折射波勘探实验报告

《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

1sin V V i =，所以： 2

1V 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，

图2 t0法折射界面示意图

若在剖面上任意取一点D ，则在两条时距曲线中可以分别得到其对应的走时t 1和t 2，从图中可以得到：

ABD O t t 11= ECD O t t 22= 式6 且在O 1和O 2点，时距曲线S 1和S 2的走时是相等的，称之为互换时，用T

表示，则有：

21CBO BC ABD O t t t T ++= 式7

当界面的曲率半径远大于其埋深时，图中的△BDC 可以近似地看作为等腰

三

角形，若自D 点作BC 的垂直平分线DM （DM 即为该点的界面深度h ），于是有：

i V h t t CD BD cos /1== 和 2/*22V tgi h t t BM BC == 式8 将式6中的t 1和t 2相加，并且减去式7，再将式8代入后可以得到：

121/cos *2V i h T t t =-+ 式9 式9便是任意点D 的t 0值公式，由此可得D 点的折射界面法线深度h 为： i V T t t h cos *2/*)(121-+= 式10 令T t t t -+=210和i V K cos *2/1=则式10可以写为：

0*t K h = 式

11

因此只要从相遇时距曲线中分别求出各个观测点的t 0值和K 值，就可以得

出各个点的界面深度h 。从上述的公式可以看出，只要从时距曲线上读取t 1，t 2和互换时T ，就可以算出各个点的t 0值，并可以在图上绘制相应的t 0(x)曲线（图3(b)中所示）。

关于K 值的求取：根据斯奈尔定律可将K 值表达式写成：

21

22211*2cos *2V V V V i V K -== 式12 由式12可以看出，只要求得波速V 1和V 2则很容易得出K 值。其中V 1通常可以根据表层的直达波速度来确定，因此关键就是V 2值的求取，为此引出参数时距曲线方程：

令 T t t x +-=21)(θ 式13 对式13两边对x 求导，可得：

dx

dt dx dt x d x d 21)()(-=θ 式14

式中dt 1/dx 和dt 2/dx 分别为上倾方向时距曲线S 1和下倾方向时距曲线S 2

的斜率（即视速度V*的倒数）。根据公式：

12cos 2)sin(V i h i x t +-=?上 和 11cos 2)sin(V i h i x t ++=?下 因为是同样O1～O2内观测段，设上倾方向x 为正，下倾方向x 为负，则： 12cos 2)sin(1V i h i x t O +-=? 和 1

1cos 2)sin(2V i h i x t O -+-=? 它们分别对x 求导有如下形式：

11)sin(V i dx dt ?-= 和 1

2)sin(V i dx dt ?+-= 式15 将式15代入式14中，经一些变换后可得：

2

cos 2)(V dx x d ?θ= 式16 于是可以求得波速V 2为：

)

(cos 22x d dx V θ?= 式17 当折射界面倾角小于15o时，可以近似的写成

)

(22x x V θ??≈ 式18 因此只要根据式13在相遇时距曲线图上构置θ(x)曲线，并求取其斜率的倒数)

(x x θ??，则可以根据式13得出波速V2，进而代入式12中求得K 值。 知道了K 值和各个观测点的t 0值后，可以根据式11计算出各个点的界面深度

h 。然后，以各观测点为圆心，以其对应的h 为半径画弧，可以得出一系列的圆弧，作这些圆弧的包络线即为折射界面的位置。

四、实验仪器

地震仪主机，检波器，大线，炮线，铁锤等。

五、实验步骤

1、布置地震测线。测量确定测线起点和终点位置，布设测线标志，确定激发点和接收点标志。

2、按测线起点方向，将检测仪器放在适当的位置，并寻找激发点和相应的接收点。在激发点选择合适的震源类型，并在激发点附近布置触发的传感器或检波器，将其与仪器连接，用于仪器记录时触发；在接收点排列方向上布置大线和检波器，并将大线与仪器连接；仪器系统通电后启动采集软件，按观测系统布设的参数设置各采集参数。

3、在采集资料之前，先将触发方式设置为“自检”档，检查检波器是否接牢等；如果波形显示不一致，需立即检查，排除问题。

4、自检结束后，还要注意周边是否有人为震动源，各部分正常，且无强烈的震动源后，提醒周边人员注意，保持相对静止。保证安全无误后，仪器操作员发出指令震源激振，仪器接收地震记录。并检查地震记录的质量。接收记录满足要求，可以保存；如不正常，及时查明原因，重新采集。

六、相遇法时距曲线观测系统

根据折射波场形成条件和特征，折射波观测系统必须避开盲区，且要把接收部分尽量放到待测地层折射波区范围。当水平层状介质满足折射条件的前提下，固定一个激发点，将排列沿测线由近及远进行时距观测，将得到由浅入深各层介质的地震波信息。在地震记录上可观察到各层介质折射波的动力学特点，从而判别层间干涉、波形置换特征。在时距曲线上将反映出各层介质折射波运动学的空间分布规律及介质的物理力学性质。为了消除表层不均匀及界面起伏的影响，往往采用相遇时距曲线观测系统。

相遇时距曲线观测系统如图3所示，同一观测地段分别在两端O1和O2点激

发，

图3相遇时距曲线观测系统示意图

此观测系统采集的地震记录，可得两支方向相反的时距相遇曲线S1和S2。AE段折射，O1O2接收；EA段折射，O2O1接收。其优点可弥补单一时距曲线的不足，可以从不同方向反映界面变化。

七、t0解释法的地质剖面图

附1：t 0解释法的计算书

根据以下公式即可计算地层界面埋置深度 T t t t -+=210 0*t K h =

由直达波时距曲线图得：

s m ms m t s

V /952/952.01===直达

由θ（x ）曲线图得：

s m ms m x x x d dx V /6288/288.6)

(*2)(cos 22==??≈=θθ? Θ（x ）

x

551.4819526288*26288*952*2cos *2222122211=-=-==

V V V V i V K

地层界面埋置深度计算表