第一节地震波的基本概念PPT讲稿.ppt

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1、第一节 地震波的基本概念第1页，共34页，编辑于2022年，星期一波动：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。第2页，共34页，编辑于2022年，星期一2.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介质中某一时刻刚刚开始振动的各点组成的面叫波前。的面叫波前。波面：波面：介质中同时开始振动的各质点所组成的

2、曲介质中同时开始振动的各质点所组成的曲面叫波面。面叫波面。第3页，共34页，编辑于2022年，星期一波后：波后：介质中某一时刻刚刚停止振动的各点组成的介质中某一时刻刚刚停止振动的各点组成的面叫波后。面叫波后。如图如图:第4页，共34页，编辑于2022年，星期一在在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。第5页，共34页，编辑于2022年，星期一S:t1 时到波前，波是不时到波前，波是不 断前进的，波前、波尾

3、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。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；第6页，共34页，编辑于2022年，星期一在一定条件下，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“路路径径”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点向别处传播，这样的理想路

4、径就叫通过通过P点的波线，又叫射线。点的波线，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。第7页，共34页，编辑于2022年，星期一振动曲线：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；第8页，共34页，编辑于2022年，星期一为了反应各点的振动之间的关系，把同一时刻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各点的位移画在同一个图上，即描述某一时，即描述某一时刻各质点偏离平衡位置的曲线。刻各质点偏离平衡位置的曲线。波形曲线：波形曲线：第9页

5、，共34页，编辑于2022年，星期一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。如果各点的振动都是谐振动。第10页，共34页，编辑于2022年，星期一对于正弦波介质中各部分振动频率等于波源频率，对于正弦波介质中各部分振动频率等于波源频率，周期周期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在

6、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波长。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（即波速（即波速v）。）。第11页，共34页，编辑于2022年，星期一第12页，共34页，编辑于2022年，星期一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

7、，我们是沿着波的传播方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。向来考虑问题。第13页，共34页，编辑于2022年，星期一如图如图:为沿着测线方向的视波长为沿着测线方向的视波长 第14页，共34页，编辑于2022年，星期一波沿测线方向传播速度波沿测线方向传播速度 第15页，共34页，编辑于2022年，星期一第16页，共34页，编辑于2022年，星期一三、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，会发生反射和透种介质分界面时，会发生反射和透射。射。第17页，共34页，编辑于2022年，星期一第二种介质第二种介质（波阻抗）（

8、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 第18页，共34页，编辑于2022年，星期一2.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界所确定的平面垂直分界面叫入射面。面叫入射面。反射定律：反射定律：反射线位于入射面内，反射角等反射线位于入射面内，反射角等于入射角，于入射角，第19页，共34页，编辑于2022年，星期一透射定律：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：第20页，共34页，编辑于2022年，星期一表示：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

9、介质中传播的视速度是相等的。度是相等的。全反射全反射:第21页，共34页，编辑于2022年，星期一当当 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 第22页，共34页，编辑于2022年，星期一对于水平层状介质，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：第23页，共34页，编辑于2022年，星期一表示入射波为纵波，入射角

10、为表示入射波为纵波，入射角为 ，各层纵，各层纵横波的反射角和透射角分别用横波的反射角和透射角分别用 表示，表示，则：则：P：射线系数第24页，共34页，编辑于2022年，星期一3、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。第25页，共34页，编辑于2022年，星期一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

11、点处的波速传播的。利用惠更斯原理导出反射定律。的。利用惠更斯原理导出反射定律。4、惠更斯（惠更斯（Huyaens)原理：原理：第26页，共34页，编辑于2022年，星期一5、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来影响第一种介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新的波，这种质，并在第一种介质中激发新的波，这种由滑行波引起的波，在地震勘探中叫由滑行波引起的波

12、，在地震勘探中叫“折折射波射波”。第27页，共34页，编辑于2022年，星期一四、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，一声炮响之后会在地震勘探中用炸药激发时，一

13、声炮响之后会产生各种各样的地震波。产生各种各样的地震波。第28页，共34页，编辑于2022年，星期一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，以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，也会产生使质点沿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，即形成横波。着与波传播方向相垂直的振动，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

14、，折射波，透射波。第29页，共34页，编辑于2022年，星期一第30页，共34页，编辑于2022年，星期一直达波：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达接收点的波叫直达波。一个纵波入射到反射面时面时，即产生反射纵波和反射横波，也产生透，即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射纵波和透射横波。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波或透射波称为同类波。改变了类型的反射波或透射波称为转换波。入射角不大，转换波很或透射波称为转换波。入射角不大，转换波

15、很小，垂直入射不产生转换波。小，垂直入射不产生转换波。第31页，共34页，编辑于2022年，星期一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：第32页，共34页，编辑于2022年，星期一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）。第33页，共34页，编辑于2022年，星期一进行反射波法地震勘探时（目前主要利用反射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纵波），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。效波，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，速度界面不一定是波阻抗界面才是反射界面，速度界面不一定是反射界面。反射界面。第34页，共34页，编辑于2022年，星期一