(fā)點(diǎn)（炮）點(diǎn)到接收點(diǎn)（檢）點(diǎn)的距離。實(shí)際得到的時(shí)距曲線是時(shí)間隨炮檢距的改變而變化。第二節(jié)一個(gè)分界面情況下反射波的時(shí)距曲線1、正常時(shí)差的引出81一炮多道接收的反射并不來自炮點(diǎn)O和接收點(diǎn)S正下方，在水平界面時(shí)反射來自距的中點(diǎn)M。從實(shí)際生產(chǎn)考慮，不采用自激自收方式，要得到M點(diǎn)正下方的反射反射，則需在M點(diǎn)兩邊對(duì)稱的點(diǎn)上進(jìn)行激發(fā)（O）和接收（S）。第二節(jié)一個(gè)分界面情況下反射波的時(shí)距曲線問題：82在M點(diǎn)自激自收，R點(diǎn)的反射時(shí)間為tOM:在O點(diǎn)激發(fā)S點(diǎn)接收，來自R點(diǎn)的反射時(shí)間為tORS：tM<tORS。同樣來自R點(diǎn)的反射兩者有時(shí)間差，這是因?yàn)榕跈z距不為零引起的。第二節(jié)一個(gè)分界面情況下反射波的時(shí)距曲線831、正常時(shí)差定義定義一

水平界面時(shí)，對(duì)界面上某點(diǎn)以炮檢距x進(jìn)行觀測(cè)得到的反射旅行時(shí)同以零炮檢距(自激自收)進(jìn)行觀測(cè)得到的反射旅行時(shí)之差。這是由于炮檢距不為零引起的時(shí)差。定義二

在水平界面下，各觀測(cè)點(diǎn)相對(duì)于震源的由于炮檢距不同而引起的反射波旅行時(shí)間差。兩種定義是由區(qū)別的，但在水平界面下兩種定義的定量關(guān)系相同。一般采用第一種定義，物理含義準(zhǔn)確。842、正常時(shí)差的定量計(jì)算或其中代表的是M點(diǎn)的自激自收時(shí)間。根據(jù)正常時(shí)差的定義，可知：85這個(gè)精確公式有時(shí)討論問題不夠直觀。在一定的條件下，用二項(xiàng)式展開可以得到簡單的近似公式，以后討論某些問題時(shí)經(jīng)常用到。

當(dāng)時(shí)，利用二項(xiàng)式展開，有則第二節(jié)一個(gè)分界面情況下反射波的時(shí)距曲線--界面水平時(shí)的正常時(shí)差863、動(dòng)校正在水平界面的情況下，從觀測(cè)到的反射波旅行時(shí)中減去正常時(shí)差t，得到x/2處的t0時(shí)間。這一過程叫正常時(shí)差校正，或稱動(dòng)校正。經(jīng)過動(dòng)校正后，反射波的同相軸一般就能反映界面的形態(tài)了。第二節(jié)一個(gè)分界面情況下反射波的時(shí)距曲線87第二節(jié)一個(gè)分界面情況下反射波的時(shí)距曲線88六、傾角時(shí)差(DipMoveout)界面水平時(shí)，在S’點(diǎn)、O點(diǎn)、S點(diǎn)三個(gè)位置自激自收，反射波旅行時(shí)都相等，即。同樣在水平界面，炮檢距不為0時(shí)，在O點(diǎn)激發(fā)S點(diǎn)接收，存在正常時(shí)差，即tORS>t0。如果取OS=OS’=x，則tORS=tOR’S’。

1、傾角時(shí)差的引出89界面傾斜，傾角為ф，測(cè)線與界面傾向一致，此時(shí)依然OS=OS’=x，則因?yàn)閮A角時(shí)差由傾角引起，所以，如果測(cè)出了界面的傾角時(shí)差，則有可能利用它來估算界面傾角，而了解界面傾角，這是了解地下構(gòu)造的一個(gè)重要內(nèi)容。

此時(shí)tORS≠

tOR’S’

，這是由于界面傾斜引起的。第二節(jié)一個(gè)分界面情況下反射波的時(shí)距曲線90定義一：去掉炮檢距的影響，純粹由于界面存在傾角而引起的反射波旅行時(shí)差，稱為傾角時(shí)差。定義二：也可以說是由激發(fā)點(diǎn)兩側(cè)對(duì)稱位置觀測(cè)到的來自同一界面的反射波的時(shí)差。

第二節(jié)一個(gè)分界面情況下反射波的時(shí)距曲線2、傾角時(shí)差概念

912、傾角時(shí)差的定量計(jì)算已知傾斜界面的時(shí)距曲線為：變換可得：同理，對(duì)S’點(diǎn)：

當(dāng)時(shí)，上式用二項(xiàng)式展開，且略去高次項(xiàng)可得：

92把震源O點(diǎn)兩邊等距的兩觀測(cè)點(diǎn)的反射波傳播時(shí)間相減得傾角時(shí)差△td：

當(dāng)在O點(diǎn)兩邊炮檢距為x的兩點(diǎn)上，測(cè)出傾角時(shí)差△td后，就可用下式估算界面傾角：

第二節(jié)一個(gè)分界面情況下反射波的時(shí)距曲線93第二節(jié)一個(gè)分界面情況下反射波的時(shí)距曲線在一個(gè)炮檢距不為零的點(diǎn)觀測(cè)到的傾斜界面反射波旅行時(shí),它包括三部分，即t0、正常時(shí)差和傾角時(shí)差。令為S點(diǎn)的正常時(shí)差，為S點(diǎn)相對(duì)于O點(diǎn)的傾角時(shí)差，等于S點(diǎn)相對(duì)于S’點(diǎn)的傾角時(shí)差的一半。943、傾斜界面下的動(dòng)校正首先，S點(diǎn)接收到的反射波經(jīng)動(dòng)校正后應(yīng)算哪一點(diǎn)？

當(dāng)傾角φ不大，界面較深，x較小時(shí)，近似地認(rèn)為R與R’相差很小，可忽略。

M點(diǎn)的自激自發(fā)時(shí)間為tR’M。1)界面水平時(shí)，動(dòng)校正后x/2處的自激自收時(shí)間。2）界面傾斜下，動(dòng)校正后的結(jié)果：95最精確的辦法就是：動(dòng)校正量等于波的實(shí)際傳播時(shí)間t減去炮檢中點(diǎn)M處的自激自收時(shí)間tR’M，即△tф=t-tR’M，動(dòng)校正：t-△tф=t-(t-tR’M)=tR’M這樣動(dòng)校正后就把t變換成tR’M。由此，精確的動(dòng)校正量是：式中：h0是激發(fā)點(diǎn)O處界面的法線深度；tR’M=2hM/V，hM是炮檢中點(diǎn)M處界面的法線深度。3）界面傾斜下，怎樣計(jì)算動(dòng)校正量：第二節(jié)一個(gè)分界面情況下反射波的時(shí)距曲線96實(shí)際的做法

用水平界面的公式近似計(jì)算傾斜界面的動(dòng)校正量。

應(yīng)當(dāng)注意：對(duì)傾斜界面的反射波進(jìn)行動(dòng)校正，不是（也不應(yīng)當(dāng)）把t校正成為t0，而是要把t校正成為tR’M。下面證明傾斜界面的正常時(shí)差△tф和正常時(shí)差△t’兩者是近似相等。

界面傾斜下，計(jì)算動(dòng)校正量：第二節(jié)一個(gè)分界面情況下反射波的時(shí)距曲線97已知所以有

4）界面傾斜下，計(jì)算動(dòng)校正量：98第二節(jié)一個(gè)分界面情況下反射波的時(shí)距曲線七、時(shí)距曲面和時(shí)間場(chǎng)的概念如果在一點(diǎn)激發(fā)，而同時(shí)在一個(gè)面上的許多點(diǎn)進(jìn)行接收，若觀測(cè)面是平面，波到達(dá)觀測(cè)面上的各點(diǎn)的時(shí)間t就是觀測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)（x,y）的二元函數(shù)t=f(x,y)，顯然，函數(shù)t=f(x,y)的圖形是一個(gè)曲面，稱為時(shí)距曲面，函數(shù)t=f(x,y)稱為時(shí)距曲面方程。1、時(shí)距曲面直達(dá)波的時(shí)距曲面是一個(gè)頂點(diǎn)位于激發(fā)點(diǎn)的倒置的圓錐面。99第二節(jié)一個(gè)分界面情況下反射波的時(shí)距曲線2、時(shí)距曲面和時(shí)距曲線之間有如下關(guān)系：1）如果已知時(shí)距曲面，就可以確定沿此觀測(cè)面上任一條測(cè)線的時(shí)距曲線，因?yàn)樗前瑴y(cè)線并平行于t軸的面（測(cè)線是直線時(shí)就是平面與時(shí)距曲面的交線）。2）反之，在觀測(cè)面上沿許多條測(cè)線進(jìn)行觀測(cè)后，根據(jù)所得的許多條時(shí)距曲線，也可以得出時(shí)距曲面。100第二節(jié)一個(gè)分界面情況下反射波的時(shí)距曲線設(shè)有一個(gè)地震波在介質(zhì)內(nèi)傳播，如果在介質(zhì)中任一點(diǎn)M(x,y,z)進(jìn)行觀測(cè)，則可以確定波前到達(dá)這一點(diǎn)的時(shí)間t，波前傳播的時(shí)間t可以看成觀測(cè)點(diǎn)坐標(biāo)(x,y,z)的函數(shù)，即t=g(x,y,z)，因而就可以確定了一個(gè)標(biāo)量場(chǎng)t(x,y,z)，在地震勘探中把這個(gè)標(biāo)量場(chǎng)叫做時(shí)間場(chǎng)，即波至?xí)r間的空間分布；將確定這個(gè)場(chǎng)的函數(shù)t=g(x,y,z)叫做時(shí)間函數(shù)。3、時(shí)間場(chǎng)101第二節(jié)一個(gè)分界面情況下反射波的時(shí)距曲線八、反射波法地震勘探小結(jié)1、反射波法通常采用一點(diǎn)激發(fā)，多道接收的共炮點(diǎn)記錄方式，得到原始野外觀測(cè)資料—反射波旅行時(shí)間。2、不管界面水平或傾斜，用水平界面的正常時(shí)差公式進(jìn)行動(dòng)校正，得到能夠形象反映地下界面形態(tài)的地震剖面。3、利用傾角時(shí)差定義，根據(jù)與激發(fā)點(diǎn)兩側(cè)對(duì)稱兩點(diǎn)的觀測(cè)時(shí)間相減得到傾角時(shí)差，可進(jìn)一步計(jì)算界面傾角。102第三節(jié)地震折射波運(yùn)動(dòng)學(xué)1、折射波的形成和傳播規(guī)律2、水平界面情況下折射波時(shí)距曲線方程3、一個(gè)水平界面情況下各種地震波時(shí)距曲線的關(guān)系4、傾斜界面情況下折射波時(shí)距曲線方程5、水平層狀折射波的時(shí)距曲線方程103一、折射波的形成和傳播規(guī)律

1）當(dāng)波從介質(zhì)1傳到介質(zhì)2，兩種介質(zhì)的阻抗不同時(shí)，在分界面上會(huì)產(chǎn)生透射和反射，且滿足斯奈爾定律。2）當(dāng)V2﹥V1時(shí)，透射角大于入射角。當(dāng)入射角達(dá)到臨界角θC，時(shí)透射角達(dá)到90度，這時(shí)波沿界面滑行，稱滑行波。3）滑行波是以下層的介質(zhì)速度V2傳播。1、折射波形成的形成過程·4）由于兩種介質(zhì)是密接的，滑行波的傳播引起了上層介質(zhì)的擾動(dòng)，在第一種介質(zhì)中要激發(fā)出新的波動(dòng)，即地震折射波。1045)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θc。第三節(jié)地震折射波運(yùn)動(dòng)學(xué)105理解折射波形成的條件是：1)由低速層射入高速層

。2)達(dá)到臨界角，滑行波以速度V2沿界面在第二種介質(zhì)中向前傳播，(滑行波到達(dá)界面各點(diǎn)比入射波要早?)。第三節(jié)地震折射波運(yùn)動(dòng)學(xué)1061）折射角等于臨界角。折射角永遠(yuǎn)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(shí)，盲區(qū)會(huì)很大。2、折射波傳播的規(guī)律和特點(diǎn)第三節(jié)地震折射波運(yùn)動(dòng)學(xué)1073）折射波法只能研究其速度大于上面所有層速度的地層，即VN﹥Vk（k=1，2，3，…，N-1）。實(shí)際中“折射層”比“反射層”數(shù)目少。

第三節(jié)地震折射波運(yùn)動(dòng)學(xué)108已知:界面深度為h0，介質(zhì)的速度為v0和v1，且v1

﹥v0,在O點(diǎn)激發(fā)，

OA1以臨界角入射，在測(cè)線S點(diǎn)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(shí)距曲線對(duì)任一個(gè)接收點(diǎn)S，折射波走過的路程為O－A1－B1－S，走時(shí)為第三節(jié)地震折射波運(yùn)動(dòng)學(xué)109三、水平界面下折射波的時(shí)距曲線令110折射波時(shí)距曲線特點(diǎn)上式就是水平界面折射波的時(shí)距曲線，這是一條標(biāo)準(zhǔn)的直線方程，其斜率k=1/V1，直線的截距為ti，V1是下層介質(zhì)的速度；ti為折射波時(shí)距曲線延長后與時(shí)間軸（x=0）的交點(diǎn)，稱之為與時(shí)間軸的交叉時(shí)。

111112當(dāng)x﹤xm時(shí)，折射波方程沒有意義。折射波時(shí)距曲線的起始點(diǎn)坐標(biāo)為：三、水平界面下折射波的時(shí)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(shí)距曲線的始點(diǎn)，由于同一界面的反射波時(shí)距曲線和折射波時(shí)距曲線有相同的時(shí)間和視速度（在M點(diǎn)出射的射線既是反射波射線也是折射波射線），因此這兩條時(shí)距曲線在該點(diǎn)相切。

113四、一個(gè)分界面情況下各種地震波時(shí)距曲線的關(guān)系

（1）直達(dá)波時(shí)距曲線是反射波時(shí)距曲線的漸近線，可以從數(shù)學(xué)關(guān)系上加以論證。

（2）折射波時(shí)距曲線與反射波時(shí)距曲線在M1點(diǎn)相切，切點(diǎn)坐標(biāo)：直達(dá)波：反射波：各類地震波時(shí)距曲線間的相互關(guān)系歸納如下：當(dāng)x→∞時(shí)，114（3）直達(dá)波時(shí)距曲線與折射波時(shí)距曲線相交。證明：交點(diǎn)時(shí)間為：115（4）在x<xc區(qū)間內(nèi)，直達(dá)波為初至波（最先接收到的波），在x>xc的區(qū)間，折射波為初至波，而直達(dá)波為續(xù)至波，反射波總是最后接收到（直達(dá)波、折射波、反射波三種波相比）。各種地震波時(shí)距曲線的關(guān)系（5）時(shí)距曲線的陡緩取決于上覆介質(zhì)的波速與界面的埋藏深度。116117已知：折射界面R的傾角為，界面上、下介質(zhì)波速分別為V1和V2，且V2＞V1，激發(fā)點(diǎn)O。五、一個(gè)傾斜分界面情況下折射波時(shí)距曲線從O點(diǎn)出發(fā)，觀測(cè)點(diǎn)為S，在地層上傾方向傳播時(shí)，其傳播路徑為。

圖1－12傾斜界面折射波時(shí)距曲線走時(shí)為118圖1－12傾斜界面折射波時(shí)距曲線所以

將OA、AB、BS代人

同理，下傾方向上折射波時(shí)距曲線方程為

上傾方向五、一個(gè)傾斜分界面情況下折射波時(shí)距曲線119五、一個(gè)傾斜分界面情況下折射波時(shí)距曲線當(dāng)時(shí)，得到水平界面情況下時(shí)距曲線方程■無論是傾斜界面還是水平界面，折射波時(shí)距曲線是一條直線■界面埋深越大，盲區(qū)范圍越大。因此，對(duì)于深層來說，折射波接收不明顯，這是折射波法勘探的缺點(diǎn)之一，可使用淺層折射波法作為測(cè)量低降速帶厚度和速度的方法。120六、水平層狀介質(zhì)折射波時(shí)距曲線如圖1－13所示的水平層狀介質(zhì)中，m界面下伏介質(zhì)速度大于上覆介質(zhì)波速，設(shè)其折射波傳播路徑：O…BS。A…圖1－13m+1層水平層狀介質(zhì)折射波時(shí)距曲線折射波的旅行時(shí)間為

因?yàn)?/p>

121六、水平層狀介質(zhì)折射波時(shí)距曲線整理得，水平層狀介質(zhì)時(shí)距曲線：

圖1－13m+1層水平層狀介質(zhì)折射波時(shí)距曲線■水平層狀介質(zhì)的折射波時(shí)距曲線仍然為直線

122第四節(jié)多層介質(zhì)的反射波時(shí)距曲線

1、地震勘探中建立的多種地層介質(zhì)結(jié)構(gòu)模型

①均勻介質(zhì)②層狀介質(zhì)③連續(xù)介質(zhì)一、介質(zhì)模型的分類均勻介質(zhì)

認(rèn)為反射界面R以上的介質(zhì)是均勻的，即層內(nèi)介質(zhì)的物理性質(zhì)不變，如地震波速度是一個(gè)常數(shù)V0。反射界面R是平面，可以是水平的或是傾斜面。123層狀介質(zhì)

認(rèn)為地層剖面是層狀結(jié)構(gòu)，在每一層內(nèi)速度是均勻的，但層與層之間的速度不相同，介質(zhì)性質(zhì)的突變。界面R可以是水平（稱水平層狀介質(zhì)）或是傾斜的。第四節(jié)多層介質(zhì)的反射波時(shí)距曲線把實(shí)際介質(zhì)理想化為層狀介質(zhì)，因?yàn)槌练e巖地區(qū)一般為層性較好，巖層的成層性又由不同巖性決定，不同巖性則往往有不同的彈性性質(zhì)，同時(shí)巖層的巖性分解面有時(shí)同巖層的彈性分界面相一致。124連續(xù)介質(zhì)

所謂連續(xù)介質(zhì)是認(rèn)為在界面R兩側(cè)介質(zhì)1與介質(zhì)2的速度不相等，有突變。但界面R的上覆地層(即介質(zhì)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(zhì)的反射波時(shí)距曲線1252、討論層狀介質(zhì)問題的基本思路：

水平層狀介質(zhì)，把目的層Ri界面以上的介質(zhì)設(shè)法用一種均勻介質(zhì)來代替，并令這種假想的均勻介質(zhì)的波速取某個(gè)值，使得Ri界面以上的介質(zhì)簡化為均勻介質(zhì)，即變成均勻介質(zhì)模型。

第四節(jié)多層介質(zhì)的反射波時(shí)距曲線126二、三層水平介質(zhì)的反射波時(shí)距曲線

已知:三層介質(zhì)的速度為v1、v2和v3，介質(zhì)厚度為h1和h2，在O點(diǎn)激發(fā)，在測(cè)線S點(diǎn)接收的，距離為x。

對(duì)于水平界面，反射路徑與入射路徑是對(duì)稱的。由此，三層水平介質(zhì)的時(shí)距曲線方程不是顯函數(shù)關(guān)系。127第四節(jié)多層介質(zhì)的反射波時(shí)距曲線地震波傳播方向必然滿足透射定律進(jìn)一步化為以射線參數(shù)P表示的參數(shù)方程。128這時(shí)，它就不能進(jìn)一步化成某種標(biāo)準(zhǔn)的二次曲線方程的形式，這種情況下，動(dòng)校正也比較麻煩，由觀測(cè)的時(shí)間場(chǎng)來估算地下界面的埋藏深度也很困難。這樣我們一般采取將三層介質(zhì)簡化為均勻介質(zhì)的思路和方法。參數(shù)方程計(jì)算復(fù)雜，不便應(yīng)用，更不能直觀分析時(shí)距曲線的形狀，因此引進(jìn)平均速度和均方根速度的概念，即把某一分界面以上的介質(zhì)速度用平均速度或均方根速度代替，這樣就把多層介質(zhì)問題轉(zhuǎn)化為均勻介質(zhì)問題，使問題簡化了。129根據(jù)這種情況，①假想的均勻介質(zhì)的厚度應(yīng)當(dāng)和水平層狀介質(zhì)總厚度相等；②假想的均勻介質(zhì)的t0與水平層狀介質(zhì)t0相等。關(guān)鍵是怎徉來確定假想均勻介質(zhì)的速度。三、平均速度概念的引入130層狀介質(zhì)中波傳播的速度例子

A地層B地層已知：兩種介質(zhì)結(jié)構(gòu)，兩層總厚度相同H=H’

，各層的速度相同V1=V’1V2=V’2。兩層的旅行時(shí)：1311）采用算術(shù)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(guān)，還與各層的厚度有關(guān)。2）采用加權(quán)平均平均速度從“使地震波在總厚度與層狀介質(zhì)厚度相等的假想均勻質(zhì)中傳播時(shí)，t0保持不變”的準(zhǔn)則，導(dǎo)出假想均勻介質(zhì)的波速。就是層狀介質(zhì)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。132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(zhì)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(shí)間。

引入平均速度的好處：

1）把多層介質(zhì)簡化成均勻介質(zhì)，并保持兩種情況下t0相同；2）假想的均勻介質(zhì)的反射波時(shí)距曲線是雙曲線，可進(jìn)行動(dòng)校正；

133n層水平層狀介質(zhì)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,V2……Vn；每層的厚度分別為h1,h2……h(huán)n；波垂直各層的傳播時(shí)間分別為Δt1,Δt2……Δtn；則這組地層的平均速度為引入平均速度也是對(duì)介質(zhì)結(jié)構(gòu)的一種簡化，這種近似雖然在一定程度上便于進(jìn)行解釋，但也仍然存在不少矛盾。

或者134其中用波速為平均速度的介質(zhì)取代水平層狀介質(zhì)，其時(shí)距曲線方程為

第一種方法兩種方法來計(jì)算多層介質(zhì)的反射波時(shí)距曲線135這兩條時(shí)距曲線有如下兩個(gè)現(xiàn)象：1)在激發(fā)點(diǎn)附近，這兩條時(shí)距曲線是基本上重合的。2)隨著遠(yuǎn)離激發(fā)點(diǎn)，它們逐漸地明顯分開，三層介質(zhì)的時(shí)距曲線在下方。這說明地震波在三層介質(zhì)傳播時(shí)真正速度要比平均速度大。

結(jié)論：在炮檢距不大時(shí)，可以把多層介質(zhì)的反射波時(shí)距曲線近似地看成雙曲線。四、多層和均勻速度假設(shè)層時(shí)距曲線比較136四、多層和均勻速度、均方根速度假設(shè)層時(shí)距曲線比較用波速為均方根速度的介質(zhì)取代水平層狀介質(zhì)第二種方法其中進(jìn)行二次項(xiàng)展開，令，并略去的高次項(xiàng)，得137以P