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1、浅层地震勘探折射波Seismic WavesBodySurfacePSLoveRayleigh 纵波：质点振动方向与波传播方向相同；纵波：质点振动方向与波传播方向相同；横波：质点振动方向与波传播方向垂直横波：质点振动方向与波传播方向垂直;瑞利波：沿自由表面瑞利波：沿自由表面 (介质与大气层的界面介质与大气层的界面 )传传播的波；播的波；勒夫波：在低速岩层覆盖于高速岩层的情况下，勒夫波：在低速岩层覆盖于高速岩层的情况下，沿两岩层界面传播的波。沿两岩层界面传播的波。地震波的反射、透射和折射地震波的反射、透射和折射折射波法折射波法地震折射波法（地震折射波法（Refraction survey）是利用
2、折射）是利用折射波进行地质勘探的方法。波进行地质勘探的方法。折射波法常用来探测折射波法常用来探测低速覆盖层的厚度低速覆盖层的厚度、基岩起基岩起伏伏、断层和古河道的分布等地质问题。、断层和古河道的分布等地质问题。地震折射波：地震折射波：o在界面以上为低速介质、界面以下为高速介质的情况在界面以上为低速介质、界面以下为高速介质的情况下，当地震波以临界角方向入射到界面上时，透射波下，当地震波以临界角方向入射到界面上时，透射波在下层高速介质中沿界面传播的滑行波，由于滑行波在下层高速介质中沿界面传播的滑行波，由于滑行波的存在，在上层介质中产生地震折射波，折射波的传的存在，在上层介质中产生地震折射波，折射波
3、的传播方向与临界入射的反射波方向一致。播方向与临界入射的反射波方向一致。折射波传播的规律和特点折射波传播的规律和特点 OENA入射线入射线折射线折射线hV1V2 V1N波前波前ECBV2R1R1R2 折射波射线到地面的出射角等于临界角，因而折射波射线到地面的出射角等于临界角，因而折射波的射线是折射波的射线是平行的平行的。第一条折射波射线与临界点处的反射波射线重合。第一条折射波射线与临界点处的反射波射线重合。折射波传播的规律和特点折射波传播的规律和特点 在入射角小于临界角时不存在折射波，即在在入射角小于临界角时不存在折射波，即在OA范围内接收范围内接收不到折射波，这个范围称为折射波的不到折射波，
4、这个范围称为折射波的“盲区盲区”，盲区半径为：，盲区半径为：通常意义下的反射仍存在，但当入射角大于临界角时，称为通常意义下的反射仍存在，但当入射角大于临界角时，称为临界外反射，此时的反射系数较为复杂。临界外反射，此时的反射系数较为复杂。当存在多组地层时，由于当存在多组地层时，由于 则有则有 ，因而，因而该层速度大于其上所有各层速该层速度大于其上所有各层速度的地层度的地层顶面才能形成折射波。顶面才能形成折射波。“高速层的屏蔽效应高速层的屏蔽效应”“折射层折射层”数目少于数目少于“反射层反射层”折射地震波时距曲线折射地震波时距曲线(A)水平两层介质水平两层介质利用直达波时距曲线，求出V1，利用折射
5、波时距曲线求出V2和ti，就可以求出界面深度。(1)(1)当当x=0 x=0时，时，为折射波延长后与时间轴的为折射波延长后与时间轴的交点，称为交点，称为交叉时交叉时。(2)(2)折射波起点坐标：折射波起点坐标：(3)(3)界面越深，盲区越大界面越深，盲区越大(4)(4)在在M1M1点，反射波与折射波点，反射波与折射波 到达时间相同，视速度相同，到达时间相同，视速度相同，因而两条时距曲线相切。因而两条时距曲线相切。在盲区半径以外，折射波旅行时间小于反在盲区半径以外，折射波旅行时间小于反射波时间，折射波先到射波时间，折射波先到。(5)(5)视速度为视速度为V V2 2，斜率的倒数，斜率的倒数折射波
6、时距曲线特点折射波时距曲线特点直达波直达波TDCTDC是反射波是反射波TDCTDC的渐近线的渐近线反射波反射波TDCTDC与折射波与折射波TDCTDC相切相切直达波直达波TDCTDC与折射波与折射波TDCTDC相交相交反射波、直达波和折射波的关系反射波、直达波和折射波的关系O1、O2激发，激发，O1 O2之间接收之间接收14倾斜界面的折射波时距曲线倾斜界面的折射波时距曲线下倾下倾（O1激发，激发，O2接收）接收的折射波时距曲线接收）接收的折射波时距曲线：上倾上倾接收（接收（O2激发，激发，O1接收）的折射波时距曲线：接收）的折射波时距曲线：上倾方向：上倾方向：倾斜界面的折射波时距曲线倾斜界面的
7、折射波时距曲线视速度下倾方向：下倾方向：倾斜界面的折射波时距曲线倾斜界面的折射波时距曲线（1）上、下倾方向的斜率(视速度)不同，分别为：（2）两种情况下交叉时相等，与水平界面交叉时相等，小于反射波t0时间（3）界面倾斜时，折射波视速度不等于界面速度；（4）界面倾斜时，上下倾方向的盲区大小不同，下倾接收盲区大（5）上倾方向接收，折射波射线与地面法线夹角为：）上倾方向接收，折射波射线与地面法线夹角为：，o如果如果 ，折射波视速度为：，折射波视速度为：o如果如果 ，折射波视速度趋近于无限大；，折射波视速度趋近于无限大；o如果如果 ，视速度为负，时距曲线倒转，折射，视速度为负，时距曲线倒转，折射波先到
8、达离激发点较远的接收点，而较近处折射波反波先到达离激发点较远的接收点，而较近处折射波反而到达得较晚；而到达得较晚；o如果如果 ，入射角总是小于临界角，入射角总是小于临界角，无法形成折射波。无法形成折射波。（6）下倾方向接收，折射波射线与地面法线夹角为：下倾方向接收，折射波射线与地面法线夹角为：o如果如果 ，折射波可以返回到测线，折射波可以返回到测线，但是由于射线与地面法线夹角增大，视速度偏低；但是由于射线与地面法线夹角增大，视速度偏低；o如果如果 ，折射波将无法返回测线，折射波将无法返回测线，此时盲区无限大。此时盲区无限大。o所以，当所以，当 ，不论上倾还是下倾均接，不论上倾还是下倾均接受不到
9、折射波。受不到折射波。倾斜界面的折射波时距曲线倾斜界面的折射波时距曲线折射界面倾斜的情况下，折射界面倾斜的情况下，O1、O2两点分别激发，两点分别激发，在中间接收，时距曲线在中间接收，时距曲线方程分别为：方程分别为：v2=3000m/sv1=2000m/sO1O2h1h2txx1x2倾斜界面的折射波时距曲线倾斜界面的折射波时距曲线两条时距曲两条时距曲/直线，上直线，上倾激发的斜率大，视速倾激发的斜率大，视速度较小；下倾激发的斜度较小；下倾激发的斜率小，视速度较大。率小，视速度较大。交叉时不等，但两端点交叉时不等，但两端点上时间相等，满足上时间相等，满足互换互换定理。定理。如果两条时距曲如果两条
10、时距曲/直线直线可以互相交叉，称为可以互相交叉，称为相相遇时距曲线遇时距曲线。v2=3000m/sv1=2000m/sO1O2h1h2txx1x2V1V2V3折射波1折射波2直达波三层水平介质时的折射波时距曲线三层水平介质时的折射波时距曲线M1M2三层介质的折射波时距曲线三层介质的折射波时距曲线初至波与续至波初至波与续至波在地震记录上，传播到在地震记录上，传播到检波点用时最少的波称检波点用时最少的波称为为初至波初至波；其后陆续到；其后陆续到达的其他波被称为达的其他波被称为续至续至波波。最接近震源的检波点，最接近震源的检波点，直达波为初至波，为直直达波为初至波，为直达波的达波的初至区初至区；随偏
11、移；随偏移距增大，初至波变为距增大，初至波变为R R1 1界面的折射波；再向外界面的折射波；再向外又变成又变成R R2 2界面的初至区，界面的初至区，其他波的其他波的续至区续至区。POM2txABM1隐伏层隐伏层的情况的情况折射波法理想的模型是速度递增的剖面。如果剖面存在低折射波法理想的模型是速度递增的剖面。如果剖面存在低速夹层，即速夹层，即v v1 1vv2 2vv3 3，且，且v v1 1vv1基岩面倾角不大时，基岩面倾角不大时，快捷简便，且无，快捷简便，且无需绘制时距曲线需绘制时距曲线在在t0差数时距曲线法，只要差数时距曲线法，只要v1准确，可不进行地形校正，准确，可不进行地形校正，且无
12、论水平界面或曲率不大的弯曲界面，均适用。且无论水平界面或曲率不大的弯曲界面，均适用。3.时间场法绘制折射界面时间场法绘制折射界面波前法波前法绘制等时线绘制等时线适用于规则和不规则的各种界面的条件下，而且对均匀非适用于规则和不规则的各种界面的条件下，而且对均匀非均匀介质都适用，且比较准确均匀介质都适用，且比较准确由于该方法实际上是一种由于该方法实际上是一种“作图法作图法”，要绘制很多等时面，要绘制很多等时面，故工作量比较大，步骤也相对比较繁琐。故工作量比较大，步骤也相对比较繁琐。利用实测曲线，先绘制波在介质中的等时线，进一步作出利用实测曲线，先绘制波在介质中的等时线，进一步作出折射界面并计算出界
13、面速度折射界面并计算出界面速度时间场法的基本原理时间场法的基本原理折射界面折射界面R的上覆介质是的上覆介质是均匀的均匀的，波速为，波速为v1，S1和和S2分别为分别为由由O1和和O2处激发所得到的正反相遇时距曲线。处激发所得到的正反相遇时距曲线。T为为互换时间互换时间，折射界面上任意一点，折射界面上任意一点C将满足：将满足：所以只要分别利用实测得的所以只要分别利用实测得的 S1、S2 曲线，作出各自等时线系曲线，作出各自等时线系统，则折射波等时面时间之统，则折射波等时面时间之和在和在 S1和和S2两组等时线系统两组等时线系统中凡满足上式的交点就是折射界中凡满足上式的交点就是折射界 面上各点的位
14、置。面上各点的位置。等时线的绘制原理等时线的绘制原理等时线的绘制原理如图所示。作等时线的绘制原理如图所示。作S1的等时线系统时，可先的等时线系统时，可先给出等时线的给出等时线的时间差时间差t(t可视可视T而定，一般取而定，一般取4ms)，在，在时间轴上以时间轴上以t为单位分割为单位分割S1时距曲线，然后定出在时距曲线，然后定出在x轴上轴上的对应点的对应点x1，x2，xn。设通过设通过x1点处等时线的时间点处等时线的时间值为值为 ，那么波前到达，那么波前到达x2，x3，xn对应的时间分别为对应的时间分别为 应用惠更斯波前原理，依次应用惠更斯波前原理，依次用用 ，为半径为半径画圆弧，求这些圆弧包络
15、面画圆弧，求这些圆弧包络面即为等时线。即为等时线。绘制等时线绘制等时线作出各个时刻的各条等时线，构成了由点作出各个时刻的各条等时线，构成了由点O1激发而形激发而形成的折射波等时系统。同理，可作出曲线成的折射波等时系统。同理，可作出曲线S2的等时系的等时系统。统。由相遇时距曲线由相遇时距曲线S1和和S2绘制出两组等时系统，它们是绘制出两组等时系统，它们是相交的，从中可以找出满足式界面点条件的两条等时相交的，从中可以找出满足式界面点条件的两条等时线的交点线的交点a，b，c，则，则a，b，c各点的连线就是各点的连线就是所求的折射界面所求的折射界面R。R界面滑行波速度就是界面滑行波速度就是v2,滑行距
16、离为滑行距离为ab,bc,cd,de 等，所以速度是等，所以速度是ab/t bc/t,cd/t具体作图步骤具体作图步骤具体作图步骤如下：具体作图步骤如下：o(1)在时距曲线图中，以等间隔在时距曲线图中，以等间隔t作作x轴的平行组线。轴的平行组线。o(2)作作S1、S2曲线的等时面。曲线的等时面。o(3)勾绘等时界面。勾绘等时界面。o(4)求界面速度。求界面速度。时间场法绘制界面，只需要根据相遇时间场法绘制界面，只需要根据相遇的时距曲线，而无须对界面的性质和的时距曲线，而无须对界面的性质和下层介质速度作任何假设，因此使用下层介质速度作任何假设，因此使用范围较广。范围较广。折射波法总结折射波法总结水平界面折射波时距曲线水平界面折射波时距曲线倾斜界面折射波时距曲线倾斜界面折射波时距曲线多层介质折射波时距曲线多层介质折射波时距曲线观测系统观测系统解释方法解释方法