水工物探(第一章)震

1、第一章 地震勘探的理論基礎(chǔ) 第一節(jié) 彈性介質(zhì)與地震波 第二節(jié) 地震波的描述 第三節(jié) 地震波的類型及其傳播特點(diǎn) 第四節(jié) 地震勘探的地質(zhì)基礎(chǔ)第一節(jié) 彈性介質(zhì)與地震波 一、彈性介質(zhì) 二、應(yīng)力、應(yīng)變與彈性參數(shù) 三、振動(dòng)與地震波 一、彈性介質(zhì) 任何固體介質(zhì)在外力作用下，其內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)的相互位置會(huì)發(fā)生變化，使得介質(zhì)的形狀或大小產(chǎn)生變化，這種變化稱為形變(deformation)。 若某物體在外力作用下產(chǎn)生形變，當(dāng)外力消失之后，該物體能迅速恢復(fù)到受力前的形態(tài)和大小，物體的這種性質(zhì)稱為彈性(elasticity)。具有彈性的介質(zhì)稱為彈性介質(zhì)(elastic medium)。 反之，若外力消失之后，物體仍保持形變后

2、某種形態(tài)，不能恢復(fù)原狀，則稱該物體具有塑性(plasticity)。 自然界中的大部分物體，在外力作用下，即可以顯示出彈性，也可以顯示出塑性。這取決于介質(zhì)的物理性質(zhì)以及外力的大小和作用持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短。在一般情況下，當(dāng)作用力較小且作用持續(xù)時(shí)間短時(shí)，大部分介質(zhì)都可以近似地看作為彈性介質(zhì)。 在地震勘探中，采用人工震源激發(fā)地震波，人工震源的激發(fā)是脈沖式的，作用時(shí)間極短，且激發(fā)的能量對(duì)地下巖層和接收點(diǎn)處的介質(zhì)所產(chǎn)生的作用力較小，因此可以把它們近似地看作彈性介質(zhì)，并用彈性理論來(lái)研究地震波的傳播問(wèn)題。在彈性理論的研究中，根據(jù)介質(zhì)的不同特征可分為各向同性與各向異性兩類介質(zhì)。凡是彈性性質(zhì)與空間方向無(wú)關(guān)的稱為各向

3、同性介質(zhì)； 反之則稱為各向異性介質(zhì)。 常見地質(zhì)介質(zhì)在地震勘探中都可看著各向同性的。 二、應(yīng)力、應(yīng)變與彈性參數(shù) 1. 應(yīng)力和應(yīng)變 在彈性理論中,將單位長(zhǎng)度所產(chǎn)生的形變l/l，稱為應(yīng)變；將單位橫截面所產(chǎn)生的內(nèi)聚力F/S稱為應(yīng)力。 2、楊氏模量和 泊松比 拉伸試驗(yàn)中, 當(dāng)外力很小、應(yīng)變?cè)?x1到 x1區(qū)間之內(nèi)時(shí)，應(yīng)力與應(yīng)變成正比關(guān)系，遵從胡克定律。該區(qū)間稱為線性彈性形變區(qū)（或完全彈性形變區(qū)）。這時(shí)應(yīng)力與應(yīng)變的比值稱為楊氏模量(拉伸模量）。以符號(hào)E表示。 在拉伸或壓縮形變中，縱向增量l和橫向增量d的符號(hào)總是相反的。介質(zhì)的橫向應(yīng)變與與縱向應(yīng)變的比值稱為泊松比（Poissons ratio)，以符號(hào)表示。

4、E 和 是一對(duì)表示介質(zhì)彈性性質(zhì)的參數(shù)，它們的數(shù)學(xué)表達(dá)式如下:)1.1.1(/llddllSFE 顯然，上式中E是應(yīng)變?yōu)?時(shí)（即 l=l)的應(yīng)力，其量綱與應(yīng)力的量綱相同； 和應(yīng)變一樣，都是無(wú)量綱的純數(shù)。 P點(diǎn)到Q點(diǎn)為非線性形變區(qū)，該區(qū)的形變不能用胡克定律描述，但外力消失后，樣品仍然恢復(fù)原來(lái)的體積和形狀。Q點(diǎn)為該介質(zhì)的彈性極限點(diǎn)。 3.體變模量和切變模量 對(duì)于這兩種簡(jiǎn)單形變，其應(yīng)力與應(yīng)變的比值分別稱為體變模量（volume elasticity)（壓縮模量）和切變模量(shear modulus)（又稱剛性（rigidity)模量），相應(yīng)的符號(hào)是K 和 ，并用下式表示：)2 . 1 . 1 (/

5、SFllSFVVpK 4.拉梅系數(shù) 對(duì)于各向同性的均勻介質(zhì)而言，各不同方向的彈性系數(shù)大都對(duì)應(yīng)相等，可以歸結(jié)為應(yīng)力與應(yīng)變方向一致和互相垂直時(shí)的兩個(gè)系數(shù)和 ，合稱拉梅系數(shù)。其中的 就是切變模量，其表達(dá)式如（1.1.2)式所示，而系數(shù)的表達(dá)式為 32 K（1.1.3)決定各向同性均勻介質(zhì)彈性性質(zhì)的參數(shù)有E， ，K， ， ，可以證明，只要知道其中兩個(gè)，就可以求出其余三個(gè)參數(shù)。)4 . 1 . 1 (32223 KE這些參數(shù)表示介質(zhì)抗形變的能力，K和E數(shù)值越大，表示該介質(zhì)越難以產(chǎn)生形變。 介質(zhì)的泊松比都在00.5之間變化。流體的 值為0.5，較軟沉積物的 值可達(dá)0.45，大多數(shù)巖石的 值在0.25左右，

6、極堅(jiān)硬的剛性巖石的 值可減小到0.05。常見巖石與介質(zhì)的彈性參數(shù)三、振動(dòng)與地震波1.彈性振動(dòng)和彈性波 彈性體在外力的作用下，其介質(zhì)內(nèi)質(zhì)點(diǎn)會(huì)離開平衡位置發(fā)生位移而產(chǎn)生形變，當(dāng)外力解除以后，產(chǎn)生位移的質(zhì)點(diǎn)在應(yīng)力的作用下都有一個(gè)恢復(fù)到原始平衡位置的過(guò)程，但是由于慣性力的作用，運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)不可能立刻停止在原來(lái)的位置上，而是離開平衡位置向另一方向移動(dòng)，于是又產(chǎn)生新的應(yīng)力，使質(zhì)點(diǎn)再向原始的平衡位置移動(dòng)，這樣應(yīng)力和慣性力不斷作用的結(jié)果，使質(zhì)點(diǎn)圍繞其原來(lái)的平衡位置發(fā)生振動(dòng)。稱之為彈性振動(dòng)。 彈性波 在振動(dòng)過(guò)程中，由于振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)和其相鄰質(zhì)點(diǎn)間的應(yīng)力作用，必然會(huì)引起相鄰質(zhì)點(diǎn)的相應(yīng)振動(dòng)，這種振動(dòng)在彈性介質(zhì)中不斷地傳播

7、和擴(kuò)大，便形成了以激發(fā)點(diǎn)為中心，以一定速度傳播開去的彈性波。因此，彈性波是質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)狀態(tài)在彈性介質(zhì)中的傳播，是能量傳播的一種形式。2.地震波的形成地震勘探采用人工震源激發(fā)地震波； 塑性、非線性及完全彈性形變帶；震源點(diǎn)附近的非線性形變區(qū)稱之為等效空穴，等效空穴邊緣的質(zhì)點(diǎn)，在激發(fā)脈沖的擠壓下，質(zhì)點(diǎn)將產(chǎn)生圍繞其平衡位置的振動(dòng)，形成了初始的地震子波，這種振動(dòng) 是一種阻尼振動(dòng)，在介質(zhì) 中沿射線方向向四面八方傳播，形成地震波。又因?yàn)榻邮蘸脱芯康卣鸩▊鞑サ目臻g一般都遠(yuǎn)離震源點(diǎn)，其介質(zhì)受到的力很小，介質(zhì)表現(xiàn)為完全彈性的性質(zhì)，故又稱為地震彈性波。 第二節(jié) 地震波的描述 一 振動(dòng)圖和波剖面圖 二 時(shí)間場(chǎng)和等時(shí)面 三

8、 視速度和視速度定律1.振動(dòng)圖地震波引起質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的位移大小（稱為振幅值變化）、振動(dòng)周期（T）、延續(xù)時(shí)間（t)等特征。 表示質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)位移隨時(shí)間變化的圖形稱為地震波的振動(dòng)圖。在實(shí)際地震記錄中，每一道記錄就是一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的地震波振動(dòng)圖。波剖面示意圖2.波剖面圖描述某一時(shí)刻 t 質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)位移 u 隨距離 x 變化的圖形稱之為波剖面圖。 從波剖面圖中可以看出質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的波長(zhǎng)和該時(shí)刻的起振點(diǎn) x2（波前）及停振點(diǎn) x1（波尾）等特征。波剖面圖與振動(dòng)圖之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系地震波的振動(dòng)圖形和波剖面圖與震源及傳播介質(zhì)的性質(zhì)密切相關(guān)，而當(dāng)震源及傳播介質(zhì)一定時(shí)，振動(dòng)位移 u 是時(shí)間 t 和觀測(cè)位置 x 的函數(shù)，即 u = u

9、 ( t , x) 若固定一個(gè)變量來(lái)研究 u 隨另一個(gè)變量的變化關(guān)系,則分別成為振動(dòng)圖和波剖面圖。這兩種圖形之間有密切聯(lián)系，只是觀察的角度不同而已。波剖面圖和振動(dòng)圖之間的關(guān)系二、時(shí)間場(chǎng)和等時(shí)面1、 地震波傳播過(guò)程中的時(shí)間與空間的關(guān)系； 根據(jù)射線原理（費(fèi)馬原理）可以確定地震波的傳播時(shí)間和波前（陣）面（wavefront）所在空間位置的關(guān)系。假設(shè)地震波在一均勻各向同性介質(zhì)中傳播，當(dāng)波達(dá)到介質(zhì)中任意一點(diǎn)M時(shí)，都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的傳播時(shí)間 t，于是可把波前面?zhèn)鞑サ臅r(shí)間 t 看著是空間位置的函數(shù)。取震源所在位置為原點(diǎn)的三維直角坐標(biāo)系，空間任意點(diǎn)的位置用 x, y, z來(lái)表示，則波前面的傳播時(shí)間可寫成如下函數(shù)形

10、式: t =t (x, y, z) (1.2.2) 知道了該函數(shù)關(guān)系，即可算出波前面達(dá)到空間任意一點(diǎn)的時(shí)間 t，從而確定了時(shí)間的空間分布。這種時(shí)空函數(shù)所確定的時(shí)間 t 的空間分布稱之為時(shí)間場(chǎng)。 在介質(zhì)分布的空間，將地震波達(dá)到的時(shí)間值相同的各點(diǎn)連接起來(lái)，所構(gòu)成的空間曲面，稱之為等時(shí)面。用波射線方向表示波的傳播方向。均勻介質(zhì)中的等時(shí)面是同心球面等時(shí)面族同射線族相互正交時(shí)間場(chǎng)的梯度方向（即波射線方向）三、視速度和視速度定理 沿地面觀測(cè)方向，觀測(cè)點(diǎn)之間的距離和波實(shí)際傳播時(shí)間的比值。這種速度稱之為視速度 V真速度和視速度的關(guān)系示意圖tsV平面波波前在 t 和 t + t 時(shí)刻分別到達(dá)地面 x1 和 x2

11、 點(diǎn)，這時(shí)波前傳播的距離差為s ,而時(shí)間差為 t，于是真速度為：txV但由于觀測(cè)是在地面進(jìn)行的，地面上x1 和 x2 兩點(diǎn)間的距離為x，好象是波在 t 時(shí)間內(nèi)傳播了 x距離，于是在地面上測(cè)得的視速度為：txV視速度與真速度之間滿足如下關(guān)系：eVVVcos/sin/ 式中為波射線與地面法線之間的夾角（入射角），e為波前與地面法線之間的夾角（出射角）。上式表示了視速度和真速度之間的關(guān)系，稱為視速度定理。討論視速度與的關(guān)系第三節(jié) 地震波的類型及其傳播特點(diǎn) 一、地震波的類型 二、地震波的頻率與振幅 三、地震波的傳播速度 四、地震波的傳播原理 五、地震波的反射、透射與折射 六、地震波的繞射與散射一、地震

12、波的類型 地震波可分為體波和面波兩大類。體波體波:又可分為縱波（又稱P波）和橫波（又稱S波）。面波面波: 沿介質(zhì)的自由表面或兩種不同介質(zhì)的分界面及附近 空間傳播，根據(jù)其性質(zhì)的不同，又可分為瑞利波和 勒夫波等。 1.1.縱波縱波（compressional wave or pressure wave) 縱波的傳播特征示意圖彈性介質(zhì)發(fā)生體積形變（即拉伸或壓縮形變）所產(chǎn)生的波動(dòng)稱為縱波?？v波又稱壓縮波（或P波）?？v波的傳播方向和質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向平行橫波的傳播特征示意圖2. 2. 橫波橫波 (shear wave or rotational wave) 彈性介質(zhì)發(fā)生切變時(shí)所產(chǎn)生的波動(dòng)稱為橫波，即剪切形變

13、在介質(zhì)中的傳播，又稱為剪切波。其特點(diǎn)是質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向相互垂直。質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)發(fā)生在垂直平面內(nèi)的橫波分量，稱為SV波；質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)發(fā)生在水平面內(nèi)的橫波分量，稱之為SH 波。（參見示意圖）3.3.面波面波瑞利面波傳播示意圖勒夫面波傳播示意圖 面波是僅存在于彈性分界面附近波動(dòng)，分為瑞利波與勒夫波。瑞利波是沿介質(zhì)與大氣層接觸的自由表面?zhèn)鞑サ拿娌?。它的特點(diǎn)是，質(zhì)點(diǎn)在通過(guò)傳播方向的垂直面內(nèi)沿橢圓軌跡作逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)，其橢圓長(zhǎng)軸垂直于介質(zhì)表面，長(zhǎng)短軸之比大致為3:2，強(qiáng)度隨深度呈指數(shù)衰減，但在水平方向衰減很慢。在地震記錄中瑞利波具有頻率低、速度接近于橫波波速且衰減慢等特點(diǎn)。 瑞雷面波的傳播及質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)二、地

14、震波的頻率與振幅 1.地震波的頻譜及頻譜分析 地震波可用波形函數(shù)A（t）來(lái)描述，根據(jù)頻譜分析理論， A（t）可以看著是由無(wú)限多個(gè)頻率連續(xù)變化的諧振動(dòng)疊加而成的。這些諧振動(dòng)的振幅和初相位則為頻率的函數(shù)；振幅隨頻率變化的關(guān)系稱為振幅譜，初相位隨頻率的變化關(guān)系稱為相位(phase)譜，統(tǒng)稱為地震波的頻譜(spectrum)。 地震波的頻譜分析方法是以傅立葉變換為基礎(chǔ)的。傅立葉變換的數(shù)學(xué)表達(dá)式為： dfftiefAtadtftietafA2)()(2)()( 如果所研究的對(duì)象不是地震波振幅隨時(shí)間變化的振動(dòng)圖形，而是振幅隨空間距離變化的波剖面圖(以函數(shù)A(x)表示），這時(shí)同樣可用傅氏分析對(duì)波剖面函數(shù)A(

15、x)進(jìn)行變換得到的結(jié)果稱為波數(shù)譜，其方法稱之為波數(shù)分析。2.地震波的頻譜特征 地震波是人工激發(fā)的振動(dòng)在地層介質(zhì)中的傳播。從理論上講一個(gè)地震脈沖（子波）可以用雷克子波來(lái)近似表示。雷克子波的表達(dá)式為：它的時(shí)間與頻譜曲線如下圖所示。 )exp()21 ()(22222tvtvtfMM /exp)/)(2()(222321MMvvvvvF Ricker 子波時(shí)間域和率域表示OF ( u )Um一個(gè)實(shí)際地震子波的頻譜有效波與干擾波的頻譜特征 (a) 地震波的頻譜；(b)地震波的視波長(zhǎng)譜 對(duì)于同一種類型的地震波，其頻譜還受震源類型的影響； 來(lái)自地層淺部與深部的地震反射信號(hào)頻譜特征不同。3.地震波的振幅及衰

16、減規(guī)律影響其地震波振幅和波形的因素主要包括三類，第一類是激發(fā)條件的影響，它包括激發(fā)方式、激發(fā)強(qiáng)度、震源與地面的偶合狀況等。第二類是地震波在傳播過(guò)程中受到的影響， 包括波前擴(kuò)散、地層吸收、反射、透射、入射角大小、以及產(chǎn)生波型轉(zhuǎn)換等造成的衰減。 第三類是接收條件的影響，包括檢波器、放大器和記錄儀的頻率特性對(duì)波形的改造及檢波器的組合效應(yīng)、檢波器與地面的偶合狀況等。此外，地下巖層界面的形態(tài)和平滑程度也會(huì)對(duì)地震波振幅有所影響。地震波在傳播過(guò)程中隨著距離或深度的增加，高頻成分會(huì)被很快地?fù)p失掉，而且波的振幅按指數(shù)規(guī)律衰減。實(shí)際地層對(duì)波的這種改造，通常稱為大地低通濾波器效應(yīng)。 （1）波前擴(kuò)散 (wave-fr

17、ont spreading) 在均勻介質(zhì)中，點(diǎn)振源的波前為球面，隨著傳播距離的增大，球面逐漸擴(kuò)展，但總能量仍保持不變，而單位面積上的能量逐漸減小，振動(dòng)的振幅也隨之減小，這稱為球面擴(kuò)散（或波前擴(kuò)散）。在均勻介質(zhì)中，地震波的振幅與傳播距離成反比，即按照1/r的規(guī)律衰減（attenuation)。 在實(shí)際情況下，由于自然界介質(zhì)并非均勻介質(zhì)，尤其是在存在各向異性（anisotropy)的情況下，波的擴(kuò)散過(guò)程會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化，而不遵循球面擴(kuò)散規(guī)律。（2） 吸收衰減 由于實(shí)際的巖層并非理想的彈性介質(zhì)，在地震波的傳播過(guò)程中介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)間的相互摩擦消耗了質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的能量，造成介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)的振幅（即地震波的強(qiáng)度）的衰

18、減，稱為介質(zhì)對(duì)地震波的吸收衰減。吸收衰減規(guī)律： 式中，A為地震波的振幅；A0 為地震波的初始振幅；r 為傳播距離； 為與頻率有關(guān)的吸收系數(shù)，單位是（1/m），它表示單位距離振幅的衰減率，有時(shí)也可用每一波長(zhǎng)距離振幅衰減的分貝數(shù)（dB/）來(lái)表示。 rfeAA)(0 影響衰減系數(shù)的兩個(gè)方面：1、 介質(zhì)的吸收系數(shù)與該介質(zhì)的性質(zhì)有關(guān)，對(duì)于某一種介質(zhì) ，其吸收系數(shù)為一常數(shù)。一般疏松膠結(jié)差的巖層，吸收系數(shù)較大，每單位波長(zhǎng)可超過(guò)1 d B，對(duì)于風(fēng)化層，有時(shí)可在10 dB 以上；致密巖石，吸收系數(shù)則較小，一般沉積巖的吸收系數(shù)為每單位波長(zhǎng)0.5dB左右。2、 吸收系數(shù)還與地震波的頻率密切相關(guān)，理論研究和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表

19、明，對(duì)于同一種介質(zhì)，吸收系數(shù)的大小與波的頻率成正比，頻率越高，則吸收越大。因此，地震波在傳播中高頻成份損失較快，而存留了較低的頻率成分，介質(zhì)相當(dāng)于一個(gè)低通濾波器。大地巖土介質(zhì)的這種濾波作用，往往使得淺層地震波的頻率較高，深層的地震波的頻率較低。 地震波受波前擴(kuò)散和吸收衰減的綜合影響及其它 地震波由于受波前擴(kuò)散和吸收衰減的影響，在介質(zhì)中傳播的振幅變化規(guī)律可用下式表示:上式中 (f)為頻率的函數(shù)。 除此以外，地震波在傳播過(guò)程中，當(dāng)遇到不同巖層的分界面時(shí)，將產(chǎn)生波的透射、反射及波的轉(zhuǎn)換等，如果分界面不平整，還會(huì)產(chǎn)生波的散射（漫射），這些過(guò)程也會(huì)損耗地震波的能量，使波的振幅減小。rferAA)(0 影

20、響地震波傳播的因素三、地震波的傳播速度縱波和橫波在介質(zhì)中的傳播速度可分別表示為：)21)(1 ()1 (2 EVp)1 (2 EVS)21 ()1 (22 spVV由上式可知，若已知介質(zhì)的泊松比，便可確定縱橫波比值。反之，已知縱橫波速度的比值也可以求出介質(zhì)的泊松比。討論：1、縱橫波速度比隨泊松比的變化關(guān)系2、縱橫波速度與介質(zhì)密度的關(guān)系)21)(1 ()1 (2 EVp)1 (2 EVS)21 ()1 (22 spVV縱波、橫波及面波速度之間的相互關(guān)系 通過(guò)求解瑞利方程，可以得出面波與橫波速度之間的相互關(guān)系式為： 112. 187. 0/SRVV縱波速度與橫波速度之間的關(guān)系式為： )21 ()1

21、 (22 spVV 由于 0.5，所以有 PSRVVV即瑞利波的速度最低，橫波速度次之，縱波速度最高。 通過(guò)上述分析可知，由于橫波的速度比縱波的速度低，因此橫波分辨薄層的能力比縱波強(qiáng)。另外，當(dāng)巖層富含水或油氣時(shí)，往往對(duì)縱波的速度影響較大，但對(duì)其剪切模量和橫波的速度幾乎沒(méi)有什么影響。因此可以利用縱、橫波速度的比值變化來(lái)判別巖土介質(zhì)的含水性等?？v、橫波聯(lián)合的多波地震勘探是分辨巖性的重要方法之一。下表給出了 與介質(zhì)泊松比的變化關(guān)系。SRVV /縱波、橫波、瑞利面波的速度隨泊松比的變化關(guān)系曲線四、地震波的傳播原理 1. 1. 惠更斯原理惠更斯原理 惠更斯原理亦稱波前原理，假設(shè)在彈性介質(zhì)中，已知某時(shí)刻t

22、1 波前面上各點(diǎn)，則可以把這些點(diǎn)看著是新的振動(dòng)源，從t1 時(shí)刻開始產(chǎn)生子波向外傳播，經(jīng)過(guò) t時(shí)間后，這些子波的波前所構(gòu)成的包絡(luò)面就是t1 + t 時(shí)刻的新的波前面。按照惠更斯原理球面縱波的傳播 2. 2. 費(fèi)馬原理費(fèi)馬原理 費(fèi)馬原理又稱射線原理或最小時(shí)間原理，它給出地震波總是沿地震射線傳播，以保證波到達(dá)某點(diǎn)時(shí)所用的旅行時(shí)間最少。均勻各向同性介質(zhì)中的地震波射線均勻各向同性介質(zhì)中的地震波射線各向同性的均勻介質(zhì)中，從一個(gè)等時(shí)面到另一個(gè)等時(shí)面，只有垂直距離最短，因此波沿垂直于等時(shí)面方向傳播所用旅行時(shí)間最少，故地震射線和等時(shí)面總是互相垂直的。用波前和波射線的概念來(lái)描述波動(dòng)景觀是一種簡(jiǎn)便而清晰的方法。五、

23、地震波的反射、透射和折射Q1sin QAtVsin1QAtV sin2QAtVpVVV211sinsinsin 于是便有： sin1QAtV1sin QAtV sin2QAtV（1.3.12)式中p 稱為稱為射線常數(shù)，P=t / AQ。該式說(shuō)明了在同一個(gè)界面上的入射波反射波以及透射波都具有相同的射線常數(shù)，并且入射角等于反射角，透射角的大小除了與入射角、V1有關(guān)外，還決定于介質(zhì)W2的波速V2，這一關(guān)系式稱為斯奈爾定律 (Snell Law)，也稱為反射和折射定律。由于波射線始終垂直于波前面，因此在介質(zhì)分界面上，可以用波射線來(lái)表示入射波、反射波及透射波三者之間的關(guān)系，見下圖。入射波、反射波、透射波

24、和界面法線關(guān)系圖2. 地震波的折射及其特征 21/sinVVi pVVV211sinsinsin 透射波將沿著界面滑行，產(chǎn)生了類似于光學(xué)中的全反射現(xiàn)象。將這種特殊的透射波通常稱為滑行波，相應(yīng)的入射點(diǎn)稱為臨界點(diǎn)，入射角 i 稱為臨界入射角 。 由于界面兩側(cè)介質(zhì)質(zhì)點(diǎn)存在著彈性聯(lián)系，因此滑行波沿界面?zhèn)鞑r(shí)，在上覆介質(zhì)中將產(chǎn)生新波，在地震勘探中稱為折射波。折射波產(chǎn)生的條件：V2V1 折射線和界面法線的夾角為i 21211sinVVRRSRiii 折射波的波前面特征；盲區(qū)半徑OB=2h tgi 在地面上沿測(cè)線方向折射波傳播速度：V2即折射波視速度為：V2； 折射波波前面為園臺(tái)側(cè)面。不同層折射波波前面的分

25、布什么是初至波？早期淺層地震勘探以折射波法為主，為什么？3.地震波在水平層狀介質(zhì)和連續(xù)變化介質(zhì)中的傳播斯奈爾定律在多層介質(zhì)中的表達(dá)式為：annpVVV sinsinsin2211地震波在水平層狀介質(zhì)中的傳播 波速遞增介質(zhì)中地震波射線示意圖通常在沉積巖中深度每增加 35米，其地層靜壓力會(huì)增加一個(gè)大氣壓。因此隨著巖層埋藏深度的增加，巖石的空隙度越小而密度加大，從而波速隨之加大。 地震波速度連續(xù)變化的介質(zhì)模型。一般使用較多的速度隨深度作線性變化的函數(shù)表達(dá)式為：)1 ()(0zVzV 六、地震波的繞射(diffraction)和散射dispersion)繞射波示意圖波的散射示意圖1、繞射波的形成2、波

26、的散射第四節(jié) 地震勘探的地質(zhì)基礎(chǔ) 一、影響地震波速度的因素及巖石 的波速特征 二、巖土介質(zhì)對(duì)地震波的吸收 三、淺層地震地質(zhì)條件一、影響地震波速度的因素及巖石的波速特征 1. 影響地震波速度的主要因素（1）巖石的密度 （2）孔隙度雙相介質(zhì)或雙相介質(zhì)模型；地震波速度和孔隙之間的關(guān)系式，稱為時(shí)間平均方程：fmVVV )1 (1巖石密度與波速的關(guān)系孔隙度與波速的關(guān)系曲線（3）壓力和溫度）壓力和溫度孔隙度與密度的 關(guān)系曲線各種年代地層速度隨深度變化的關(guān)系曲線（4）埋藏深度和地質(zhì)年代）埋藏深度和地質(zhì)年代（5）其它因素）其它因素包括地質(zhì)構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，巖層的風(fēng)化侵蝕等。2.地震波在沉積巖、變質(zhì)巖和火成巖中傳播的速

27、度特性 沉積巖： 地震波在沉積巖中的傳播速度主要取決于巖石的組份及其膠結(jié)作用，而壓力和成巖地質(zhì)年代也有一定的影響。表1.4.1(P23）中列舉了部分沉積巖和有關(guān)礦產(chǎn)波速值的一般范圍。 由于大部分的沉積巖具有明顯的層狀結(jié)構(gòu)，當(dāng)這些層厚度小于地震波的波長(zhǎng)時(shí)，沿地層層面方向傳播的地震波其速度將大于沿垂直地層層面方向傳播的速度，這種現(xiàn)象稱為各向異性現(xiàn)象（anisotropism)。 變質(zhì)巖：變質(zhì)巖在成巖時(shí)由于受高溫高壓的作用，變得致密并且形成結(jié)晶，使其彈性系數(shù)值增大。它們的速度值幾乎總是大于沉積巖，而與深度的關(guān)系并不是那樣密切。僅僅在最上面通常易受風(fēng)化的部分顯示出速度隨深度的明顯變化。 火成巖：火成巖一般地說(shuō)同樣具有比沉積巖大的速度，其中顆粒較大的侵入巖則呈現(xiàn)出比噴發(fā)巖更高的波速，例如輝長(zhǎng)巖的速度比玄武巖的高，而多孔隙的凝灰?guī)r波速則很低，約為2000米/秒左右。表1.4.2列出了部分火成巖的密度