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1、第一节 地震波的基本概念本讲稿第一页，共三十四页波动：波动：振动在介质中的传播。振动在介质中的传播。一一、地震波是在岩层中传播的弹性波地震波是在岩层中传播的弹性波二、波的几个特征二、波的几个特征1.振动和波动的关系就是部分和整体的关系振动和波动的关系就是部分和整体的关系波有一定的速率。波有一定的速率。波的频率等于震源的频率。波的频率等于震源的频率。本讲稿第二页，共三十四页2.波前、波后和波面波前、波后和波面波前：波前：介质中某一时刻刚刚开始振动的各点组成的面介质中某一时刻刚刚开始振动的各点组成的面叫波前。叫波前。波面：波面：介质中同时开始振动的各质点所组成的介质中同时开始振动的各质点所组成的曲
2、面叫波面。曲面叫波面。本讲稿第三页，共三十四页波后：波后：介质中某一时刻刚刚停止振动的各点组介质中某一时刻刚刚停止振动的各点组成的面叫波后。成的面叫波后。如图如图:本讲稿第四页，共三十四页在在t0时刻，波源开始振动，时刻，波源开始振动，过了一段时间到了过了一段时间到了t0 （t0 t0），），波源的振动可能停止了或暂时停顿了；波源的振动可能停止了或暂时停顿了；到了到了 t1 时刻，传播了一段距离。时刻，传播了一段距离。本讲稿第五页，共三十四页S:t1 时到波前，波是不时到波前，波是不 断前进的，波前、波尾断前进的，波前、波尾是相对某一时刻的波前、波尾。介质中的任何一是相对某一时刻的波前、波尾。
3、介质中的任何一点都有一个波面。点都有一个波面。在在V0区域：区域：波已经传播过去，振动已停止；波已经传播过去，振动已停止；在在V1区域：区域：介质振动正在进行；介质振动正在进行；在在V2区域：区域：波还没有传到；波还没有传到；本讲稿第六页，共三十四页在一定条件下，可以认为波及其能量是沿一条在一定条件下，可以认为波及其能量是沿一条“路径路径”从波源传到所考虑的一点从波源传到所考虑的一点P，然后又沿那条，然后又沿那条“路径路径”从从P点向别处传播，这样的理想路径就叫通过点向别处传播，这样的理想路径就叫通过P点点的波线，又叫射线。的波线，又叫射线。3.波线波线几何地震学几何地震学:利用波线的概念来研
4、究地震波的传播问题。利用波线的概念来研究地震波的传播问题。本讲稿第七页，共三十四页振动曲线：振动曲线：4.振动曲线和波形曲线振动曲线和波形曲线某一质点在不同时刻的情况；某一质点在不同时刻的情况；本讲稿第八页，共三十四页为了反应各点的振动之间的关系，把同一时刻各为了反应各点的振动之间的关系，把同一时刻各点的位移画在同一个图上点的位移画在同一个图上，即描述某一时刻各，即描述某一时刻各质点偏离平衡位置的曲线。质点偏离平衡位置的曲线。波形曲线：波形曲线：本讲稿第九页，共三十四页不同的质点可能有不同的振动曲线；不同的质点可能有不同的振动曲线；不同的时刻有不同的波形曲线；不同的时刻有不同的波形曲线；在地震
5、勘探中，通常把沿着测线画出在地震勘探中，通常把沿着测线画出的波形曲线叫的波形曲线叫“波剖面波剖面”。5.正弦波的几个特征：正弦波的几个特征：正弦波正弦波:如果各点的振动都是谐振动。如果各点的振动都是谐振动。本讲稿第十页，共三十四页对于正弦波介质中各部分振动频率等于波源对于正弦波介质中各部分振动频率等于波源频率，周期频率，周期T和频率有固定值。和频率有固定值。（1）波长波长：在一个周期内，正弦波沿着波线前进的距离叫波在一个周期内，正弦波沿着波线前进的距离叫波长。波源每振动一次，波长前进一个等于波长的长。波源每振动一次，波长前进一个等于波长的距离距离，波源每秒振动的次数就是频率，波源每秒振动的次数
6、就是频率f，波每秒，波每秒前进距离是前进距离是f（即波速（即波速v）。）。本讲稿第十一页，共三十四页本讲稿第十二页，共三十四页如果不是沿着波的传播方向而是沿着别的方如果不是沿着波的传播方向而是沿着别的方向来确定波速和波长时，所得结果叫做正弦向来确定波速和波长时，所得结果叫做正弦波的视速度和波长，波的视速度和波长，用用 和和 来表示。来表示。（2）视速度：视速度：当涉及的波速和波长时，我们是沿着波的传播当涉及的波速和波长时，我们是沿着波的传播方向来考虑问题。方向来考虑问题。本讲稿第十三页，共三十四页如图如图:为沿着测线方向的视波长为沿着测线方向的视波长 本讲稿第十四页，共三十四页波沿测线方向传播
7、速度波沿测线方向传播速度 本讲稿第十五页，共三十四页本讲稿第十六页，共三十四页三、地震波传播的规律三、地震波传播的规律 1、反射和透射反射和透射 当波入射到当波入射到2种介质分界面时，会发生反射和种介质分界面时，会发生反射和透射。透射。本讲稿第十七页，共三十四页第二种介质第二种介质（波阻抗）（波阻抗）当当 时：时：地震波才会发生反射。地震波才会发生反射。第一种介质第一种介质 本讲稿第十八页，共三十四页2.反射定律和透射定律反射定律和透射定律入射面：入射面：入射线和法线入射线和法线NP所确定的平面垂直分所确定的平面垂直分界面叫入射面。界面叫入射面。反射定律：反射定律：反射线位于入射面内，反射角等
8、反射线位于入射面内，反射角等于入射角，于入射角，本讲稿第十九页，共三十四页透射定律：透射定律：透射线也位于入射面内，透射线也位于入射面内，而且：而且：本讲稿第二十页，共三十四页表示：沿着界面，波在两种介质中传播的视速表示：沿着界面，波在两种介质中传播的视速度是相等的。度是相等的。全反射全反射:本讲稿第二十一页，共三十四页当当 到一定程度，但还未到到一定程度，但还未到 时，时，已增大已增大到到 ，这时透射波在第二种介质中沿界面，这时透射波在第二种介质中沿界面“滑行滑行”，出现，出现“全反射全反射”现象。现象。开始出现开始出现“全反射全反射”时的入射角叫临界角时的入射角叫临界角 本讲稿第二十二页，
9、共三十四页对于水平层状介质，各层的纵波，横波速度对于水平层状介质，各层的纵波，横波速度分别用分别用斯奈尔（斯奈尔（Snell）定律：）定律：本讲稿第二十三页，共三十四页表示入射波为纵波，入射角为表示入射波为纵波，入射角为 ，各层纵横，各层纵横波的反射角和透射角分别用波的反射角和透射角分别用 表示，则：表示，则：P：射线系数本讲稿第二十四页，共三十四页3、费马（费马（Fermat)原理：原理：波在各种介质中的传播路线满足所用时间为最短的波在各种介质中的传播路线满足所用时间为最短的条件。条件。本讲稿第二十五页，共三十四页介质中波所传到的各点，都可以看成新的波源叫子介质中波所传到的各点，都可以看成新
10、的波源叫子波源，可以认为每个子波源都向各方向发出微弱的波源，可以认为每个子波源都向各方向发出微弱的波，叫子波。子波是以所在点处的波速传播的。利波，叫子波。子波是以所在点处的波速传播的。利用惠更斯原理导出反射定律。用惠更斯原理导出反射定律。4、惠更斯（惠更斯（Huyaens)原理：原理：本讲稿第二十六页，共三十四页5、地震折射波：地震折射波：当入射角当入射角 时，发生全反射，不产生滑时，发生全反射，不产生滑行波，没有透射波，滑行波传播又引起另外行波，没有透射波，滑行波传播又引起另外的效应，由于两种介质互相密接，滑行波在的效应，由于两种介质互相密接，滑行波在传播过程中也会反过来影响第一种介质，并传
11、播过程中也会反过来影响第一种介质，并在第一种介质中激发新的波，这种由滑行波在第一种介质中激发新的波，这种由滑行波引起的波，在地震勘探中叫引起的波，在地震勘探中叫“折射波折射波”。本讲稿第二十七页，共三十四页四、地震勘探中的常见波四、地震勘探中的常见波炸药爆炸以猛烈的膨胀作用为主，造成岩石的膨胀炸药爆炸以猛烈的膨胀作用为主，造成岩石的膨胀和压缩，这种形变使质点振动方向与波的传播方向和压缩，这种形变使质点振动方向与波的传播方向一致，产生纵波；一致，产生纵波；横波：横波：质点振动方向与传播方向垂直质点振动方向与传播方向垂直;纵波：纵波：质点振动方向与传播方向一致质点振动方向与传播方向一致;按波在传播
12、过程中质点振动方向区分为按波在传播过程中质点振动方向区分为 在地震勘探中用炸药激发时，一声炮响之后在地震勘探中用炸药激发时，一声炮响之后会产生各种各样的地震波。会产生各种各样的地震波。本讲稿第二十八页，共三十四页同一次爆炸产生的纵波比横波强的多，在同一次爆炸产生的纵波比横波强的多，在同一介质中同一介质中 ，在地震勘探中，主，在地震勘探中，主要用纵波。要用纵波。又由于实际的爆炸作用不具有球形的对称性，又由于实际的爆炸作用不具有球形的对称性，以及实际的地层不是均匀介质，也会产生使以及实际的地层不是均匀介质，也会产生使质点沿着与波传播方向相垂直的振动，即形质点沿着与波传播方向相垂直的振动，即形成横波
13、。成横波。按波在传播过程中的传播路径：直达波，反按波在传播过程中的传播路径：直达波，反射波，折射波，透射波。射波，折射波，透射波。本讲稿第二十九页，共三十四页本讲稿第三十页，共三十四页直达波：直达波：由震源出发向外传播，没有遇到分界面直接到达接由震源出发向外传播，没有遇到分界面直接到达接收点的波叫直达波。一个纵波入射到反射面时收点的波叫直达波。一个纵波入射到反射面时，即，即产生反射纵波和反射横波，也产生透射纵波和产生反射纵波和反射横波，也产生透射纵波和透射横波。与入射波类型相同的反射波或透射透射横波。与入射波类型相同的反射波或透射波称为同类波。改变了类型的反射波或透射波波称为同类波。改变了类型
14、的反射波或透射波称为转换波。入射角不大，转换波很小，垂直称为转换波。入射角不大，转换波很小，垂直入射不产生转换波。入射不产生转换波。本讲稿第三十一页，共三十四页按波所能传播的空间范围：按波所能传播的空间范围：沿自由表面或分界面传播的波叫面波。其强度沿自由表面或分界面传播的波叫面波。其强度随离开界面的距离加大而迅速衰减。随离开界面的距离加大而迅速衰减。纵波和横波可以在介质的整个立体空间中传纵波和横波可以在介质的整个立体空间中传播，合称为体波。播，合称为体波。体波：体波：面波：面波：本讲稿第三十二页，共三十四页R：反射系数（由介质：反射系数（由介质1入射到分界面时界面入射到分界面时界面的反射系数）。的反射系数）。本讲稿第三十三页，共三十四页进行反射波法地震勘探时（目前主要利用反射纵进行反射波法地震勘探时（目前主要利用反射纵波），习惯上把这种被我们利用的波称为有效波，波），习惯上把这种被我们利用的波称为有效波，妨碍记录有效波的其它波都称为干扰波。妨碍记录有效波的其它波都称为干扰波。在界面产生反射波条件：分界面两边介质的在界面产生反射波条件：分界面两边介质的波阻抗不相等。波阻抗不相等。波阻抗界面才是反射界面，速度界面不波阻抗界面才是反射界面，速度界面不一定是反射界面。一定是反射界面。本讲稿第三十四页，共三十四页