第1章地震波動力學(xué)

地震勘探原理第一章地震波的運動學(xué)1第一章地震波的運動學(xué)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(xué)

第四節(jié)多層水平反射波時距曲線

第六節(jié)透射波和反射波垂直時距曲線

第五節(jié)連續(xù)介質(zhì)中地震波的運動學(xué)

2第一章地震波的運動學(xué)地震波運動學(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間的關(guān)系(研究波的傳播規(guī)律)，以及這種時空關(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動（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)識兩個概念：地震波運動學(xué)和地震波動力學(xué)3第一章地震波的運動學(xué)地震波動力學(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。地震波動力學(xué)是從介質(zhì)運動的基本方程(波動方程)出發(fā)來研究地震波的傳播特點的。從能量的角度來研究波的特征。4利用地震波的運動學(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際意義。地震波運動學(xué)+地震波動力學(xué)=地震波場理論。第一章地震波的運動學(xué)5第一章地震波的運動學(xué)第一節(jié)地震波的基本概念一、振動與波動二、地震波的產(chǎn)生和傳播三、波的幾個特征四、地震波的傳播規(guī)律五、波動傳播的定理六、地震波的分類6一、振動和波動的基本概念振動－－某質(zhì)點在其平衡位置附近做來回往返的運動。通常以周期性為其特征，用振幅、頻率來描述。振幅(A)—質(zhì)點離開平衡位置的最大位移。頻率(f)—每秒鐘內(nèi)振動的次數(shù)稱頻率。周期(T)—質(zhì)點從某位置振動后再回到該位置所需的時間稱周期，與頻率互為倒數(shù)。f＝1/T1、振動第一節(jié)地震波的基本概念7波動－－就是振動在介質(zhì)中的傳播。

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

振動是波動的源、有傳播的介質(zhì)。波動是振動的傳播，是能量的傳播。

波動是能量傳播的重要方式之一。特點：當(dāng)能量在介質(zhì)中通過波動從一個地方傳到另一個地方時，介質(zhì)本身并不傳播。2、波動第一節(jié)地震波的基本概念8波的幾個例子2、波動9波的幾個例子10波動113、波動的參數(shù)描述波速－－質(zhì)點振動能量傳播的速度，或振動在介質(zhì)中傳播的速度。質(zhì)點振動速度與波動的傳播速度不同，其振動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)點離開平衡點的距離(位移)；波長（λ）—兩個相鄰周期(T)上各相似點的距離(注意：應(yīng)在垂直于波前的方向上對它們測定)；頻率（f）—每秒鐘內(nèi)波振動的次數(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每個質(zhì)點在波傳播過程中只繞其平衡位置振動并不傳播到其它地方。波在傳播過程中，質(zhì)點的振動是有先有后的，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的必要條件。波的傳播速度，取決于介質(zhì)的速度，質(zhì)點振動的速度不等于波速。波動是一種能量傳播的重要方式，能量從一個地方傳播到另一個地方時介質(zhì)本身并不傳播。4、質(zhì)點的振動和波動的關(guān)系第一節(jié)地震波的基本概念14質(zhì)點的振動和波動的關(guān)系就是部分和整體的關(guān)系。單獨考慮每一個點，它的運動只是在平衡位置附近進(jìn)行振動。把介質(zhì)中的無限多個點當(dāng)作一個整體來看，它的運動就是波動。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。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)生的強大壓力大大超過了巖石的極限強度，使巖石破碎，形成一個破壞圈，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)，又因為炸藥爆炸的產(chǎn)生的是一個延續(xù)時間很短的作用力，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(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。地震子波特征：波形基本穩(wěn)定；幅度會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，在某一時刻，把波到達(dá)時間各點所連成的面，簡稱波面。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。同樣，振動剛停止時刻的分界面為波后。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曲面也在隨著時間不斷然地推進(jìn)。不指明哪一個時刻來談?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”從波源傳到所觀測的一點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)波動經(jīng)過每一點都可以設(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，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)展為一個學(xué)科--幾何地震學(xué)第一節(jié)地震波的基本概念283.振動曲線和波形曲線某點振動隨時間的變化的曲線稱為振動曲線，也稱振動圖。注意，一條振動曲線只反映一個點的振動。第一節(jié)地震波的基本概念29多條振動曲線組成地震記錄30波形曲線--在同一時刻各點的位移畫在同一圖上形成的曲線，它表示各點振動位置與各點位置的關(guān)系。波形圖的描繪，在某時刻各點振動之間的關(guān)系，不同的時刻有不同的波形曲線；地震勘探中，沿測線畫出的波形曲線，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：以主振動相鄰兩個波峰(或波谷)為一個主周期。主頻可由頻譜分析得到。4.波的幾個特征32（2）視速度、視波長當(dāng)涉及的波速和波長時，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方向不一致(夾角θ)時，觀測到的速度并不是波前的真速度V，而是視速度Va。同樣，此時的波長為視波長λa。第一節(jié)地震波的基本概念33為沿著測線方向的視波長

波沿測線方向傳播速度

第一節(jié)地震波的基本概念視速度、視波長34Va

=

V/sinθ。

λa

=λ/sinθ。因為sinθ≤1，所以Va和λa一般大于它們的真實值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)律不管什么時候，波只要入射到兩種介質(zhì)的分界面時：

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，地震波才會發(fā)生反射，差別越大，反射也越強。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點入射，過P點的法線為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*，把此點作為一個虛震源。這時反射線可以看成是由O*點射出來的。虛震源是一個假設(shè)的震源，引入它可以簡化波的入射和反射路徑的計算。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，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)波通過兩個聲阻抗不同的均勻介質(zhì)界面時，波前進(jìn)的方向就會發(fā)生改變：

當(dāng)考慮縱波和橫波時，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，這條射線就對應(yīng)于一個射線參數(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，θ2到達(dá)90o，此時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，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(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、波動傳播的定理費馬原理指出波在各種介質(zhì)中的傳播路線，滿足所用時間為最短的條件(旅行時為極小)。費馬原理示意圖1、費馬原理(Fermat’sprinciple)1660年第一節(jié)地震波的基本概念51費馬原理指的是波在介質(zhì)中由一點傳播到另一點的沿最小旅行時的路線傳播，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(luò)面。2另一種表述：在波前面上的任意一個點，都可以看成是一個新的波(震)源，叫子波源。每個子波源都向各方發(fā)出波，叫子波,子波以所處點的速度傳播。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。惠更斯原理可以確定波的傳播方向，而不能確定沿不同方向傳播的振動的振幅,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、按傳播機制劃分（質(zhì)點振動方向）:

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)中傳播時有兩種類型的波（縱波和橫波），它們在介質(zhì)的整個立體空間中傳播，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、時距曲線2、水平界面共炮點反射波時距曲線方程3、傾斜界面共炮點反射波時距曲線方程4、正常時差\動校正5、傾角時差6、時距曲面和時間場第二節(jié)一個分界面情況下反射波的時距曲線內(nèi)容提要：61第二節(jié)一個分界面情況下反射波的時距曲線波至(初至)--接收點由靜止?fàn)顟B(tài)到因波到達(dá)開始振動的時刻，這個時刻稱為波的初至。相位--地震勘探中習(xí)慣用振動波形圖上某個特定的位置(極大或極小值)，同相軸(event)--一組地震道上整齊排列的相位，表示一個新的地震波的到達(dá)。先認(rèn)識幾個概念：62第二節(jié)一個分界面情況下反射波的時距曲線一、時距關(guān)系(曲線)定義表示波從震源出發(fā)，傳播到測線上各觀測點的旅行時間t，同觀測點相對于激發(fā)點的距離x之間的關(guān)系曲線。X一般情況下不是波傳播的實際路徑的長度。63第二節(jié)一個分界面情況下反射波的時距曲線直達(dá)波的時距曲線在O點激發(fā)，在測線x方向接收。直達(dá)波時距曲線方程：是一直線。646566第二節(jié)一個分界面情況下反射波的時距曲線討論時距曲線的實際意義不同的波具有不同的時距曲線，具有不同的特點。各種波時距曲線的特點是在地震記錄上識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)與地下界面的對應(yīng)關(guān)系。但在一點激發(fā)多道接收的地震記錄不對應(yīng)了。為了把反射波時距曲線校正為能反映地下界面形態(tài)的自激自收記錄，必須研究時距曲線。67第二節(jié)一個分界面情況下反射波的時距曲線縱測線：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(jìn)行觀測得到的時距曲線稱為縱時距曲線。非縱測線：激發(fā)點不在測線上，用非縱測線進(jìn)行觀測得到的時距曲線稱為非縱時距曲線。除非特別說明，一般都討論縱時距曲線。68地震綜測線69地震非縱側(cè)線70第二節(jié)一個分界面情況下反射波的時距曲線二、水平界面共炮點反射波時距曲線方程在同一炮點激發(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(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。共炮點反射道集71二、水平界面共炮點反射波時距曲線方程已知:界面深度為h0，介質(zhì)的速度為v。在O點激發(fā)，在測線S點接收的，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、水平界面共炮點反射波時距曲線方程稱為零炮檢距時間或自激自收時間反射波時距曲線可寫為：1）反射波時距曲線是一條雙曲線2）最小值為x=0，t=h0

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

，O點處界面法線深度為h0，測線垂直與構(gòu)造走向，x軸為界面上傾方向為正向。

求：t=f（x，v，h0，φ）的函數(shù)三、傾斜界面共炮點反射波時距曲線方程77三、傾斜界面共炮點反射波時距曲線方程上傾方向下傾方向78傾斜界面共炮點反射波時距曲線特點7980五、正常時差(NormalMoveout)需要的是來自觀測點正下方的時間，即自激自收時間。炮檢距—是激發(fā)點（炮）點到接收點（檢）點的距離。實際得到的時距曲線是時間隨炮檢距的改變而變化。第二節(jié)一個分界面情況下反射波的時距曲線1、正常時差的引出81一炮多道接收的反射并不來自炮點O和接收點S正下方，在水平界面時反射來自距的中點M。從實際生產(chǎn)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(jìn)行激發(fā)（O）和接收（S）。第二節(jié)一個分界面情況下反射波的時距曲線問題：82在M點自激自收，R點的反射時間為tOM:在O點激發(fā)S點接收，來自R點的反射時間為tORS：tM<tORS。同樣來自R點的反射兩者有時間差，這是因為炮檢距不為零引起的。第二節(jié)一個分界面情況下反射波的時距曲線831、正常時差定義定義一

水平界面時，對界面上某點以炮檢距x進(jìn)行觀測得到的反射旅行時同以零炮檢距(自激自收)進(jìn)行觀測得到的反射旅行時之差。這是由于炮檢距不為零引起的時差。定義二

在水平界面下，各觀測點相對于震源的由于炮檢距不同而引起的反射波旅行時間差。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、正常時差的定量計算或其中代表的是M點的自激自收時間。根據(jù)正常時差的定義，可知：85這個精確公式有時討論問題不夠直觀。在一定的條件下，用二項式展開可以得到簡單的近似公式，以后討論某些問題時經(jīng)常用到。

當(dāng)時，利用二項式展開，有則第二節(jié)一個分界面情況下反射波的時距曲線--界面水平時的正常時差863、動校正在水平界面的情況下，從觀測到的反射波旅行時中減去正常時差t，得到x/2處的t0時間。這一過程叫正常時差校正，或稱動校正。經(jīng)過動校正后，反射波的同相軸一般就能反映界面的形態(tài)了。第二節(jié)一個分界面情況下反射波的時距曲線87第二節(jié)一個分界面情況下反射波的時距曲線88六、傾角時差(DipMoveout)界面水平時，在S’點、O點、S點三個位置自激自收，反射波旅行時都相等，即。同樣在水平界面，炮檢距不為0時，在O點激發(fā)S點接收，存在正常時差，即tORS>t0。如果取OS=OS’=x，則tORS=tOR’S’。

1、傾角時差的引出89界面傾斜，傾角為ф，測線與界面傾向一致，此時依然OS=OS’=x，則因為傾角時差由傾角引起，所以，如果測出了界面的傾角時差，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)造的一個重要內(nèi)容。

此時tORS≠

tOR’S’

，這是由于界面傾斜引起的。第二節(jié)一個分界面情況下反射波的時距曲線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差，稱為傾角時差。定義二：也可以說是由激發(fā)點兩側(cè)對稱位置觀測到的來自同一界面的反射波的時差。

第二節(jié)一個分界面情況下反射波的時距曲線2、傾角時差概念

912、傾角時差的定量計算已知傾斜界面的時距曲線為：變換可得：同理，對S’點：

當(dāng)時，上式用二項式展開，且略去高次項可得：

92把震源O點兩邊等距的兩觀測點的反射波傳播時間相減得傾角時差△td：

當(dāng)在O點兩邊炮檢距為x的兩點上，測出傾角時差△td后，就可用下式估算界面傾角：

第二節(jié)一個分界面情況下反射波的時距曲線93第二節(jié)一個分界面情況下反射波的時距曲線在一個炮檢距不為零的點觀測到的傾斜界面反射波旅行時,它包括三部分，即t0、正常時差和傾角時差。令為S點的正常時差，為S點相對于O點的傾角時差，等于S點相對于S’點的傾角時差的一半。943、傾斜界面下的動校正首先，S點接收到的反射波經(jīng)動校正后應(yīng)算哪一點？

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

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

用水平界面的公式近似計算傾斜界面的動校正量。

應(yīng)當(dāng)注意：對傾斜界面的反射波進(jìn)行動校正，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差△tф和正常時差△t’兩者是近似相等。

界面傾斜下，計算動校正量：第二節(jié)一個分界面情況下反射波的時距曲線97已知所以有

4）界面傾斜下，計算動校正量：98第二節(jié)一個分界面情況下反射波的時距曲線七、時距曲面和時間場的概念如果在一點激發(fā)，而同時在一個面上的許多點進(jìn)行接收，若觀測面是平面，波到達(dá)觀測面上的各點的時間t就是觀測點坐標(biāo)（x,y）的二元函數(shù)t=f(x,y)，顯然，函數(shù)t=f(x,y)的圖形是一個曲面，稱為時距曲面，函數(shù)t=f(x,y)稱為時距曲面方程。1、時距曲面直達(dá)波的時距曲面是一個頂點位于激發(fā)點的倒置的圓錐面。99第二節(jié)一個分界面情況下反射波的時距曲線2、時距曲面和時距曲線之間有如下關(guān)系：1）如果已知時距曲面，就可以確定沿此觀測面上任一條測線的時距曲線，因為它是包含測線并平行于t軸的面（測線是直線時就是平面與時距曲面的交線）。2）反之，在觀測面上沿許多條測線進(jìn)行觀測后，根據(jù)所得的許多條時距曲線，也可以得出時距曲面。100第二節(jié)一個分界面情況下反射波的時距曲線設(shè)有一個地震波在介質(zhì)內(nèi)傳播，如果在介質(zhì)中任一點M(x,y,z)進(jìn)行觀測，則可以確定波前到達(dá)這一點的時間t，波前傳播的時間t可以看成觀測點坐標(biāo)(x,y,z)的函數(shù)，即t=g(x,y,z)，因而就可以確定了一個標(biāo)量場t(x,y,z)，在地震勘探中把這個標(biāo)量場叫做時間場，即波至?xí)r間的空間分布；將確定這個場的函數(shù)t=g(x,y,z)叫做時間函數(shù)。3、時間場101第二節(jié)一個分界面情況下反射波的時距曲線八、反射波法地震勘探小結(jié)1、反射波法通常采用一點激發(fā)，多道接收的共炮點記錄方式，得到原始野外觀測資料—反射波旅行時間。2、不管界面水平或傾斜，用水平界面的正常時差公式進(jìn)行動校正，得到能夠形象反映地下界面形態(tài)的地震剖面。3、利用傾角時差定義，根據(jù)與激發(fā)點兩側(cè)對稱兩點的觀測時間相減得到傾角時差，可進(jìn)一步計算界面傾角。102第三節(jié)地震折射波運動學(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距曲線方程3、一個水平界面情況下各種地震波時距曲線的關(guān)系4、傾斜界面情況下折射波時距曲線方程5、水平層狀折射波的時距曲線方程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，在分界面上會產(chǎn)生透射和反射，且滿足斯奈爾定律。2）當(dāng)V2﹥V1時，透射角大于入射角。當(dāng)入射角達(dá)到臨界角θC，時透射角達(dá)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(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，在第一種介質(zhì)中要激發(fā)出新的波動，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)地震折射波運動學(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)界面各點比入射波要早?)。第三節(jié)地震折射波運動學(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，盲區(qū)會很大。2、折射波傳播的規(guī)律和特點第三節(jié)地震折射波運動學(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）。實際中“折射層”比“反射層”數(shù)目少。

第三節(jié)地震折射波運動學(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O－A1－B1－S，走時為第三節(jié)地震折射波運動學(xué)109三、水平界面下折射波的時距曲線令110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(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。

111112當(dāng)x﹤xm時，折射波方程沒有意義。折射波時距曲線的起始點坐標(biāo)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是折射波射線），因此這兩條時距曲線在該點相切。

113四、一個分界面情況下各種地震波時距曲線的關(guān)系

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

（2）折射波時距曲線與反射波時距曲線在M1點相切，切點坐標(biāo)：直達(dá)波：反射波：各類地震波時距曲線間的相互關(guān)系歸納如下：當(dāng)x→∞時，114（3）直達(dá)波時距曲線與折射波時距曲線相交。證明：交點時間為：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）。各種地震波時距曲線的關(guān)系（5）時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O。五、一個傾斜分界面情況下折射波時距曲線從O點出發(fā)，觀測點為S，在地層上傾方向傳播時，其傳播路徑為。

圖1－12傾斜界面折射波時距曲線走時為118圖1－12傾斜界面折射波時距曲線所以

將OA、AB、BS代人

同理，下傾方向上折射波時距曲線方程為

上傾方向五、一個傾斜分界面情況下折射波時距曲線119五、一個傾斜分界面情況下折射波時距曲線當(dāng)時，得到水平界面情況下時距曲線方程■無論是傾斜界面還是水平界面，折射波時距曲線是一條直線■界面埋深越大，盲區(qū)范圍越大。因此，對于深層來說，折射波接收不明顯，這是折射波法勘探的缺點之一，可使用淺層折射波法作為測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)折射波時距曲線折射波的旅行時間為

因為

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

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

122第四節(jié)多層介質(zhì)的反射波時距曲線

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)的反射波時距曲線把實際介質(zhì)理想化為層狀介質(zhì)，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(zhì)，同時巖層的巖性分解面有時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)的反射波時距曲線126二、三層水平介質(zhì)的反射波時距曲線

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(zhì)的時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，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，動校正也比較麻煩，由觀測的時間場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)方程計算復(fù)雜，不便應(yīng)用，更不能直觀分析時距曲線的形狀，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：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，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)的反射波時距曲線是雙曲線，可進(jìn)行動校正；

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)，其時距曲線方程為

第一種方法兩種方法來計算多層介質(zhì)的反射波時距曲線135這兩條時距曲線有如下兩個現(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(yuǎn)離激發(fā)點，它們逐漸地明顯分開，三層介質(zhì)的時距曲線在下方。這說明地震波在三層介質(zhì)傳播時真正速度要比平均速度大。

結(jié)論：在炮檢距不大時，可以把多層介質(zhì)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(shè)層時距曲線比較136四、多層和均勻速度、均方根速度假設(shè)層時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)行二次項展開，令，并略去的高次項，得137以P