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第1篇地震折射波法详解

地震折射信息的解释

§5.4地震折射信息的解释 序:▲折射法主要用于工程勘探,例如:大坝、栈道、道路、大型建筑物、管道等的设计和施工 ▲工程地震勘探的特点是勘查深度浅,一般在50—100m,个别如大型水利工程200—300m 。勘探浅层以折射波法为主,也利用直达波和面波,一般深度在80—150m以上才使用反射波法。 ▲工程地震勘探的主要任务是:确定古河床基岩的埋深和界面形状;确定潜水面位置;查明裂隙带或薄弱带;发现和圈定喀斯特溶洞;查明地震危险性大的地带。 ▲工程地震勘探可直接在坑道中进行,用来圈定矿山塌陷危险的地点和预报塌陷,预测断裂带和坑道附近的溶洞,保证正常采矿。 ▲在油气勘探中,折射波法主要是测定低速带的速度和厚度。 一、折射波的识别和对比 1.折射波的识别 (1)折射波的同相轴为直线。 (2)每个界面的折射波都有相应的初至区,在初至区内观测折射波,没有其它干扰,易于对比追踪,因此野外施工,要选择合理的观测系统,让折射波成为初至波。 (3)当界面埋得较深时,使折射波出现在初至区有困难,只能在续至波区内追踪折射波。 2.折射波的对比 目前仍是在波形记录上对比折射波,对比也有三个标志。 (1)强度标志——折射波在记录上较强,振幅随炮检距增大而有现律地减小;(2)波形标志——在相邻道上,折射波的波形相似; (3)相位标志——折射波同相轴一般为直线,有时为曲线(界面弯曲或界面上速度有变化)。 (4)沿整条测线对比同一界面的折射波,各张记录之间的联系是:互换时间相 等,追逐时距曲线平行。

二、折射波综合时距曲线的绘制 用对比后的折射记录,可以绘制折射时距曲线,较长的相遇时距曲线是进行定量解释的基础。 要求出折射界面的深度h ,必须先求截距时间t i 及速度资料V ,这两个参数取决于时距曲线的质量,要求时距曲线有一定的长度。 P216图6.5—37表示了如何由短的时距曲线构置长的相遇综合时距曲线(§3.6介绍过) 三、折射界面的绘制 (一)差数时距曲线法 1.绘制相遇时距曲线 绘制出两支相遇时距曲线(P216图6.5—37) 2.基本公式 根据1 0cos 2V i h t = (6.2-42) (弯曲界面近似成立) 有01 0cos 2kt i V t h == (6.5—17) 1 1 222 12112sin 12cos 2V V V V i V i V k -=-== (6.5—18) t S 3 S 2S 1 T T S ’3 S ’2 △t 3 △t 2t 01 t 02 X 460 920 1380 (P216图6.5—37)

第一章 地震波的运动学练习题

第一章地震波的运动学练习题 一、名词解释 1.反射波—— 2.透射波—— 3.滑行波—— 4.折射波—— 5.波前—— 6.射线—— 7.均匀介质—— 8.层状介质—— 9.振动图形和波剖面—— 10.同相轴和等相位面—— 11.时间场和等时面—— 12.地震视速度—— 二、填空题 1物体在作用下,弹性体____________所发生的________或________的变化,就叫做_____________形变。 2 物体在外力作用下发生了____________,若去掉外力以后,物体仍旧其受外力时的形状,这样的特性称为_________.这种物体称为____________。 3 弹性和塑性是物质具有两种互相____________的特性,自然界大多数物质都____________具有这两种特性,在外力作用下既产生____________形变,也产生____________形变。 4 弹性和塑性物体在外力作用下主要表现为____________形变或____________形变。这取决于物质本身的____________物质,作用其上的外力________作用力延续时间的_____________,变化快慢,以及物体所处____________、压力等外界条件。 5 地震波遇到岩层分界面时主要产生两种波是_________和________。 三、选择题 1. 连续介质中,常见的地震波传播速度与深度Z关系是 A)V=V o(1+βZ) B)V=V o(1+β+Z) C)V=V oβZ D)V=(1+2βZ)V o 2. 连续介质地震波射线为 A)直线B)曲射线C)双曲线D)抛物线 3. 费马原理认为,地震波沿 A)最大路径传播B)最小路径传播C)二次抛物线路径传播D)双曲线路径传播 4. 物理地震学认为,地震波是

地震波运动学理论

第二章地震波运动学理论 一、名词解释 1. 地震波运动学:研究在地震波传播过程中的地震波波前的空间位置与其传播时间的关系,即研究波的传播规律,以及这种时空关系与地下地质构造的关系。 2. 地震波动力学:研究地震波在传播过程中波形、振幅、频率、相位等特征的及其变化规律,以及这些变化规律与地下的地层结构,岩石性质及流体性质之间存在的联系。 3. 地震波:是一种在岩层中传播的,频率较低(与天然地震的频率相近)的波,弹性波在 岩层中传播的一种通俗说法。地震波由一个震源激发。 4. 地震子波:爆炸产生的是一个延续时间很短的尖脉冲,这一尖脉冲造成破坏圈、塑性带,最后使离震源较远的介质产生弹性形变,形成地震波,地震波向外传播一定距离后,波形逐渐稳定,成为一个具有2-3个相位(极值)、延续时间60-100毫秒的地震波,称为地震子波。地震子波看作组成一道地震记录的基本元素。 5.波前:振动刚开始与静止时的分界面,即刚要开始振动的那一时刻。 6.射线:是用来描述波的传播路线的一种表示。在一定条件下,认为波及其能量是沿着一条“路径”从波源传到所观测的一点P。这是一条假想的路径,也叫波线。射线总是与波阵面垂直,波动经过每一点都可以设想有这么一条波线。 7. 振动图和波剖面:某点振动随时间的变化的曲线称为振动曲线,也称振动图。地震勘探中,沿测线画出的波形曲线,也称波剖面。 8. 折射波:当入射波大于临界角时,出现滑行波和全反射。在分界面上的滑行波有另一种特性,即会影响第一界面,并激发新的波。在地震勘探中,由滑行波引起的波叫折射波,也叫做首波。入射波以临界角或大于临界角入射高速介质所产生的波 9.滑行波:由透射定律可知,如果V2>V1 ,即sinθ2 > sinθ1 ,θ2 > θ1。当θ1还没到90o时,θ2 到达90o,此时透射波在第二种介质中沿界面滑行,产生的波为滑行波。 10.同相轴和等相位面:同向轴是一组地震道上整齐排列的相位,表示一个新的地震波的到达,由地震记录上系统的相位或振幅变化表示。 11.地震视速度:当波的传播方向与观测方向不一致(夹角θ)时,观测到的速度并不是波前的真速度V,而是视速度Va。即波沿测线方向传播速度。 12 波阻抗:指的是介质(地层)的密度和波的速度的乘积(Zi=ρiVi,i为地层),在声学中称为声阻抗,在地震学中称波阻抗。波的反射和透射与分界面两边介质的波阻抗有关。只有在Z1≠Z2的条件下,地震波才会发生反射,差别越大,反射也越强。 13.纵波:质点振动方向与波的传播方向一致,传播速度最快。又称压缩波、膨胀波、纵波或P-波。 14.横波:质点振动方向与波的传播方向垂直,速度比纵波慢,也称剪切波、旋转波、横波或S-波,速度小于纵波约0.7倍。横波分为SV和SH波两种形式。 15.体波:波在无穷大均匀介质(固体)中传播时有两种类型的波(纵波和横波),它们在介质的整个立体空间中传播,合称体波。 16共炮点反射道集:在同一炮点激发,不同接收点上接收的反射波记录,称为共炮点道集。在野外的数据采集原始记录中,常以这种记录形式。可分单边放炮和中间放炮。 17.面波:波在自由表面或岩体分界面上传播的一种类型的波。 18.纵测线和非纵测线: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距曲线称为纵时距曲线。激发点不在测线上,用非纵测线进行观测得到的时距曲线称为非纵时距曲线。

折射波勘探实验报告全解

《浅层折射波勘探》实验报告

《浅层折射波勘探》实验成绩评定表班级姓名学号

一、实验名称:浅层折射波勘探 二、实验目的 加深对地震勘探基本概念的理解,巩固已学的理论知识,了解数字地震仪的使用和仪器工作参数的选择;了解地震勘探人工震源激发,检波器的安置条件;地震折射波法野外资料的采集技术及方法,并进行资料的整理与解释;了解地震勘探野外工作施工的过程以及组织管理工作。 三、实验原理 1、折射波法基本原理 以水平界面的两层介质进行简要的说明,假设地下深度为h ,有一个水平的速度分界面R ,上、下两层的速度分别为V 1和V 2,且V 2>V 1。 如图1所示。从激发点O 至地面某一接收点D 的距离为X ,折射波旅行的路程为OK 、KE 、ED 之和,则它的旅行时t 为: 图1 水平两层介质折射波时距曲线 1 21V ED V KE V OK t ++= 式1 为了简便起见,先作如下证明:从O ,D 两点分别作界面R 的垂线,则OA =DG =h ,再自A 、G 分别作OK ,ED 的垂线,几何上不难证明∠BAK =∠EGF =i ,因

已知2 1 sin V V i = ,所以: 2 1 V V EG EF AK BK == 式2 即 21V AK V BK = 和 2 1V EG V EF = 式3 上式说明,波以速度V 1旅行BK (或EF )路程与以速度V 2旅行AK (或EC )路程所需的时间是相等的。将式3的关系和式1作等效置换,并经变换后可得: 2 121222122cos 2V V V V h V x V i h V x t -+=+= 式4 这就是水平两层介质的折射波时距曲线方程。它表示时距曲线是一条直线,若令x =0,则可得时距曲线的截距时间t 0(时距曲线延长与t 轴相交处的时间值) 2 12122102cos 2V V V V h V i h t -== 式5 式5表示出界面深度h 和截距时间t0之间的关系,当已知V 1和V 2时,可以求出界面的深度h 。 2、折射波分层解释的t 0法 折射波t 0解释法是常用的地震折射波解释方法,它是针相遇时距曲线观测系统采集发展起来的解释方法。 t 0法解释的主要原理与方法如下: t 0法又称为t 0差数时距曲线法,是解释折射波相遇时距曲线最常用的方法之一。当折射界面的曲率半径比其埋深大得很多的情况下,t 0法通常能取得很好的效果,且具有简便快速的优点。 如图2所示,设有折射波相遇的时距曲线S 1和S 2,两者的激发点分别是O 1 和O 2,

2.浅层地震反射方法及数据处理及数据处理-刘云祯

浅层地震反射方法及数据处理研究 刘云祯 [提要] 本文根据“浅层地震反射方法与数据处理研究”总报告撰写而成。 文中总结了该项目由研究浅层地震反射的多次覆盖技术开始,到该项技术成功地应用于复杂地基勘察,并取得成效的过程。共列举了工程实例11个。 研究内容涉及现场工作方法、震源、地震数据的采集格式、地震数据的数字磁盘采集及地震数据的微机现场处理研究等方面。 该项目的研究成功和推广应用,可为提高勘测成果质量、缩短勘探周期、降低勘探费用发挥明显的作用,并具有显著的经济效益。 一、序言 “地震浅层反射方法及数据处理研究”是“七五”国家科技攻关项目“高坝坝基勘测新技术研究”中的一个研究项目,系统编号为:17—3—l—(3)。 (一) 项目立题时的国内外状况 地震浅层反射方法及数据处理研究项目包括两部分内容:①野外浅层地震反射方法;②数据采集与处理。 国外在野外浅层地震反射方法的研究方面,80年代初开始有较大进展。如加拿大、美国等采用窗口法,进行了等偏移距方法的采集研究与应用;但在数据采集与处理方面利用苹果II型微机,处理功能是只能对等偏移3E采集的地震资料作些简单处理。 国内地矿部、铁道部和煤炭部对深层和中浅层野外地震反射方法的研究采用CDP水平这加方法,由于其勘探深度大,因而地震设备规模大:在数据采集与处理方面,采集用磁带机,处理要在有关计算站(或计算中心)处理。80年代中期,地矿部对浅层地震反射资料处理软件开展研究,进行了由68000微机向长城0520微机移植浅层反射软件的工作,野外采集用磁带机,处理时由磁带再转成软盘,处理时所用微机需要有硬盘支持。 国内水电系统,1984年在龙羊峡和1985年在东北镇西坝址等工地用窗口法做了论证性的现场试验;资料处理是用手工绘图的办法。 综上所述可能看出:在确立浅层地震反射方法及数据处理研究项目的同期,国内外对该项目的研究也处在起步研究的阶段。 (二) 项目攻关的考核目标 考核目标主要有两个方面的内容:①野外浅层地震反射方法研究;②数据采集与处理研究。 1.野外浅层地震反射方法研究方面 根据高坝坝基勘探深度的需要(几米至一百米左右)攻关研究野外工作方法和震源。目标是:提出适合水电工程勘探的,能形成生产力的野外工作方法和使用的震源。 2.数据采集与处理研究方面 考核目标是研究出地震记录的软磁盘采集系统,并用于80年代以来国内引进的ES—1210地震仪的改造,使之达到地震数据的数字软磁盘采集。针对在野外现场还不能进行数据处理的现状,攻关的主要内容是实现地震数据处理的微机化,考核目标是处理功能达到CDP迭加的水平。 (三) 攻关实现的目标 1.野外浅层地震反射方法研究方面 (1) 在窗口法的基础上,应用研究了等偏移距方法、CDP水平迭加方法,以及CDP水平

地震波的反射投射和折射

§1.4 地震波的反射、透射和折射 序:在§1.3中讨论了无限均匀完全弹性介质中波的传播情况。 当地震波遇到岩层界面时,波的动力学特点会发生变化。地震勘探利用界面上的反射、透射和折射波。 一、平面波的反射及透射 同光线在非均匀介质中传播一样,地震波在遇到弹性分界面时,也要发生反射和透射。首先讨论平面波的反射与透射。 (一)斯奈尔(snell)定律 1.费马原理(最小时间原理) 波从一点传播到另一点,以所需时间最小来取传播路径。 如图,波从P 1点传到P 2 点。 速度均匀时,走路径①,直线,t最小,s也最小。速度变化时,走路径②,曲线,t最小,s不最小。注意:时间最小,不一定路程最小(取决于速度)。 P 1 P 2 路径① 路径② 例1:人要去火车站(见图)。 方法①从A步行到B,路程短,用时却多。 方法②从A步行到C,再坐车到B,路程长,用时却少。 步行速度V 1V 2 >>V 1 汽车速度V 2例2:尽快地将信从A送到B

① 傻瓜路径 ② 经验路径 ③ 最小时间路径,满足透射定律: 2 1sin sin V V β α= ② A 2.反射定律、透射定律、斯奈尔定律 波遇到两种介质的分界面,就发生反射和透射(注:地震透射、物理折射)。 (1) 反射定律: 反射波位于法平面内,反射角=入射角。 注:法平面——入射线与界面法线构成的平面,也叫入射平面或射线平面。 O S 地面 入射角=反射角与下式等价: 1 1 1sin sin V V αα= (1)

(2) 透射定律 透射线位于法平面内,入射角与透射角满足下列关系: 2 2 1sin sin V V αα= (2) (3) 斯奈尔定律 综合(1)和(2)式,有 P V V V ===2 2 111sin sin sin ααα 这就是斯奈尔定律,P 叫射线参数....。 推广到水平层状介质有: P V V V n n ====αααsin ......sin sin 22 11 (6.1-65) 注:斯奈尔定律满足费马原理,上例2中把信由A 送到B 路径③是最小时间路径,它满足透射定律(用高等数学求极值可证明)。 (4)说明: 反射定律中说入射角=反射角是有条件的。即:入射波和反射波是同类波,同时为纵波或同时为横波。 例如:理论和实验均证明: P 波非垂直入射,将产生反射P 波,透射P 波,反射SV 波,透射SV 波。 地面 透射SV 波 应用斯奈尔定律,有 P V V V V V s p s p p =====2 2 2211111sin sin sin sin sin βαβαα (6.1-66)

第一章地震波运动学

第一章地震波运动学 1.斯奈尔定律与费马原理的关系: 作出各种不同入射角的射线路径(从S 点到D 点),并计算其相应的旅行时间,作出θ~t(单程)图,从图中找出费马路径,即Tmin 由l 对应的θ;再根据给出的两种介质的速度值,验证这一路径是否符合斯奈尔定律。 2.依据惠更斯原理用做图法证明折射波的出射角等于临界角θ。 3.在0点放炮,在离O 点200米处布置一个排列,有14道,道间距为10米,放一炮后得到的地震记录的一部分如图3—2所示,在该记录上看到的是一个直达波的一组振动图。 请分析这张记录,回答下列问题: (1)读出直达波的到达时间,画出直达波的时距曲线,并根据时距曲线的斜率求出直达波的速度。 (2)根据这张记录,试画出下列各时刻的波剖面,t i =0.1l ;0.13;O .16;0.17;0.20秒,作图时用一张15×25平方厘米的方格纸,距离x 的比例尺:l 毫米=2米,振幅的比例尺与地震记录上振幅的比例尺相同。 (3)从哪个时刻的波剖面上可以读出这个波的视波长数值来,棍波长等于多少?根据视波长和视周期的公式,从地震记录上得到有关数值,再用公式计算出视波长值,把计算出的值与从波部面上读出的值比较一下。 (4)这个波的波剖面长度是多少?振动图的延续时间是多少? (5)把t=O.16秒时刻的那个完整的波剖面图形与地震记录上的振动图比较一下,能否看出它们之间有什么关系?为什么会有这种关系? 4.已知波速V=1000m /s ,利用虚爆炸点做下列各图 a)已知反射界面的位置定时距曲线的形状和长度 b)已知时距曲线上t O =1.000秒,极小点坐标t m =0.865秒如图2—5,求反射界面的位置及产状。 5.关于正常时差、倾角时差的计算。 (1)水平界面,均匀覆盖介质,V=2500米/秒,h=1250米,计算炮检距x=0米,100米,200米,……1000米的反射波旅行时t 平。 t = 平 计算各x 值的正常时差:0n t t t ?=-平 (2)倾斜界面,φ=10O ,激发点O 处的界面法浅深度h o =1250米,均匀覆盖层波速V=2500米/秒,计算x=0米,士100米,士200米,……士1000米的反射波旅行时t 斜 t = 斜注意:本题设界面上倾方向与x 的负方向一致,取正号,但x 本身有正负号。 (3)用公式2sin d t V χ? ?= ,计算x=100米,200米,……1000米的倾角时差,并回答此公式计算出的是哪两点间的倾角时差? (4)用公式/ 0d n t t t t ?=-?-斜,计算x=100米,200米,……1000米的倾角时差?并回 答这是相对于哪一点的倾角时差?/ d t ?与d t ?有什么关系?哪一个精确?为什么?

1实验一地震勘探实验(折射波法)

实验一地震勘探实验(折射波法) 一、实验原理 地震勘探是根据人工激发(爆炸或撞击地面)的地震波在地下传播过程中,遇到弹性性质不同的地震界面后,在地层中产生反射和折射,部分地传回地表,用专门的仪器记录返回地面的波的旅行时间,研究振动的特征,来确定产生反射或折射的界面的埋深和产状,并根据所观测的地震波在介质中传播速度及波的振幅与波形变化,探讨介质的物性与岩性。 就波的传播特点而言,地震勘探一般可分为反射波勘探和折射波勘探。 二、实验目的 1.了解地震勘探的原理; 2.了解地震勘探工作布置及观测方法; 3.掌握地震勘探数据采集、处理和解释,熟练操作相关软件。 三、实验仪器 Strata Visor NZⅡ数字地震勘探仪。 Strata Visor NZⅡ地震勘探系统一般由主机、多芯电缆、检波器、触发器、震源(大锤或炸药)、铁板、直流电源、直流电源线以及数据采集、处理和解释软件等。 四、实验步骤 1.在工区布设测线 在工区布设测线,原则:由南向北、由西向东测线号与测点号依次增大。使用皮尺标注检波器位置与激发点位置。 2.连接仪器的各个部分 将主机、电源、多芯电缆、检波器、大锤、触发器按正确的方式一一连接起来。注意:各接口均使用“防呆”设计,电缆插头与对应的插槽才能连接,电缆插头与非对应的插槽不能连接。禁止暴力插拔各插头、插槽,以防仪器损坏。 3.采集 开机后,直接进入SCS软件。 (1)survey--new survey菜单:设置测区名称和测线号; (2)system--set date/time菜单:设置时间、日期; (3)geom--survey mode菜单:设置地震勘探类型,本次实验为折射波勘探,即refraction; geom--geophone interval菜单:设置检波器距离,即道间距,本次实验设为2m; geom--group/shot location菜单:设置shot coordinate炮点坐标、geophone coordinate检波器坐标(自动或手动设置)、gain增益(本次实验设为HIGH 36)、use道设置(可选DATA、INACTIVE等,本次实验设为DATA)、freeze道冻结(叠加冻结,本次实验设为NO)等; (4)acquisition--sample interval/record length菜单:设置时间采样间隔、记录长度(时窗)和delay延迟,本次实验sample interval设为0.25ms,record length设为0.25m,delay 设为0; acquisition--filter菜单:滤波器设置,本次实验屏蔽采集滤波器,设为FILTER OUT; acquisition--correlation菜单:相关设置,本次实验屏蔽相关,设为OFF; acquisition--stack option菜单:叠加设置,本次实验设为auto stack,即自动叠加; acquisition--specify channels菜单:选定某些道,屏蔽某些道。本次实验不屏蔽任何道; acquisition--preamp gain菜单:前置增益设置,可选all low gain全部低增益、all high gain高增益或individual各道单独设置,本次实验设为all high gain; acquisition--stack polarity菜单:叠加极性设置,本次实验设为positive同相叠加;

论地震勘探中的几种主要地震波

论地震勘探中的几种主要地震波 论文提要 地震勘探,就是通过人工方法激发地震波,研究地震波在地层中传播的情况,以查明地下地质构造,为寻找油气田或其它勘探目的服务的一种方法。也可以理解为就是利用地震子波从地下地层界面反射回地面时带回来的旅行时间和形状变化的信息,用以推断地下的底层构造和岩性。地震勘探在勘探已有的各种物探方法中,是最有效地方法。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。按波在传播过程中质点震动的方向来区分,可以纵波和横波;根据波动所能传播的空间范围而言,地震波又可以分为体波和面波;按照波在传播过程中的传播路径的特点,又可以把地震波分为直达波、反射波、透射波、折射波,等等。地震勘探在石油勘探中除了能产生来自地层界面有用的反射波外,还会产生各种各样的干扰波。因此,我们要更好的了解各种波的产生、特点、用途,等等。下面简单介绍几种地震勘探中产生的地震波。 正文 一、反射波 (一)反射波的形成 1、几何地震学的观点 当炸药在井中爆炸激发地震波时,在雷管引爆几百微妙之内爆炸便完成了,在接近爆炸点的压强是一个延续时间很短的尖脉冲,爆炸脉冲向外传播,压强逐渐减少,地层开始产生弹性形变,形成地震波。地震波继续传播,由于介质对高频的吸收,地震波信号减小。当波入射到两种介质的分界面时(当上层介质波阻抗与下层介质波阻抗不等时,弹性地震波才会发生反射;上层介质波阻抗与下层介质波阻抗差别越大,反射波越强——反射波条件),一部分波回到第一种介质中,这就是所谓的反射波。如图所示 2、物理地震学观点 地震波从震源出发以球面波的方式向下传播,到达反射界面S,S可以就看成有许多

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