地震勘探第二章 幾何地震學(xué)

1、第二章 幾何地震學(xué)1、當(dāng)炸藥在巖層中爆炸后，應(yīng)變形成三個(gè)區(qū)域:破壞圈、塑性帶、彈性形變區(qū)2、地震子波：由點(diǎn)源剛進(jìn)入彈性區(qū)傳播的地震波,研究表明彈性波在近距離內(nèi)仍會(huì)發(fā)生較大變化，傳播一段距離（幾百米后）變的相對穩(wěn)定，形成地震子波，并被認(rèn)為在以后的傳播中，地震子波的變化不大。3、視波長*：兩個(gè)相鄰波峰或波谷的距離，它表示波在一個(gè)視周期這傳播的距離。4、波前：把某一時(shí)刻tk，所有剛剛振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)構(gòu)成的一個(gè)空間曲面，叫tk時(shí)刻的波前，它是地震波傳播的最前沿的空間位置。在波前位置前面的所有質(zhì)點(diǎn)的位移都為零，即波還未開始振動(dòng)。波尾：由剛停止振動(dòng)的所有質(zhì)點(diǎn)構(gòu)成的空間曲面，叫tk時(shí)刻的波尾，在波尾以內(nèi)的各質(zhì)點(diǎn)都

2、已停止了振動(dòng)，恢復(fù)了平靜，其質(zhì)點(diǎn)位移也為零，即波已經(jīng)傳過去了。5、波面：波從震源出發(fā)向四周傳播，在某一時(shí)刻，把波到達(dá)時(shí)間各點(diǎn)所連成的面，稱波陣面，簡稱波面。波面特征：波前面是等時(shí)面，即波前面上各點(diǎn)時(shí)間相等。按波面的形狀對波分類，可分為球面、平面和柱面波等。在均勻各向同性介質(zhì)中，同一個(gè)震源，在近距離的波為球面波，在遠(yuǎn)距離的地方可看成平面波。6、擾動(dòng)帶：處于波前和波尾之間的范圍內(nèi)的質(zhì)點(diǎn)正處于振動(dòng)狀態(tài)，其位移不為零，這一空間范圍內(nèi)稱擾動(dòng)帶（振動(dòng)帶），也是地震波行進(jìn)的區(qū)域。所以，擾動(dòng)帶是隨時(shí)間的改變而改變的。7、視速度：地震波傳播是沿波射線的方向進(jìn)行-真速度惠更斯原理：表述：波在傳播過程中，任一時(shí)刻的

3、波前面上的每一點(diǎn)都可以看作是一個(gè)新的點(diǎn)震源，由它產(chǎn)生二次擾動(dòng)，形成子波前，這些子波前的包絡(luò)面，就是新的波前面。反映了：波傳播的空間位置、形態(tài)。根據(jù)這個(gè)原理可以通過作圖的方法，由已知t時(shí)刻波前的位置去求出t+t時(shí)刻的波前。意義：可確定波傳播的方向（射線方向）12、惠更斯-菲涅爾原理：波傳播時(shí)，任一點(diǎn)處質(zhì)點(diǎn)的新擾動(dòng)，相當(dāng)于上一時(shí)刻波前面上全部新震源所產(chǎn)生的子波在該點(diǎn)處相互干涉疊加形成的合成波。13、費(fèi)馬原理：表述：波在各種介質(zhì)中的傳播路線，滿足所用時(shí)間為最短的條件。由費(fèi)馬原理可推出：地震波總是沿射線傳播，以保證波到達(dá)時(shí)所用旅行時(shí)間最少準(zhǔn)則； 地震波沿垂直于等時(shí)面的路線傳播所用旅行時(shí)間最少； 等時(shí)面

4、與射線總是互相垂直；14、反射系數(shù)R：在垂直入射時(shí)，反射波和入射波振幅之比，用R 表示。即RA反/A入物理意義：地震波垂直入射到分界面后，被反射回去的能量的多少（占入射能量的多少）反射系數(shù)一般形式：15、反射波的形成條件：上、下介質(zhì)界面必須是一個(gè)波阻抗界面，即波阻抗差不為零。反射波的特點(diǎn)：反射波的強(qiáng)度取決于反射系數(shù)R的大小，R大反射波強(qiáng)；反射波極性的變化取決于R的正負(fù)，R0,反射波與入射波相位相同，正極性反射；R入射角=反射角,且在一個(gè)平面上，入射角、反射角、透射角都具有相同的射線參數(shù)p。19、折射波的形成：兩層介質(zhì)，下伏層的速度大于上覆層的速度，即 V2V1；入射角是以臨界角I 入射20、地

5、震波的干涉：當(dāng)來自不同方向的兩個(gè)或兩個(gè)以上的地震波相遇時(shí)，按照疊加原理，發(fā)生能量增強(qiáng)或減弱的現(xiàn)象。21、波前擴(kuò)散 ：在均勻介質(zhì)中，波為球面波，隨著傳播距離的增大，球面逐漸擴(kuò)展，但總能量保持不變，而單位面積上的能量減少，這就稱為球面擴(kuò)散(波前擴(kuò)散)。其能量(振幅)衰減規(guī)律是振幅與傳播距離成反比。 吸收衰減 ：實(shí)際介質(zhì)并非是完全彈性介質(zhì)，故波在實(shí)際地層中傳播時(shí)，能量的衰減要比在彈性介質(zhì)中快，這種衰減稱為介質(zhì)對波的吸收衰減。介質(zhì)吸收的這部分能量主要用于克服質(zhì)點(diǎn)的內(nèi)摩擦，變成熱能損耗掉了。地震波的分類：按波前形狀：球面波、柱面波、平面波質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)（極化）方向：橫波、縱波、線性極化波、橢圓極化波按傳播空間

6、：面波、體波按傳播路徑：直達(dá)波、反射波等地震勘探中的波：直達(dá)波、反射波、折射波、透射波、滑行波、轉(zhuǎn)換波、有效波、干擾波、特殊波時(shí)距曲線：波從震源出發(fā)，傳播到測線上各觀測點(diǎn)的傳播時(shí)間t，同觀測點(diǎn)相對于激發(fā)點(diǎn)（坐標(biāo)原點(diǎn)）的距離x，之間的關(guān)系。24、水平界面的共炮點(diǎn)反射波時(shí)距曲線方程：正常時(shí)差：對界面上某點(diǎn)以炮檢距x進(jìn)行觀測得到的反射波旅行時(shí)與以零炮檢距（自激自收）進(jìn)行觀測得到的反射波旅行時(shí)之差，這純粹是由炮檢距不為零引起的，這種由炮檢距引起的時(shí)差定義為正常時(shí)差。（t=tORS-tMR）正常時(shí)差特點(diǎn)：（1）各點(diǎn)正常時(shí)差不同； （2）正常時(shí)差與x成正比，對同一個(gè)反射界面來說，隨x增大，正常時(shí)差增大；（

7、3）正常時(shí)差與t0、v2、h成反比，t0增大，時(shí)差減??；對地面同一檢波器來說，接收到的深層反射界面的正常時(shí)差比淺層的小；所以，淺層時(shí)距曲線陡，深層時(shí)距曲線緩。26、動(dòng)校正（NMO）：在水平界面情況下，從觀測到的波的旅行時(shí)中減去正常時(shí)差t，得到x/2處的t0時(shí)間。t0 = t- t目的：使得共炮點(diǎn)道集的反射波同相軸能反映地下界面的實(shí)際產(chǎn)狀。傾斜界面動(dòng)校正與水平界面動(dòng)校正相等，即動(dòng)校正與界面傾角關(guān)系不大傾斜界面的共炮點(diǎn)反射波時(shí)距曲線方程：界面上傾方向與x軸正方向一致，界面上傾方向與X軸正方向相反。反射波時(shí)距曲線的特點(diǎn)：雙曲線：極小點(diǎn)總是相對于激發(fā)點(diǎn)偏向界面上傾方向，極小點(diǎn)實(shí)際上是虛震源在測線上的投

8、影。直達(dá)波時(shí)距曲線是反射波時(shí)距曲線的漸近線。傾角時(shí)差：由激發(fā)點(diǎn)兩側(cè)對稱位置觀測到的來自同一界面的反射波的時(shí)差。29、在一個(gè)炮檢距不為0的點(diǎn)觀測到的傾斜界面反射波旅行時(shí)包括三部分：to+正常時(shí)差+傾角時(shí)差S點(diǎn)與S點(diǎn)的反射波旅行時(shí)相減時(shí)，因?yàn)樗麄兊呐跈z距是相同的，所以相減后，正常時(shí)差抵消了，剩下的就是這兩點(diǎn)之間的傾角時(shí)差。傾斜界面的動(dòng)校正：當(dāng)界面傾角不大，界面h較深，炮檢距x較小時(shí)，RR偏移很小，可忽略。對傾斜界面的反射波進(jìn)行動(dòng)校正，不是把t校正成t0，而是把t校正成炮檢中點(diǎn)M處的自激自收時(shí)間tOM，也就是R點(diǎn)。動(dòng)校正的誤差：大排列觀測時(shí)，常常不能把雙曲線拉成直線；傾斜地層的動(dòng)校正值總是小于水平地

9、層，因?yàn)閮A斜地層的時(shí)距曲線比較平緩。若用此求取動(dòng)校正值，則完全可把傾斜地層的時(shí)距曲線拉直；傾斜地層時(shí)，地下并不是共反射點(diǎn)，各反射點(diǎn)偏離中心點(diǎn)，偏離距越大，則意味著多次疊加仍是一段界面的平均效應(yīng)，從而降低了勘探精度。31、時(shí)矩曲面：若觀測面為平面，在直角坐標(biāo)系中，某一波到達(dá)觀測面的時(shí)間可表示為t=f(x,y)，其圖形是一個(gè)曲面，稱為時(shí)矩曲面。反射波的時(shí)矩曲面是雙曲面。32、幾個(gè)基本概念：炮檢距：炮點(diǎn)到地面各觀測點(diǎn)的距離初至?xí)r間：所有波中最先到達(dá)檢波器地震波的第一波峰時(shí)間。同相軸：各接收點(diǎn)屬于同一相位振動(dòng)的連線。共炮點(diǎn)：所有接收點(diǎn)具有共同的炮點(diǎn)縱測線：激發(fā)點(diǎn)和觀測點(diǎn)在同一直線上非縱測線：激發(fā)點(diǎn)不在

10、測線上33、均勻介質(zhì)：反射界面R以上的介質(zhì)是均勻的，即地震波速度是常數(shù)v，界面R是平面，或水平或傾斜。層狀介質(zhì)：地層是層狀結(jié)構(gòu)，每一層內(nèi)速度相同，層與層之間速度不同。連續(xù)介質(zhì)：介質(zhì)1和介質(zhì)2的速度不相等，介質(zhì)1的速度不是常數(shù)，連續(xù)變化34、多層水平層狀介質(zhì)的反射波時(shí)距曲線：多層水平介質(zhì)的時(shí)距曲線：多層傾斜介質(zhì)時(shí)距曲線:35、平均速度：層狀介質(zhì)中地層的總厚度除以波在垂直層面的方向旅行的總時(shí)間。36、三層水平層狀介質(zhì)的簡化：兩種情況下反射波時(shí)距曲線的比較：結(jié)論：（1）在炮檢距不大的情況下，可以把反射波時(shí)距曲線近似看作雙曲線，引入平均速度，把多層層狀介質(zhì)假想為單層均勻介質(zhì)；（2）在激發(fā)點(diǎn)附近，兩條時(shí)

11、距曲線基本重合；（3）隨著遠(yuǎn)離激發(fā)點(diǎn)，它們逐漸分開，三層介質(zhì)的時(shí)距曲線在下方，說明地震波在三層介質(zhì)傳播時(shí)真正速度比平均速度大；（4）將多層介質(zhì)理想化為單層均勻介質(zhì)的誤差，隨x和h的增大而增大，且隨x增大，平均速度三層介質(zhì)的真正速度。38、連續(xù)介質(zhì)中的地震波運(yùn)動(dòng)學(xué)：39、常用的連續(xù)介質(zhì)模型：V(z)=v0(1+z)V(z)=v0(1+z)1/2速度規(guī)律為v(z)=v0(1+z)時(shí)，射線方程及其特點(diǎn)：40、連續(xù)介質(zhì)的直達(dá)波-回折波：地震波從震源出發(fā)，向地下傳播到某一深度，還來不及到達(dá)分界面，就沿著一條圓弧返回到地面，把這種波叫做回折波。最大穿透深度：回折波時(shí)距曲線方程:特點(diǎn)：是一條下彎的曲線，在x

12、不太大時(shí)，它同速度等于V0的均勻介質(zhì)中的直達(dá)波時(shí)距曲線（直線）基本重合。覆蓋層為連續(xù)介質(zhì)時(shí)的反射波反射波形成條件:時(shí)距曲線：結(jié)論：在x較小的條件下，覆蓋層為線性連續(xù)介質(zhì)時(shí)的反射波時(shí)距曲線也很接近于雙曲線。它以t軸為對稱，在x=0處有極小值。42、折射波的特點(diǎn)：（1）臨界角外滑行波先于入射波到達(dá)界面上任何一點(diǎn)； （2）折射波射線相互平行，與法線成臨界角，同相軸為直線；（3）折射波存在一定“盲區(qū)”：從空間看，盲區(qū)為圓錐，在震源所在的水平面上可看為圓，半徑為：2htgc。（4）折射波的“屏蔽效應(yīng)”?！捌帘涡?yīng)”：由于剖面中有速度很高的厚層存在，引起不能在地面接收到來自深層的反射波，這種現(xiàn)象叫做“屏蔽

13、效應(yīng)”。（如果高速層厚度小于地震波波長，則無屏蔽作用）折射波在實(shí)際地震勘探中的應(yīng)用：“折射層”數(shù)目少于“反射層”、“屏蔽效應(yīng)”、淺層折射法測定低速帶厚度和速度43、一個(gè)分界面情況下折射波的時(shí)距曲線：折射波時(shí)距曲線的特點(diǎn)：44、反射波、直達(dá)波、折射波時(shí)距曲線的關(guān)系：直達(dá)波TDC是反射波TDC的漸近線；反射波TDC與折射波TDC相切,切線斜率tg=1/v1；直達(dá)波TDC與折射波TDC相交，相交處為超前時(shí)間，當(dāng)xOR時(shí)，折射波是初至波交叉時(shí)：ti在數(shù)值上等于沿實(shí)際路徑傳播時(shí)間從激發(fā)點(diǎn)直接沿地面以速度vi傳到接收點(diǎn)的時(shí)間差。多層水平界面折射波時(shí)距曲線：傾斜界面的折射波時(shí)距曲線：多次波：波向下傳播時(shí)，遇到波阻抗界面反射到地表(如自由面，海面)-因?yàn)?，他們是良好的反射界面該波又向下傳播遇到?qiáng)反射界面又向上傳播又向下，形成多次波(多次反射波)。 多次波類型：全程多次波、部分多次波(短程多次波、微屈多次波）、虛反射全程多次反射波時(shí)距曲線公式：水平界面共反射點(diǎn)時(shí)距曲線（CRP）：傾斜界面共中心點(diǎn)反射波時(shí)距曲線：反射點(diǎn)分散的規(guī)律：(1) 傾角越大，分散程度越大；(2) X越大，分散程度越大；(3) 深度越大，分散程度越小。53、全程多