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1、重点掌握各种介质结构条件下时距曲线方程，曲线形状，特点；视速度定义，计算方法，与时距曲线关系；掌握时距曲线，动校正等概念。要求了解各种时距曲线的推导过程。第一章第一章 地震波的运动学地震波的运动学 地震勘探的基本任务之一：确定地下的地质构造。地震波的运动学又称几何地震学：是研究地震波波前的空间位置与其传播时间的关系，通过引入波前、射线等概念几何图形来描述波的运动过程和规律。第二节 一个界面情况下反射波的时距曲线 第一节 地震波的基本概念 第三节 地震折射波运动学 第四节 多层介界情况下的反射波时距曲线 第六节 透射波和反射波的垂直时距曲线 第五节 连续介质中地震波的运动学 目目 录录第一节第一
2、节 地震波的基本概念地震波的基本概念 振动和波：地震勘探的基础。地震波是在岩层中传播的弹性波1.定义：振动在介质中传播叫波。振动：质点在平衡位置附近的往返运动。2.形成波的必要条件：振源和传输波的弹性介质。振振动动是是以以一一定定的的速速度度在在介介质质中中传传播播的的，这这个个速速度度叫叫做做该该介介质质的的波波速速，波波速速的的大大小小取取决决于于介介质质的的性性质质或或状状态态，也也决决定定于于波波动动的的本本身身的的某某些些特特征征，必必须须指指出出波波的的传传播播速速度度和和质质点点本本身身的的振振动动的的速速度度，就就像像水水波波的的传传播播速速度度和和水水面面质质点点的的振振动动
3、速速度度是是完完全全不不同的两个概念。同的两个概念。总结：基本要点：总结：基本要点：每个质点在波传播过程中只绕其平衡位每个质点在波传播过程中只绕其平衡位置振动并不传播到其它地方。置振动并不传播到其它地方。波在传播过程中，质点的振动是有先有波在传播过程中，质点的振动是有先有后的，也就是波是以有限的速度在介质中后的，也就是波是以有限的速度在介质中传播的，波的传播速度，取决于介质的速传播的，波的传播速度，取决于介质的速度，质点振动的速度不等于波速。度，质点振动的速度不等于波速。波是受迫振动的传播，其频率决定于振波是受迫振动的传播，其频率决定于振源而与介质无关。源而与介质无关。动摇：振动在介质中的传播
4、。动摇：振动在介质中的传播。一、地震波是在岩层中传播的弹性波一、地震波是在岩层中传播的弹性波形成弹性波的条件是要有一种能传播弹性振动的介质，并且要在这种弹性介质中激发振动，即形成弹性波要有传播质介和震波，那么岩石是否具有弹性呢？物体受力三种状态物体受力三种状态物体受力的三种状态物体受力的三种状态:弹性形变塑性形变永久性形变地震波的形成地震波的形成破坏圈塑性带弹性形变区地震子波地震子波(Wavelet)(Wavelet)爆炸时产生的尖脉冲，在爆炸点附近的介质中以冲击波的形式传播,当传播到一定距离(100米到几百米)后，波形逐渐稳定，具有23个相位极值延续60100毫秒的地震波，我们称这时的地震波
5、为地震子波。地震波在继续传播过程中，其振幅会因各种原因而衰减，但波形的变化却可以认为是很小的，在一定条件下可以看成不变。点击上图播放动演示点击上图播放动演示二、波的几个特征二、波的几个特征波有一定的速率。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。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2.2.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介质中某一时刻刚刚开始振动的各点组成的曲面叫波前。点组成的曲面叫波前。波面：波面：介质中同时开始振动的各质点所组介质中同时开始振动的各质点所组成的曲面叫波面。成的曲面叫波面。
6、波面是波前在介质中的波面是波前在介质中的“遗址遗址”，是，是等时的，同相的。等时的，同相的。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曲面叫波后。成的曲面叫波后。如图如图: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；再到了再到了 t1 时辰，传播了一段距离。时辰，传播了一段距离。S:t1 时刻的波前。时刻的波前。在在V0区域：波已经传播过去，振动已停止；区域：波已经传播过去，振动已停止；在在V1区域：介质振动正在进行；区
7、域：介质振动正在进行；在在V2区域：波还没有传到；区域：波还没有传到；波是不波是不 断前进的，波断前进的，波前、波尾是相对某一时刻前、波尾是相对某一时刻的波前、波尾。的波前、波尾。介质中的任何一点都介质中的任何一点都有一个波面。有一个波面。S:t1 时刻的波尾波后）。时刻的波尾波后）。在一定条件下，可以认为波及其能量是沿在一定条件下，可以认为波及其能量是沿一条一条“途径从波源传到所考虑的一点途径从波源传到所考虑的一点P，然，然后又沿那条后又沿那条“途径从途径从P点向别处传播，这样点向别处传播，这样的理想路径就叫通过的理想路径就叫通过P点的波线，又叫射线。点的波线，又叫射线。3.波线波线(射线射
8、线):波及其能量传播的主要路径。波及其能量传播的主要路径。几何地学几何地学:利用波线的概念来研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。（1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 表示介质中的某一质点在振动过程中介质质点的位移表示介质中的某一质点在振动过程中介质质点的位移与时间关系的曲线。与时间关系的曲线。地震记录中的每一条曲线就是地震波到达该检波点的地震记录中的每一条曲线就是地震波到达该检波点的振动图。因此，在地震勘探中，振动图又称地震记录道振动图。因此，在地震勘探中，振动图又称地震记录道 为了反应各点的振动之间的关系，把同一时刻各点为了反应各点的振动之
9、间的关系，把同一时刻各点的位移画在同一个图上的位移画在同一个图上，即描述振动过程中某一时刻，即描述振动过程中某一时刻各质点偏离平衡位置的曲线。各质点偏离平衡位置的曲线。（2波形曲线：波形曲线：某一时刻各质点偏离平衡位置的曲线。某一时刻各质点偏离平衡位置的曲线。平衡位置平衡位置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，这种波叫正弦波。如
10、果各点的振动都是谐振动，这种波叫正弦波。正弦波无波前、波尾，因为正弦波是无限延展的振动正弦波无波前、波尾，因为正弦波是无限延展的振动 对于正弦波，波源的振动是谐振动，介质对于正弦波，波源的振动是谐振动，介质中各部分振动频率等于波源频率，周期中各部分振动频率等于波源频率，周期T和和频率有固定值。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在一个周期内，正弦波沿着波线前进的距离叫波长距离叫波长。波源每振动一次，波长前进一个等于波波源每振动一次，波长前进一个等于波长的距离长的距离；波源每秒振动的次数就是频率；波源每秒振动的次数就是频率f，波每秒前进距离是，波每秒前进距离是 f=V即
11、波速即波速V）。）。波线如果不是沿着波的传播即射线方向而是如果不是沿着波的传播即射线方向而是沿着别的方向来测得波速和波长时，所得结沿着别的方向来测得波速和波长时，所得结果叫做正弦波的视速度和波长，用果叫做正弦波的视速度和波长，用 和和 来来表示。表示。（2视速度：视速度：当涉及的波速和波长时，我们是沿着波的传当涉及的波速和波长时，我们是沿着波的传播即射线方向来考虑问题。播即射线方向来考虑问题。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 波面A波面B波沿测线方向传播速度波沿测线方向传播速度 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
12、介质分界面时，会发生反射种介质分界面时，会发生反射和透射。和透射。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 2.反射定律和透射定律反射定律和透射定律入射面：入射线和法线入射面：入射线和法线NP所确定的平面垂所确定的平面垂 直分界面叫入射面。直分界面叫入射面。(1)反射定律：反射线位于入射面内，反射角反射定律：反射线位于入射面内，反射角等于入射角，等于入射角，射线平面：在地震勘探中，把射线平面：在地震勘探中，把 入入 射线、过入射点的界面法线、射线、过入射点的界面法线、反射线所决定的平面。反射线所决定的平面。(2)透射定律
13、：透射线也位于入射面内，透射定律：透射线也位于入射面内，而且：而且：上式表明：沿着界面，波在两种介质中上式表明：沿着界面，波在两种介质中传播的视速度是相等的。传播的视速度是相等的。全反射全反射: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“全反射景象。全反射景象。开始出现开始出现“全反射时的入射角叫临界角全反射时的入射角叫临界角 对于水平层状介质，各层的纵波、横波对于水平层状介质，各层的纵波、横波速度分别如下。速度分别如下。斯奈尔斯奈尔Snell定律：定律：表示入射波为纵波，入
14、射角为表示入射波为纵波，入射角为 ，各层纵横波，各层纵横波的反射角和透射角分别用的反射角和透射角分别用 表示，那么：表示，那么：P：射线参数：射线参数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波在各种介质中的传播路线满足所用时间为最短的条件。短的条件。BA介质中波所传到的各点，都可以看成新的波源叫介质中波所传到的各点，都可以看成新的波源叫子波源，可以认为每个子波源都向各方向发出微子波源，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弱的波，叫子波。子波是以所在点处的波速传播的。的。(利用惠更斯原理导出反射定律利用惠更斯原理导出
15、反射定律)4、惠更斯、惠更斯Huygens)原理：原理：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，不产生透时，发生全反射，不产生透射波，而产生反射波和滑行波。射波，而产生反射波和滑行波。滑行波传播引起另外的效应，由于两种介滑行波传播引起另外的效应，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，并在第一种介质中激发来影响第一种介质，并在第一种介质中激发新的波，这种由滑行波引起的波，在地震勘新的波，这种由滑行波引起的波，在地震勘探中叫探中叫“折射波折射波”。产生滑行波条件：产生滑行波条件：入射角入射角=临界角临界角上层
16、介质速度小于下层介质上层介质速度小于下层介质速度速度四、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一致，产生纵波；方向与波的传播方向一致，产生纵波；横波：质点振动方向与传播方向垂直横波：质点振动方向与传播方向垂直;纵波：质点振动方向与传播方向一致纵波：质点振动方向与传播方向一致;按波在传播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
17、波。后会产生各种各样的地震波。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，也会性，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产生使质点沿着与波传播方向相垂直的振动，即形成横波。动，即形成横波。按波在传播过程中的传播路径：直达波，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。反射波，折射波，透射波。直达波：直达波：由震源出发向外传播，没有遇到由震源出
18、发向外传播，没有遇到分界面直接到达接收点的波叫直分界面直接到达接收点的波叫直达波。达波。一个纵波入射到反射面时一个纵波入射到反射面时，即，即产生反射纵波和反射横波，也产产生反射纵波和反射横波，也产生透射纵波和透射横波。生透射纵波和透射横波。与入射波类型相同的反射波或透与入射波类型相同的反射波或透射波称为同类波。改变了类型的射波称为同类波。改变了类型的反射波或透射波称为转换波。入反射波或透射波称为转换波。入射角不大时，转换波强度很小；射角不大时，转换波强度很小；垂直入射不产生转换波。垂直入射不产生转换波。按波所能传播的空间范围波前面）按波所能传播的空间范围波前面）：沿自由表面或分界面传播的波叫面
19、波。其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。强度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。中传播，合称为体波。体波：体波：面波：面波：R：反射系数由介质：反射系数由介质1入射到分界面时界入射到分界面时界面的反射系数）。面的反射系数）。波阻抗和反射系数波阻抗和反射系数反射波的振幅和入反射波的振幅和入波振幅的关系波振幅的关系反射波的振幅反射波的振幅进行反射波法地震勘探时目前主要利用反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射纵波），习惯上把这种被我们利用
20、的波称为有效波，妨碍记录有效波的其它波都称为为有效波，妨碍记录有效波的其它波都称为干扰波。干扰波。产生反射波条件：分界面两边介质的波产生反射波条件：分界面两边介质的波阻抗不相等。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。第二节第二节 一个界面情一个界面情况下反射波的时距曲线况下反射波的时距曲线 一、时距曲线概念一、时距曲线概念（一时距曲线：（一时距曲线：地震波的旅行时与炮检距之地震波的旅行时与炮检距之 间的关系曲线间的关系曲线称时距曲线。称时距曲线。1.直达波直达波O点炮，在测线接收，在坐标系中，将连起点炮，在测线接收，在坐
21、标系中，将连起来得到一条曲线，形象地表达了直达波到达来得到一条曲线，形象地表达了直达波到达测线上某一观测点时间同，观测点与激发点测线上某一观测点时间同，观测点与激发点之间的距离关系称直达波时距曲线。之间的距离关系称直达波时距曲线。直达波时距曲线方程：直达波时距曲线方程：是一条直线。是一条直线。直达波时距曲线直达波时距曲线介质中某一时刻刚刚开始振动的各点组成的曲面叫波前。把R2界面以上的介质设法用一种均匀的介质代替，并令这种假想的均匀介质的波速取某个值使得R2界面以上的介质简化为均匀介质。v(z)=vo(1+z)中，VO=1880米/秒，=0.地震记录中的每一条曲线就是地震波到达该检波点的振动图
22、。我们以前讨论地震勘探形式是在地面激发，接收排列线也在地面上，记录来自地下的反射波和折射线，叫水平地震勘探，是目前地震勘探中的主要观测方式。折射波时距曲线与同界面反射波时距曲线在始点相切。上面的射线和等时线方程是在v=v(z)得到的。界面倾斜时候，折射波的视速度不在等于界面速度。vertical sersmic profiling把检波器放入井中，在地面激发，即地面距井口一定距离激发。按波在传播过程中质点振动方向区分为v0:是地面z=0处速度值；波由O 入射到A 再反射回S 点所走过的路程就好象由 O*点直接传播到S 点一样。一、地震波在连续介质中传播时的射线和vertical sersmic
23、 profiling把检波器放入井中，在地面激发，即地面距井口一定距离激发。界面以上介质均匀，常数，界面是平面水平或倾斜）在直角三角形ANP中AN=NO+d=2Lsin+d激发点与接收点在同一条直线上，这样的测线称为纵测线。除非特别说明，一般都讨论纵时距曲线。除非特别说明，一般都讨论纵时距曲线。(1)纵测线：纵测线：激发点与接收点在同一条直线上，这样的测激发点与接收点在同一条直线上，这样的测线称为纵测线。用纵测线进行观测得到的时线称为纵测线。用纵测线进行观测得到的时距曲线称为纵时距曲线。距曲线称为纵时距曲线。(2)非纵测线：非纵测线：激发点与接收点不在同一测线上非纵测激发点与接收点不在同一测线
24、上非纵测线线)，用非纵测线进行观测得到的时距曲线，用非纵测线进行观测得到的时距曲线称为非纵时距曲线。称为非纵时距曲线。2.纵测线和非纵测线：纵测线和非纵测线：二、水平界面共炮点反射波时距曲线方程二、水平界面共炮点反射波时距曲线方程 如图：如图：O点激发，在测线点激发，在测线S点接收点接收 ，根据反射定律做出虚震源。根据反射定律做出虚震源。vtOO*ASh0界面界面(t,x)t0波由波由O 入射到入射到A 再反射回再反射回S 点所走过的路点所走过的路程就好象由程就好象由 O*点直接传播到点直接传播到S 点一样。在点一样。在地震勘探中，把这种讨论地震波反射路径地震勘探中，把这种讨论地震波反射路径的
25、简便作图方法称为虚震源原理。的简便作图方法称为虚震源原理。C可写成：可写成：自激自收时间：自激自收时间 三、三、倾斜界面共炮点反射波时距曲线方程倾斜界面共炮点反射波时距曲线方程 倾斜界面反射波时距曲线方程倾斜界面反射波时距曲线方程上倾方向与上倾方向与x正向一致）。正向一致）。如上倾方向与如上倾方向与x正向相反：正向相反：由曲线方程可知：由曲线方程可知：t与与 存在明确的内在存在明确的内在联系。联系。如果通过观测，得到一个界面反射波时距曲如果通过观测，得到一个界面反射波时距曲线，由时距曲线方程给出关系，可求出界面线，由时距曲线方程给出关系，可求出界面深度深度 ，这就是利用反射波发研究地下，这就是
26、利用反射波发研究地下地质构造的基本依据。地质构造的基本依据。四、时距曲线特点四、时距曲线特点 它是一条双曲线，以过虚震源的纵轴为对它是一条双曲线，以过虚震源的纵轴为对称，极小点坐标（称，极小点坐标（），极小点），极小点坐标是相对激发点偏向界面上倾一侧，在极坐标是相对激发点偏向界面上倾一侧，在极小点上，反射波返回地面所需时间最短。小点上，反射波返回地面所需时间最短。界面越深，双曲线越缓炮检距一定时）：界面越深，双曲线越缓炮检距一定时）：炮检距越大，时距曲线斜率越大，其渐炮检距越大，时距曲线斜率越大，其渐近线为直达波时距曲线：近线为直达波时距曲线：五、正常时差五、正常时差(NMO)1.正常时差正常
27、时差(Normal Moveout)定义：定义：界面水平情况下，对界面上某点以炮检距界面水平情况下，对界面上某点以炮检距x x进行进行观测得到的反射波旅时观测得到的反射波旅时txtx同以零炮检距自激自收同以零炮检距自激自收进行观测得到的反射波旅行时进行观测得到的反射波旅行时t0t0之差，这纯粹是之差，这纯粹是因为炮检距不为零引起的时差因为炮检距不为零引起的时差(较准确较准确)。(引起引起)第一定义：第一定义：在水平界面情况下，各观测点相对于爆炸点纯粹是由于炮检距不同而引起的反射波旅时间差。第二定义：第二定义：(引起)2.正常时差的计算：正常时差的计算：六、倾角时差六、倾角时差(DMO)由激发点
28、两侧对称位置观测到的来自同一界面由激发点两侧对称位置观测到的来自同一界面的反射波的时差。（由界面倾角引起的）的反射波的时差。（由界面倾角引起的）1.倾角时差倾角时差 (Dip Moveout)定定义义由倾角时差估算地层倾角 倾角时差公式推导倾角时差公式推导七、动校正七、动校正 动校正：动校正：将反射波旅行时将反射波旅行时,校正到炮检距中点的校正到炮检距中点的自激自收时间自激自收时间 的过程叫动校正的过程叫动校正(将反射将反射波旅行时减去正常时差得到波旅行时减去正常时差得到 处的时间处的时间)。2x1.平界面平界面:动校正量计算：动校正量计算：2、倾斜界面、倾斜界面:与水平界面动校正量近似相等。
29、与水平界面动校正量近似相等。第三节第三节 地震折射波运动学地震折射波运动学 一、视速度一、视速度 在地震勘探中沿测线观测时，得到的是地震在地震勘探中沿测线观测时，得到的是地震波的视速度而不是真速度。波的视速度而不是真速度。在讨论折射波运动学之前，先补一些关于视在讨论折射波运动学之前，先补一些关于视速度内容，如何利用视速度概念来说明地震速度内容，如何利用视速度概念来说明地震波传播的某些特点，即：波出射到地面的射波传播的某些特点，即：波出射到地面的射线的角度、地震剖面同轴形态、波的视速度线的角度、地震剖面同轴形态、波的视速度三者之间关系。三者之间关系。a.射线平行，垂直地面入射射线平行，垂直地面入
30、射，波的同向轴是一条水平直线；波的同向轴是一条水平直线；如图：如图：b.射线平行，射线平行，同向轴，同向轴是一条倾斜直线；是一条倾斜直线；c.波的射出射角变化，不平行，同向轴是波的射出射角变化，不平行，同向轴是一条曲线，一条曲线，逐点变化逐点变化 二、折射波的形成，传播规律二、折射波的形成，传播规律 对于两层介质，如对于两层介质，如 透射波变成透射波变成沿界面以沿界面以 速度传播的滑行波，滑行波的传速度传播的滑行波，滑行波的传播又引起新的效应，在第一种介质中激发小播又引起新的效应，在第一种介质中激发小的波动，即地震折射波。的波动，即地震折射波。存在盲区，盲区是一个圆，半径存在盲区，盲区是一个圆
31、，半径 。在在OA范围内接收不到折射波，折射线相互范围内接收不到折射波，折射线相互平行。平行。传播规律：传播规律：界面下覆地层波速大于所有上覆地层的波界面下覆地层波速大于所有上覆地层的波速，摘实际地层剖面中，往往只有某些层速，摘实际地层剖面中，往往只有某些层能满足这个条件，所以能满足这个条件，所以“折射层数目远折射层数目远远少于远少于“反射层数目。反射层数目。多层介质折射波形成条件：多层介质折射波形成条件：如果地层剖面中有速度很高的厚层存在，如果地层剖面中有速度很高的厚层存在，就不能用折射波法研究更深处的速度比它就不能用折射波法研究更深处的速度比它低的地层，这种现象叫屏蔽效应。如高速低的地层，
32、这种现象叫屏蔽效应。如高速层厚度小于地震波波长，实际上并不发生层厚度小于地震波波长，实际上并不发生屏蔽用。屏蔽用。折射波只在盲区以外才能观测到，当界面折射波只在盲区以外才能观测到，当界面很深，盲区很大，要在离开激发点足够远很深，盲区很大，要在离开激发点足够远处才能接收到折射波。这是折射波法缺点处才能接收到折射波。这是折射波法缺点之一。之一。一般用浅层折射法测量低速带厚度和速度。一般用浅层折射法测量低速带厚度和速度。三、一个水平界面情况下折射波时距曲线三、一个水平界面情况下折射波时距曲线 如图如图所需时间：所需时间：两层水平介质两层水平介质 ，O点激发，点激发，由折射波传播特点，折射波从由折射波
33、传播特点，折射波从 开始收到，开始收到，为折射波时距曲为折射波时距曲线的起始点。线的起始点。O点激发，点激发，S点接收，折射波所走路径：点接收，折射波所走路径：令令 那那么么 水平界面折射波时距曲线方程水平界面折射波时距曲线方程 当当 x=0时时 习惯上习惯上：与时间轴相交差时，折射波时距：与时间轴相交差时，折射波时距曲线延长后与时间轴交点。曲线延长后与时间轴交点。曲线特点：曲线特点：是一条直线；是一条直线；(1)起始坐标（起始坐标（）时距曲线斜率时距曲线斜率 是高速层速度的倒数。是高速层速度的倒数。(2)视速度视速度:折射波视速度为波在第二种介折射波视速度为波在第二种介质中传播的速度质中传播
34、的速度界面速度。界面速度。推出均匀介质水平界面下，折射波的视速推出均匀介质水平界面下，折射波的视速度是不变的。度是不变的。斜率越大，曲线越平缓。越大，曲线越平缓。在折射波时距曲线在折射波时距曲线的起始点，同一界面的的起始点，同一界面的反射波时距曲线和折射反射波时距曲线和折射波时距曲线有相同的时波时距曲线有相同的时间和视速度，因此，这间和视速度，因此，这两条时距曲线在该点相两条时距曲线在该点相切。切。四、水平层状介质的折射波时距曲线四、水平层状介质的折射波时距曲线 图图途径：途径：3层水平层状介质层水平层状介质,O点激发，点激发，P点接点接收收由折射定律：由折射定律：不是不是R1界面的临界角，而
35、是能使界面的临界角，而是能使 成为的成为的R2界面的临界角的射线在界面的临界角的射线在R1界面的入射角。界面的入射角。类似可推出层水平界面的折射波时距曲线类似可推出层水平界面的折射波时距曲线方程：方程：由折射波时距曲线可求出由折射波时距曲线可求出 等界面等界面速度和速度和 等量，进而可求出等量，进而可求出 等等折射角的深度，这就是利用折射波法研折射角的深度，这就是利用折射波法研究地下岩层起伏的基本依据，也是浅层究地下岩层起伏的基本依据，也是浅层折射法研究低速带的依据。折射法研究低速带的依据。折射波时距曲线的作用折射波时距曲线的作用五、倾斜界面折射波时距曲线五、倾斜界面折射波时距曲线 界面倾角中
36、，上、下介质波速界面倾角中，上、下介质波速 ，O点激发，折射波到达测线上倾方向和下点激发，折射波到达测线上倾方向和下倾方向的时距曲线方程是不一样的。首先倾方向的时距曲线方程是不一样的。首先求出折射波时距曲线的起点坐标，再求它求出折射波时距曲线的起点坐标，再求它的斜率，可以写出曲线方程。推导过程：的斜率，可以写出曲线方程。推导过程：1.求始点求始点 2.求斜率求斜率 作出虚震源作出虚震源作出作出 OEABFSCh0hdtx倾斜界面折射波时距曲线图倾斜界面折射波时距曲线图倾斜界面折射波时距曲线图倾斜界面折射波时距曲线图由几何关系可以看出：由几何关系可以看出：这就是地层上倾爆炸，下倾接收的折射波时距
37、曲线方程写成,同理可得地同理可得地层层下下倾倾放炮、上放炮、上倾倾接收的折射波接收的折射波时时距曲距曲线线方程方程 （自己证明）只需90时检接收到折射波 上倾方向起始坐标：下倾方向接收时起始坐标：反射波、直达波和折射波时距曲线的关系反射波、直达波和折射波时距曲线的关系（1 1直达波是反射波的渐近线直达波是反射波的渐近线（2 2反射波与折射波在折射波的起始点相切反射波与折射波在折射波的起始点相切（3 3直达波与折射波相交，相交处的时间为超前时直达波与折射波相交，相交处的时间为超前时间间(Direct wave、Reflected wave、refracted wave)Time-distance
38、-curve小结：小结：The End在在 中，中，在在 中，中，再求再求 ：折射波射线在上倾方向的出射角是折射波射线在上倾方向的出射角是 曲线方程：曲线方程：同理下倾接收同理下倾接收 上倾方向：上倾方向：大，时距曲线缓，折射界面变浅。大，时距曲线缓，折射界面变浅。界面倾斜时候，折射波的视速度不在等于界面倾斜时候，折射波的视速度不在等于界面速度。界面速度。下倾方向：下倾方向：小，时距曲线陡。小，时距曲线陡。由由 和和 求界面速度求界面速度 当当 较小时较小时 交叉时，由交叉时，由和和式子可得：式子可得：上倾和下倾方向，曲线交叉时不变，与水上倾和下倾方向，曲线交叉时不变，与水平界面一样。平界面一
39、样。特点：是直线，起点坐标（特点：是直线，起点坐标（）平界面平界面 斜界面，斜界面，较小，较小，折射波时距曲线与同界面反射波时距曲线折射波时距曲线与同界面反射波时距曲线在始点相切。在始点相切。并不是所有的界面都能产生折射波和能在并不是所有的界面都能产生折射波和能在地面接受到折射波。地面接受到折射波。当当 时：时：斜界面相切条件：斜界面相切条件：折射波才能返回地面被接收到折射波才能返回地面被接收到界面下倾方向折射波的射线与地面平行或折界面下倾方向折射波的射线与地面平行或折向水平线的下方，不能返回地面，而沿界面向水平线的下方，不能返回地面，而沿界面上倾方向一边，则由于投射到地面的直达波上倾方向一边
40、，则由于投射到地面的直达波没有可能达到临界角，根本不能产生折射波。没有可能达到临界角，根本不能产生折射波。当当 时：时：可见，界面倾角超出一定限度，就不能进行可见，界面倾角超出一定限度，就不能进行折射波法勘探了。折射波法勘探了。第四节第四节 多层水平反射波时距曲线多层水平反射波时距曲线 一、思绪一、思绪 一个水平分界面，均匀介质一个水平分界面，均匀介质 ，在，在实际地层剖面中是有许多分界面的，而且实际地层剖面中是有许多分界面的，而且某个分界面以上也不可能真正均匀，在地某个分界面以上也不可能真正均匀，在地震勘探中，对地下复杂的地层剖面，根据震勘探中，对地下复杂的地层剖面，根据对问题研究的深入程度
41、，对成果精度要求对问题研究的深入程度，对成果精度要求等因素，建立了多种地层介质结构模型。等因素，建立了多种地层介质结构模型。主要有：主要有：均匀介质、层状介质、连续介质均匀介质、层状介质、连续介质均匀介质：均匀介质：界面以上介质均匀，常数，界面是平面水平或倾斜）界面以上介质均匀，常数，界面是平面水平或倾斜）地面RV1V2RV1V2地面层状介质：层状介质：认为地层剖面是层状结构，在每一层内速度是认为地层剖面是层状结构，在每一层内速度是均匀的，层与层之间速度不相同，分界面可以均匀的，层与层之间速度不相同，分界面可以是倾斜的，也可以是水平的水平层状介质），是倾斜的，也可以是水平的水平层状介质），在沉
42、积岩地区，当地下结构比较简单时，把地在沉积岩地区，当地下结构比较简单时，把地层剖面看成层状介质是比较合理的。层剖面看成层状介质是比较合理的。地面 v1v2v3v4界面界面R两侧介质两侧介质1与介质与介质2速度不相等，有速度不相等，有突变，界面突变，界面R上覆地层波速不是常数，而上覆地层波速不是常数，而是连续变化的，最常见是是连续变化的，最常见是 ,是深度是深度z的函的函数：数：连续介质：连续介质：介质介质V2=KRZXO思绪：思绪：把把R2界面以上的介质设法用一种均匀的介质界面以上的介质设法用一种均匀的介质代替，并令这种假想的均匀介质的波速取某代替，并令这种假想的均匀介质的波速取某个值使得个值
43、使得R2界面以上的介质简化为均匀介质。界面以上的介质简化为均匀介质。R1R2R3R4这一节主要讲水平层状介质，它是一个很重要的对这一节主要讲水平层状介质，它是一个很重要的对实际地层剖面进行简化的模型。实际地层剖面进行简化的模型。同样，可以把同样，可以把R3，R4以上的以上的3层，层，4层介质层介质用具有某种速度的假想的均匀介质来代替。用具有某种速度的假想的均匀介质来代替。把多层介质把多层介质 转化为均匀介质。关于一个分转化为均匀介质。关于一个分界面的理论可以应用了。界面的理论可以应用了。水平层状介质情况下各个界面的反射波特征水平层状介质情况下各个界面的反射波特征曲线还是不是双曲线？如不是双曲线
44、。在什曲线还是不是双曲线？如不是双曲线。在什么条件下可近似看成双曲线，把层状介质么条件下可近似看成双曲线，把层状介质 转化为均匀介质时，那种转化为均匀介质时，那种“假想的均匀介假想的均匀介质的速度怎么取？质的速度怎么取？本节主要讨论本节主要讨论视速度定义，计算方法，与时距曲线关系；NP=NO-PO=2LCOS-Z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，即描述振动过程中某一时刻各质点偏离平衡位置的曲线。等时线方程在XZ平面内就是以t为参数的等时线应满足的函数关系 x=g(z,t)过了一段时间，到了t0 （t0 t0），地震测井和垂直地震剖面vsp.由这一基本思路，把连续
45、介质简化为许多厚度为Z的水平落层。对于n层水平层状介质：以t轴为对称，x=0处有极小值。(引起)R3界面以一的介质看成速度为Vav，3的均匀介质这就是地层上倾爆炸，下倾接收的折射波时距曲线方程写成四、地震勘探中的常见波V1=1500m/s上式表明：沿着界面，波在两种介质中传播的视速度是相等的。二、三层水平层状介质反射波特征曲线二、三层水平层状介质反射波特征曲线 不能用虚震源原理推导曲线方程。不能用虚震源原理推导曲线方程。通过具体计算通过具体计算O点激发，点激发，C点接收。点接收。三层介质三层介质V1h1,V2h2。P：射线参数h1计算沿着不同入射角计算沿着不同入射角入射到入射到R1，再透射到，
46、再透射到R2，再反射回地面的各条射线路程。，再反射回地面的各条射线路程。计算出一系列计算出一系列t,x后，就可具体画出后，就可具体画出R2界面上反射波时距曲线了。界面上反射波时距曲线了。计算传播的总时间及相应的激发点与接收点计算传播的总时间及相应的激发点与接收点距离距离。某一射线某一射线OABC 取取=1、,2计算一组计算一组ti,xi）,把一组把一组ti,xi值标出来，值标出来，就得到就得到R2界面的反射波时距曲线。界面的反射波时距曲线。对于对于n层水平层状介质：层水平层状介质：h1v2由由Snell定律：定律：h1v2它不能进一步转化成某种标准的二次曲线方程。它不能进一步转化成某种标准的二
47、次曲线方程。h1v2三、将层状介质简化为均匀介质的思路和办三、将层状介质简化为均匀介质的思路和办法，平均速度的引入法，平均速度的引入如图如图a、b 它们都是它们都是3层水平介质，层水平介质，R2界面总厚度为界面总厚度为h=h1+h2R1R2h1=600mV1=1500m/sh2=1100mV2=2000m/sR1R2h1=800mV1=1500m/sh2=900mV2=2000m/sOOV3V3abR2界面总厚度为界面总厚度为 h=h1+h2=1700(m)地震波垂直旅行时：地震波垂直旅行时：两种地层虽然都是同相同的两种地层虽然都是同相同的v1,v2组成的，但组成的，但两组地层中每层厚度不同，
48、传播情况有差别，两组地层中每层厚度不同，传播情况有差别，这种差别不仅与每一层的速度有关，还与各这种差别不仅与每一层的速度有关，还与各种的厚度有关。种的厚度有关。引入引入“平均速度比较合适地反映波在一组层状介平均速度比较合适地反映波在一组层状介质中传播的快慢。质中传播的快慢。3层：层：Vav,b=1730(m/s)定义：地震波垂直入射到某一界面的总厚定义：地震波垂直入射到某一界面的总厚度与总时间之比。度与总时间之比。Vav,a=1790(m/s)平均速度平均速度(Vav)R1R2h1=600mV1=1500m/sh2=1100mV2=2000m/sR1R2h1=800mV1=1500m/sh2=
49、900mV2=2000m/sOOV3V3推导假想均匀介质波速：从推导假想均匀介质波速：从“使地震波在总使地震波在总厚度与层状介质相等的假想均匀介质中传播厚度与层状介质相等的假想均匀介质中传播时，时，to保持不变的准则出发。保持不变的准则出发。假想均匀介质：假想均匀介质：层状介质：层状介质：由由 由这样准则导出的假想均匀介质的波速，由这样准则导出的假想均匀介质的波速，也就是层状介质的平均速度。也就是层状介质的平均速度。对于对于n层水平层状介质层水平层状介质 引入平均速度是对介质结构的一种简化。引入平均速度是对介质结构的一种简化。R3界面以一的介质看成速度为界面以一的介质看成速度为Vav，3的均匀
50、介质的均匀介质R2界面以一的介质看成速度为界面以一的介质看成速度为Vav，2的均匀介质的均匀介质四、两种情况下反射波时距曲线比较四、两种情况下反射波时距曲线比较 如图：如图：2、随着远离激发点，两曲线明显分开，三、随着远离激发点，两曲线明显分开，三 层介质的时距曲线在下方。表明波在层状层介质的时距曲线在下方。表明波在层状介质中传播时真实速度大于平均速度。介质中传播时真实速度大于平均速度。一条是实际一条是实际3 层水平层状介质，一条是用层水平层状介质，一条是用Vav代替后的曲线，（把代替后的曲线，（把R2以上的介质转换成速度为以上的介质转换成速度为Vav12的均匀介质后）的均匀介质后）看到：看到