1、,第一章 地震波的运动学,本章主要内容: 地震波的基本概念 单一界面反射波的时距曲线 折射波的时距曲线 多层介质反射波时距曲线 连续介质中地震波的运动学 透过波和反射波的垂直时距曲线,第一节 地震波的基本概念,弹性：介质在外力作用下，出去外力，能恢复原状的性质。塑性：介质在外力作用下，出去外力，不能恢复原状的性质。弹性波：在弹性介质中传播的波。,一、弹性波及其形成过程,1、波动是一个复杂的过程 质点的振动和波动的关系 波动是以能量的形式传播 波动具有一定的速度,绳波,单摆振动,二、波的特征：,2、波前、波后、波射线的概念 波前：某一时刻介质中刚开始振动的质点。 波后：某一时刻介质中刚停止振动的
2、质点。 波振面：振动状态完全相同的点组成的面。,波后面,波前面,波射线,水波的传播,4、振动图和波剖面（振动曲线和波动曲线） 振动图：某质点在不同时刻的位置关系 波剖面：在某一时刻不同质点的位置关系,振动图,波剖面,3、波线（或射线）：在适当的时候，认为波及其能量沿着某一条“路线”传播，这条路线称为射线。,5、描述波的几个基本特征：频率、（视）周期、（视）波长、 （视）速度 波长（）：波在一个周期内传播的距离。 视波长（a）：振动状态完全相同的两个相邻 质点间的距离。,5、描述波的几个基本特征：频率、（视）周期、（视）波长、 （视）速度 频率：质点单位时间内完成的全振动次数。 周期：速度：,1
3、、费马（Fermat）原理：波在介质中的传播时，沿着时间最短路径传播。,三、地震波传播规律,三、地震波传播规律,2、反射与透射：,斯奈尔定律,广义斯奈尔定律：假定： 第i层纵波速度为： 第i层横波速度为： 第i层横波入射角： 第i层横波透射角： 射线参数：P,三、地震波传播规律,、惠更斯（Huygens）原理： 波在介质中传播所到达的各点，都可以看作新的子波源。 介质中任何一点的振动，是所有子波源产生的振动叠加后的结果。,思考： 利用惠更斯原理推导波的反射透射定理,1、按传播方式：面波、体波 面波：瑞利面波、拉夫面波、斯通利波 体波：纵波、横波,四、与地震有关的各种地震波,2、按质点震动方向分
4、：纵波（P）、横波（ SH 、 SV）,P波 SH波 SV波,、按传播路径：直达波、反射波、透射波、折射波、多次波、绕射波以及回转波等。,五、反射系数与地震记录,子波：W(t) 波阻抗： 反射序列：R(t)地震合成记录：,子波W（t） 反射序列R(t),R1,R2,Rn,R3,第二节、单一界面反射波时距曲线,概念：时距曲线-地震波的传播时间与距离的 关系曲线。 正演：地质模型物理模型数学模型分析波场特征、传播规律（理论） 反演：在理论的指导下由观测数据作地质分 析（构造、物性参数）,地质模型,地震数据,正 演,反 演,一、时距曲线的概念及直达波时距曲线,、直达波时距曲线方程：,X：激发点到接收
5、点之间的距离 V：地震波速度,二、水平界面共炮点反射波时距曲线,1、研究时距曲线的意义： 不同类型的地震波，包含了不同的地质信息。 采用自激自收方式，反射波同相轴形态与地下界面形态相对应。 一点激发，多道接收，时距曲线特点及意义？（思考）,(a)自激自收同相轴与界面形态相对应,(b)多道接收同相轴形态与界面形态不对应,二、水平界面共炮点反射波时距曲线,2、曲线方程：即：其中：-自激自收时间,s,时距曲线方程：3、曲线特征： 双曲线（共炮点接收） 极小点在炮点正上方，最小时间t=t0。t0：自激自收时间,s,二、水平界面共炮点反射波时距曲线,三、倾斜界面共炮点反射波时距曲线,、曲线方程：,2、曲
6、线特征：,四、正常时差,1、正常时差的引入：（目的-使地震空间能反映地质空间） 地震空间：数值空间（x-t） 地质空间：几何空间（x-H） 2、正常时差的定义和计算： 定义：地震波的旅行时和自激自收时间的差别主要是由炮检距x引起的，这种由炮检距引起的时差定义为正常时差。,正常计算：,3、动校正：,（a）自激自收同相轴与界面形态相对应,（b）多道接收同相轴与界面形态不对应,五、倾角时差,1、倾角时差的概念,2、倾斜界面的动校正,2、倾斜界面的动校正,结论：动校正与界面倾角无关,六、时距曲面与时间场,1、时距曲面：波到达的时间t是观测坐标（x,y）的二元函数：t=f(x,y),六、时距曲面与时间场
7、,2、时间“场” “场”：某一物理量的空间分布（空间响应）。 地球物理场：、某一地球物理量响应在空间任意一个点，都有某一确定的值与之对应。、某一地球物理量（标量、矢量）的空间分布。 时间场：在地震勘探中，截止中的任何一点（x,y,z），都可以确定波前到达该点的时间t(x,y,z)，这时间与空间的关系称为时间场。 时间场特点：t确定的曲面与射线正交。,形成条件： 21； c 2. 传播特点： 临界角外滑行波先于入射波到达界面上任何一点； 折射波射线相互平行，同相轴为直线； 折射波存在一定“盲区”； 折射波的“屏蔽效应”。,第三节、地震折射波,一、折射波的形成和传播特点：,v1,z1,v2,z2,
8、c,证明：滑行波先于入射波到达界面上任何一点,二、一个水平界面折射波时距曲线：,直达波,反射波,折射波,直达波，反射波，折射波的实际记录,三、多界面水平层状介质折射波时距曲线：,第四节、多层界面反射波时距曲线,一、问题：常见介质地震模型：均匀介质、层状介质、连续介质。,(a) (b) (c)均匀介质 层状介质 连续介质,二、三层水平介质反射波时距曲线：,二、三层水平介质反射波时距曲线：,三、引入平均速度，把层状介质简化为均匀介质,h=1100m Vav=2750m/s,h=700m V2=3500m/s,h=400m V1=2000m/s,(a) (b)三层介质 均匀介质,四、两种情况下反射波
9、时距曲线的比较：,四、两种情况下反射波时距曲线的比较：,第五节 连续介质中地震波的运动学,一、连续介质中地震波的射线和等时线方程：,（a）把连续介质看成有许多薄层组成,（b）连续介质中一射线单元,z,一、连续介质中地震波的射线和等时线方程：,（a）把连续介质看成有许多薄层组成,（b）连续介质中一射线单元,z,二、连续介质中射线和等时线方程：,二、连续介质中射线和等时线方程：,x,三、连续介质的“直达波”回折波：,三、连续介质的“直达波”回折波：,四、覆盖层为连续介质的反射波：,四、覆盖层为连续介质的反射波：,上覆层分别为连续介质和均匀介质反射波时距曲线对比图,第六节 垂直地震剖面( VSP),
10、VSP：Vertical Seismic Profile 常规地震：2D 非常规地震：3D 、4D、VSP 、地震CT等。,(VSP) (反VSP) (井间地震),一、水平层状介质透射波时距曲线：,二、有偏依距的均匀介质直达波时距曲线。,偏移距：炮点到井口的距离d。,三、两层介质，水平界面含偏移距d，向上反射波时距曲线。时距曲线方程：,四、两层介质，倾斜界面，含偏移距，上倾方向激发的上行波时距曲线。 上行波： 反射波从界面向上反射直接到达接收点的波 -双曲线,五、两层介质，倾斜界面，含偏移距，上倾方向激发的下行波时距曲线。 下行波：波从震源出发，向下入射到界面，再反射回地面，又从地面向下反射到达井中的接收点的波。曲线方程：直达波、上行波、下行波时距曲线关系,时刻t1 时刻t2 时刻t3 时刻t4,u(t),x,拉夫面波,瑞利面波,纵波,横波,
