地震勘探课件

1、工程物探教程吉林大学工程技术研究所目 录第一章 地震勘探的基本原理第二章 地震波的动力学特性第三章 地震波的时距曲线第四章 地震数据采集中的理论问题第五章 野外施工方法第六章 数据处理技术地震勘探的基本原理 浅层地震勘探主要是研究人工激发的地震波在岩土体等介质中的传播规律，以探测浅部地层覆盖层界面形态、基岩风化分带及起伏情况、场地内构造的发育状况及展布方向及场地内不良地质情况调查、测定岩土体的力学参数等。第一节 弹性理论基础 在工程地震勘探中，除震源四周附近的岩性由于受到震源作用（如爆炸、锤击等）而遭到破坏，远离震源的介质，由于所受的作用力都非常小，且作用时间短，因此地震勘探中，绝大多数岩土体

2、都可以视为理想的弹性体来研究，既然岩土体可作为弹性体来讨论，那么弹性力学中的许多基本理论可以顺利地引用到工程物探中来。 振动：对地震波的振动，可以用振动图来描述，所谓振动图是指在某一确定距离处，观察该处质点的位移随时间的变化规律的图形。振动图是表示介质中某一质点的位移与时间的关系曲线。在地震记录中的每一道记录都是地震波到达该检波点的振动图。地震勘探的基本原理 波动：对地震波的波动，可以用波剖图来描述。所谓波剖图是指在某一确定的时刻，介质质点离开平衡位置的位移随其离震源的距离x变化的图形。波剖图描述了同一瞬间空间上各质点的振动随距离的变化情况。简单的说波剖面描述的是振动在空间的传播，即所谓的地震

3、波。地震勘探的基本原理 第二节 地震波的类型及传播特征 地震波：在激发脉冲的挤压下，质点将产生围绕其平衡位置的振动，形成了初始的地震子波，这种振动是一种阻尼振动，在介质中沿射线方向向四面八方传播，形成地震波。地震波可分为体波和面波。体波在介质的整个体积内传播，根据其传播特征的不同，又可分为纵波和横波(通常纵波又被称为压缩波、P波，横波又称剪波波、S波)。 纵波：它是体积形变（即拉伸与挤压形变）在介质中的传递，该波的传播方向和质点的振动方向一致。在纵波经过的扰动带，会间隔地出现膨胀带，故纵波有时也称压缩波。地震勘探的基本原理 P- WAVES- WAVEAT振幅周期 横波：是剪切形变在介质中的传

4、递。该波的传播方向与质点的振动方向相垂直，质点振动在水平平面中的横波分量称为SH波，在垂直平面的横波分量称为SV波。地震勘探的基本原理 在弹性波测试领域，我们主要研究的是纵波、横波和瑞雷波，而勒夫波目前还没有实际应用，因此有必要将这三种波的特点进行对比概括分析，假定各种类型的波在相同的介质中传播。 速度 VpVsVr 频率 FpFsFr 频散 瑞雷波在成层状介质中具有频散特性，即瑞雷波的速度是其频率的函数，也就是说瑞雷波的速度随频率而变化。 能量 ErEsEp地震勘探的基本原理 第三节 地震波传播的基本理论 在浅层地震勘探中，对地震波传播特征的研究即对地震波波前、波射线的空间位置和旅行时间以及

5、能量变化的研究，是对所得地震资料进行定性与定量解释的依据。因此，本节主要讨论惠更斯菲涅尔原理、费马原理、互换原理、视速度定理、斯奈尔定律及叠加原理。 一、惠更斯原理 在弹性介质中，已知t时刻的同一波前面上的各点，可以把这些点看作从该时刻起产生子波的新振源，经过任何一段时间t时间后，这些子波的包络面就是原波在tt时刻的波前面。地震勘探的基本原理 在惠更斯原理的基础上，菲涅尔补充指出，从同一波阵面上的各点所发出的子波，经传播而在空是相遇时，可以相互叠加而产生干涉现象，因此在该点观测到的是总的扰动。这就使得惠更斯原理具有更明确的意义。 二、费马原理 费马原理又称射线原理或最小路径原理，它给出地震波总

6、是沿地震射线传播，以保证波到达某点所用的旅行时间最少。显然，从一个等时面到另一个等时面，只有垂直距离最短，因此波沿垂直于等时面的方向传播所用旅行时间最少，故地震射线和等时面总是互相垂直的。有波前和波射线的概念来描述波动是一种简便而清晰的方法。地震勘探的基本原理 四、视速度定律 由费马原理可知，地震波的传播是沿波射线的方向进行的，因此，在观测地震波的传播速度时，也必须和波射线的方向一致才能测得地震波传播速度的真值V。但是，实际观测的方向往往和波射线方向不一致，因此所测的速度值并不是地震波传播的真实速度，而是沿观测方向，距离和波实际传播时间的比值，这种速度称之为视速度V*。 V* =V/sinaV

7、/cose地震勘探的基本原理 1、当=90时，即波沿测线方向入射到观测点时，V=V*，此时波的传播方向就是测线方向，视速度等于真速度； 2、当=0时，即波垂直测线方向传播，V*，此时波前同时到达地面各点，各点间没有时间差，好像波沿测线方向传播速度为无限大一样； 3、当地震波的入射角由0增大至90时，视速度值V*则由无限大变至真速度V，因此在正常情况下有V*V的关系； 4、在均匀各向同性介质中，由于V值不变，视速度V*的变化反映了地震波入射角的变化。地震勘探的基本原理 上述等式反映了在弹性分界面上入射波、反射波和透射波之间的运动学关系，很显然有入射角等于反射角、透射角的大小决定于介质V2的波速，

8、且在一个界面上对入射、反射和透射波都具有相同的射线参数P。这个定律称为斯奈尔定律，亦称为反射和折射定律。 六、叠加原理 若有几个波源产生的波在同一介质中传播，且这几个波在空间某点相遇，那么相遇处质点振动会是各个波所引起的分振动的合成，介质中的某质点在任一时刻的位移便是各个波在该点所引起的分失量的和。换言之，每个波都独立地保持自己原有的特性（频率、振幅、振动方向等）对该点的振动给出自己的一份贡献，即波传播是独立的，这种特性称之为叠加原理。地震勘探的基本原理 第四节 地震波的振幅及频谱 地震波的振幅是地震波能量大小的一种体现，地震波在介质中传播时，其能量不断衰减，能量损失的程度是震源和介质物理性质

9、的函数，影响地震波的振幅的主要因素有：几何扩散、介质吸收，下面分别介绍。 一、几何扩散 在均匀各向同性介质中，地震波的波前面是以震源为球心，一系列半径不断增加的同心球面，于是震源能量在介质中按球面波的形式传播。这种随传播距离增加而地震波振幅减小的现象，称作球面扩散效应。地震勘探的基本原理 若假设e是半径为r的球面波波前上单位面积的能量，则整个球面的总能量E为：E = 4r2e 因为E是常数、所以e反比于r2。 波的能量与其振幅A的平方成正比，即e正比于A2、从而有A正比于1/r,也就是球面波的振幅与距离成反比这种关系定量地表示了球面发散效应，可写成： A(r)C/r C为任意常数；此式适用于反

10、射波、直达波。 当震源到观测点的距离远大于其临界距离时，折射波的振幅和距离的关系可近似写作： A(r)C/r2 这就意味着折射波随距离的增加其振幅衰减比直达波和折射波要快得多。地震勘探的基本原理 波前面-等时面波射线波射线地震勘探的基本原理 二、介质吸收 前面的讨论是假定波的能量在传播过程中不转变为其他形式，实际地层并不是完全弹性和均匀的，因此振动质点间会产生摩擦而使波的能量转变为热能，这一过程称为介质吸收。介质的弹性性质愈明显则能量损失就愈小胶结好的颗粒致密的地层比质地疏松未固结的地层吸收要弱、因而地表低速带对能量吸收较大。 地震勘探中，用品质因子和吸收系统来表示地层对地震波的吸收。其中吸收

11、因子是描述波传播一个波长的距离，能量吸收的相对大小。地震勘探的基本原理 此外，地震波在传播过程中，当遇到不同岩层的界面时，将产生波的透射、反射以及波的转换等，若是不平整的介质界面，还会有波的散射，这些过程都会损耗地震波的能量，使波的振幅减小。 三、地震波的频谱 地震波为非周期性的脉冲波任何一个波形均可看作是由无限多个频率连续变化的谐和振动叠加而成的。这些谐和振动的振幅和初相位则随频率的改变而变化；振幅随频率的变化关系称为振幅谱，初相位随频率的变化关系称为相位谱，统称为地震波的频谱。 各种不同震源激发的地震波，或来自不同传播路径的地震波，其波形往往是不同的，也就是说波的频率成分不同。地震勘探的基

12、本原理 地震波的频谱分析方法是以傅立叶变换为基础的。为了研究地震波的频特征，可有傅立叶变换将波形函数变换到频率域中，得到振幅随频率变化的函数，这种变换称之为频谱分析。 地震勘探的基本原理 浅层地震波勘探 浅层折射波地震勘探浅层反射波地震勘探浅层折射波地震勘探原理 设有两层介质，上层波速为Vl。下层为V2，且V2V1、当入射波以临界角i(iarcsin(V1/V2)入射到界面时，透射波将沿分界面以速度V2滑行。这种滑行波沿界面传播时，必然引起界面上各质点的振动，根据惠更斯原理，滑行波所经过的界面上的各点，都可看作是一个新的振源。由于上下介质质点存在弹性联系，因此滑行波沿界面传播时，在上覆介质中的

13、质点也发生振动、并以波的形式返回地面，这种波称为折射波(有时又叫首波)。 根据在地表接收到的折射波，可以求得地下界面的埋深等参数。这是目前工程物探中常用的方法之一。多用于探测覆盖层的(或低速带)厚度、基岩起伏、断层产状及有关地下水分布等水文工程地质问题。 一、直达波时距曲线 地震波时距曲线是研究地震波运动的一种重要的依据。它揭示了地震波从激发点到达接收点时间与距离的关系。 在勘测现场，假设地震波的激发点和接收点都在同一条直线上，且接收点是按等距分布的。地震波从激发点产生后，在介质中传播，经界面反射或折射后返回到地面接收点。显然波到达地面接收点的时间应以波前的到达时刻为依据。若反映在地震记录上。

14、应该是振动开始的一点、既以振动的初至时刻作为波到达接收点的标志。对于有效波来说由于它往往是出现在其他干扰振动的背景中，因此振动的初至是比较难识别的、往往利用波到达后在地震记录上出现明显相位或振动的极值点作为波到达时刻的标志 同相轴：同相位点的轨迹。 在时距曲线上的各点、取决于接收点至激发点的距离及波传播所用的时间。而波传播的时间与波传播的速度和路径是有关的，由于波的传播路径受界面深度和产状等条件的控制，所以时距曲线同界面的空间位置与界面的性质和形态紧密相关。由于各种类型的波其传播的速度和路径各不相同因此其时距曲线的形状也彼此不同。 直达波是地震波传播的最简单形式，从研究它开始。直达波是由震源发

15、出不经过反射、折射而直接到达地面各接收点的地震波。 直达波的传播距离是旅行时间的一次函数，有t=x/V，即直达波的时距曲线为过0点的直线，且其斜率为1/V。也就是说这条直线斜率的倒数就是地表覆盖层的速度。 OtX 二、水平层状介质中的折射波时距曲线 在具有水平层状介质的地层中，苦下层的波速大于上层，旦每层都有一定的厚度时，则由地表震源激发的地震波。总可以以某个临界角在某层发生折射而产生折射波、在距震源一定距离的接收点上可记录到。 以两层介质为例，说明折射波的时距曲线方程。首先介绍一下折射波的形成。直达波折射波 从激发点O至地面某一接收点D的距离为x，折射波旅行路程为OK，KE，ED之和，则它的

16、旅行时t为：t=(OK/V1)+(KE/V2)+(ED/V1)由三角形相似，有BK/AK=EF/EG=sini=V1/V2 BK/V1=AK/V2 EF/V1=EG/V2因此有： t=OB/V1+OD/V2+FD/V1txRO 因为OD=x且OA=DG=h，OB=FD=h cosi则将上换为： 由此可知，我们可以利用直达波和折射波时距曲线得出V1，V2和截距时间t0，计算求得爆炸点下界面的埋藏深度h。 理论时距曲线如上图所示，其特点如下： (1) 折射波的时距曲线也是条直线，其斜率m的倒数等于第二层介质的速度。 (2) 时距曲线方程显示折射波的旅行时间t仍为传播距离x的一次函数，即折射波时距曲

17、线仍为一条直线，但是该曲线不过原点。令x=0，则可得到时距曲线的截距时间t0（时距曲线延长与t轴相交处的时间值）显然，当界面水平时，可由直达波计算出V1并根据折射波速度以及t0时间可以计算出第二层界面的埋深。 (3) 折射波不能出现的盲区 Xm = 2h*tani (4) 由于V2V1，所以直达波的时距曲线要比折射波的时距曲线要陡。 三、倾斜层状介质中的折射波时距曲线 如图所示，设V2V1界面R的倾角为在测线相距为x的O1，O2两点激发，其相对应界而的法线深度为h1、h2若在O1点激发在沿界面的下倾方向上进行观测，折射 波的射线路径为O1ABO2， 折射波的旅行时间可记为： 倾斜介质中折射波时

18、距曲线的特点： (1)单倾斜平界面的条件下，时距曲线仍为直线、但第二层的波速、并不等于时距曲线斜率的倒数。这是因为上下倾观测时，得到的两支时距曲线的斜率不等，下倾的较陡。而上倾较缓。也就是说下颁接收的视速度K较小，而上倾接收的视速度较大； (2)在界面上倾端激发，在下倾方向接收时折射波的临界距离和盲区都较小，而且截距时t0也较小，反之都较大。因此用截距时t0和临界距离的大小可以判断界面的倾斜方向。并用截距时可以计算出激发点下界面的法线深度h1,h2。当然，在现场工作时、也应注意测线两端临界距离不等时，要适当调整激发点与检波器之间的距离； (3)在界面倾斜的条件下在界面上倾方向观测的视速度大干在

19、下倾方向上观测的视速度。 (4)盲区距离和临界距离 在折射波法勘探中，除了要考虑地质及地球物理条件外，选择适当的工作方法和解释方法也是十分重要的。 折射波法的现场工作大体上可分为现场踏勘、试验工作和现场作业三个阶段。现场踏勘阶段是整个工程勘察的前期工作。当接收任务后，就必须注意搜集和工作区有关的地质和地球物理资料，初步了解工作区的地震地质条件自然地理环境及社会环境等情况、估计和确定勘察的可行性及可能取得的地质效果。在取得有关资料后再进行试验工作。试验工作的目的是根据任务和工作区的具体环境，选择最佳的工作方法和技术参数保障顺利完成作业任务。现场制作业是在踏勘和试验的基础上进行的，这个阶段包括外业

20、和内业工作。用合适的方法取得资料进行解释，并得出最后成果。浅层折射波的现场工作方法 在现场工作中应注意整个工作程序，按主次先后进行工作，并应注意内业和外业工作相结合以提高工作效率和质量。在整个生产施工阶段各项工作都应和地质钻探和其他物探方法相配合，才能取得较好的地震工作效果。现将和各阶段有关的概念及工作方法介绍一下。 采集道数：又称为检波道数，一般用N表示、它表示工程地震仪所具有的地震通道数。一般工程地震仪有6道、12道、24道、48道，还有分布式的几百甚至上千道。浅层折射波的现场工作方法 采 样 率：采样就是将模拟声音信号转换为数字声音信号的过程；采样率就是单位时间内对模拟信号进行采集的次数

21、，在地震勘探中尤其是地震仪采集参数中称其为采样间隔，单位是ms。 采样长度：指的是采样点个数。 道 间 距：一般用x来表示，表示两个检波道之间的距离。一般是等间距，具体是多少需根据测试要求，测试精度以及工作效率综合考虑选定。 接 收 距：一般用L来表示它是检波器排列在测线上的长度，与道数和道间距有关可用下式表示： L=(N-1)x 排列长度：一般用x表示，它是激发点到最远的检波器间的距离。 一、测线的设计 为达到勘察目的，把检波器按一定排列安放在地表预先测量好的一条直线上，这条直线就叫测线。就测线的布置原则、长度、道间距、激发点和排列长度有关的问题介绍如下： 测线的布置 根据工作精度的要求测线

22、原则上要和探测的地质体的走向和构造走向大至垂直，并且要有一定密度分布。理想的测线应是水平的直线。但并不是所有的工作区都能满足这个条件。在地表坡度角变化时、测线若不能保持水平，则需要测量人员测出各条测线或测点间的高程变化，在解释过程中把高程的影响消除掉。 测线的密度可按勘察工作的精度进行设计，若所勘察的地质体或构造有一定的长度，则一般测线的间距和道间距不应大于地质体的宽度。 测线的长度 测线往往根据测区的地形图来确定其长度和位置。当地表近似水平地形时地形图上的长度与实际长度大致相等，但是当地表面有一定坡度时，实际测线的长度应大于地形图上量出的长度。此时测线长度要根据地面的倾角进行校正。测线的设计

23、长度和地层的埋深是密切相关的，也和波速有一定关系。下面简单介绍一下它们三者之间的关系。 测线长度应包括临界距离xc。在水平二层介质的模型中，为了在x的范围内观测到折射波，则测线长度应是xc+x。若是相遇时距观测系统、则测线长度应为：x +2xc。为了在解释中能较精确的求取第三层速度V2,要保证x的范围足够大，测线要加长； 确定水平多层结构的测线长度，可用底层上界面以上地层平均速度和有效速度。作为上部地层的速度、从而把多层速度模型变成二层结构来处理，即可按上述办法求得测线长度。 道间距和排列长度的选择 道间距愈大，在接收道数一定的情况下排列长度就愈长工作效率就会越高。但道间距不能过大，否则各相邻

24、道之间的同一个波的相位追踪和对比往往会出现麻烦（即产生空间假频），不利于有效波的分辨。因此道间距要选择的合适、才会使各道间波形相位关系清楚。一般来说道间距的选择与有效波的视速度和视周期有一定关系。在实际工作中，道距和排列长度的大小还必须考虑到地层的倾角大小和构造的复杂程序，一般来说倾角越大构造越复杂的地质条件下，排列和道距要相应的选小一些。 二、观测系统的选择 为了确保有效波信号的接收和对目的层进行连续追踪，需要激发点和接收点之间保持一定的相对位置关系，测线之间也应保持一定的相对关系。我们把这种激发点和接收点之间或测线与测线之间的相对位置关系称之为观测系统。 当激发点和接收点同在一条直线上时称

25、之为纵测线观测系统、若不在一条直线而呈现其他方式的叫非纵测线观测系统。在非纵测线观测系统中、按激发点和接收点的位置可分为横测线、弧形测线等观测系统。在工程勘察中，非纵测线观测系统仅作为辅助测线来布置。但在某些特定情况下、它可以解决一些特殊地质难题以补充纵测线观测系统的不足。 纵测线观测系统、根据测区的地质条件和勘察精度及解释的要求可分为四种： 单支时距观测系统；相遇时距观测系统；双重相遇时距观测系统以及追逐时距观测系统。 (1)单支时距观测系统 这种观测系统一般使用在地质情况较简单，勘察较平缓的地质界面。其优点是工作效率较高。但对于地层一界面倾角较大或起伏的复杂界面则误差较大，不宜使用。其观测

26、方法如图示。 (2)相遇时距观测系统 当界面起伏或倾角较大，使用单支时距观测系统进行观测、误差会很大此时要采用相遇时距观测系统。这种观测系统是在排列的两端激发，如图中O1、O2激发分别得到两支相对应的时距曲线S1和S2，其中S1身对应了界面上的BE，S2对应了AC段时距曲线。其中BC段是两支时距曲线的相遇公共段。 (3)相遇时距观测系统 在表层地质条件较复杂或对观测的某些数据进行检查、校核时，往往要采用双重相遇时距曲线观测系统如图所示。这种观测系统是在相遇观测系统的激发点O1、O2两端，进行“追逐”观测，在距O1,O2两激发点相当的距离外O3、04点进行激发，再得到一组相遇时距曲线。 实际上，

27、双重相遇观测系统是相遇和追逐观测系统的组合。 双重相遇时距曲线观测系统的工作效率比较低，但可以利用时距曲线平行的特征，将远点激发的时距曲线平移到近点激发的时距曲线上从而弥补了由于近距离激发造成的时距曲线不足，进一步提高了解释精度。 三、震源与接收条件的选择 地震勘探中的激发方式分为两大类：脉冲振动源和稳定振动源。由于设备和价格比，脉冲源已优先得到了发展，已被广泛使用。常用的是大锤、落重以及炸药。 接收条的选择就是在完成了剖面布置和激发方式选择等工作后，再选择最佳的接收技术、提高信噪比，以得到清晰可靠的记录。这里仅从接收条件的角度考虑有效波及干扰波的区别，对检波器的频率、方向特性的选定等方面简单

28、加以介绍。下面首先介绍一下有效波与干扰波。 在实际工作中，随着工作方法的不同，有效波和干扰波的范畴也有所不同当工作方法改变时有效及干扰波的关系也产生相对变化的。如用折射波法工作时，反射波和面波都是干扰波、只有折射波才是有效波。反之、当进行反射波法工作时，折射波和面波又成为干扰波。而无论哪种方法声波和多次波及随机干扰，在地震记录上都被定义为干扰带，严重的影响了地震记录的质量和有效波的利用。但是、由于各种不同类型的地震波的频谱和视速度等方面部有其各自的特点如下图所示。 从图中可以看出它们之间是有差异的。因此，我们可以采用各种方法来削弱干扰波，突出有效波以达到提高信噪比的目的。这项工作几乎要贯穿整个

29、现场工作的全过程。 道间距(接收点间距)x的选择，要使相邻两道记录的有效波同一相位的时间差t不大于视周期的一半、即tT2才能保证有效波的对比追踪，这就要求xTV2(V是有效波的视速度，tx/V)。当同时追踪几个地层的有效波时，应以最浅一层的参数为依据。在地质条件较复杂记录的地震波形变化大不稳定，干扰较严重时应尽量使x减小些。 埋设检波器时，要求将每个检波器都埋在规定的接收点上，一般来说沿测线方向的误差不可超过道间距x值的125、垂直测线方向的偏差可放宽到110。检波器要安放的平、稳、直、并且要尽量避开水田、河滩、风化碎石等不利的条件和位置。在遇到大风干扰时、还可挖坑把检波器埋起来、以减少风的干

30、扰影响。 四、资料的整理与解释 折射波数据资料的整理与解释主要有三方面的工作：地震记录的初步整理及波形对比，必要的校正和时距曲线的绘制，折射地震剖面的解释。 1、波形的对比分析 利用有效波的动力学与运动学持征正确识别、判断和追踪来自同一个界面的有效波是波形对比分析的主要内容。在地震记录上来自同一分界面的地震波受这一界面的空间分布状态:埋深、岩性、产状、覆盖层的性质等因素的影响，在频率、振幅等方面具有一定的特点。但这些因素，在较小的界面上，若没有突出的变化一般认为介质的性质是相同的，因此，同一界面上的有效波组在相邻各道上其波形特点应是极相似的这就是波对比的主要依据。 利用有效波初至进行对比叫做初

31、至对比，但有效波一般是在有波动背景上记录下来的(不是初至波)因此、有效波的初至往往不易识别甚至无法进行初至对比这时需要通过比较各相邻道的极值相位来识别和追踪有效波、叫做相位对比通常定义来自同一界面的有效波的相同极值相位的连线叫做同相轴。对于同一张记录，波形对比的主要标志包括： 1）每个记录道的波形、振幅及振动延续度的相似性特征。主要反映在视周期、相位数、振动强弱及振动延续时间长短等方面的变化。 2）相位一致性和同相轴延伸长度特征 由于同一界面的有效波到达相邻两个接收点的路径是相近的因而有效波的相同相位到达相邻道的时间差很小所以在记录上，相同相位的连线应该是平滑的而且有一定的长度。相邻相位的同相

32、轴应是平行的 3）追逐观测记录同相轴平行性待征 由于追逐观测系统中，两张记录的排列位置相同而激发点不同因此对于同一界面的同相轴只是在时间轴上平移了一段距离，否则，追踪的不是同一界面。 在实际工作中，对整条测线的每个排列的全部记录连续追踪有效波时还应注“互换”和“连接”，此时应注意以下三个方面： a、视速度发生变化的情况 b、波形、振幅是否突然发生变化 c、两组波相交后波形的叠加特征 应当指出，实际情况往往比较复杂。由于岩性、构造等条件的差异，激发和接收条件的不同，干扰的变化以及仪器等因素的影响、会使有效波的相位、波形、振幅等发生变化。因此在进行波形对比时、要全面地认真分析研究各种条件的影响，弄

33、清记录变化的原因。一般来说若与仪器和地表起伏的因素有关、则会使各道的记录从开始到结束的波或同相轴都发生同样的畸变；若个别记录变化不相同、则往往是地下介质变化所引起的。 2、校正和绘制时距曲线 地震资料的解释是假定震源与各接收点高程一致的条件下进行的。但在实际工作中有时同一条测线上有若干个激发点往往高程都不相等在同一排列上各检波点的高程由于地形的起伏也不尽相等，因此就产生了误差。为了减少这类误差，就要进行相应的校正。它包括检波点的地形校正、震源深度校正及相位校正。除非地形高差变化很大外一般很少作高差校正。因为高差变化较小，如果地形起伏变化不是很大，一般地形校正都可以不作。 从经过检查、校正、对比

34、分析的地震记录上，读出各道有效波到达的旅行时，然后以震源点为坐标原点，以时间为纵坐标，以距离为横坐标，在直角坐标系中绘制出相应的时距曲线图。 3、资料解译 利用时距曲线和速度资料、即可绘制反映折射界面的埋深、产状和构造形态的地震剖面图和构造图由于计算机的普及，解释程序自动化程度也越来越高，但仍需要人为的输出各种参数。在这里仅对利用折射波时距曲线求取相应的层速度，然后再用各种方法进行折射界面的解释，求折射界面的埋深和产状的常用方法给予以介绍。 截距时间法求界面 当界面为单层倾斜平界面时，所得的时距曲线为直线段，面且当界面埋深不大时所得的精度很高。但埋深较大或有夹层时，将会造成较大的误差。 求出h

35、1和h2之后分别以Ol和O2为圆心，以h1和h2为半径作圆，然后作这两个圆的公共切线、便可得到所求的折射界面。若是水平界面，则更加简单了。 以上讨论的是两层介质分界面为平界面的情况，若三层或更多层介质时则需要用交点法求综合层速度，然后仍按两层介质的方法去处理。设有三层水平层状介质各层的速度值分别为V1、V2、V3，相对应的时距曲线为S1、S2、S3。如若求V2与V3界面的埋深，只要把该界面以上的V1、V2两层介质看作为一层综合层其综合层速度V12可以这样求取：找出和S2与S3时距曲线的交点把交点和坐标原点连线，此直线的斜率倒数，便是该综合层的速度：V12=x/t然后把V2V3界面以上的Vl、V

36、2介质作为第一层介质，用V12代替，和V3介质构成一个界面则把三层介质的问题变成了二层的问题去处理。 当多层平界面的斜倾角不大时综合层速度用上下倾的平均速度代替，精度仍然很高。 t0法求界面（t0差数时距曲线法） 截距时间法是界面为平界面时的方法，若折射界面的曲率半径比求埋藏深度大得多，波沿界面滑行时没有穿透现象V1V2相对比较稳定，大T误差不超过5ms时，可采用差数t0法求界面。先以两层介质为例，如下图所示。则S点其折射界面的法线深度为： 显然，只需求出K和t0值便能得出各点的界面深度h。t0值可以直接从时距曲线中读取，并可直接绘制相应的t0(x)曲线。而K值的求取需要计算V1和V2，通过V

37、1可以直接从时距曲线中读直达波的速度来确定，因此关键是V2的求取，为些引出差数时距曲线方程(x)，其表达式为：对上式对时间求导数：由于： 其中：i为临界角，为界面倾角当界面倾角15时，cos1，上式可简化为; V2=2x/显然，绘制(x)后，根据其斜率便可以求得V2。 所以有： 即： 一、地震波在各种介质中传播的路径遵循所用时间最短的原则，而且在弹性分界面处满足斯奈尔定律。当分界面的下层介质的波速大于其上层所有介质的波速度，且入射角达到临界角时才可产生折射波； 二、折射波的运动学持点主要表现在当勘察界面为平面时，折射波的时距曲线为直线、其斜率等于界面速度的倒数。多层折射层的时距曲线是一组相交的

38、直线，各层的折射波时距曲线斜率不同。浅层折射波只有具备一定厚度和一定波速时才能在时距曲线上以初至的形式出现。但速度出现例转时将使折射波法分层遇到麻烦。弯曲界面的折射波时距曲线的形状与界面形状相反。地层中存在异常界面时会产生特殊波，如绕射波、多次波等。这类波的时距曲线与正常折射波不同。 三、用折射波进行勘察时、除了要考虑地球物理条件之外，选择适当的现场工作方法也是十分重要的。现场工作时，要根据任务和工作区的具体条件选择最佳工作方法和技术有效的压制干扰波，突出有效波从而得到最好的工作效果。最佳工作方法和技术包括激发条件、接收条件、观测系统及有关参数的选择； 四、对原始资料的检查、校正和评价是资料处

39、理中很重要的环节，对不合要求的资料一定不能用其绘制时距曲线作解释； 五、单支时距曲线不能确定界面产状及参数，只有相遇和双重相遇观测系统方可获得。折射波解释时，要求视倾角小于或等于15度的条件时，各种解释方法才能达到解释精度的要求。其中最常用的to差数时距曲线法可以用来解释多层折射的地层； 六、折射波由于盲区较大、在城市勘察中受到限制，但由于这种方法对仪器性能要求较低、工作效率高，方法简单在水文工程地质勘察中仍广泛得到应用。 第一节 反射波的时距曲线 为了讨论方便，我们首先讨论单个倾斜界面的反射波时距曲线。从激发点O传播的波在界面R上经A点反射，到达地面接收点S，若反射界面R的倾角为，H为震源O

40、到界面R的法线深度，V为界面上覆岩体的速度，根据镜像原理，求得激发点O的镜像源O*，O*的坐标为：可得单层倾斜界面反射波时距曲线 上述公式也可以表达为： 显然，反射波的时距曲线是双曲线，当x=0时，即自激自收反射波旅行时（即零偏移距剖面）为： 时距曲线极小点的坐标为： 同理，我们也可以推导出多层界面的时距曲线：其中V为均方根速度，n为界面的层数，Vi为每层界面的层速度，反射波的时距曲线为双曲线。 正常时差x 任一观测点的反射波旅行时间tx和同一反射界面的双程垂直旅行时间t0的差定义为正常时差t。 对同一界面而言，正常时差可以认为是由于炮检距的不同而引起的反射波旅行时间之差。对于相同炮检距，则表

41、示不同的反射界面到达同一个检波点产生的时间差。 正常时差可用来判断地震记录上的同相轴是否为正常的反射波，也用在处理共反射点叠加之前要进行的动校正，正常时差还是速度分析的基础，是反射波法资料处理过程中很重要的参数。第二节 反射波法的现场施工方法 浅层反射法有适应能力强、分辨率高等优点，在浅层地震勘测和工程勘察中得到了广泛的应用。现就反射波法现场作业的各阶段常使用的方法、技术介绍如下。 反射波法的现场施工作业是在经过总体设计和施工作业设计之后进行的。这些设计对工作区范围、地质任务、测线布置、试验内容和施工作业方法都有明确的规定和要求。在现场工作过程中，必须按照设计要求和操作规范进行工作。本章将重点

42、讨论现场施工作业方法中的几个有关问题。旨在介绍准备阶段的测线布置及如何开展试验工作、然后将重点介绍经常使用的观测系统及反射波法现场采集中的有关内容。 一、测线布置的原则 浅层反射波法的测线布置原则与浅层折射法基本相似要根据工作任务、勘测的地质构造、地形、环境等条件来确定，布置测线应遵循以下三个原则： 1、根据勘测任务，对全区进行整体规划，测线尽量均匀地分布在整个测区，以利于资料的对比与综合分析。测网密度与勘测任务有关，详查阶段的测网密度要大于初勘阶段。一般初勘阶段测线间距可在10-20m或更大，详查阶段在5-10m或更小。 2、每条测线都有其明确的地质任务：长度应足够并力求直线，尽量垂直于岩层

43、或构造的走向，这样既能最大的控制构造形态。又能节省工作量。 3、测线要尽可能与其他物探测线或测井井位重合，以利于综合分析物探资料和标定地质层位。 二、试验前期准备工作 现场试验工作的目的是正确的选择工作方案。凡属初次勘测的地区。都要先进行全面的地震地质条件的调查，然后再进行试验阶段的工作。试验阶段工作内容包括：干扰波调查、激发方式与接收条件的选择以及观测系统的选择和仪器因素的选样。若在老工区进一步详细勘测时，应在全面收集和分析前人试验和过去资料的基础上再开展工作。并对过去存在的问题，要进行补充试验加以解决。 地震地质条件调查 勘测工作能否顺利地进行和工作区的地震地质条件直接相关，地震地质条件调

44、查分浅部和表层两类： 浅部地质条件调查需收集以下几方面的资料： (1) 了解基岩结构及埋藏深度，预计勘测深度，确定最长记录时间； (2) 掌握地层的沉积结构、分布及其接触关系，预计可能存在的反射层和产生多次波的反射界面; (3) 收集有关资料，分析测区的地质构造情况、包括较大的构造走向及判断各种构造的复杂程度; (4) 研究断层的持点如断层走向、断层面的倾角、断距和控制地层分布的程度。 表层地震地质条件： 与地表层岩石和地貌有关的地质情况，称为表层地震地质条件调查表层地震地质条件，应从以下几方面着手进行。 (1) 收集覆盖层的厚度、岩性(土层)的情况及变化的资料; (2) 了解工作区的地表的地

45、形、河流、沼泽、道路、交通、农田、居民点及高压输电线的分布情况，分析施工中可能碰到的问题; (3) 大致确定潜水面深度及其变化，了解地层剖面上是否存在低速层或高速层。按浅层和表层的地震地质条件、可以初步确定工作区勘测工作的难易程度施工作业时，做到心中有数并在试验工作时有针对性。 三、试验阶段工作 在准备工作的基础上、针对工作区的持点需进行以下几方面的试验工作： (1) 干扰波调查； (2) 测定地层的地震波速度； (3) 激发、接收条件的选择； (4) 观测系统的选择； 有关试验阶段工作内容，将在下面的观测系统的类型和反射波的采集中分别介绍。 四、观测系统的选择 在选择折射波的观测系统时、已经

46、讲过有关观测系统的概念。反射波的观测系统的选择主要根据勘测对象和多次及干扰波的特点来确定。选择观测系统要保证反射波位于通放带内而多次及干扰波位于压制带内。选择偏移距和道间距时要考虑能否避开较强的面波、声波干扰，也要兼顾深、浅层的反射并有利于分层相速度分析使勘测任务能顺利进行。覆盖次数则应根据不同的勘测阶段及干扰波被压制的程度而定。 使用的纵测线观测系统根据对地下反射界面重复观测的次数、分为单次覆盖观测系统和多次覆盖观测系统。后者将在以后共反射点多次叠加技术中详细介绍这里仅就常用的单次覆盖观测系统介绍一下。 (一)展开排列观测系统 这种观测系统是在新工作区试验阶段工作中必不可少的观测系统。如图所

47、示。(b)图是现场观测的实际时距曲线图。观测时激发点的位置不动，依次排列进行接收，各排列的偏移距由零到较大，或固定一个排列位置，移动震源，从而获得不同炮检距的记录。一般按目的层的深度来确定排列次数和道间距。若勘测深度在30-40m左右，则道间距选择2m12道的地震仪可作3-4个排列即可。图(a)就是某地展开排列观测系统的波形图。 展开排列的时距曲线，可以把直达波、反射波及各种干扰波的分布形态和相对位置关系记录下来，是试验阶段常用的不可缺少的有效观测系统。 反射波法采集中有关的几个概念 (一)记录长度与采样率 记录长度应能够记录到最低目的层的反射波并留有一定余量。一般来说采样率越高，测量精度就越高。但它要受到两个条件的限制。 第一受仪器采样点数的限制，即采样率乘以采样点数必须大于或等于记录长度； 第二采样间隔必须小到不使预期的最高频率变成假频。这里的假频是指由于时间采