地震勘探基础及浅层折射反射波法课件

第一章地震勘探的理论基础•概述•弹性介质与地震波的形成•地震波的描述、类型及其传播特征•地震勘探的地质基础地震勘探的主要内容、基本原理、方法分类及其特点；工程地震勘探的主要用途和特点；第一章地震勘探的理论基础•概述•弹性介质与地震波的形成•概述一、地震勘探的主要内容即两个特征：波的运动学特征(v、s、t)波的动力学特征(波的成因、

振幅、频率和相位)研究人工激发的地震波在介质中的传播规律。概述一、地震勘探的主要内容即两个二、地震勘探的基本原理人工震源激发的地震波不同岩层具有不同的弹性特征（速度,密度）波通过这些岩层的分界面时产生透射、反射和折射现象以及纵波、横波和面波之分将这些具有不同传播速度、路径、频率和强度的波记录并分析，就可以间接推断出有关岩层的性质、结构和几何位置等参数，从而达到解决地质问题的目的。二、地震勘探的基本原理人工震源激发的地震波不同岩层具有不同的•以波的类型分•以波的传播特点分纵波法、横波法、面波法折射波法反射波法透射波法下层介质波速要大于上层介质；可用于岩性分层和层速度估算。各层介质间应有明显的波阻抗(ρV)差异；可用于岩层厚度和层速度估算。研究钻孔间或坑道中的直达波；可准确测定层速度；计算岩、土动力学参数。不需上下层波阻抗差很大(10％

)；浅层分辨率高。三、地震勘探的方法分类及其特点•以波的类型分•以波的传播特点分纵波法、横波法、面波法折四、工程地震勘探的特点研究浅层地质情况(h<200米)，具有激发能量小、勘查范围窄、布设网度密、勘探精度高的特点。确定地质构造、基岩面深度；对第四系地层分层(确定层厚、层速)；确定地基的持力层；探测地层中的低速带或软弱夹层；追索浅水面、空洞及掩埋物等。1、工程地质调查五、工程地震勘探的主要用途四、工程地震勘探的特点研究浅层地质情况(h<200米)，具有测定场地卓越周期；场地地震响应分析；地震小区划。2、研究岩土状态及性质检测道路、混凝土构件和堤坝质量。4、环境地质灾害调查测量纵、横波速；评价地基加固效果；测定岩土密实度、孔隙度；判识饱和沙土层的液化程度。3、工程质量检测调查滑坡体的厚度、结构；隐伏岩溶塌陷范围；采空区及影响范围。5、工程地震安全性评价测定场地卓越周期；场地地震响应分析；地震小区划。2、研究岩土§1弹性介质与地震波大部分岩土介质在外力作用下即可以显示出弹性，也可能显示出塑性；这取决于介质的物理性质、外力的大小及其作用时间的长短。固体介质在外力作用下，其形状或大小发生的变化。固体介质的形变随外力的去除而消失这一性质。•形变的定义•弹性的定义•弹性介质具有弹性的介质。•塑性和塑性介质一、形变与弹性介质§1弹性介质与地震波大部分岩土介质在外力作用下即可以显示二、应力、应变与弹性参数体变模量(压缩)

(Pa)介质内部产生的一种反抗形变的内力作用在单位面积上的内应力（P=F/S）介质受应力的作用，其大小和形状的相对改变量；线应变△L/L体应变△V/V切应变△θ/L•内应力•应力•应变杨氏模量(拉伸)（Pa）应力与纵向应变之比；介质越硬越大。•弹性参数流体静压力二、应力、应变与弹性参数体变模量(压缩)(Pa)介质内部产•互换关系•切变模量(剪切)（Pa）剪切应力与切变角之比；液体µ=0。•泊松比横、纵向应变之比；在0.05～0.45；越硬越小，液体为0.5。•拉梅系数（Pa）PXX～横向拉应力•互换关系•切变模量(剪切)（Pa）剪切应力与•泊松比横、纵三、振动与地震波•地震子波在介质中沿射线传播→地震波。在应力和惯性力的作用下，质点围绕原平衡位置发生的振动。质点以弹性振动的形式在介质中的传播所形成的波动。1、弹性振动2、弹性波3、地震波的形成•激振～围绕爆破点产生非线性形变带；•向外延伸～压强下降→形成弹性形变带；•弹性振动形成弹性波～初始地震子波；地震波三、振动与地震波•地震子波在介质中沿射线传播→地震波。在应力§2地震波的描述波前a；波尾b；波长λ。λ=

T﹒V一、振动图和波剖面图描述某点的振动幅度随时间的变化情况。振幅A；周期T；持续时间△t；初相位Ф。描述某时刻的振动幅度随震源距的变化情况。µｐ=A（ｘ）1、振动图2、波剖面图波形特征

µｐ=A（ｔ）波形特征μpt0TAΔtΦ§2地震波的描述波前a；波尾b；波长λ。λ=T﹒V二、时间场和等时面如：在均匀各向同性的弹性介质中，由点震源产生的波动的等时面是同心球面；该面与波射线正交。1、时间场描述波前的传播时间与其空间位置关系的三维坐标系；t

=T（x,y,z）球面波前2、等时面在时间场中t值相同的各点连接而成的空间面。如：点源地震波的传播时间与其空间位置关系二、时间场和等时面如：在均匀各向同性的弹性介质中，由点震源产三、视速度定理α=0°时：V﹡→∞；表示波前面同时到达地面各测点；1、真速度沿波射线观测的速度；V=△S/△t；2、视速度沿地表面观测的速度；V﹡=△X/△t；3、视速度定理描述了真、视速度的关系；设入射角为α(波前面与地面的夹角；或波射线与地面法线的夹角）当α=90°时：射线与测线重合；V=V﹡一般情况下V﹡

＞

V；其差别反映了入射角的变化。α4、讨论三、视速度定理α=0°时：V﹡→∞；表示波前面同时到达地面各§3地震波的类型及其传播特征一、地震波的类型在自由界面传播，波速接近S波，低频、向下衰减快、水平衰减慢。在覆盖层下伏界面传播（类似SH波）传播方向与质点振动方向垂直传播方向与质点振动方向一致地震波体波(在介质体内传播）面波(在介质界面传播）体波面波纵波(P压缩波)横波(S剪切波)SV(垂直分量)SH(水平分量)瑞利波勒夫波§3地震波的类型及其传播特征一、地震波的类型在自由界面传二、地震波的频率和振幅发现地震波特征（振幅、初相位）的频率差异，为野外工作方法的选择、干扰波的压制、资料的解释提供依据。波的特性随频率变化的规律一个非周期波动可以由许多不同振幅、不同频率、不同初相的谐和振动合成。1、频谱的定义2、付氏理论3、频谱分析的作用振幅谱～(A-ｆ)相位谱～(φ-ｆ)二、地震波的频率和振幅发现地震波特征（振幅、初相位）的频率差一般地震波的频谱特征由地震勘探的各种资料统计得到一般地震波的频谱特征由地震勘探的各种资料统计得到面波折射波反射波声波某一浅层地震的干扰波调查剖面，经频谱分析后得到其频谱特征；反射波主频～75Hz折射波主频～50Hz面波主频～30--40Hz声波频谱＞80Hz不同地区、同一地区不同地层、不同仪器及工作方法；采集的地震波的频谱会有所不同面波折射波反射波声波某一浅层地震的干扰波调查剖面，反射波主频4、地震波的振幅及其衰减规律4、地震波的振幅及其衰减规律三、地震波的传播速度•σ对S波、R波影响不大；σ↑→VP↑→VP/VS↑(=1.4→∞)•由σ可以确定纵横波速比，或反之。结论：•一般岩石σ=0.25∴VP=√3VS；VR=0.92VS=0.53VP三、地震波的传播速度•σ对S波、R波影响不大；σ↑→VP↑→四、地震波的传播原理t0时刻的波前面上的各点都可以看成是新的振动源，并形成新的子波向外传播，△t时间后这些子波的波前面所构成的包络面就是t+△t时刻的新的波前面。1、波前、波尾和振动带；消振点曲面起振点曲面2、惠更斯原理（波前原理）地震波总是沿用时最少的路径到达目的地，即沿射线方向传播；而射线总是垂直波前面的。3、费马原理（射线原理；最小时间原理）四、地震波的传播原理t0时刻的波前面上的各点都可以看成是新的五、地震波的反射、透射和折射1、反射和透射过程•∴CD是反射波前面，CE是透射波前面。•平面波AB向界面R入射；•依据惠更斯原理，波前面A´B´

是新震源；•

△t时间后，B´的子波到达C点；A´的子波在V1中到达D点、在V2中到达E点；•α是入射角；β反射角；γ是透射角。五、地震波的反射、透射和折射1、反射和透射过程•∴CD是反2、斯奈尔定律（snell）射线参数证明：∵B´C=△tV1；A´D=△tV1；A´E=△tV2；α=∠B’A’C•当V1＜V2→γ＞α；

当V1＞V2→γ＜α；结论：•入射角=反射角→

α=β；γαγ=∠A’CE2、斯奈尔定律（snell）射线参数证明：∵B´C=△tV13、地震波在水平多层介质中的传播多层介质斯奈尔定律R1R2R3α2

～R1界面的透射角α3

～R2界面的透射角αn

～Rn-1界面的透射角3、地震波在水平多层介质中的传播多层介质斯奈尔定律R1R2R4、折射波的形成及其特征折射波盲区•由snell定律

V2>V1→γ>α，若α=i时γ=90°则无透射波，形成全反射。R1～临界点；i～临界角•沿界面滑行的波将在R界面形成一系列新的震源R1、R2、…Rn；R2S～新的波前面→折射波前面；R1S～折射波线→与全反射线重合；折射波视速度•折射波特征4、折射波的形成及其特征折射波盲区•由snell定律V2>六、地震波的绕射和散射1、绕射现象由于断层或岩层尖灭点的存在，使反射界面突然中断，地震波在断点处的传播现象。2、绕射波的特点•断点R处是新震源，其上方绕射波信号最强，两侧渐弱；•绕射波振幅随波前传播距离的增加而衰减；即断点将入射波的低频成分绕射，高频成分相对少些。•绕射波振幅与入射波的频率成反比；3、散射地震波遇到起伏不平界面产生的波的漫射现象。无反射波六、地震波的绕射和散射1、绕射现象由于断层或岩层尖灭点的存在§4地震勘探的地质基础影响地震勘探效果的因素一、影响地震波速度的因素及岩土的波速特征①岩土介质的密度ρVP∝ρa,n为统计参数②岩土介质的孔隙度φ1、影响地震波速度的主要因素地质基础§4地震勘探的地质基础影响地震勘探效果的因素一、影响地震波同类岩土年代越久、埋深越大则孔隙度越小、密度越大；波速也越大。④埋深和地质年代△T→岩石弹性性质变化→△VP↑→φ↓(ρ↑)→V↑③压力和温度P、T⑤其它因素•地质构造（褶皱区）～由于对岩土的挤、压作用；

往往使波速增大。•风化侵蚀作用～使岩土的结构疏松、孔隙度增加；

往往使波速减小。对岩土的压实作用同类岩土年代越久、埋深越大则孔隙度越小、密度越大；波速也越大2、地震波在沉积岩、变质岩和火成岩中传播

的速度特性①沉积岩中②变质岩中③火成岩中波速主要取决于其组分及胶结作用；波速呈各向异性；沿层理向大于垂层理向。在高压、高温的作用下，原岩变得致密并且形成结晶，因此其波速几乎总是大于原沉积岩。波速总是大于沉积岩，其中颗粒较大的侵入岩高于相对松散的喷发岩。见教材P23～24页表1.4.1、1.4.22、地震波在沉积岩、变质岩和火成岩中传播①沉积岩中②变质岩中二、岩土介质对地震波的吸收1、岩土介质特征的一个重要参数•

α

的作用•部分岩土的α

值反映地震波在传播过程中其能量的衰减速度；见教材P25表1.4.32、

α

与地震波的关系•

α

与f的关系由胶结摩擦理论由弹性理论即地震波在传播过程中其高频能量的衰减大于低频。•

α

与P、S

波的关系实验表明吸收系数α因此可以通过观测和分析地震波振幅和波形的衰减变化特征，来确定断层或破碎带的存在。二、岩土介质对地震波的吸收1、岩土介质特征的一个重要参数•三、浅层地质条件对地震勘探的影响所以，水下激震可以使地震波的频率丰富、能量增大、改善勘探效果。1、疏松覆盖层•与下伏基岩形成速度界面有利于折射波法探测基岩面；2、潜水面和含水层•它较厚时对波中的高频成分有较强的吸收作用；•它对反射波形成干扰；在其中横波的衰减比纵波快；风化带(低速带)•当风化带包含地下水时，波速将明显增加；但也给识别界面的真实性增加了难度(水面？基岩面？)故该层中难以激发出能量较强、频率较高的有效波，从而影响分辨率。三、浅层地质条件对地震勘探的影响所以，水下激震可以使地震波的煤层～灰岩稀有金属～火成岩脉表层土～基岩(灰、砂、泥灰岩)3、地质剖面

的均匀性分布范围较大且岩性稳定、有明显的地震波运动和动力学特征的层位；或某些与探测目标伴生的规模较大的岩层，可以定为“地震标志层”。断层、溶洞、尖灭层、人工堆积物等都使地质剖面纵向或横向不均匀，从而影响地震波的走时、走向，增加了勘探、解释的难度。4、地震界面和地质界面的差异前者是不同波速或波阻抗介质的分界面，后者是不同岩性或年代介质的分界面；它们有时可能一致、有时可能不同，要结合多种资料才能识别。5、地震标志层

的确定煤层～灰岩3、地质剖面分布范围较大且岩性稳定、有明显的地震波思考题2.怎样构成地震波的振动图和波剖面图？1.弹性参数(E、K、μ、σ)与介质的关系。4.描述真速度、视速度及其关系。5.描述频谱和频谱分析及其对地震勘探工作的意义。3.地震波的分类及其传播特征。6.反射波和折射波的形成条件是什么？思考题2.怎样构成地震波的振动图和波剖面图？1.弹性参数(E第二章浅层折射波和反射波法•地震勘探的仪器•地震波理论时距曲线•浅层反射波的资料处理•地震勘探的野外工作方法•地震资料的解释•地震映像法简介震源、检波器、记录仪直达波、折射波、反射波观测系统及参数设计预处理、频分析…等等第二章浅层折射波和反射波法•地震勘探的仪器•地震波理§1地震勘探仪器一、震源能够激发地震波的高频脉冲§1地震勘探仪器一、震源能够激发地震波的高频脉冲二、检波器（拾震器）将地震波引起的质点微弱机械振动转换成电信号的换能装置；地震波信号频率高于固有频率才能够通过；但也不能一味选择低频检波器，这会使低频干扰信号混入；要根据具体情况选定。二、检波器（拾震器）将地震波引起的质点微弱机械振动转换成电信三、地震仪道数、采样点数、采样间隔(采样率)、动态范围、放大(增益)类型(固定、浮点)、A/D位数、通频带1、作用将电信号放大、显示、记录；2、技术要求•高放大能力～几十万倍；•自动增益控制～自动调整放大倍数；•较宽的通频带～3-250HZ；•高保真度～输入、输出的信号不失真；•各记录道具有良好的一致性。3、主要参数三、地震仪道数、采样点数、采样间隔(采样率)、动态范围、1、VD1D2AD’1§2地震波理论时距曲线直达波时距曲线是一条过原点的直线，其斜率的倒数就是地震波沿测线的传播速度，即地表层速度。•震源A在地表附近；测点沿两侧排开。•时距方程•时距曲线斜率为∆t/∆x=1/V的直线一、直达波•结论x0tVD1D2AD’1§2地震波理论时距曲线直达波时距曲线是二、折射波上倾方向时距方程1、时距方程下倾方向观测时距方程证明见教材P35或参考书李世峰著

P122--123倾斜界面R二、折射波上倾方向时距方程1、时距方程下倾方向观测时距方程证2、折射波观测盲区证明∵⊿BFE∽⊿DCE∴CD/BF=DE/BE整理后证得下倾向盲区OC代入得2、折射波观测盲区证明∵⊿BFE∽⊿DCE∴CD/BF=3、时距方程的讨论•当φ=0时

否则V*下＜V*上∴对比激发点两侧折射波初至线的斜率可以判断界面的倾斜方向(大斜率侧是下倾方向；同距走时t大)。•当φ<15º时由折射波时距方程可得V*=V*下=V*上=V2估算V23、时距方程的讨论•当φ=0时否则V*下＜V*上∴对比激•由V1、V*下、V*上求界面倾角Ф、临界角i和V2、h1

∵V*=∴有•由V1、V*下、V*上求界面倾角Ф、临界角i和V2、4、折射界面形态与时距曲线的关系•当折射面水平、多层；且：V1<V2<V3…<Vn时：•当i+φ=90°时，盲区Xm无限大；•当折射面是曲面时，时距曲线

也呈曲线，与界面凹凸相对。下倾向观测上倾向观测下倾方向观测不到折射波4、折射界面形态与时距曲线的关系•当折射面水平、多层；•当三、几种典型地层的折射波时距曲线•将产生三层解释成二层的失误。1、层状介质中的低速层∵在R₁界面不能形成折射波；∴只能观测到直达波和R₂界面折射波。2、正常速度的薄层∵中间层较薄，使R₂界面的折射波早于R₁界面的折射波出现；∴记录中将看不到中间层的折射波。两层特征三、几种典型地层的折射波时距曲线•将产生三层解释成二层的失误设得•结论X₁X₂段有V₀/V₁、V₀/V₂界面折射波和B点绕射波混合出现若V₁>V₂；则q段是折射波的空白带•时距方程3、直立界面二层结构且有直立界面存在时，折射波时距曲线与三层结构相同；需注意﹗﹗0A段只能观测到直达波AX₁段V₀/V₁界面的折射波出现设得•结论X₁X₂段有V₀/V₁、V₀/V₂界面折射波和Bab段为断层上盘折射波ce段为断层下盘折射波bc段是折射波空白区，只有绕射波(双曲线)；ab∥ce；∆t与断距∆h有关•当激发点在断层下盘的上方时•当激发点在断层上盘的上方时4、断层只在下盘有折射波出现(a段)其后是C点产生的绕射、透射波(C段)最下方是B点产生的绕射波(b段)ab段为断层上盘折射波ce段为断层下盘折射波bc段是折射波空如果潜射波能够穿透变速层，就可以在其下伏的高速层界面产生折射波，并以弯曲路径返回地面。产生潜射波由于地震波在每层波速递增的水平层状结构中的入射角是递增的，所以当入射角达到90°后，地震波会按弯曲路径返回地面，形成潜射波。5、速度连续变化介质层如果潜射波能够穿透变速层，就可以在其下伏的高速层界面产生折射∆t～滞后时间V₁～直达波斜率V₂～折射波斜率V₃～按V₃<V₁试算修改6、低速透镜体(不连续低速层)折射波时距曲线出现不正常的滞后段(脱节带)•透镜体(低速层)中心厚度H估算∆t～滞后时间V₁～直达波斜率6、低速透四、反射波时距曲线对称于t轴的双曲线1、时距方程虚震源法R界面A点处的反射波相当于激震点0的镜像0*发出的波；反射波生成的条件～V₁ρ₁≠V₂ρ₂φ•当ф=0时四、反射波时距曲线对称于t轴的双曲线1、时距方程虚震源法R•由等距观测点走时差∆td求ф•由极小值点Xm求反射界面的倾向相对于炮点0，极值点向上倾方向移动，界面埋深越大、倾角越大、移动越多。•由自激自收双程走时t₀(X=0)求界面法向深度h2、时距曲线特征的用途得•由等距观测点走时差∆td求ф•由极小值点Xm求反射界面•当Ф=0时，反射波视速度V*公式说明水平界面反射波时距方程求导可得在震源点附近，V*→∞；在远离震源点处，V*→V1；V*越大；反射波时距曲线越平缓（斜率越小），反射界面越深。反射波渐近线是直达波时距曲线•当Ф=0时，反射波视速度V*公式说明水平界面反射波时

A点是R₁界面最右端反射点；即测点S₁右边记录不到R₁界面的反射波。O*1是激震点O相对R1界面的镜像；O*₂是激震点O相对R₂界面的镜像；S₁～S₂是反射波空白带；仅有绕射波、断面波(倾斜断面)出现。同理，S₂左边也记录不到R₂界面的反射波。3、阶梯断层的反射波时距曲线特征A点是R₁界面最右端反射点；即测点S₁右边记录不到R₁界面等时差重复出现强波阻抗界面(空气、潜水)•产生原因4、多次反射波•虚震源法求全程二次

反射波时距方程反射界面强反射界面二次反射过程等时差重复出现强波阻抗界面(空气、潜水)•产生原因4、多次反思考题2.已知倾斜两层介质且Φ=300，震源点处界面的垂

直深度h1=20m，V1=1000m/s，V2=3000m/s。试绘

出直达波、折射波和反射波时距曲线。1.写出直达波、折射波、反射波的理论时距方程、

时距曲线及其特点；计算折射波观测盲区。3.多次反射波的成因和特征是什么？思考题2.已知倾斜两层介质且Φ=300，震源点处界面的垂1tx0V2V1水平界面～V*=V2t0•三种波的成因、时距方程和特征：由斯奈尔定律得：观测盲区：tx0V2V1水平界面～V*=V2t0•三种波的成因、时水平界面时反射波镜像分析法水平界面时反射波镜像分析法§3地震勘探的野外工作方法•检波道数N：24、48、96…；•道间距∆X：∆X=1～10m；•接收距L：L=(N-1)∆X；•偏移距X₁：X₁=n·∆X

(n=1,2,3…)；•排列长度X：X=X₁+L；1、观测系统的专业术语激震点拾震点工作量工作精度突出有效波、压制干扰波一、观测系统§3地震勘探的野外工作方法•检波道数N：24、48、96①测线类型纵测线②纵测线观测系统•单支时距曲线用于探测简单、平缓的界面，只能获得激发点处的界面深度。每个炮点有两支曲线可以互相校核。2、折射波法非纵测线(横、侧、弧)用于追踪剖面间的构造、岩土的各向异性和圈定异常体的范围。①测线类型纵测线②纵测线观测系统•单支时距曲线用于探测简单、例如：由单支时距曲线的斜率可得V1、V*下、V*上；进而求得界面倾角Ф、临界角i和V2、h1。

由V*公式可得t0例如：由单支时距曲线的斜率可得V1、V*下、V*上；由V•相遇时距曲线可以了解界面起伏情况，计算公共段的界面深度。例：t0法求折射界面（t0差数时距曲线法）详见P49在剖面两端激发；其间观测设折射界面曲率半径远大于其埋深•相遇时距曲线可以了解界面起伏情况，计算公共段的界面深度。例是相遇+追逐观测系统的组合，能够在工作条件或地下地质情况较复杂时获得较好的观测和解决问题的效果。如果界面水平则两条时距曲线平行；若存在凸界面，则折射波穿透现象使时距曲线不平行。•多重相遇时距曲线炮点改变、接收地段不变•追逐时距曲线是相遇+追逐观测系统的组合，能够在工作条件或地下地质情况较复炮点测点反映界面时距曲线Q₁Q₁～Q₂R₁～R₂黑色Q₂Q₁～Q₂Q₂～Q₃R₂～R₃R₃～R₄棕色棕色Q₃Q₂～Q₃R₄～R₅黄色炮点和测点均在水平直线上，观测值标在对应测点的45⁰斜线上，其垂直投影线截取了界面地段。①图示

方法表示观测系统的布置及其与反射界面的关系•时距平面图•综合平面图它们所揭示界面都小于1/2排列长度3、反射波法曲线～观测系统数值～观测系统炮点测点反映界面时距曲线Q₁Q₁～Q₂R₁～R₂黑色Q₂Q₁逐点激发、逐段接收、双边放炮、单次覆盖。将接收点布置在临界点附近，反射波能量较强，能避开折射波、声波、面波的干扰，尤其适合弱反射界面。•简单

连续•宽角范围•二次覆盖Q₂点激发，Q₁Q₂间观测，是对界面R₂R₃的一次覆盖；Q₁点激发，Q₂Q₃间观测，是对界面R₂R₃的又一次覆盖；称为间隔排列二次覆盖观测。②观测系统利用叠加技术进行数据处理后，具有增强反射波振幅的特点。逐点激发、逐段接收、双边放炮、单次覆盖。将接收点布置在临界点③多次覆盖法是提高地震资料信噪比的接收手段•A点时距方程•垂直回声时间•正常时

差校正A点垂直反射波并非真在此处发收⑴水平界面共反射点记录的叠加t0③多次覆盖法是提高地震资料信噪比的接收手段•A点时距方程•垂ⅱ、曲线间隔～前者是2倍炮间距X₁=Q1S1；X₂=Q2S₂=2Q1S1=2X₁；后者就是炮检距X₁=Q1S1；X₂=Q1S₂•共反射点与共炮点时距方程的不同意义ⅰ、一个点(A)和一个

反射地段(ABC)；ⅲ、t₀时～共中心点(A上方)和炮点(Q1点处)垂直回声时BQ1S1S2S30XX1X2X3tAC相同的时距方程ⅱ、曲线间隔～前者是2倍炮间距X₁=Q1S1；•共反射ν～炮间距∆x～道间距N～接收道数n～覆盖次数反射点\炮点Q₁Q₂Q₃Q₄Q₅Q₆Q₇A211713951B2218141062C2319151173D2420161284E211713951F2218141062每炮可得N个反射点信息然后将排列前移ν距离本例：ν=2∆x偏移距X₁=∆x•六次覆盖24道观测系统

共反射点道集的提取综合平面图ν=∆x·S·N/2nS～单边放炮取1双边(中间)放炮取2ν～炮间距反射点\炮点Q₁Q₂Q₃Q₄Q₅Q₆Q₇A211•无论水平或倾斜界面，叠加后的波形变胖，即周期变大、频率变低；这就是多次覆盖的低通特性。对于倾斜界面尤为明显。⑵叠加为何能压制干扰波？由于各种波的正常时差∆t是不同的，因此做动校正时，只有同类波在动校正后才不会有剩余时差，才能做到同相叠加，使波动增强，从而压制其它干扰波。如压制多次反射波。⑶倾斜界面反射波叠加后的特点•只有共中心点，没有共反射点；•反射点随着界面倾角、炮检距的增

加和界面埋深的减小，越来越分散。∴实际工作中炮检距要尽可能小些。•无论水平或倾斜界面，叠加后的波形变胖，即周期变大、频率变低4、三维观测系统把检波器由线性观测布置变为面积观测布置，所记录信息经处理后即可获得三维立体的地下界面形态。4、三维观测系统把检波器由线性观测布置变为面积观测布置，所记思考题3.什么是多次覆盖观测系统？有什么优越性。1.描述折射波法的应用条件和常用观测系统。4.描述倾斜界面时反射波叠加后的特点。2.描述反射波法的应用条件和常用观测系统。思考题3.什么是多次覆盖观测系统？有什么优越性。1.描述折射一般有高通、低通、带通、全通等设置，由压制干扰的具体要求选择。二、地震信息采集时的参数设计1、记录器一般不少于10个；∆t越小则精度越高；但会使记录长度变短、探测深度减小。•采样率(采样间隔)•滤波档•增益(信号放大倍数)fc(Tc)～地震波的最高频率最小周期内至少采2个样自动调整近炮点调小、远炮点调大以记录不出现削顶失真为标准浮点固定一般有高通、低通、带通、全通等设置，由压制干扰的具体要求选择Xmax=(0.7～1.5)HXmin

=X₁•最大和最小炮检距•道间距△X应尽量小些；但太小易受震源附近的声波、面波干扰。取决于Xmax、Xmin

、N、∆t、横向分辨率；一般取2、检波器目的层深度偏移距∆X小则分辨率高；且多次覆盖时高频损失小、频带宽；但会使工效降低。Xmax=(0.7～1.5)HXmin=X₁•最大和••目的•方法突出有效波、压制干扰波；获得高质量的地震记录。正式开工前布置试验观测剖面。反射波最佳窗口折射波最佳窗口3、最佳接收窗口设计声波地滚波基底反射波基底折射波•目的•方法突出有效波、压制干扰波；获得高质量的地震记录。正1、两种参数采集的意义前述的理论时距方程都是以地面水平为前提的，但实际资料都是在地表存在疏松覆盖层且起伏不平的情况下获取的，这就必然使时距曲线发生畸变。在资料处理时所做的“静校正”就是纠正这种畸变的措施，而它所依据的必要参数就是低速带厚度和波速。2、参数采集的方法•小排列折射波法（X=100～500米）•相遇时距曲线观测系统同理可得h₂三、低速带厚度和波速的采集V₁、V₂、t₀₁均可由时距曲线获得1、两种参数采集的意义前述的理论时距方程都是以地面水平为前提12道记录拼接图四、原始地震记录波形的认识12道记录拼接图四、原始地震记录波形的认识地震勘探基础及浅层折射反射波法课件水-空气强反射面～造成等时出现的多次反射记录这是经数据处理后的反射波垂直回声时水-空气强反射面～造成等时出现的多次反射记录这是经数据处理后高频特征高频特征高频特征高频特征地震勘探基础及浅层折射反射波法课件反射波直达波面波未经处理的原始记录反射波直达波面波未经处理的原始记录多张12道拼成的浅层地震波原始记录直达波反射波声波地滚波多张12道拼成的浅层地震波原始记录直达波反射波声波地滚波§4浅层反射波的资料处理重排后是“按道分时”排列。

地震勘探的三个环节信息采集信息处理资料解释三者互相依存、缺一不可一、预处理1、数据重排地震数据采集时是“按时分道”排列；即～第1个采样值：一道、二道、三道、……N道；第2个采样值：一道、二道、三道、……N道；第3个采样值：一道、二道、三道、……N道；⁞⁞⁞§4浅层反射波的资料处理重排后是“按道分时”排列。地震将强能量的初至波(直达波、浅层折射波)充零，减少其对后至波（反射波）的干扰和破坏。2、不正常炮、道处理借用相邻炮、道上的数据；或内差取值或充零。3、抽道集从共激发点的地震记录中，将共反射点的记录道逐一抽出，构成新的共反射点道集（CDP道集），用于叠加和计算速度谱。4、增益恢复将经过增益控制的记录恢复到真值。5、初至切除将强能量的初至波(直达波、浅层折射波)充零，减少其对后至波（是抵消大地的低通滤波作用的手段；可以恢复记录中的高频成分、提高纵向分辨率。但会使信噪比降低。1、目的依据地震波的频率特点，选取合适的滤波器；压制干扰波、突出有效波、提高信噪比。2、方法利用付氏变换，求取振幅谱、相位谱。三、数字滤波与反滤波是利用数学运算的方法实现对离散数据进行处理的过程。它有别于模拟滤波(利用阻容元件对模拟信号的滤波)。其类型有：低通、高通、带通、全通滤波。二、频谱分析是抵消大地的低通滤波作用的手段；可以恢复记录中的高频成分、提1、静校正•目的解决界面不平、地表不平、炮点深度、层厚度和层速度的横向变化等原因引起的曲线畸变问题。•静校正的实质将opo3走时tS转换成o’1po’3走时t’S；其差值tS-t’S

=∆t静就是静校正量。地形引起的误差四、校正处理1、静校正•目的解决界面不平、地表不平、炮点深度、层厚度和层当测点高于基准面时0i0’i(hi)取正；低于时取负（如测点02）。①地形校正炮点校正量•静校正的内容地形校正井深校正低速带校正计算地形与基准面的高差引起的走时差第j炮i道地形总校正量测点03校正量当测点高于基准面时0i0’i(hi)取正；低于时取负（如测点②井深校正将炮点从O处校正到O₁处；负号表示使校正量增大；即波的走时增加。∆τj～用井口检波器∆τj～用公式估算两种求取方法②井深校正将炮点从O处校正到O₁处；负号表示使校正量增大；即按校正量的大小、正负将整道记录前后“搬家”。③低速带校正基准面以下的低速(V0)带总使地震波走时延长，应将其从波的走时中减除；即～。⑤一次静校正后的结果第j炮i道低速带校正量(井深+地形+低速带)校正量④总的静校正量按校正量的大小、正负将整道记录前后“搬家”。③低速带校正基准•将共炮点记录曲线由双曲线

型拉成直线型，以便直观反

映反射界面的形态。①目的•将不同炮检距的共反射点记

录曲线由双曲线型拉平，以

便实现同相叠加。2、动校正•将共炮点记录曲线由双曲线①目的•将不同炮检距的共反射点记V过大则∆t小，校正不足，使同相轴上弯；反之使同相轴下弯。从而影响叠加效果或界面解释的准确性。③校正量的影响因素主要取决于V②校正量的计算多次反射波tt一次反射波tV过小，同相轴下弯V过大，同相轴上弯V合适，同相轴拉平V过大则∆t小，校正不足，使同相轴上弯；反之使同相轴下弯。从实测共炮点原始记录及其动校正结果实测共炮点原始记录及其动校正结果每一个Vj都对应一个∆ti，用其进行动校正后都会使双曲线型时距曲线的同相轴发生变化。总会有一个Vj使同相轴呈水平，则该Vj就是所求的地层速度。五、速度信息的提取求取地层速度对场地评价、岩层分类、静(动)校正等都具有重要意义。地震测井、声速测井、直达波(折射波)斜率1、速度扫描法(动校正方法)由正常时差计算公式i=1,2,…N(共反射点覆盖次数或共炮点炮检距)此数据应在水平地层中获取常用方法利用反射波资料的求法每一个Vj都对应一个∆ti，用其进行动校正后都会使双曲线型时曲线示意图平面等值线图三维透视图2、速度谱•速度扫描法中只是对Vj进行的，速度谱法是对Vj、t₀i同时进行的；•速度谱的图示方法t0i速度谱线E不同t₀i的速度谱线组成速度谱•每一个t₀i都对应一条经Vj“动校正、叠加”后的能量曲线～速度谱线。它反映了某个共反射点由浅到深地层速度的纵向变化情况。曲线示意图2、速度谱•速度扫描法中只是对Vj进行的，速度谱法等值线图形式的速度谱不同t0

(深度)的能量曲线不同深度的能量团对应的地层速度都在3500附近等值线图形式的速度谱不同t0(深度)的能量曲线不同深度的能地层由浅到深，速度依次为小、大、次小、最大、中速度谱三维透视图地层由浅到深，速度依次为小、大、次小、最大、中速度谱三维透视六、时深转换地震原始记录或经处理得到的垂直回声记录，其纵坐标仍然是以时间表示的→时间剖面；将其转换成能直接反映界面深度的过程就是→时深转换。一般表述为它只适合界面平缓的情况；否则要在水平叠加前先进行偏移处理，然后再进行时深转换。六、时深转换地震原始记录或经处理得到的垂直回声记录，其纵坐标当界面倾斜(凹陷、断层等)时，时间剖面显示的反射点是A’B’，相比真实的界面AB产生了偏移。七、偏移处理1、现象的产生偏移使得倾斜界面在自激自收时间剖面上的长度、位置、倾角等方面均发生变化（向下倾方向偏移且倾角变缓）。2、偏移的影响将偏移的反射层归位到真实的空间位置上就是偏移处理～A’B’向AB的归位处理。S1A=S1A’；S2B=S2B’当界面倾斜(凹陷、断层等)时，时间剖面显示的反射点是A’B’地质构造复杂，反射界面倾角较大的情况下；射线偏移法；波动方程偏移法3、偏移处理方法4、偏移处理适用范围能够提高横向分辨率偏移处理效果示意图地质构造复杂，反射界面倾角较大的情况下；射线偏移法；波动方程背斜剖面偏移处理前后的比较背斜剖面偏移处理前后的比较§5地震资料的解释频率、振幅资料（解释岩性、岩相）地质、钻探、测井资料；水平叠加时间剖面；偏移剖面；深度剖面；用曲线、等值线剖面、等值线平面图表示的平均速度或层速度资料；1、剖面资料2、速度资料3、其他资料一、主要地震资料§5地震资料的解释频率、振幅资料（解释岩性、岩相）水平同相轴～较大振幅的正半周涂黑。1、地层、构造的剖面分析。2、地层和岩性的划分；场地稳定性评价；围岩分类；特殊地质体(空洞、岩溶)的检测；基岩完整性评价；路基质量评价。3、速度、弹性参数、物性参数的分析。三、层位识别1、时间剖面各反射点在地面的排列；点距是1/2道间距。反射点垂直双程走时t₀。二、资料解释的内容为辅同相轴～较大振幅的正半周涂黑。1、地层、构造的剖面分析。2、连续的界面能够使反射波的上述特征保持在一定范围和距离内的连续性，如果出现断裂、缺失则可能是地层构造发生变化的反映。经过处理的时间剖面上，反射波的能量一般高于干扰波，振幅峰值突出。来自同一界面的反射波，由于相邻道间的“激发、接收条件、传播路径”相近，所以波形(频率、峰值个数、衰减规律)也相似。•相位•能量•波形•连续性2、反射波的性质来自同一界面的反射波，在相邻反射点上的t₀十分接近；极性相同、相位一致；可以连成一条线(同相轴)且具有一定的延展性、稳定性；同一反射波各延续相位的同相轴彼此平行。连续的界面能够使反射波的上述特征保持在一定范围和距离内的连续标准层反射波同相轴反射波错位标准反射波的反射特征反射波同相轴弯曲标准层反射波同相轴反射波错位标准反射波的反射特征反射波同相轴①地震剖面(时间剖面)与地质剖面的对应关系•地震剖面上的反射层位是由上下地层的波阻抗差异形成的；地质剖面反映的是岩性和年代的界线；二者并不能完全等同。•地震剖面中除含有地质信息外还含有与地质现象无关的噪声。因此：地震剖面与地质剖面；反射界面与地质界面；反射波形与地下构造；反射层与地层之间密切相连，又有区别。3、反射层位的地质属性①地震剖面(时间剖面)与地质剖面的对应关系•地震剖面上的反射②反射层位的垂向分辨率随地震波频率的增大而增大二层特征多层特征②反射层位的垂向分辨率随地震波频率的增大而增大二层特征多层特信噪比与同相轴连续性的关系③反射波的横向连续性随记录信噪比的提高而提高很好不好可疑信噪比与同相轴连续性的关系③反射波的横向连续性随记录信噪比的•破碎带1、断层•中小断层•基底大断层破碎带？四、几种地质现象在地震剖面上的特征同相轴错位，但两侧波组关系稳定，断距小、延伸短。同相轴突然增减或消失，波组间隔突然变化。同相轴产状突变，反射凌乱或出现空白。•破碎带1、断层•中小断层•基底大断层破碎带？四、几种地质•小断层同相轴分叉、合并、扭曲、强相位转换合并分叉•小断层同相轴分叉、合并、扭曲、强相位转换合并分叉2、不整合面出现多组视速度有明显差异的反射波组，沿水平方向有逐渐合并、尖灭的趋势。不整合面在时间剖面上的显示2、不整合面出现多组视速度有明显差异的反射波组，沿水平方向有3、向斜3、向斜4、背斜4、背斜波组、波系错断波组、波系错断不整合和尖灭现象不整合和尖灭现象空洞的反映空洞的反映§6地震映像法简介一、方法的特点

1、每一测点的波形记录都采用相同的偏移距激发和接收；更利于反映出地质体沿垂直方向和水平方向的变化情况。•是高密度地震勘探或地震多波勘探；•是基于反射波法中的最佳偏移距技术发展起来的一种

常用浅层地震勘探方法。折射波法反射波法§6地震映像法简介一、方法的特点1、每一测点的波形记录都

3、数据采集速度较快，但抗干扰能力弱，勘探深度有限。

4、在探测目标较单一或只需研究横向地质变化的情况下，效果较好；但探测目的层较多时，不易确定最佳偏移距。

5、∵每个记录道都采用了相同的偏移距，如果地质条件不变，则各种波的同相轴在地震记录剖面上均为直线；∴时间的变化主要是地下地质异常体的反映，这给资料解释带来极大的方便；也有利于数据进行时频分析解释。

2、可以利用多种波作为有效波来进行探测；3、数据采集速度较快，但抗干扰能力弱，勘探深度有限。4、二、地震映像方法的应用实例

•人工洞穴的探测

•岩石中溶洞的探测

•岩溶塌陷的探测

•基岩面起伏的探测

•大型混凝土构件质量的检测

•水上探测

•断层探测二、地震映像方法的应用实例•人工洞穴的探测•岩石中溶洞的人工土洞上的地震映像图人工土洞上的地震映像图溶洞上的地震映像波形溶洞上的地震映像波形岩溶塌陷上的地震映像波形利用面波同相轴弯曲解释岩溶塌陷上的地震映像波形利用面波同相轴弯曲解释某办公楼场地上的地震映像波形基岩面的起伏形态面波反射波某办公楼场地上的地震映像波形基岩面的起伏形态面波反射波废弃物堆积场上的地震映像波形废弃物堆积场选址，探查基岩中有无破碎带。波形显示基岩面稍有起伏，但无破碎带存在。25ms约30m见基岩废弃物堆积场上的地震映像波形废弃物堆积场选址，探查基岩中有无混凝土裂缝上的地震映像波形偏移距0.6m点距0.1m6～10道直达波延迟混凝土裂缝上的地震映像波形偏移距0.6m点距0.1m6～1地梁中存在局部异常体的地震映像波形地梁中存在局部异常体的地震映像波形福建平潭海峡大桥一测线地震映像波形水下地形福建平潭海峡大桥一测线地震映像波形水下地形断层附近的地震映像振幅记录断层附近的地震映像振幅记录三、地震映像资料的时频分析方法在地震记录中除有时间信息外，还含有各种地震波的频谱信息。将它们同时利用，即时频分析方法。1、地震映像数据频率域解释的基本原理地震映像法用相同的偏移距采集数据，如果岩性、介质密度、构造等地质条件不变，地震波的频谱特性不会改变。∴地震波在传播过程中，其频谱成分的变化一定与地震波的吸收衰减、介质的性质和地层结构等因素有关。三、地震映像资料的时频分析方法在地震记录中除有时间信息外，还•将地震记录以一定的时窗和步长进行傅里叶变换，则该时窗内的振幅谱的极值频率可以近似看作该小段地层的主频率值。2、时频分析的方法和图示•对一个地震道进行连续分析就可得到该道记录中的各种波的主频信息，并得到对应的地层由浅到深的结构、构造、厚度等变化规律。•把多个测点的时频分析结果横向连接起来，可绘制出剖面主频等值线图。•时窗长度根据地震波的主频确定，一般大于地震波的一个周期；步长可选1/2时窗长度。•将地震记录以一定的时窗和步长进行傅里叶变换，则该时窗内的振2、频谱的一般解释原则•薄层(地层厚度＜地震波长)主频变高；厚层主频降低；•介质密度减小，地震波主频降低；因此，在断裂破碎带、岩溶通道、土洞、塌陷区、混凝土构件缺陷部位等均会出现主频降低异常。3、时频分析应用实例2、频谱的一般解释原则•薄层(地层厚度＜地震波长)主频变高；时间剖面只可以大致圈定岩溶塌陷的位置；岩溶塌陷调查的波形和频谱主频等值线圈定了低频异常带(35Hz以下)；反映了充填有松散物的溶洞。经验证这些地方存在直径为1米以上的土洞。时间剖面只可以大致圈定岩溶塌陷的位置；岩溶塌陷调查的波形和频对比检测合格构件的时间剖面整齐、主频在640HZ以上；判断主频500Hz以下是混凝土松散部位反映。•混凝土梁长3.85m、宽0.3m、高1.1m，检测在3.85×1.1m²的平面上进行；•小锤震源；100HZ检波器；偏移距0.6m、点距0.1m、采样间隔50μЅ；混凝土构件存在质量问题的波形和频谱波形杂乱；显示构件内部不均匀对比检测合格构件的时间剖面整齐、主频在640HZ以上；判断主表面不平整构件上的波形和频谱主频＞500HZ，判断构件合格直达波受构件表面不平影响，同相轴畸变，无法判别构件质量。表面不平整构件上的波形和频谱主频＞500HZ，判断构件合格直思考题•地震映像法的施工方法及其特点。•认识原始地震记录波形：总结高、低频背景；干扰信号；直达波、反射波、面波的特征（频率、同相轴）。•

描述地震映像法剖面主频等值线图的解释原则。思考题•地震映像法的施工方法及其特点。•认识原始地震记录第一章地震勘探的理论基础•概述•弹性介质与地震波的形成•地震波的描述、类型及其传播特征•地震勘探的地质基础地震勘探的主要内容、基本原理、方法分类及其特点；工程地震勘探的主要用途和特点；第一章地震勘探的理论基础•概述•弹性介质与地震波的形成•概述一、地震勘探的主要内容即两个特征：波的运动学特征(v、s、t)波的动力学特征(波的成因、

振幅、频率和相位)研究人工激发的地震波在介质中的传播规律。概述一、地震勘探的主要内容即两个二、地震勘探的基本原理人工震源激发的地震波不同岩层具有不同的弹性特征（速度,密度）波通过这些岩层的分界面时产生透射、反射和折射现象以及纵波、横波和面波之分将这些具有不同传播速度、路径、频率和强度的波记录并分析，就可以间接推断出有关岩层的性质、结构和几何位置等参数，从而达到解决地质问题的目的。二、地震勘探的基本原理人工震源激发的地震波不同岩层具有不同的•以波的类型分•以波的传播特点分纵波法、横波法、面波法折射波法反射波法透射波法下层介质波速要大于上层介质；可用于岩性分层和层速度估算。各层介质间应有明显的波阻抗(ρV)差异；可用于岩层厚度和层速度估算。研究钻孔间或坑道中的直达波；可准确测定层速度；计算岩、土动力学参数。不需上下层波阻抗差很大(10％

)；浅层分辨率高。三、地震勘探的方法分类及其特点•以波的类型分•以波的传播特点分纵波法、横波法、面波法折四、工程地震勘探的特点研究浅层地质情况(h<200米)，具有激发能量小、勘查范围窄、布设网度密、勘探精度高的特点。确定地质构造、基岩面深度；对第四系地层分层(确定层厚、层速)；确定地基的持力层；探测地层中的低速带或软弱夹层；追索浅水面、空洞及掩埋物等。1、工程地质调查五、工程地震勘探的主要用途四、工程地震勘探的特点研究浅层地质情况(h<200米)，具有测定场地卓越周期；场地地震响应分析；地震小区划。2、研究岩土状态及性质检测道路、混凝土构件和堤坝质量。4、环境地质灾害调查测量纵、横波速；评价地基加固效果；测定岩土密实度、孔隙度；判识饱和沙土层的液化程度。3、工程质量检测调查滑坡体的厚度、结构；隐伏岩溶塌陷范围；采空区及影响范围。5、工程地震安全性评价测定场地卓越周期；场地地震响应分析；地震小区划。2、研究岩土§1弹性介质与地震波大部分岩土介质在外力作用下即可以显示出弹性，也可能显示出塑性；这取决于介质的物理性质、外力的大小及其作用时间的长短。固体介质在外力作用下，其形状或大小发生的变化。固体介质的形变随外力的去除而消失这一性质。•形变的定义•弹性的定义•弹性介质具有弹性的介质。•塑性和塑性介质一、形变与弹性介质§1弹性介质与地震波大部分岩土介质在外力作用下即可以显示二、应力、应变与弹性参数体变模量(压缩)

(Pa)介质内部产生的一种反抗形变的内力作用在单位面积上的内应力（P=F/S）介质受应力的作用，其大小和形状的相对改变量；线应变△L/L体应变△V/V切应变△θ/L•内应力•应力•应变杨氏模量(拉伸)（Pa）应力与纵向应变之比；介质越硬越大。•弹性参数流体静压力二、应力、应变与弹性参数体变模量(压缩)(Pa)介质内部产•互换关系•切变模量(剪切)（Pa）剪切应力与切变角之比；液体µ=0。•泊松比横、纵向应变之比；在0.05～0.45；越硬越小，液体为0.5。•拉梅系数（Pa）PXX～横向拉应力•互换关系•切变模量(剪切)（Pa）剪切应力与•泊松比横、纵三、振动与地震波•地震子波在介质中沿射线传播→地震波。在应力和惯性力的作用下，质点围绕原平衡位置发生的振动。质点以弹性振动的形式在介质中的传播所形成的波动。1、弹性振动2、弹性波3、地震波的形成•激振～围绕爆破点产生非线性形变带；•向外延伸～压强下降→形成弹性形变带；•弹性振动形成弹性波～初始地震子波；地震波三、振动与地震波•地震子波在介质中沿射线传播→地震波。在应力§2地震波的描述波前a；波尾b；波长λ。λ=

T﹒V一、振动图和波剖面图描述某点的振动幅度随时间的变化情况。振幅A；周期T；持续时间△t；初相位Ф。描述某时刻的振动幅度随震源距的变化情况。µｐ=A（ｘ）1、振动图2、波剖面图波形特征

µｐ=A（ｔ）波形特征μpt0TAΔtΦ§2地震波的描述波前a；波尾b；波长λ。λ=T﹒V二、时间场和等时面如：在均匀各向同性的弹性介质中，由点震源产生的波动的等时面是同心球面；该面与波射线正交。1、时间场描述波前的传播时间与其空间位置关系的三维坐标系；t

=T（x,y,z）球面波前2、等时面在时间场中t值相同的各点连接而成的空间面。如：点源地震波的传播时间与其空间位置关系二、时间场和等时面如：在均匀各向同性的弹性介质中，由点震源产三、视速度定理α=0°时：V﹡→∞；表示波前面同时到达地面各测点；1、真速度沿波射线观测的速度；V=△S/△t；2、视速度沿地表面观测的速度；V﹡=△X/△t；3、视速度定理描述了真、视速度的关系；设入射角为α(波前面与地面的夹角；或波射线与地面法线的夹角）当α=90°时：射线与测线重合；V=V﹡一般情况下V﹡

＞

V；其差别反映了入射角的变化。α4、讨论三、视速度定理α=0°时：V﹡→∞；表示波前面同时到达地面各§3地震波的类型及其传播特征一、地震波的类型在自由界面传播，波速接近S波，低频、向下衰减快、水平衰减慢。在覆盖层下伏界面传播（类似SH波）传播方向与质点振动方向垂直传播方向与质点振动方向一致地震波体波(在介质体内传播）面波(在介质界面传播）体波面波纵波(P压缩波)横波(S剪切波)SV(垂直分量)SH(水平分量)瑞利波勒夫波§3地震波的类型及其传播特征一、地震波的类型在自由界面传二、地震波的频率和振幅发现地震波特征（振幅、初相位）的频率差异，为野外工作方法的选择、干扰波的压制、资料的解释提供依据。波的特性随频率变化的规律一个非周期波动可以由许多不同振幅、不同频率、不同初相的谐和振动合成。1、频谱的定义2、付氏理论3、频谱分析的作用振幅谱～(A-ｆ)相位谱～(φ-ｆ)二、地震波的频率和振幅发现地震波特征（振幅、初相位）的频率差一般地震波的频谱特征由地震勘探的各种资料统计得到一般地震波的频谱特征由地震勘探的各种资料统计得到面波折射波反射波声波某一浅层地震的干扰波调查剖面，经频谱分析后得到其频谱特征；反射波主频～75Hz折射波主频～50Hz面波主频～30--40Hz声波频谱＞80Hz不同地区、同一地区不同地层、不同仪器及工作方法；采集的地震波的频谱会有所不同面波折射波反射波声波某一浅层地震的干扰波调查剖面，反射波主频4、地震波的振幅及其衰减规律4、地震波的振幅及其衰减规律三、地震波的传播速度•σ对S波、R波影响不大；σ↑→VP↑→VP/VS↑(=1.4→∞)•由σ可以确定纵横波速比，或反之。结论：•一般岩石σ=0.25∴VP=√3VS；VR=0.92VS=0.53VP三、地震波的传播速度•σ对S波、R波影响不大；σ↑→VP↑→四、地震波的传播原理t0时刻的波前面上的各点都可以看成是新的振动源，并形成新的子波向外传播，△t时间后这些子波的波前面所构成的包络面就是t+△t时刻的新的波前面。1、波前、波尾和振动带；消振点曲面起振点曲面2、惠更斯原理（波前原理）地震波总是沿用时最少的路径到达目的地，即沿射线方向传播；而射线总是垂直波前面的。3、费马原理（射线原理；最小时间原理）四、地震波的传播原理t0时刻的波前面上的各点都可以看成是新的五、地震波的反射、透射和折射1、反射和透射过程•∴CD是反射波前面，CE是透射波前面。•平面波AB向界面R入射；•依据惠更斯原理，波前面A´B´

是新震源；•

△t时间后，B´的子波到达C点；A´的子波在V1中到达D点、在V2中到达E点；•α是入射角；β反射角；γ是透射角。五、地震波的反射、透射和折射1、反射和透射过程•∴CD是反2、斯奈尔定律（snell）射线参数证明：∵B´C=△tV1；A´D=△tV1；A´E=△tV2；α=∠B’A’C•当V1＜V2→γ＞α；

当V1＞V2→γ＜α；结论：•入射角=反射角→

α=β；γαγ=∠A’CE2、斯奈尔定律（snell）射线参数证明：∵B´C=△tV13、地震波在水平多层介质中的传播多层介质斯奈尔定律R1R2R3α2

～R1界面的透射角α3

～R2界面的透射角αn

～Rn-1界面的透射角3、地震波在水平多层介质中的传播多层介质斯奈尔定律R1R2R4、折射波的形成及其特征折射波盲区•由snell定律

V2>V1→γ>α，若α=i时γ=90°则无透射波，形成全反射。R1～临界点；i～临界角•沿界面滑行的波将在R界面形成一系列新的震源R1、R2、…Rn；R2S～新的波前面→折射波前面；R1S～折射波线→与全反射线重合；折射波视速度•折射波特征4、折射波的形成及其特征折射波盲区•由snell定律V2>六、地震波的绕射和散射1、绕射现象由于断层或岩层尖灭点的存在，使反射界面突然中断，地震波在断点处的传播现象。2、绕射波的特点•断点R处是新震源，其上方绕射波信号最强，两侧渐弱；•绕射波振幅随波前传播距离的增加而衰减；即断点将入射波的低频成分绕射，高频成分相对少些。•绕射波振幅与入射波的频率成反比；3、散射地震波遇到起伏不平界面产生的波的漫射现象。无反射波六、地震波的绕射和散射1、绕射现象由于断层或岩层尖灭点的存在§4地震勘探的地质基础影响地震勘探效果的因素一、影响地震波速度的因素及岩土的波速特征①岩土介质的密度ρVP∝ρa,n为统计参数②岩土介质的孔隙度φ1、影响地震波速度的主要因素地质基础§4地震勘探的地质基础影响地震勘探效果的因素一、影响地震波同类岩土年代越久、埋深越大则孔隙度越小、密度越大；波速也越大。④埋深和地质年代△T→岩石弹性性质变化→△VP↑→φ↓(ρ↑)→V↑③压力和温度P、T⑤其它因素•地质构造（褶皱区）～由于对岩土的挤、压作用；

往往使波速增大。•风化侵蚀作用～使岩土的结构疏松、孔隙度增加；

往往使波速减小。对岩土的压实作用同类岩土年代越久、埋深越大则孔隙度越小、密度越大；波速也越大2、地震波在沉积岩、变质岩和火成岩中传播

的速度特性①沉积岩中②变质岩中③火成岩中波速主要取决于其组分及胶结作用；波速呈各向异性；沿层理向大于垂层理向。在高压、高温的作用下，原岩变得致密并且形成结晶，因此其波速几乎总是大于原沉积岩。波速总是大于沉积岩，其中颗粒较大的侵入岩高于相对松散的喷发岩。见教材P23～24页表1.4.1、1.4.22、地震波在沉积岩、变质岩和火成岩中传播①沉积岩中②变质岩中二、岩土介质对地震波的吸收1、岩土介质特征的一个重要参数•

α

的作用•部分岩土的α

值反映地震波在传播过程中其能量的衰减速度；见教材P25表1.4.32、

α

与地震波的关系•

α

与f的关系由胶结摩擦理论由弹性理论即地震波在传播过程中其高频能量的衰减大于低频。•

α

与P、S

波的关系实验表明吸收系数α因此可以通过观测和分析地震波振幅和波形的衰减变化特征，来确定断层或破碎带的存在。二、岩土介质对地震波的吸收1、岩土介质特征的一个重要参数•三、浅层地质条件对地震勘探的影响所以，水下激震可以使地震波的频率丰富、能量增大、改善勘探效果。1、疏松覆盖层•与下伏基岩形成速度界面有利于折射波法探测基岩面；2、潜水面和含水层•它较厚时对波中的高频成分有较强的吸收作用；•它对反射波形成干扰；在其中横波的衰减比纵波快；风化带(低速带)•当风化带包含地下水时，波速将明显增加；但也给识别界面的真实性增加了难度(水面？基岩面？)故该层中难以激发出能量较强、频率较高的有效波，从而影响分辨率。三、浅层地质条件对地震勘探的影响所以，水下激震可以使地震波的煤层～灰岩稀有金属～火成岩脉表层土～基岩(灰、砂、泥灰岩)3、地质剖面

的均匀性分布范围较大且岩性稳定、有明显的地震波运动和动力学特征的层位；或某些与探测目标伴生的规模较大的岩层，可以定为“地震标志层”。断层、溶洞、尖灭层、人工堆积物等都使地质剖面纵向或横向不均匀，从而影响地震波的走时、走向，增加了勘探、解释的难度。4、地震界面和地质界面的差异前者是不同波速或波阻抗介质的分界面，后者是不同岩性或年代介质的分界面；它们有时可能一致、有时可能不同，要结合多种资料才能识别。5、地震标志层

的确定煤层～灰岩3、地质剖面分布范围较大且岩性稳定、有明显的地震波思考题2.怎样构成地震波的振动图和波剖面图？1.弹性参数(E、K、μ、σ)与介质的关系。4.描述真速度、视速度及其关系。5.描述频谱和频谱分析及其对地震勘探工作的意义。3.地震波的分类及其传播特征。6.反射波和折射波的形成条件是什么？思考题2.怎样构成地震波的振动图和波剖面图？1.弹性参数(E第二章浅层折射波和反射波法•地震勘探的仪器•地震波理论时距曲线•浅层反射波的资料处理•地震勘探的野外工作方法•地震资料的解释•地震映像法简介震源、检波器、记录仪直达波、折射波、反射波观测系统及参数设计预处理、频分析…等等第二章浅层折射波和反射波法•地震勘探的仪器•地震波理§1地震勘探仪器一、震源能够激发地震波的高频脉冲§1地震勘探仪器一、震源能够激发地震波的高频脉冲二、检波器（拾震器）将地震波引起的质点微弱机械振动转换成电信号的换能装置；地震波信号频率高于固有频率才能够通过；但也不能一味选择低频检波器，这会使低频干扰信号混入；要根据具体情况选定。二、检波器（拾震器）将地震波引起的质点微弱机械振动转换成电信三、地震仪道数、采样点数、采样间隔(采样率)、动态范围、放大(增益)类型(固定、浮点)、A/D位数、通频带1、作用将电信号放大、显示、记录；2、技术要求•高放大能力～几十万倍；•自动增益控制～自动调整放大倍数；•较宽的通频带～