地震波动力学-折射波.

1第一章地震波的运动学第二节一个界面情况下反射波的时距曲线第一节地震波的基本概念第三节地震折射波运动学第四节多层水平反射波时距曲线第六节透射波和反射波时距曲线第五节连续介质中地震波的运动学2二、折射波的形成和传播规律1）当波从介质1传到介质2，两种介质的阻抗不同时，在分界面上会产生透射和反射，且满足斯奈尔定律。2）当V2﹥V1时，透射角大于入射角。当入射角达到临界角θC，时透射角达到90度，这时波沿界面滑行，称滑行波。3）滑行波是以下层的介质速度V2传播。1、折射波形成的条件4）由于两种介质是密接的，为了满足边界条件，滑行波的传播引起了上层介质的扰动，在第一种介质中要激发出新的波动，即地震折射波。35)折射角等于临界角，即折射波的射线和分界面的法线之间的夹角等于临界角θc，可用惠更斯原理证明。二、折射波的形成和传播规律4理解折射波形成的关键是：1)当入射角在临界角以内，在界面上每一点都同时有三个波出现(入射波，透射波，反射波)，不需要在第一种介质中形成别的波(折射波)已可满足边界条件。2)而在临界角以外由于滑行波以速度V2沿界面在第二种介质中向前传播，滑行波到达界面各点比入射波要早。二、折射波的形成和传播规律5证明：滑行波在反射界面各点的时间比入射波要早只要证明滑行波比入射波先到达C点，即t1t2或△t=t1-t20。11VOCt212VBCVOBt入射波到达C点时间为：滑行波到达C点时间为：二、折射波的形成和传播规律6证明：)(cos1cos2211VhtgiVhtgiVhVhtiVVsin12]cos)cos(1[1iVht当α=i，cos(α-i)=cos0°=1，Δt=0，即同时到达。二、折射波的形成和传播规律211VBCVOBVOCt211VDBDCVOBVOC当αi，0＜cos(α-i)＜1,Δt＞0，即临界角以外，滑行波比入射波要早到达。7ctghOA21）折射角等于临界角。折射角永远是以临界角从分界面向上射出。折射波射线是一系列平行线。2）折射波有“盲区”，折射界面很深时，盲区会很大。2、折射波传播的规律和特点83）折射波法只能研究其速度大于上面所有层速度的地层，即VN﹥Vk（k=1，2，3，…，N-1）。实际中“折射层”比“反射层”数目少。地层屏蔽效应—如果地层中有速度很高的厚层存在，就不能用折射波法研究更深处的速度比它低的地层。这种现象称为“屏蔽效应”。如果高速层厚度小于地震波的波长，则实际上并不发生屏蔽作用。二、折射波的形成和传播规律9已知:界面深度为h0，介质的速度为v0和v1，且v1﹥v0,在O点激发，OA1以临界角入射，在测线S点接收的，距离为x。求：折射波t=f（x，v，h0）的函数三、水平界面下折射波的时距曲线对任一个接收点S，折射波走过的路程为O－A1－B1－S，走时为0111101VSBVBAVOAtSchSBOAcos011SMBA11110三、水平界面下折射波的时距曲线SMBA111101002cos2VtghVxVhtcc001cos2VhVxtc00cos2Vhtci111012VBAVOAtS)sin1(cos210001ccVVVhVx10sinVVcitVx1令cmtghxxx0211折射波时距曲线特点上式就是水平界面折射波的时距曲线，这是一条标准的直线方程，其斜率k=1/V1，直线的截距为ti，V1是下层介质的速度；根据视速度的定义，折射波的视速度应为V1，即为第二种介质中的传播速度，有时把这种速度称为“界面速度”，因为滑行波正是以这个速度沿界面滑行的。ti为折射波时距曲线延长后与时间轴（x=0）的交点，称之为与时间轴的交叉时。由直达波得到V0，有折射波得到V1，进而得到θc，再由ti获得界面深度h0ictVxVhVxt1001cos200cos2Vhtci12当x﹤xm时，折射波方程没有意义。折射波时距曲线的起始点坐标为：cmtghx02cmVhtcos200三、水平界面下折射波的时距曲线由此可知，产生折射波的界面埋藏越深，盲区越大。在折射波时距曲线的始点，由于同一界面的反射波时距曲线和折射波时距曲线有相同的时间和视速度（在M点出射的射线既是反射波射线也是折射波射线），因此这两条时距曲线在该点相切。13四、一个分界面情况下各种地震波时距曲线的关系（1）直达波时距曲线是反射波时距曲线的渐近线，可以从数学关系上加以论证。cmtghx02cmVhtcos200（2）折射波时距曲线与反射波时距曲线在M1点相切，切点坐标：直达波：反射波：各类地震波时距曲线间的相互关系归纳如下：当x→∞时，0Vxt0224Vhxt0Vxt141020202021sin1)22(11)2(112vvtgvtghtghvxhvdxdtcccchtgxchtgxc（3）直达波时距曲线与折射波时距曲线相交，相交处为超前时间。证明：0010cos2vhvxvxtcc0110cos2vvvhxcc)(cos201010vvvvhtcc各种地震波时距曲线的关系交点时间为：ccvvvxhcos2)(1010界面深度为：15（4）在xxc区间内，直达波为初至波（最先接收到的波），在xxc的区间，折射波为初至波，而直达波为续至波，反射波总是最后接收到（直达波、折射波、反射波三种波相比）。各种地震波时距曲线的关系（5）时距曲线的陡缓取决于上覆介质的波速与界面的埋藏深度。16第四节多层介质的反射波时距曲线1、地震勘探中建立的多种地层介质结构模型①均匀介质②层状介质③连续介质一、讨论多层介质问题的思路均匀介质认为反射界面R以上的介质是均匀的，即层内介质的物理性质不变，如地震波速度是一个常数V0。反射界面R是平面，可以是水平的或是倾斜面。17层状介质认为地层剖面是层状结构，在每一层内速度是均匀的，但层与层之间的速度不相同，介质性质的突变。界面R可以是水平（称水平层状介质）或是倾斜的。第四节多层介质的反射波时距曲线把实际介质理想化为层状介质，因为沉积岩地区一般为层性较好，岩层的成层性又由不同岩性决定，不同岩性则往往有不同的弹性性质，因此岩层的岩性分界面有时同岩层的弹性分界面相一致。18连续介质所谓连续介质是认为在界面R两侧介质1与介质2的速度不相等，有突变。但界面R的上覆地层(即介质1)的波速是空间连续变化的函数。最常见的是速度只是深度的函数V(z)。第四节多层介质的反射波时距曲线连续介质是层状介质的演变，当层状介质中的层数无限增加，每一层的厚度无限减小，这时层状介质就过渡为连续介质。192、讨论层状介质问题的基本思路：水平层状介质，把目的层Ri界面以上的介质设法用一种均匀介质来代替，并令这种假想的均匀介质的波速取某个值，使得Ri界面以上的介质简化为均匀介质，即变成均匀介质模型。第四节多层介质的反射波时距曲线20二、三层水平介质的反射波时距曲线2211coscos2VhVh已知:三层介质的速度为v1、v2和v3，介质厚度为h1和h2，在O点激发，在测线S点接收的，距离为x。1221VCSVBCVABVOAt212VABVOAt对于水平界面，反射路径与入射路径是对称的。由此，三层水平介质的时距曲线方程不是显函数关系。)(221tghtghx21第四节多层介质的反射波时距曲线时距曲线是通过计算地震波传播的总时间t，以及相应的接收点离开激发点距离x。当计算一系列(t,x)值后，就可得到R2界面的反射时距曲线。地震波传播方向必然满足透射定律进一步化为以射线参数P表示的参数方程。PVV21sinsin22222222212222222111112112PVVhPVVhtPVPVhPVPVhx22两层介质和多层介质，这两种情况下地震波传播的特点不可能完全一样。但在地震资料解释中，有一个很重要的参数，就是有一个共炮点时距曲线的自激自收时间t0值。因为有了t0，如果又知道地震波的速度，就可以估算反射界面的深度。根据这种情况，①假想的均匀介质的厚度应当和水平层状介质总厚度相等；②假想的均匀介质的t0与水平层状介质t0相等。关键是怎徉来确定假想均匀介质的速度。三、平均速度概念的引入23层状介质中波传播的速度例子秒95.020001100150060022110VhVht秒98.02000900150080022110VhVhtA地层B地层已知：两种介质结构，两层总厚度相同H=H’，各层的速度相同V1=V’1V2=V’2。两层的旅行时：241）采用算术平均波在这两组地层中传播的情况有差别了。这种差别不仅与层的速度有关，还与各层的厚度有关。221VVV2）采用加权平均平均速度从“使地震波在总厚度与层状介质厚度相等的假想均匀质中传播时，t0保持不变”的准则，导出假想均匀介质的波速。就是层状介质的平均速度。2121221121tthhVhVhhhVavVav,A=1790米/秒，Vav,B=1730米/秒。即A地层速度快，B地层慢。25平均速度引入平均速度，比较合适地反映波在一组层状介质中波传播的快慢。平均速度Vav－－就是用这组地层的总厚度去除以波在垂直层面的方向旅行的总时间。引入平均速度的好处：1）把多层介质简化成均匀介质，并保持两种情况下t0相同；2）假想的均匀介质的反射波时距曲线是双曲线，可进行动校正；3）平均速度可以通过地震测井来实际确定。26n层水平层状介质的平均速度地震波在各层中的传播速度(称为层速度)分别为V1,V2……Vn；每层的厚度分别为h1,h2……hn；波垂直各层的传播时间分别为Δt1,Δt2……Δtn；则这组地层的平均速度为niiiniinnnavVhhVhVhVhhhhV11221121)(niiniinnavthttthhhV112121引入平均速度也是对介质结构的一种简化，这种近似虽然在一定程度上便于进行解释，但也仍然存在不少矛盾。或者27四、多层和均匀速度假设层时距曲线比较实际地层剖面中，不只三层而是有很多层，仍可以用上述方法，用不同的平均速度值把各个界面的上覆介质简化为均匀介质，而每个层面的反射波时距曲线也都可以近似地当作双曲线。用两种方法来计算多层介质各界面的反射波时距曲线。niiiiniiiiPVVhtPVPVhx1221221212iiVVVPsinsinsin2211第一种方法第二种方法2241HxVtav平均niihH1niiiniiavVhhV11)(其中其中28这两条时距曲线有如下两个现象：1)在激发点附近，这两条时距曲线是基本上重合的。2)随着远离激发点，它们逐渐地明显分开，三层介质的时距曲线在下方。这说明地震波在三层介质传播时真正速度要比平均速度大。结论：在炮检距不大时，可以把多层介质的反射波时距曲线近似地看成双曲线。四、多层和均匀速度假设层时距曲线比较29不同类型的波不同介质结构同一种波同一种介质，不同观测方式第六节透射波和反射波的时距曲线讨论地震波运动学一般从3个方面来讨论：水平地震勘探：在地面激发，接收排列线也在地面上，记录来自地下的反射波和折射线，这种地震勘探形式叫水平地震勘探，是目前地震勘探中的主要观测方式。30地震测井和垂直地震剖面：把检波器放入井中，在地面激发，即地面距井口一定距离激发，称作地震测井。这种观测方法得出剖面是垂直地震剖面(VerticalSeismicProfile，简称VSP)，得出的是地震波垂直时距曲线。这种观测方式能测试到从地面向下传播的地震波(下行波)，也能部分地接收到反射波(上