第一章地震波及其传播

1、第一章第一章 地震波及其传播地震波及其传播 第一节第一节 地震波的产生地震波的产生 第二节第二节 地震波的类型地震波的类型 第三节第三节 分层介质中的地震波分层介质中的地震波第一节第一节 地震波的产生地震波的产生n一、一、地震波是在岩石中传播的弹性地震波是在岩石中传播的弹性波波物体受力的三种状态：物体受力的三种状态：永久形变永久形变 破坏圈破坏圈 塑性形变塑性形变 塑性带塑性带 弹性形变弹性形变 弹性形变区弹性形变区炸药爆炸在弹性形变区形成弹性波。研究表明弹炸药爆炸在弹性形变区形成弹性波。研究表明弹性波在近距离内仍会发生较大变化，传播一定性波在近距离内仍会发生较大变化，传播一定距离（几百米）后

2、便相对稳定，形成地震子波，距离（几百米）后便相对稳定，形成地震子波，并被认为在以后的传播中，地震子波已不发生并被认为在以后的传播中，地震子波已不发生大的变化。大的变化。二、地震波的形成二、地震波的形成1 1、地震子波、地震子波：当地震波传播一定距离后，其当地震波传播一定距离后，其形状逐渐稳定，具有形状逐渐稳定，具有2-32-3个相位，有一定的延个相位，有一定的延续时间的地震波，称为地震子波，它是地震记续时间的地震波，称为地震子波，它是地震记录的基本元素。录的基本元素。 地震子波在继续传播的过程中，严格来讲其地震子波在继续传播的过程中，严格来讲其幅度和形状都会发生变化，近似可以认为地震幅度和形状

3、都会发生变化，近似可以认为地震子波的形状基本不变，但其子波的形状基本不变，但其振幅有大有小、极振幅有大有小、极性有正有负，到达接收点的时间有先有后。性有正有负，到达接收点的时间有先有后。2 2、地震子波的传播、地震子波的传播 地震勘探原理（地震勘探原理（实质实质） 利用地震子波从地下地层界面（或岩利用地震子波从地下地层界面（或岩性界面）反射回地面时带回的双程旅性界面）反射回地面时带回的双程旅行时信息（行时信息（运动学运动学）和幅度、形状）和幅度、形状（动力学动力学）等变化的信息来研究界面）等变化的信息来研究界面的埋深及界面上下岩性变化的。的埋深及界面上下岩性变化的。第二节第二节 地震波的类型地

4、震波的类型 一、纵波和横波一、纵波和横波 1、概念、概念 纵波（纵波（P波）波）：质点的振动方向与波：质点的振动方向与波的传播方向一致的波，有时也称为压的传播方向一致的波，有时也称为压缩波或疏密波。缩波或疏密波。 横波（横波（S波）波）：质点的振动方向与波：质点的振动方向与波的传播方向垂直的波，有时也称为切的传播方向垂直的波，有时也称为切变波。变波。2 2、纵、横波速度的比较、纵、横波速度的比较 在地层介质中，纵、横波的传播速度取决于介在地层介质中，纵、横波的传播速度取决于介质的弹性和密度。质的弹性和密度。 纵波速度纵波速度： 横波速度横波速度：为介质的密度为介质的密度 ， 为弹性常数，均为弹

5、性常数，均为正值为正值。342KVpsV 纵波速度大于横波速度。纵波速度大于横波速度。对自然界中常见的岩石对自然界中常见的岩石来说，来说，=0.25=0.25。 =1.73, =1.73, 横波速度最多达到纵横波速度最多达到纵波速度的波速度的0.7070.707倍。倍。 0.05(0.05(坚硬岩石坚硬岩石) ) 0.45 0.45（松软介质）（松软介质） 液体中不产生切应变，即液体中不产生切应变，即=0=0，V VS S =0=0 。液体中液体中不传播横波，只传播纵波。液体中不传播横波，只传播纵波。液体中=0.5=0.52/spVV纵横波速度比纵横波速度比：121)1 ( 2上式可以统一用泊

6、松比来替代上式可以统一用泊松比来替代：纵、横波比较纵、横波比较 理想的流体中不存在横波。理想的流体中不存在横波。利用纵横波利用纵横波速度比值的变化来识别真假亮点或检测速度比值的变化来识别真假亮点或检测油气藏的存在及范围就是运用流体的这油气藏的存在及范围就是运用流体的这一特性。一特性。 由于在流体中横波速度等于零由于在流体中横波速度等于零, ,所以储所以储层中含油气后层中含油气后, ,V Vs s变化不大，而变化不大，而V Vp p明显下明显下降降, ,于是于是 的数值会降低，所以的数值会降低，所以利用利用 数值减小这一特征作为判数值减小这一特征作为判断油气存在的一个依据；利用断油气存在的一个依

7、据；利用 数值的横向变化，有可能确定油气藏的数值的横向变化，有可能确定油气藏的边界边界。spVV /spVV /二、与地震勘探有关的其它地震波二、与地震勘探有关的其它地震波 1 1、体波和面、体波和面波波（按波动所涉及的空间范围而言）（按波动所涉及的空间范围而言） 体波：体波：当纵波和横波在介质的整个立体空当纵波和横波在介质的整个立体空间中传播时合称体波。间中传播时合称体波。 面波：面波：在自由表面或不同弹性介质的分界在自由表面或不同弹性介质的分界面上传播的一类特殊波。最常见的面波是面上传播的一类特殊波。最常见的面波是沿地面传播的瑞利波。其特点是沿地面传播的瑞利波。其特点是低速低速（通（通常小

8、于横波速度）、常小于横波速度）、低频、强振低频、强振，是一种，是一种干扰波干扰波。二、与地震勘探有关的其它地震波二、与地震勘探有关的其它地震波 2 2、同类波和转换波、同类波和转换波（依据入射波入射到分界面上（依据入射波入射到分界面上后产生的波的性质而言）后产生的波的性质而言）与入射波类型相同的反与入射波类型相同的反射或透射称为同类波，反之则称为转换波。射或透射称为同类波，反之则称为转换波。 纵波入射时，既可以产生反射纵波和透射纵波入射时，既可以产生反射纵波和透射纵波，也可以产生反射横波和透射横波，纵波，也可以产生反射横波和透射横波，前者称为同类波，后者称为转换波。前者称为同类波，后者称为转换

9、波。 当入射角不大时，转换波的强度很小；当当入射角不大时，转换波的强度很小；当地震波垂直入射时不产生转换波。地震波垂直入射时不产生转换波。二、与地震勘探有关的其它地震波二、与地震勘探有关的其它地震波 3 3、直达波、直达波（以传播路径的特点来划分）（以传播路径的特点来划分）由震源出由震源出发没有遇到分界面（没产生反射）而直接发没有遇到分界面（没产生反射）而直接到达接收点的波。用于区别反射波。到达接收点的波。用于区别反射波。 4 4、有效波和干扰波、有效波和干扰波（产生的地震波对地震勘探是（产生的地震波对地震勘探是否有用而言）否有用而言） 在地震反射波勘探中，习惯上我们把地震在地震反射波勘探中，

10、习惯上我们把地震一次反射波称为有效波，而把妨害记录有一次反射波称为有效波，而把妨害记录有效波的其它所有波都称为干扰波。效波的其它所有波都称为干扰波。如面波、如面波、多次波，直达波、折射波有时也是干扰波。多次波，直达波、折射波有时也是干扰波。二、与地震勘探有关的其它地震波二、与地震勘探有关的其它地震波 5、多次波：、多次波：在一个或几个界面中经过两在一个或几个界面中经过两次或两次以上重复反射或折射而到达地次或两次以上重复反射或折射而到达地面的地震波。面的地震波。多次波是一种干扰波。多次波是一种干扰波。微屈（层间）多次波微屈（层间）多次波 虚反射虚反射 全程多次波全程多次波 短程多次波短程多次波

11、二、与地震勘探有关的其它地震波二、与地震勘探有关的其它地震波 6 6、由特殊地质体产生的一些特殊波、由特殊地质体产生的一些特殊波 1 1）断面波：）断面波：由于断层面上下地层岩性、物性的由于断层面上下地层岩性、物性的差异而产生的波阻抗差引起的沿着断面产生的地差异而产生的波阻抗差引起的沿着断面产生的地震波。是确定断层的依据之一。震波。是确定断层的依据之一。 2 2）回转波：）回转波：满足一定深度和曲率条件的地下凹满足一定深度和曲率条件的地下凹界面上产生的反射波。界面上产生的反射波。 3 3）绕射波：）绕射波：当地震波传到断层的断点、地层的当地震波传到断层的断点、地层的尖灭点或地层不整合的突变点时

12、，这些点将会形尖灭点或地层不整合的突变点时，这些点将会形成新的震源，再次发射球面波向四周传播，这种成新的震源，再次发射球面波向四周传播，这种波称为绕射波。它是利用价值最大的特殊波波称为绕射波。它是利用价值最大的特殊波第三节第三节 分层介质中的地震波分层介质中的地震波 一、反射波和透射波一、反射波和透射波 1、概念、概念 当下行的地震波到达两种介质当下行的地震波到达两种介质的分界面时，其中的一部分又回到了上的分界面时，其中的一部分又回到了上层介质中，这种波称为层介质中，这种波称为反射波；反射波；另一部另一部分穿过界面到达下伏介质中的地震波称分穿过界面到达下伏介质中的地震波称为为透射波。透射波。

13、波阻抗：波阻抗：地震波传播速度与介质密度的地震波传播速度与介质密度的乘积（乘积（Z= V） 。它是研究界面上地震。它是研究界面上地震波反射强度的一个重要参数。波反射强度的一个重要参数。2 2、形成地震反射、透射的条件、形成地震反射、透射的条件 1 1）反射条件：）反射条件：Z Z1 1ZZ2 2 界面上下存在有界面上下存在有波阻抗差。波阻抗差。 反射波的性质：界面上下的波阻抗差越反射波的性质：界面上下的波阻抗差越大，反射波就越强；反射角等于入射角；大，反射波就越强；反射角等于入射角；反射线、入射线、界面上反射点的法线反射线、入射线、界面上反射点的法线在一个平面内。在一个平面内。OS入射波入射波

14、1 v12 v2反射波反射波法线法线入射角入射角反射角反射角界面界面2 2、形成地震反射、透射的条件、形成地震反射、透射的条件 2 2、透射条件、透射条件 入射角小于或等于临界角的前提入射角小于或等于临界角的前提下均可产生透射。下均可产生透射。 透射角与入射角符合折射定律；透射线和入射透射角与入射角符合折射定律；透射线和入射线、界面点的法线在一个平面内。线、界面点的法线在一个平面内。OS1 v12 v2反射波反射波法线法线入射角入射角反射角反射角界面界面1界面界面2透射透射波波透射角透射角3 v3二、反射、透射波的一些基本概念二、反射、透射波的一些基本概念 1 1、反射系数、反射系数R=R=（

15、Z2-Z1Z2-Z1）/ /（Z2+Z1Z2+Z1）= =（2 22 2- - 1 11 1）/ / （2 22 2+ + 1 11 1） 当地震波垂直入射到某一界面时当地震波垂直入射到某一界面时ArAr=R=RAiAi 2 2、反射极性反射极性Z2Z2 Z1Z1，R R 0 0 反射波与入射波的极性相同；反射波与入射波的极性相同；Z2Z2 Z1 Z1 ，R R 0 0 反射波与入射波的极性相反；反射波与入射波的极性相反； 利用反射波的极性可以判别地下地层的性质，利用反射波的极性可以判别地下地层的性质，研究地下地层剖面中的储集层。研究地下地层剖面中的储集层。ArAr: :反射波振幅反射波振幅；

16、 AiAi：入射波振幅入射波振幅二、反射、透射波的一些基本概念二、反射、透射波的一些基本概念 3 3、透射极性、透射极性 透射系数：透射系数：T=1-RT=1-R 从波阻抗来看，无论界面上、下波从波阻抗来看，无论界面上、下波阻抗值的大小，透射系数总是正的，阻抗值的大小，透射系数总是正的，透射波的相位总是与入射波的相位透射波的相位总是与入射波的相位一致即极性相同。（一致即极性相同。（T+RT+R 1 1）三、地震勘探的实现三、地震勘探的实现 1 1、实际的地层剖面中，由于沉积时的、实际的地层剖面中，由于沉积时的岩性差异或是沉积间断，界面上下的岩性差异或是沉积间断，界面上下的岩层的物理性质往往会产

17、生显著的差岩层的物理性质往往会产生显著的差异，因而均能形成异，因而均能形成良好的反射界面；良好的反射界面； 2 2、实际地层剖面中，只要有波阻抗差、实际地层剖面中，只要有波阻抗差就会产生反射，所以就会产生反射，所以存在的反射界面存在的反射界面有很多；有很多； 3 3、反射波的振幅与反射界面的反射系、反射波的振幅与反射界面的反射系数的大小成正比。数的大小成正比。四、地震勘探中的折射波四、地震勘探中的折射波 1、折射波的产生、折射波的产生 条件：条件： Z Z2 2 Z Z1 1；入射角等于临界角。入射角等于临界角。 滑行波：滑行波：当入射角等于临界角时，透射当入射角等于临界角时，透射波的射线与界

18、面平行，以下界面的地震波的射线与界面平行，以下界面的地震波速度沿界面滑行传播的波。波速度沿界面滑行传播的波。 折射波：折射波：滑行波在滑行的过程中，下层滑行波在滑行的过程中，下层介质中的质点就会产生振动，形成新的介质中的质点就会产生振动，形成新的震源，并在上层介质中产生新的地震波。震源，并在上层介质中产生新的地震波。滑行波滑行波902透射波透射波折射波折射波折射波、滑行波折射波、滑行波Z1Z2 i临界角临界角iZ1 Z2 折射角折射角地面地面2 2、折射波的传播途径、折射波的传播途径 折射波的行程及传播时间与界面的深度、折射波的行程及传播时间与界面的深度、产状有关；产状有关；OABMS1 v12 v2t=OA/V1+AB/V2+BS/V1盲区盲区3 3、折射勘探的原理、折射勘探的原理：利用折射波传利用折射波传播时间中的播时间中的界面深度界面深度及及产状产状信息来研信息来研究浅层地