地震波運動學理論

1、第二章 地震波運動學理論一、 名詞解釋 1. 地震波運動學：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間的關系，即研究波的傳播規(guī)律，以及這種時空關系與地下地質構造的關系。 2. 地震波動力學：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)律與地下的地層結構，巖石性質及流體性質之間存在的聯(lián)系。 3. 地震波：是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，彈性波在巖層中傳播的一種通俗說法。地震波由一個震源激發(fā)。 4. 地震子波：爆炸產生的是一個延續(xù)時間很短的尖脈沖，這一尖脈沖造成破壞圈、塑性帶，最后使離震源較遠的介質產生彈性形變，形成地震

2、波，地震波向外傳播一定距離后，波形逐漸穩(wěn)定，成為一個具有2-3個相位（極值）、延續(xù)時間60-100毫秒的地震波，稱為地震子波。地震子波看作組成一道地震記錄的基本元素。 5.波前：振動剛開始與靜止時的分界面，即剛要開始振動的那一時刻。 6.射線：是用來描述波的傳播路線的一種表示。在一定條件下，認為波及其能量是沿著一條“路徑”從波源傳到所觀測的一點P。這是一條假想的路徑，也叫波線。射線總是與波陣面垂直，波動經過每一點都可以設想有這么一條波線。 7. 振動圖和波剖面：某點振動隨時間的變化的曲線稱為振動曲線，也稱振動圖。 地震勘探中，沿測線畫出的波形曲線，也稱波剖面。 8. 折射波：當入射波大于臨界角

3、時，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 ，也叫做首波 。入射波以臨界角或大于臨界角入射高速介質所產生的波 9.滑行波：由透射定律 可知，如果V2>V1 ，即sin2 > sin1 ，2 > 1。當1還沒到90o時， 2 到達90o，此時透射波在第二種介質中沿界面滑行，產生的波為滑行波。 10.同相軸和等相位面：同向軸是一組地震道上整齊排列的相位，表示一個新的地震波的到達，由地震記錄上系統(tǒng)的相位或振幅變化表示。 11.地震視速度：當波的傳播方向與觀測方向不一致(夾角)時，觀測到的速度并不是波

4、前的真速度V，而是視速度Va。即波沿測線方向傳播速度。 12 波阻抗：指的是介質(地層)的密度和波的速度的乘積(Zi=iVi，i為地層)，在聲學中稱為聲阻抗，在地震學中稱波阻抗。波的反射和透射與分界面兩邊介質的波阻抗有關。只有在Z1 Z2的條件下，地震波才會發(fā)生反射，差別越大，反射也越強。 13.縱波：質點振動方向與波的傳播方向一致，傳播速度最快。又稱壓縮波、膨脹波、縱波或P-波。 14.橫波：質點振動方向與波的傳播方向垂直，速度比縱波慢，也稱剪切波、旋轉波、橫波或S-波，速度小于縱波約0.7倍。 橫波分為SV和SH波兩種形式。 15.體波：波在無窮大均勻介質(固體)中傳播時有兩種類型的波（縱

5、波和橫波），它們在介質的整個立體空間中傳播，合稱體波。 16共炮點反射道集：在同一炮點激發(fā)，不同接收點上接收的反射波記錄，稱為共炮點道集。在野外的數據采集原始記錄中，常以這種記錄形式。可分單邊放炮和中間放炮。 17.面波：波在自由表面或巖體分界面上傳播的一種類型的波。 18.縱測線和非縱測線 ：激發(fā)點與接收點在同一條直線上，這樣的測線稱為縱測線。用縱測線進行觀測得到的時距曲線稱為縱時距曲線。激發(fā)點不在測線上，用非縱測線進行觀測得到的時距曲線稱為非縱時距曲線。 19、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(簡稱VSP

6、 )，得出的是地震波垂直時距曲線。 20 平均速度：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。二、填空題1 物體在外力作用下發(fā)生了形變 ,若去掉外力以后,物體仍舊 保持 其受外力時的形狀,這樣的特性稱為塑性.這種物體稱為_塑性體。 2 彈性和塑性是物質具有兩種互相_轉換_的特性,自然界大多數物質都_同時 具有這兩種特性,在外力作用下既產生_彈性_形變.也產生_塑性_形變. 3 彈性和塑性物體在外力作用下主要表現(xiàn)為_彈性_形變或_塑性_形變.這取決于物質本身的_物理性質_,作用其上的外力_大小_，作用力延續(xù)時間的_長短_,變化快慢,以及物體所處_溫度_、壓力等外界條件. 4 地

7、震波遇到巖層分界面時主要產生兩種波是_瑞利波、拉夫波_三、選擇題1. 連續(xù)介質中,常見的地震波傳播速度與深度Z關系是（A） A)V=Vo(1+Z) B)V=Vo(1+Z) C)V=VoZ D)V=(1+2Z)Vo 2. 連續(xù)介質地震波射線為( B ) A)直線 B)曲射線 C)雙曲線 D)拋物線 3. 費馬原理認為,地震波沿( B ) A)最大路徑傳播 B)最小時間傳播 C)二次拋物線路徑傳播 D)雙曲線路徑傳播 4. 物理地震學認為,地震波是(C) A)一條條射線 B)沿射線路徑在介質中傳播 C)一種波動 D)面波 5. 波的傳播方向上,單位長度內的波長數目,叫做(C) A)波長 B)周期

8、C)波數 四、簡答題1. 什么是惠更斯原理? 前進的波前成上每一點都可以看作一個二次的震(波)源，且后一時刻的波前面就是基于前一時刻的波前面所激發(fā)的所有二次波的包絡面。 2. 什么是費瑪原理? 由Snell定律可知，波在介質中由一點傳播到另一點的可以沿許多條不同路線傳播。費馬原理指出波在各種介質中的傳播路線，滿足所用時間為最短的條件(旅行時為極小)。這條路徑正是垂直于波前面的路徑，即射線路徑。 3. 什么是反射定律、透射定律、斯奈爾定律? 反射定律: 反射線、入射線分居法線的兩側； 反射線位于入射面內； 反射角等于入射角； 反射線、入射線和法線所構成的的平面為射線平面，垂直與界面。 透射定律：

9、 透射線也位于入射面內， 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的波速之比。 綜合反射定律和透射定律，擴展到多層水平層狀介質的情況，可以得到斯奈爾(Snell)定律： 4. 什么是折射波的盲區(qū)? 由于折射波的產生需要一定的條件，在地表某個區(qū)段觀測不到折射波，這個區(qū)段稱為折射波的盲區(qū)。 5. 試敘述縱波和橫波的傳播特點。 縱波：質點振動方向與波的傳播方向一致，傳播速度最快。 橫波：質點振動方向與波的傳播方向垂直，速度比縱波慢。 6. 波前和射線兩者之間的關系如何？均勻介質地震波的波前和射線的特點? 射線的特征總是與波陣面垂直，即與波前垂直。 在均勻介質中（V一定）認為地震波以直線形

10、式向外傳播，射線垂直于波面。 7、根據波前面的形狀，可以把地震波分為幾大類？ 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)，象是一種在極遠的震源產生的。這是地震波解析中的一種常用的假設。 球面波-由點源產生的波，向四周傳播，波面是球面 8地震波的波前的形狀取決于哪些因素？ 波面的形狀取決于波源的形狀和介質的性質。在均勻各向同性介質中，同一個震源，在近距離的波為球面波，在遠距離的地方可看成平面波。 9從反射和折射波形成的機制，折射波形成的條件是什么？ 1）當波從介質1傳到介質2，兩種介質的阻抗不同時，在分界面上會產生透射和反射，且滿足斯奈爾定律。2）當V2

11、V1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。 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，在第一種介質中要激發(fā)出新的波動，即地震折射波。 10、在縱測線，一個水平分界面均勻介質情況下共炮點的直達波時距曲線有何特點？直達波時距曲線方程： 是一直線。11、在縱測線，一個水平分界面，均勻介質情況下共炮點的反射波時距曲線有何特點？反射波時距曲線 是一條雙曲線，最小值為x=0，t= h0 12、 在縱測線，一個傾斜分界面，均勻介質情況下共炮點的反射波時距曲線有何特點？和水平界面條

12、件下有和異同？反射波時距曲線是一條雙曲線， ，據雙曲線的特點可知，該方程的極小坐標為： 。都是雙曲線，但極小點位置不同。13、直達波的時距曲線一定是直線嗎？不一定，只有在均勻各向同性介質中才為直線，當速度與其他因素有關時就不是直線。14、在縱測線，一個水平分界面，均勻介質情況下共炮點的反射波時距曲線和直達波時距曲線以及折射波時距曲線之間有怎樣的關系？ 直達波時距曲線是反射波時距曲線的漸近線，當x時，反射波：直達波：交點時間為：折射波時距曲線與反射波時距曲線在M1點相切，切點坐標：直達波時距曲線與折射波時距曲線相交，相交處為超前時間。15、在縱測線，一個水平分界面，均勻介質情況下共炮點的折射波時

13、距曲線有何特點？界面深度為：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ti ，V1是下層介質的速度；根據視速度的定義，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。 16、地震勘探野外工作中為什么不采用自激自收的觀測方式？從實際生產考慮，不采用自激自收方式，要得到M點正下方的反射反射，則需在M點兩邊對稱的點上進行激發(fā)（O）和接收（S）。 17、在地震勘探中，經常把地下的介質做哪些簡化？地震勘探中建立的多種

14、地層介質結構模型 均勻介質 層狀介質 連續(xù)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V0。反射界面R是平面，可以是水平的或是傾斜面。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。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，因此巖層的巖性分解面有時同巖層的彈性分界面相一致。 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

15、化的函數。最常見的是速度只是深度的函數V(z)。連續(xù)介質是層狀介質的演變，當層狀介質中的層數無限增加，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。18、層狀介質情況下，引入平均速度的條件是什么？ 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。19、連續(xù)介質情況下共炮點反射波時距曲線方程有何特點？射線和等時面有何特點？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。射線與等時面處處垂直，具有正交關系。在V(z)=Vo(1+z)的條件下，地震波的射線軌跡是一個圓弧 ，在V(z)=Vo(1+z)的條件下，地震波的等時線是一族圓，圓心在z軸上。20、淺層的反射波時距曲線和深層的反射波時距曲線彎曲程度有差異，為什么？反射界面埋藏越深，則視速度越大，即時距曲線越平緩。21、水平界面情況下，如何根據折射波的時距曲線求取淺層地層的埋深和速度？m層水平界面上的折射波時距曲線方程為 ，可以看到，利用折射波時距曲線，能夠方便的得到各分界面的界面速度和交叉時等量，進而可以求取各折射界面的深度值。這就是利用折射波法研究地下地層起伏的基本依據