地震波动力学 优秀PPT.ppt

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1、地震波动力学 第1页，本讲稿共110页一、弹性介质一、弹性介质 讨讨讨讨论论论论地地地地震震震震波波波波的的的的传传传传播播播播问问问问题题题题时时时时，须须须须应应应应用用用用弹弹弹弹性性性性力力力力学学学学的的的的原原原原理理理理，和和和和地地地地球介质球介质球介质球介质均匀连续、各向同性、完全弹性假设均匀连续、各向同性、完全弹性假设均匀连续、各向同性、完全弹性假设均匀连续、各向同性、完全弹性假设。之之之之所所所所以以以以应应应应用用用用弹弹弹弹性性性性力力力力学学学学原原原原理理理理，是是是是因因因因为为为为地地地地震震震震方方方方法法法法的的的的基基基基础础础础是是是是地地地地震震震震

2、波波波波在在在在岩岩岩岩石石石石中中中中的的的的传传传传播播播播规规规规律律律律，而而而而岩岩岩岩石石石石的的的的弹弹弹弹性性性性性性性性质质质质决决决决定定定定了了了了地地地地震震震震波波波波的的的的传播规律。传播规律。传播规律。传播规律。之之之之所所所所以以以以采采采采用用用用介介介介质质质质均均均均匀匀匀匀连连连连续续续续、各各各各向向向向同同同同性性性性和和和和完完完完全全全全弹弹弹弹性性性性假假假假设设设设，是是是是因因因因为为为为这这这这种种种种假假假假定定定定可可可可使使使使分分分分析析析析大大大大大大大大简简简简化化化化（分分分分析析析析的的的的简简简简化化化化性性性性），并并

3、并并且且且且在在在在多多多多数数数数情情情情况况况况下下下下应应应应用用用用这这这这种种种种假假假假设设设设可可可可得得得得到到到到与与与与观观观观察察察察结结结结果果果果颇颇颇颇为为为为符符符符合合合合的的的的结结结结果果果果（结果的合理性结果的合理性结果的合理性结果的合理性）。）。）。）。第2页，本讲稿共110页假设的合理性：假设的合理性：假设的合理性：假设的合理性：均均均均匀匀匀匀连连连连续续续续假假假假设设设设：在在在在同同同同一一一一地地地地层层层层中中中中，由由由由于于于于地地地地震震震震波波波波的的的的波波波波长长长长一一一一般般般般大大大大于于于于数数数数百百百百米米米米至至至

4、至数数数数公公公公里里里里，岩岩岩岩石石石石的的的的不不不不均均均均匀匀匀匀性性性性对对对对地地地地震震震震波波波波的的的的传传传传播播播播不不不不起作用。起作用。起作用。起作用。各各各各向向向向同同同同性性性性假假假假设设设设：取取取取向向向向杂杂杂杂乱乱乱乱无无无无章章章章的的的的晶晶晶晶体体体体的的的的线线线线度度度度远远远远较较较较地地地地震震震震波波波波波波波波长长长长小小小小，在在在在地地地地震震震震波波波波波波波波长长长长长长长长度度度度内内内内，可可可可将将将将地地地地球球球球介介介介质质质质看看看看作作作作为为为为各各各各向同性。向同性。向同性。向同性。完完完完全全全全弹弹弹

5、弹性性性性假假假假设设设设：除除除除震震震震源源源源外外外外，介介介介质质质质所所所所受受受受的的的的力力力力一一一一般般般般都都都都是是是是很很很很小小小小的的的的，而而而而且且且且延延延延续续续续时时时时间间间间很很很很短短短短，因因因因此此此此可可可可将将将将地地地地球球球球介介介介质质质质当当当当作作作作完完完完全全全全弹弹弹弹性体。性体。性体。性体。第3页，本讲稿共110页二、应力、应变与弹性参数二、应力、应变与弹性参数应力：是面力，与作用点的位置和面的方向有关。应力：是面力，与作用点的位置和面的方向有关。应力：是面力，与作用点的位置和面的方向有关。应力：是面力，与作用点的位置和面的

6、方向有关。应应应应变变变变：是是是是应应应应力力力力所所所所引引引引起起起起物物物物体体体体形形形形变变变变的的的的一一一一种种种种量量量量度度度度，由由由由相相相相邻邻邻邻质质质质点点点点的的的的相相相相互作用而产生互作用而产生互作用而产生互作用而产生。应力（变）线应力（变）体应力（变）切应力（变）第4页，本讲稿共110页第5页，本讲稿共110页第6页，本讲稿共110页第7页，本讲稿共110页三、振动与波动的关系三、振动与波动的关系 1 1弹性振动和弹性波弹性振动和弹性波 弹弹性性体体在在外外力力的的作作用用下下，其其介介质质内内质质点点会会离离开开平平衡衡位位置置发发生生位位移移而而产产生

7、生形形变变，当当外外力力解解除除以以后后，产产生生位位移移的的质质点点在在应应力力的的作作用用下下都都有有一一个个恢恢复复到到原原始始平平衡衡位位置置的的过过程程，但但是是由由于于惯惯性性力力的的作作用用，运运动动的的质质点点不不可可能能立立刻刻停停止止在在原原来来的的位位置置上上，而而是是向向平平衡衡位位置置另另一一方方向向移移动动，于于是是又又产产生生新新的的应应力力，使使质质点点再再向向原原始始的的平平衡衡位位置置移移动动，这这样样应应力力和和惯惯性性力力不不断断作作用用的的结结果果，使使质质点点围围绕绕其其原原来来的的平平衡衡位位置置发发生生振振动动。这这和和弹弹簧簧及及琴弦的振动过程

8、十分相似，称之为琴弦的振动过程十分相似，称之为弹性振动弹性振动。第8页，本讲稿共110页 广义振动：广义振动：任一物理量在某一数值附近作周期性变化任一物理量在某一数值附近作周期性变化时，称该物理量在作振动。时，称该物理量在作振动。振振动动t tu uT空气中空气中空气中空气中第9页，本讲稿共110页 波波的的严严格格定定义义不不是是一一句句话话所所能能说说得得清清楚楚的的。但但一一般般而而论论，可可以以认认为为波波就就是是振振动动的的传播过程传播过程。物物体体内内的的各各部部分分之之间间是是相相互互联联系系着着的的。当当一一部部分分弹弹性性介介质质由由于于某某种种原原因因产产生生振振动动时时，

9、这这种种振振动动在在弹弹性性介介质质中中不不断断地地传传播播和和扩扩大大，便便形形成成了了以以激激发发点点为为中中心心，以以一一定定速速度度传传播播开去的开去的弹性波弹性波。第10页，本讲稿共110页t=00481620 12 t=T/4 t=T/2 t=T t=3T/4 波波波波动动动动形形形形成成成成过过过过程程程程xu初始时刻，所有的点都在平衡位置初始时刻，所有的点都在平衡位置初始时刻，所有的点都在平衡位置初始时刻，所有的点都在平衡位置随随随随后后后后，第第第第一一一一个个个个点点点点开开开开始始始始振振振振动动动动，并并并并带带带带动动动动其其其其邻邻邻邻近近近近的的的的点点点点振振振

10、振动动动动。T/4T/4后后后后，第第第第一一一一个个个个点点点点到到到到达达达达正正正正向向向向最最最最大位移，同时大位移，同时大位移，同时大位移，同时T/4VT/4V远处的质点刚要开始振动远处的质点刚要开始振动远处的质点刚要开始振动远处的质点刚要开始振动波形图（波剖面）波形图（波剖面）波形图（波剖面）波形图（波剖面）T/2T/2后，第一个点正向回归平衡位置，同时后，第一个点正向回归平衡位置，同时后，第一个点正向回归平衡位置，同时后，第一个点正向回归平衡位置，同时T/2VT/2V远处的质点刚要开始振动远处的质点刚要开始振动远处的质点刚要开始振动远处的质点刚要开始振动3T/43T/4后，第一个

11、点到达反向最大位移，同时后，第一个点到达反向最大位移，同时后，第一个点到达反向最大位移，同时后，第一个点到达反向最大位移，同时3T/4V3T/4V远处的质点刚要开始振动远处的质点刚要开始振动远处的质点刚要开始振动远处的质点刚要开始振动T T后，第一个点反向回归平衡位置，同时后，第一个点反向回归平衡位置，同时后，第一个点反向回归平衡位置，同时后，第一个点反向回归平衡位置，同时TVTV远处的质点刚要开始振动远处的质点刚要开始振动远处的质点刚要开始振动远处的质点刚要开始振动弹性介质中弹性介质中弹性介质中弹性介质中第11页，本讲稿共110页 2、振动与波动的关系、振动与波动的关系（1 1）波动振动形式

12、在介质中的传播）波动振动形式在介质中的传播（2 2）波动振动能量在介质中的传播）波动振动能量在介质中的传播（3 3）波动振动相位在介质中的传播）波动振动相位在介质中的传播 把把介介质质中中的的无无限限多多个个点点当当作作一一个个整整体体来来看看，它的运动就是波动。它的运动就是波动。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第12页，本讲稿共110页波动是一种不断变化、不断推移的运动过程。波动是一种不断变化、不断推移的运动过程。波动是一种不断变化、不断推移的运动过程。波动是一种不断变化、不断推移的运动过程。pp介介介介质质质质中中中中有有有有无无无无数数数数个个个个

13、点点点点，在在在在波波波波的的的的传传传传播播播播过过过过程程程程中中中中，“上上上上游游游游”的的的的质质质质点点点点依依依依次次次次带带带带动动动动“下下下下游游游游”的的的的质质质质点点点点振振振振动动动动。每每每每个个个个点点点点都都都都会会会会或或或或早早早早或或或或晚地受到牵动而振动起来（在能量耗尽之前）。晚地受到牵动而振动起来（在能量耗尽之前）。晚地受到牵动而振动起来（在能量耗尽之前）。晚地受到牵动而振动起来（在能量耗尽之前）。pp质质质质点点点点并并并并未未未未“随随随随波波波波逐逐逐逐流流流流”,波波波波的的的的传传传传播播播播不不不不是是是是介介介介质质质质质质质质点点点点

14、的的的的传传传传播播播播。单单单单独独独独考考考考虑虑虑虑每每每每一一一一个个个个点点点点，它它它它的的的的运运运运动动动动只只只只是是是是在在在在平平平平衡衡衡衡位位位位置置置置附附附附近近近近进行振动（能量耗尽之后则停止振动）。进行振动（能量耗尽之后则停止振动）。进行振动（能量耗尽之后则停止振动）。进行振动（能量耗尽之后则停止振动）。pp 某某某某时时时时刻刻刻刻某某某某质质质质点点点点的的的的振振振振动动动动状状状状态态态态将将将将在在在在较较较较晚晚晚晚时时时时刻刻刻刻于于于于“下下下下游游游游”某处出现某处出现某处出现某处出现-波是振动状态的传播。波是振动状态的传播。波是振动状态的传

15、播。波是振动状态的传播。波动振动形式在介质中的传播波动振动形式在介质中的传播第13页，本讲稿共110页 和和任任何何一一种种振振动动相相联联系系的的是是一一定定形形态态的振动能量。的振动能量。既既然然波波动动就就是是振振动动在在介介质质中中的的传传播播过过程程，那那么么伴伴随随着着振振动动的的传传播播，当当然然也也就有能量的传播。就有能量的传播。波动是能量传播的重要方式之一。波动是能量传播的重要方式之一。波动振动能量在介质中的传播波动振动能量在介质中的传播第14页，本讲稿共110页波动振动相位的传播波动振动相位的传播第15页，本讲稿共110页波动是振动在介质中的传播波动是振动在介质中的传播振动

16、是波动的震源振动是波动的震源波动只是质点振动能量的传播波动只是质点振动能量的传播质点本身只在其附近位置振动质点本身只在其附近位置振动第16页，本讲稿共110页振动速度与波动速度振动速度与波动速度v质点在其附近位置振动的速度，称质点在其附近位置振动的速度，称质点在其附近位置振动的速度，称质点在其附近位置振动的速度，称振动速度振动速度振动速度振动速度。vv质质质质点点点点振振振振动动动动能能能能量量量量传传传传播播播播的的的的速速速速度度度度，称称称称为为为为波波波波速速速速（地地地地震震震震波波波波传播速度）。传播速度）。传播速度）。传播速度）。二者不一定相同。二者不一定相同。二者不一定相同。二

17、者不一定相同。第17页，本讲稿共110页振动方向与波动方向振动方向与波动方向不一定相同不一定相同不一定相同不一定相同v如如果果质质点点的的振振动动方方向向与与波波的的传传播播方方向向相相同，则称为同，则称为纵波纵波纵波纵波（弹簧弹簧）。）。）。）。vv如如如如果果果果质质质质点点点点的的的的振振振振动动动动方方方方向向向向与与与与波波波波的的的的传传传传播播播播方方方方向向向向垂垂垂垂直直直直，则称为则称为则称为则称为横波横波横波横波（水波水波水波水波）。）。）。）。第18页，本讲稿共110页2 2地震波的形成地震波的形成 目目前前在在浅浅层层地地震震勘勘探探中中所所采采用用的的震震源源，一一

18、般般多多为为锤锤击击、落落重重等等机机械械震震源源或或炸炸药药爆爆炸炸震震源源，有有时时也也用用电电火火花花等等其其它它形形式式的的震震源源。它它们们均均以以瞬瞬时时脉脉冲冲式式激激发发。实实践践表表明明，不不论论使使用用哪哪种种震震源源，在在激激发发时时，激激振振点点附附近近的的一一定定区区域域内内所所产产生生的的压压强强将将大大大大地地超超过过其其介介质质的的弹弹性性极极限限而而发发生生岩岩土土的的破破裂裂和和挤挤压压形形变变等等，形形成成一一个个塑塑性性和和非非线线性性形形变变带带，再再向向外外其其压压强强不不断断地地减减小小，直直至至其其周周围介质能产生完全的围介质能产生完全的弹性形变

19、弹性形变。第19页，本讲稿共110页 上上述述震震源源点点附附近近的的非非线线性性形形变变区区称称之之为为等等效效空空穴穴，等等效效空空穴穴边边缘缘的的质质点点，在在激激发发脉脉冲冲的的挤挤压压下下，质质点点将将产产生生围围绕绕其其平平衡衡位位置置的的振振动动，形形成成了了初初始始的的地地震震子子波波，这这种种振振动动是是一一种种阻阻尼尼振振动动，在在介介质质中中沿沿射射线线方方向向向向四四面面八八方方传播，形成传播，形成地震波地震波。又又因因为为接接收收和和研研究究地地震震波波传传播播的的空空间间一一般般都都远远离离震震源源点点，其其介介质质受受到到的的力力很很小小，介介质质表表现现为为完完

20、全全弹弹性性的的性性质质，故故又又称称为为地地震震弹弹性波性波。第20页，本讲稿共110页第二节第二节 地震波的描述地震波的描述第21页，本讲稿共110页振动：振动图描述振动：振动图描述单个质点在不同时间偏离平衡位置的状态单个质点在不同时间偏离平衡位置的状态波动：波剖面描述波动：波剖面描述不同质点在同一时间偏离平衡位置的状态不同质点在同一时间偏离平衡位置的状态第22页，本讲稿共110页两振动步调相同两振动步调相同,称称同相同相。两振动步调相反两振动步调相反,称称反相反相。x2Tx0A1-A1A2-A2x1t反相反相tx0A1-A1A2-A2x1x2T同相同相振动图振动图振动录像振动录像波峰波峰

21、波峰波峰波谷波谷波谷波谷周期周期周期周期振幅振幅振幅振幅相位相位相位相位第23页，本讲稿共110页第24页，本讲稿共110页第25页，本讲稿共110页第26页，本讲稿共110页第27页，本讲稿共110页波线、射线、波面、波前、波尾波线、射线、波面、波前、波尾波线波线-波的传播方向称之为波线。也叫射线波的传播方向称之为波线。也叫射线波面波面-某时刻某时刻介质内介质内振动相位相同的点振动相位相同的点组成的面称为波面。组成的面称为波面。波前波前-某时刻处在最前面的波面。即刚刚开始振动的点的连线。某时刻处在最前面的波面。即刚刚开始振动的点的连线。波尾波尾-某时刻处在最后面的波面。即刚刚停止振动的点的连

22、线。某时刻处在最后面的波面。即刚刚停止振动的点的连线。第28页，本讲稿共110页第三节第三节 地震波的类型及其传播特征地震波的类型及其传播特征第29页，本讲稿共110页一、地震波的类型一、地震波的类型第30页，本讲稿共110页平面波平面波球面波球面波柱面波柱面波纵波（纵波（P P波）波）横波（横波（S S波）波）面波（瑞雷波）面波（瑞雷波）不同的角度不同的角度波前的形态波前的形态传播区域传播区域传播区域传播区域体波体波第31页，本讲稿共110页波线波线波面波面波面波面波线波线球面波、平面波在各向同性均匀介质中，波线与波阵面垂直球面波、平面波在各向同性均匀介质中，波线与波阵面垂直.等时面波前面等

23、时面波前面射线和波面的射线和波面的射线和波面的射线和波面的正交关系正交关系正交关系正交关系第32页，本讲稿共110页各向同性各向同性各向同性各向同性均匀介质中均匀介质中均匀介质中均匀介质中t t时刻时刻时刻时刻波波波波 前前前前：刚刚刚刚 刚刚刚刚 开开开开始始始始 振振振振 动动动动的的的的 点点点点 所所所所组组组组 成成成成 的的的的面面面面波波波波 尾尾尾尾：刚刚刚刚 刚刚刚刚 停停停停止止止止 振振振振 动动动动的的的的 点点点点 所所所所组组组组 成成成成 的的的的面面面面阴阴影影区区内内的的质质点点处处于于振振动动状状态态，其其它它区区域域质质点点没没有振动有振动第33页，本讲稿

24、共110页第34页，本讲稿共110页.点源球面波点源球面波线源柱面波线源柱面波面源平面波面源平面波第35页，本讲稿共110页球球球球面面面面纵纵纵纵波波波波传播方向传播方向传播方向传播方向第36页，本讲稿共110页第37页，本讲稿共110页P P波：质点的振动方向波：质点的振动方向波：质点的振动方向波：质点的振动方向与波的传播方向一致与波的传播方向一致与波的传播方向一致与波的传播方向一致SHSH波：质点在包含波的传播方向的水波：质点在包含波的传播方向的水波：质点在包含波的传播方向的水波：质点在包含波的传播方向的水平平面内振动平平面内振动平平面内振动平平面内振动SVSV波：质点在包含波的传播方向

25、的垂直平面内振动波：质点在包含波的传播方向的垂直平面内振动波：质点在包含波的传播方向的垂直平面内振动波：质点在包含波的传播方向的垂直平面内振动第38页，本讲稿共110页传传播播方方向向第39页，本讲稿共110页XOYXOY平面内振动平面内振动平面内振动平面内振动XOZXOZ平面内振动平面内振动平面内振动平面内振动第40页，本讲稿共110页SVSV波波体体波波第41页，本讲稿共110页面波瑞雷波面波瑞雷波质点作逆椭圆运动，椭圆的水平轴和垂质点作逆椭圆运动，椭圆的水平轴和垂质点作逆椭圆运动，椭圆的水平轴和垂质点作逆椭圆运动，椭圆的水平轴和垂直轴的比值约为直轴的比值约为直轴的比值约为直轴的比值约为2

26、 2：3 3能量沿深度方向迅速衰减能量沿深度方向迅速衰减能量沿深度方向迅速衰减能量沿深度方向迅速衰减能能能能量量量量集集集集中中中中在在在在界界界界面面面面附附附附近近近近，并并并并沿界面传播的地震波沿界面传播的地震波沿界面传播的地震波沿界面传播的地震波第42页，本讲稿共110页面波乐夫波面波乐夫波定定定定义义义义：在在层层状状介介质质中中，还还有有一一种种SHSH型型的的横横面面波波，其其质质点点振振动动方方向向与与地地表表平平行行且且垂垂直直于于波波的的传传播播方方向向，称称为为乐乐夫夫面面波波，它具有频散特征。它具有频散特征。形形形形成成成成条条条条件件件件：厚厚度度为为H H的的的的弹

27、弹弹弹性性性性固固固固体体体体层层层层覆覆覆覆盖盖盖盖在在在在弹弹弹弹性性性性半半半半空空空空间间间间之之之之上上上上，固固固固体体体体层层层层中中中中的的的的横横横横波波波波速速速速度度度度小于弹性半空间中的横波速度小于弹性半空间中的横波速度小于弹性半空间中的横波速度小于弹性半空间中的横波速度第43页，本讲稿共110页未受扰动的介质未受扰动的介质未受扰动的介质未受扰动的介质未受扰动的介质未受扰动的介质未受扰动的介质未受扰动的介质第44页，本讲稿共110页二、地震波的频率与振幅二、地震波的频率与振幅第45页，本讲稿共110页正反傅里叶变换正反傅里叶变换第46页，本讲稿共110页第47页，本讲稿

28、共110页第48页，本讲稿共110页主频主频带宽带宽第49页，本讲稿共110页第50页，本讲稿共110页影响地震波振幅的因素影响地震波振幅的因素第51页，本讲稿共110页第52页，本讲稿共110页球球面面扩扩散散第53页，本讲稿共110页吸收衰减吸收衰减第54页，本讲稿共110页 上上式式表表明明，吸吸收收系系数数与与地地震震波波的的频频率率成成正正比比，与与地地层层速速度度和和品品质质因因子子成成反反比比。表表明明介介质质的的Q Q值值越越大大，吸吸收收系系数数越越小小，能量的损耗越小。能量的损耗越小。Q Q值值为为一一无无量量纲纲量量，通通常常被被定定义义为为：在在一一个个周周期期内内(或

29、或一一个个波波长长距距离离内内)，振振动所损耗的能量与总能量之比的倒数。动所损耗的能量与总能量之比的倒数。第55页，本讲稿共110页 在在浅浅层层高高分分辨辨率率地地震震勘勘探探中中，要要求求反反射射波波的的频频率率较较高高，而而地地层层的的速速度度一一般般较较低低，尽尽管管探探测测深深度度较较浅浅，波波的的旅旅行行路路径径较较短短，但但地地层层对对高高频频地地震震波波的的严严重重吸吸收收作用应引起我们的注意。作用应引起我们的注意。地地震震波波的的频频率率越越高高，地地层层的的速速度度越越低低，地地层层的的吸吸收收作作用用就就越越显显著著。而而对对于于较较低低频频率率成成分分的的波波，相相应应

30、吸吸收较少。收较少。第56页，本讲稿共110页 可可见见，激激发发产产生生的的尖尖脉脉冲冲信信号号在在实实际际介介质质中中传传播播时时，由由于于介介质质的的吸吸收收衰衰减减作作用用滤滤去去了了较较高高的的频频率率成成分分而而保保留留较较低低的的频频率率成成分分，岩岩土土介介质质的的这这种种作作用用称称为为大大地地滤滤波波作作用用。高高频频成成分分的的损损失失，改改变变了了脉脉冲冲的的频频谱谱成成分分，使使频频谱谱变变窄窄，因因而而使使激激发发的的短短脉脉冲冲经经大大地地滤滤波波作作用用后后其其延延续续时时间间加加长长，分分辨辨率率降降低低。这这种种经经大大地地滤滤波作用后输出的波称为地震子波。

31、波作用后输出的波称为地震子波。第57页，本讲稿共110页单层透射损失单层透射损失Ri-1Ti-1Ri-1Ti-1第58页，本讲稿共110页 上上式式的的物物理理意意义义是是：如如果果入入射射波波每每透透射射一一个个弹弹性性界界面面，则则必必使使入入射射波波的的振振幅幅乘乘上上一一个个因因子子11R Ri i2 2，这这个个因因子子称称透透射射损损失失因因子子，由由于于该该因因子子总总是是小小于于l l，故故说说明明经经过过一一个个界界面面后后，入入射射波波的的能能量量由由于于透透射射要要损损耗耗一一部部分分。如如果果上上覆覆有有两两个个界界面面，则则应应乘乘上上两两个个界界面面的的透透射射损失

32、因子，如此等等。损失因子，如此等等。第59页，本讲稿共110页多层透射损失多层透射损失第60页，本讲稿共110页四大因素综合作用四大因素综合作用第61页，本讲稿共110页三、地震波的传播速度三、地震波的传播速度第62页，本讲稿共110页Vp=Vs=00.10.20.250.30.40.51.411.501.631.731.872.45纵横波速度比与泊松比的关系纵横波速度比与泊松比的关系第63页，本讲稿共110页第64页，本讲稿共110页四、地震波的传播原理四、地震波的传播原理第65页，本讲稿共110页惠更斯原理惠更斯原理费马原理费马原理视速度原理视速度原理互换原理互换原理斯奈尔定律斯奈尔定律叠

33、加原理叠加原理第66页，本讲稿共110页互换原理互换原理 在在介介质质中中的的a点点施施加加一一个个力力，该该力力引引起起另另一一点点b的的瞬瞬时时位位移移；相相反反，若若在在b点点施施加加一一个个力力，则则在在a点点也也会会引引起同样的瞬时位移。起同样的瞬时位移。震震源源和和检检波波器器的的位位置置可可以以相相互互交交换换，在在这这种种情情况下，同一波的射线路径不变。况下，同一波的射线路径不变。第67页，本讲稿共110页叠加原理叠加原理 若若有有几几个个波波源源产产生生的的波波在在同同一一介介质质中中传传播播，且且这这几几个个波波在在空空间间某某点点相相遇遇，那那么么相相遇遇处处质质点点的的

34、振振动动是是各各个个波波所所引引起起的的分分振振动动的的合合成成，介介质质中中的的某某质质点点在在任任一一时时刻刻的的位位移移便便是是各各个个波波在在该该点点所所引引起起的的分分矢矢量的和。量的和。第68页，本讲稿共110页惠更斯原理惠更斯原理第69页，本讲稿共110页费马原理费马原理（射线原理）（射线原理）（最小时间原理）（最小时间原理）它它给给出出地地震震波波总总是是沿沿地地震震射射线线传传播播，以以保保证证波波到到达达某某点点时时所所用用的的旅旅行行时时间间最少。最少。第70页，本讲稿共110页视速度和视速度定理视速度和视速度定理第71页，本讲稿共110页视速度：沿观测方向看起来的速度视

35、速度：沿观测方向看起来的速度真速度真速度真速度真速度视速度视速度视速度视速度因为因为因为因为所以所以所以所以视速度定理视速度定理第72页，本讲稿共110页第73页，本讲稿共110页五、地震勘探的分辨率五、地震勘探的分辨率横向分辨率横向分辨率垂向分辨率垂向分辨率第74页，本讲稿共110页第75页，本讲稿共110页 从从O O点点发发出出一一球球面面波波，波波前前到到达达界界面面上上时时形形成成绕绕射射，考考虑虑到到所所有有绕绕射射对对O O点点的的贡贡献献，要要使使得得所所有有绕绕射射叠叠加加后后产产生生相相长长干干涉涉，其其绕绕射射波波时时差差必必须须在在二二分分之之一一周周期期范范围围内内，

36、否否则则产产生生相相消消干干涉涉。此此时时，绕绕射射源源发发出出的的能能量量主主要要集集中中在在界界面面上上以半径以半径r r为圆的圆周带内为圆的圆周带内(即第一菲涅尔带内即第一菲涅尔带内)。广广义义绕绕射射理理论论说说明明，地地面面上上某某点点O(O(白白激激自自收收点点)的的能能量量都都是是地地下下界界面面上上每每一一绕绕射射点点对对它它“贡贡献献”的的结结果果，问问题题是是每每一一个个点点的的“贡贡献献”都都是是等等量量的的吗吗?理理论论和和实实践践证证明明它它们们不不是是等等量量的的并并且且有有一一个个确确定定的的范范围围。分分析析认认为为在在地地面面o o点点观观测测到到的的波波的的

37、能能量量主主要要是是由由该该范范围围内内的的绕绕射射点点形形成成的的绕绕射射波波对对该该观观测测点点的的“贡贡献献”。这这个个带带我我们们称称为为菲菲涅涅尔尔带。带。第76页，本讲稿共110页对于浅层而言，地震波主频较高对于浅层而言，地震波主频较高第77页，本讲稿共110页第78页，本讲稿共110页第79页，本讲稿共110页若来自层界面的反射子波的延续度满足下式：若来自层界面的反射子波的延续度满足下式：则则来来自自地地层层顶顶、底底板板的的两两个个反反射射子子波波在在记记录录上上彼彼此此分分开开，反反之之则则相相互互重重叠叠，可可见见上上式式决决定定了了两两个个子子波波是是否否相相互互干干涉的

38、条件。涉的条件。第80页，本讲稿共110页第81页，本讲稿共110页对对于于地地震震子子波波而而言言，我我们们定定义义不不能能分分辨辨出出地地层层顶顶底底板板反反射射的的地层为薄层。地层为薄层。由由于于地地震震子子波波具具有有不不同同的的频频谱谱、波波长长和和延延续续度度等等，因因此此薄薄层层厚厚度度的的概概念念是是相相对对的的，可可从从不不同同的的角角度来定义薄层的厚度。度来定义薄层的厚度。第82页，本讲稿共110页当子波的延续度为当子波的延续度为n n个周期时，有：个周期时，有：从从时时间间分分辨辨的的观观点点考考虑虑，当当地地震震子子波波的的延延续续时时间间为为1 1个个周周期期(n(n

39、1)1)时时，可可分分辨辨的的地地层层厚厚度度为为半半个个波波长长，即即是是说说对对于于厚厚度度大大于于或或等等于于半半个个波波长长的的地地层层，顶顶、底底面面的的反射子波彼此分开，可以分辨。反射子波彼此分开，可以分辨。第83页，本讲稿共110页当当既既考考虑虑波波形形特特征征又又考考虑虑振振幅幅变变化化时时（如如图图所所示示），由由于于顶顶、底底界界面面反反射射系系数数的的大大小小相相等等，而而符符号号相相反反，所所以以当当顶顶底底面面之之间间的的反反射射子子波波时时间间差差半半个个周周期期时时，则则出出现现同同相叠加，出现相对振幅极大，有：相叠加，出现相对振幅极大，有：因因此此，一一般般以

40、以其其作作为为分分辨辨薄薄层层的的限限度度，当当地地层层厚厚度度小小于于其其时时，顶顶底底界界面面上上的的反反射射子子波波叠叠加加在在一一起起，形形如如单单一一界界面面上上的的反反射射子子波波，振振幅幅变变化化从从相相对对极极大大随随地地层层厚厚度度的的减减小小而而线线性性减减小小。我我们们称称四四分分之之一一波波长长厚厚度度时时出出现现的的振振幅幅相相对对极极大大现现象象为为薄薄层层的的调调谐谐效效应应，此此时时的的地地层层厚厚度度称称为为调调谐谐厚厚度度。只只有有当当地地层层厚厚度度大大于于它它时时，才才可可能能由由复复合合反反射射的的振振幅幅和和波波形形特特征征分分出出地地层层顶顶底底界

41、界面面的的反射。反射。第84页，本讲稿共110页 由由上上可可知知，地地震震勘勘探探的的纵纵向向分分辨辨率率包包含两个含义：含两个含义：其一为正确地识别薄层顶底界面的反射；其一为正确地识别薄层顶底界面的反射；其二为确定薄层的存在以及薄层的厚度。其二为确定薄层的存在以及薄层的厚度。此此外外，提提高高地地震震子子波波的的主主频频，同同时时增增大大子子波波的的频频带带宽宽度度，可可提提高高地地震震勘勘探探的的纵纵向分辨率。向分辨率。第85页，本讲稿共110页第四节第四节 地震勘探的地质基础地震勘探的地质基础第86页，本讲稿共110页 在在不不同同的的地地区区，由由于于所所处处环环境境的的地地层层、岩

42、岩性性、构构造造及及地地表表条条件件等等的的不不同同，对对地地震震勘勘探探的效果也会产生不同的影响。的效果也会产生不同的影响。第87页，本讲稿共110页 一一般般来来说说，地地震震勘勘探探的的地地质质效效果果受受到到两两方方面条件的限制：面条件的限制：一是仪器、震源等技术条件；一是仪器、震源等技术条件；二二是是客客观观存存在在的的地地质质情情况况和和地地表表等等因因素素的的复复杂杂程程度度，例例如如，当当地地表表为为沙沙漠漠，或或丘丘陵陵山山地地，并并且且地地下下岩岩层层构构造造等等又又较较复复杂杂时时，则则不不仅仅现现场场施施工工比比难，而且资料的处理和解释也会有很大的难度。难，而且资料的处

43、理和解释也会有很大的难度。这这类类地地层层岩岩性性、地地质质构构造造及及地地表表条条件件等等因因素素对对地地震震勘勘探探的的影影响响问问题题，也也就就是是地地震震勘勘探探的的地质基础问题地质基础问题。第88页，本讲稿共110页一、影响地震波速度的因素一、影响地震波速度的因素及岩石的波速特征及岩石的波速特征第89页，本讲稿共110页第90页，本讲稿共110页第91页，本讲稿共110页第92页，本讲稿共110页第93页，本讲稿共110页第94页，本讲稿共110页第95页，本讲稿共110页二、岩土介质对地震波的吸收二、岩土介质对地震波的吸收第96页，本讲稿共110页第97页，本讲稿共110页三、浅层

44、地震地质条件三、浅层地震地质条件第98页，本讲稿共110页地震勘探的效果在很大程度上取决地震勘探的效果在很大程度上取决于工作地区是否具有应用地震勘探的前于工作地区是否具有应用地震勘探的前提，也就是：工区的地震地质条件。提，也就是：工区的地震地质条件。在在浅浅层层地地震震勘勘探探中中，其其地地震震地地质质条条件件主主要要是是指指浅浅部部岩岩土土介介质质的的性性质质和和地地质质特特征征，以以及及地地表表的的各各种种影影响响因因素。可从以下几个方面来讨论。素。可从以下几个方面来讨论。第99页，本讲稿共110页1 1、疏松覆盖层、疏松覆盖层 近近地地表表的的土土层层和和岩岩石石，由由于于长长期期受受到

45、到风风吹吹、日日晒晒、雨雨淋淋、溶溶蚀蚀等等物物理理化化学学的的风风化化作作用用而而变变得得破破碎碎疏疏松松，当当地地震震波波在在这这种种疏疏松松层层中中传传播播时时，其其波波速速要要比比下下部部未未经经风风化化的的完完整整岩岩石石的的波波速速小小得得多多，故称之为故称之为“低速层低速层”。第100页，本讲稿共110页 由于低速带的存在由于低速带的存在在地表覆盖层和下部基岩之间形成在地表覆盖层和下部基岩之间形成一个明显的速度界面一个明显的速度界面使使得得第101页，本讲稿共110页浅层折射波法浅层折射波法这个明显的速度界面这个明显的速度界面浅层反射波法浅层反射波法利利用用其其探探测测基基岩岩面

46、面的的埋埋深深和和起伏。起伏。由由于于“低低速速带带”的的存存在在，使使反反射射波波的的走走时时产产生生“滞滞后后”现现象象，往往往往需需要要对对“低低速速带带”的的影影响响进进行行校校正正，才才能能对对反反射射波波作作出出正确的识别和处理。正确的识别和处理。有利有利不利不利（1）（2）第102页，本讲稿共110页低低速速带带下下界界面面易易产产生生多多次次反反射射波波而而使使地地震震记记录录复复杂杂化化，也也是是一一种种不不可可忽忽视视的的干干扰扰因因素。素。疏疏松松层层对对地地震震波波有有较较强强吸吸收收作作用用，尤尤其其对对波波的的高高频频成成份份吸吸收收更更强强，因因此此在在疏疏松松层

47、层较较厚厚的的地地区区很很难难激激发发出出能能量量较较强强的的或或频频率率较较高高的的有有效波。效波。（3）（4）第103页，本讲稿共110页2 2、潜水面和含水层、潜水面和含水层水使得波速增加水使得波速增加第104页，本讲稿共110页当疏松的覆盖层或风化层饱含地下水时当疏松的覆盖层或风化层饱含地下水时对于一般地层中的含水层对于一般地层中的含水层（1 1）其波速将会明显增大其波速将会明显增大（2 2）波速有所增加，但不像疏松层那样明显波速有所增加，但不像疏松层那样明显 由孔隙裂隙的数目决定由孔隙裂隙的数目决定？第105页，本讲稿共110页 当当疏疏松松的的覆覆盖盖层层或或风风化化层层饱饱含含地

48、地下下水水时时，而而潜潜水水面面位位于于疏疏松松的的“低低速速带带”中中时时，则则会会形形成成明明显显的的波波速速界界面面，从从而而改改变变了了疏疏松松“低低速速带带”的的性性质质，使使浅浅层层地地震震探探测测到到的的表表层层“低低速速带带”是是地地下下水水面面以以上上的的疏疏松松层，而不是地质岩性上的疏松层。层，而不是地质岩性上的疏松层。第106页，本讲稿共110页 此此外外，实实践践表表明明当当激激震震点点位位于于潜潜水水面面以以下下激激发发时时，所所产产生生的的地地震震波波频频率率成成分分比比较较丰丰富富，能能量量也也较较强强，易于获得较好的效果。易于获得较好的效果。因因此此潜潜水水面面

49、离离地地表表较较近近是是浅浅层层地震勘探的有利条件。地震勘探的有利条件。第107页，本讲稿共110页3 3、地质剖面的均匀性、地质剖面的均匀性 浅浅层层地地质质剖剖面面的的均均匀匀性性，对对地地震震勘勘探探的的效效果果有有直直接接影影响响，因因为为不不论论是是剖剖面面纵纵向向的的还还是是横横向向的的不不均均匀匀性性和和不不稳稳定定性性都都将将影影响响地地震震波波传传播播的的方方向向和和走走时时，给给地地震震工工作作带带来来困困难难。如如断断层层、溶溶洞洞、尖尖灭灭层层和和人人工工堆堆积积等等的的存存在在，都都将将增增加加地地震震勘勘探探的的难难度。度。第108页，本讲稿共110页4 4、地震界

50、面和地质界面的差异、地震界面和地质界面的差异 地地震震界界面面是是指指地地震震波波传传播播时时波波速速变变化化的的界界面面或或波波阻阻抗抗不不同同的的界界面面，而而地地质质界界面面是是岩岩性性不不同同的的界界面面。这这两两种种界界面面，有有时时是是一一致致的的，但但有有时时却却不不完完全全一一致致，如如有有些些情情况况下下，不不同同的的地地质质岩岩层层其其波波速速很很接接近近，或或者者有有些些很很薄薄的的地地层层，这这时时从从地地震震波波的的信信息息很很难难识识别别出出它它们们的的存存在在。此此外外，有有时时一一个个地地层层中中也也可可能能出出现现不不同同的的波波速速层层，这这些些情情况况都都