地震波運(yùn)動(dòng)學(xué)第三節(jié)級(jí)

地震波運(yùn)動(dòng)學(xué)第三節(jié)級(jí)第一頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日主要內(nèi)容時(shí)距曲線的概念水平界面反射波時(shí)距曲線方程傾斜界面反射波時(shí)距曲線方程共炮點(diǎn)反射波時(shí)距曲線主要特點(diǎn)第二頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日一、時(shí)距曲線概念研究地震波傳播規(guī)律的目的，是要用它來(lái)指導(dǎo)我們用地震勘探方法查明地下地質(zhì)構(gòu)造的特點(diǎn)。當(dāng)在地面激發(fā)了地震波后，地下介質(zhì)的結(jié)構(gòu)不同，則地震波傳播的特點(diǎn)也就會(huì)不同；另外，在相同的介質(zhì)結(jié)構(gòu)情況下，不同類型的波(如直達(dá)波和反射波)傳播特點(diǎn)也會(huì)不同。為了具體地說(shuō)明不同類型的波在各種介質(zhì)結(jié)構(gòu)情況下傳播的特點(diǎn)，在地震勘探中主要用“時(shí)距曲線”這個(gè)概念。第三頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日要注意，這個(gè)距離x一般不是波傳播的實(shí)際路程的長(zhǎng)度，對(duì)沿測(cè)線傳播的直達(dá)波，接收點(diǎn)相對(duì)于激發(fā)點(diǎn)的距離也就是直達(dá)波傳播路程的長(zhǎng)度，但對(duì)來(lái)自地下界面的反射波，就不是這樣。地層界面地面檢波器震源地震儀根據(jù)地震勘探的基本原理，可以采用單道記錄、自激自收的野外工作方法，現(xiàn)在是采用一次激發(fā)沿測(cè)線多道接收。所謂時(shí)(間)距(離)關(guān)系，就是表示波從震源出發(fā)，傳播到測(cè)線上各觀測(cè)點(diǎn)的傳播時(shí)間t，同觀測(cè)點(diǎn)相對(duì)于激發(fā)點(diǎn)(取作坐標(biāo)原點(diǎn))的距離x之間的關(guān)系。xt第四頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日所謂直達(dá)波即是從震源點(diǎn)出發(fā)不經(jīng)反射或折射直接傳播到各接收點(diǎn)的地震波。當(dāng)震源位于地表附近，并采用縱測(cè)線觀測(cè)時(shí)，其時(shí)距曲線方程為：第五頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日OSh=0時(shí)xOShxh=0時(shí)直線雙曲線第六頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日直達(dá)波時(shí)距曲線：在O點(diǎn)激發(fā)，沿測(cè)線在x1、x2、x3、x4等點(diǎn)上接收。如果在x-t直角坐標(biāo)系里，把激發(fā)點(diǎn)作為坐標(biāo)原點(diǎn)，橫坐標(biāo)x表示測(cè)線上各觀測(cè)點(diǎn)到激發(fā)點(diǎn)的距離，縱坐標(biāo)t表示直達(dá)波到達(dá)各觀測(cè)點(diǎn)的傳播時(shí)間(見(jiàn)x下圖(b))，就可以得到一組點(diǎn)子，它們的坐標(biāo)是(x1，t1)，(x2,t2)，(x3，t3)，(x4，t4)。把這些點(diǎn)子連起來(lái)得到一條曲線，它形象地表示了直達(dá)波到達(dá)測(cè)線上任一觀測(cè)點(diǎn)時(shí)間同觀測(cè)點(diǎn)與激發(fā)點(diǎn)之間的距離的關(guān)系。這條曲線就稱為直達(dá)波的時(shí)距曲線。第七頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日在許多情況下，還需要知道波到達(dá)測(cè)線上任一觀測(cè)點(diǎn)的時(shí)間同觀測(cè)點(diǎn)與激發(fā)點(diǎn)之間的距離的明確定量關(guān)系，即所謂時(shí)距曲線方程。直達(dá)波時(shí)距曲線方程很易得出，因?yàn)樵跍y(cè)線上距離激發(fā)點(diǎn)為z的任一觀測(cè)點(diǎn)，直達(dá)波的到達(dá)時(shí)間為：式中V是直達(dá)波的速度。上式就是直達(dá)波時(shí)距曲線方程，從式中可以看出t與x是成正比的，因此在這種情況下直達(dá)波的時(shí)距曲線是一條直線。第八頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日如果地下有一個(gè)水平界面，在O點(diǎn)激發(fā)，在測(cè)線上的O，x1、x2、……，等點(diǎn)上接收。O點(diǎn)接收到的反射波是垂直入射到界面又垂直反射回地面的，所走路程最短；其它各點(diǎn)隨著它們到激發(fā)點(diǎn)的距離的增大，所接收到的反射波傳播的路程就越長(zhǎng)，傳播時(shí)間也越長(zhǎng)。第九頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日由這兩個(gè)例子可以初步看到，直達(dá)波與反射波這兩種不同類型的地震波，它們的時(shí)距曲線也是不相同的。這表明，一種波的時(shí)距曲線確實(shí)能反映它本身一些特點(diǎn)。并且，時(shí)距曲線的特點(diǎn)還包含了關(guān)于地下巖層的速度、形態(tài)等對(duì)我們十分有用的信息。因此，分析并掌握各種類型地震波的時(shí)距曲線特點(diǎn)，是在地震記錄上識(shí)別各種類型地震波的重要依據(jù)。這是我們討論時(shí)距曲線的實(shí)際意義的一個(gè)方面。第十頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日討論反射波時(shí)距曲線還有另一方面的實(shí)際意義：如果采用自激自收，則由各接收點(diǎn)記錄的反射波振動(dòng)圖組成的地震剖面上，反射波同相軸的形態(tài)是與地下界面的形態(tài)相對(duì)應(yīng)的；但是，在一點(diǎn)激發(fā)，多道接收的地震記錄上。反射波同相軸的形態(tài)就與地下界面的形態(tài)不相對(duì)應(yīng)了。水平直線雙曲線第十一頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日因?yàn)檫@時(shí)在各接收點(diǎn)記錄下來(lái)的反射波的到達(dá)時(shí)間，不僅與界面的深度、地震波的速度等地下地質(zhì)因素有關(guān)，還同接收點(diǎn)與激發(fā)點(diǎn)之間的距離這一非地質(zhì)因素有關(guān)。第十二頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日為了解決反射時(shí)間不能直接反映反射界面深度這個(gè)問(wèn)題，就要了解各道由于離開激發(fā)點(diǎn)距離不同而產(chǎn)生的波到達(dá)時(shí)差的大小，以便從實(shí)際觀測(cè)到的波到達(dá)時(shí)間中減去這部分時(shí)差，只保留與界面深度有關(guān)的那部分時(shí)差(這件事就稱為動(dòng)校正，將在第四章詳細(xì)討論)。為此，也需要了解在一點(diǎn)激發(fā)、多道接收時(shí)，波到達(dá)各觀測(cè)點(diǎn)的時(shí)間的變化規(guī)律，即時(shí)距曲線方程。第十三頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日反射波折射波折射波在該點(diǎn)與反射波相切直達(dá)波折射波反射波第十四頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日縱測(cè)線：激發(fā)點(diǎn)和觀測(cè)點(diǎn)在同一條直線上的測(cè)線。用縱測(cè)線進(jìn)行觀測(cè)得到的時(shí)距曲線稱為縱時(shí)距曲線。除非特別說(shuō)明，一般討論的都是縱測(cè)線的情況。

非縱測(cè)線：激發(fā)點(diǎn)和觀測(cè)點(diǎn)不在同一條直線上的測(cè)線。用非縱測(cè)線進(jìn)行觀測(cè)得到的時(shí)距曲線叫做非縱時(shí)距曲線。注意：對(duì)同一類型的波，在同樣的介質(zhì)結(jié)構(gòu)情況下，它的縱時(shí)距曲線與非縱時(shí)距曲線是不相同的。例如，直達(dá)波的縱時(shí)距曲線是直線-但它的非縱時(shí)距曲線就不是直線而是一條雙曲線。第十五頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日二、水平界面共炮點(diǎn)反射波時(shí)距曲線方程

在O點(diǎn)激發(fā)，在測(cè)線上離開O點(diǎn)距離為x的某點(diǎn)S接收。界面R的反射波到達(dá)S點(diǎn)的時(shí)間t與x之間的函數(shù)關(guān)系t=f(x)，就是界面R的共炮點(diǎn)反射波時(shí)距曲線方程。為了推導(dǎo)反射波時(shí)距曲線方程，可以根據(jù)反射定律，做出入射線OA,反射線AS,法線BA,按前述（第二節(jié)所講）的方法作出虛震源O*。容易證明：OC=O*COA=O*AO*SB第十六頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日B從圖上可以看出：∠O*AC=∠DAS又∠DAS+∠SAB=900∠CAO+∠OAB=900

由反射定律可知∠SAB=∠OAB所以，∠CAO=∠DAS=∠O*AC三角形OCA全等于三角O*CA得出：OC=O*COA=O*AO*S第十七頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日波由O點(diǎn)入射到A點(diǎn)再反射回S點(diǎn)所走過(guò)路程，就好象波由O*點(diǎn)直接傳播到S點(diǎn)一樣。在地震勘探中把這種討論地震波反射路程的簡(jiǎn)便作圖方法稱為虛震源原理。由此很易得出時(shí)距曲線方程：和稱為自激自收時(shí)間或零炮檢距時(shí)間。水平界面、均勻覆蓋介質(zhì)的反射波時(shí)距曲線方程，還可以寫成另外兩種形式：第十八頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日三、傾斜界面共炮點(diǎn)反射波時(shí)距曲線方程

設(shè)有右圖表示的介質(zhì)結(jié)構(gòu)：界面傾角是φ，激發(fā)點(diǎn)O到界面的法線深度是h，界面以上的介質(zhì)是均勻的，波速是V，坐標(biāo)系的原點(diǎn)在激發(fā)點(diǎn)O，x軸正向與界面的上傾方向一致。根據(jù)虛震源原理有:由O*引垂直于測(cè)線的垂線O*M，則第十九頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日為了能在時(shí)距曲線方程中，明確地表示出t與x和地質(zhì)因素V，h，φ之間的關(guān)系，對(duì)上式再作一些變換為什么？第二十頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日由反射波時(shí)距曲線方程可知，反射波的傳播時(shí)間t是與接收點(diǎn)位置x、反射界面深度h、界面傾角φ、以及界面上部介質(zhì)的波速V之間存在的明確的內(nèi)在聯(lián)系。從原則上講，如果通過(guò)觀測(cè)，獲得了一個(gè)界面的反射波時(shí)距曲線，就有可能利用時(shí)距曲線方程給出的關(guān)系，求出界面深度h，傾角φ和波速V。這就是可以用反射波法研究地下地質(zhì)構(gòu)造的基本依據(jù)。由此得出傾斜界面的反射波時(shí)距曲線方程第二十一頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日上式表示的時(shí)距曲線方程是在界面的上傾方向與X軸的正方向一致的情況下得到的。若界面的上傾方向與X軸的正方向相反，則可得到下列方程：第二十二頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日四、共炮點(diǎn)反射波時(shí)距曲線主要特點(diǎn)1、反射波時(shí)距曲線是一條雙曲線對(duì)水平界面反射波時(shí)距曲線方程進(jìn)行變換，可得到標(biāo)準(zhǔn)的雙曲線方程：式中，第二十三頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日對(duì)傾斜界面的反射波時(shí)距曲線方程進(jìn)行變換后可得其中上述標(biāo)準(zhǔn)的雙曲線方程是有條件的，即地表為平面、地下分界面為平面界面（水平面或傾斜）、覆蓋介質(zhì)為均勻介質(zhì)。第二十四頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日根據(jù)雙曲線的特點(diǎn)可知，相應(yīng)方程的極小點(diǎn)坐標(biāo)分別為：2、極小點(diǎn)位置第二十五頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日極小點(diǎn)總是相對(duì)激發(fā)點(diǎn)偏向界面上傾一側(cè)。在極小點(diǎn)上，反射波返回地面所需的時(shí)間最短。M點(diǎn)實(shí)際上就是虛震源在測(cè)線上的投影，由O到M的反射波射線是所有射線中最短的一條。并且，反射波時(shí)距曲線是以過(guò)M點(diǎn)的t軸為對(duì)稱的。采用縱測(cè)線時(shí)，聲波、面波、折射波等的時(shí)距曲線都不是雙曲線。所以，反射波時(shí)距曲線是雙曲線這一特征，可以幫助我們區(qū)分反射波和上述幾種波。第二十六頁(yè)，共二十七頁(yè)，2022年，8月28日3、物理意義

共激發(fā)點(diǎn)反射波時(shí)距曲線反映了反射波旅行時(shí)t與炮檢距