物探-浅层折射波法和反射波法

当ί+φ≥90°时，下倾方向接收，折
射波射线将无法返回地面，上倾方向 入射角总小于临界角，无法形成折射
波， 见左图：
实际工作时，可将测线布置的与地 层倾角斜交，使视倾角变小，以满
足i+φ＜90°的条件。
φi
i
φ
X
φ
ί+φ=90°时的示意图 R
ί+φ＞90°时的示意图
⑤V*与i、φ的关系：
只讨论上倾方向接收时：
曲线的影响； 了解浅层折射波法和反射波法的资料处理方法；
掌握地震勘探资料的定性和定量解释。
第一节 数据采集
一、主要仪器设备
浅层地震仪又叫工程地震仪，具有探测深度浅、探测对象规模较小、 体积小、重量轻、灵敏度高等特点。
地震仪的发展：模拟光点记录地震仪→模拟磁带记录地震仪→数字 磁带记录地震仪→数字电子记录地震仪
多次覆盖观测系统，又称水平叠加、共反射点叠 加、共中心点叠加，是指一条测线上不同点击发、不 同点接收地下同一反射点的信号。
Sn·········S2 S1 O D1 D2········Dn
R 共反射点
右图为6次覆盖观测系统
O1～O6激发6炮后得A、B、 C、D、四个达到六次覆盖 的共反射点。
炮点移动道数计算：
单支时距曲线观测系统 相遇时距曲线观测系统 多重时距曲线观测系统 追逐时距曲线观测系统
时距曲线： 指接收点距离和地震波走时之间的关系曲线
t
X
①单支时距曲线观测系统
排列关系：
O
S1 S2 S3 ·······················Sn
t
各层速度：
t0
V1=ΔX直/Δt直
V2=ΔX折/Δt折
第二章 浅层折射波法和浅层反射波法
本章要求
了解浅层地震勘探的主要仪器设备； 掌握浅层折射波法和反射波法野外观测系统，了解数据采集质量的影
响因素； 掌握直达波、两层水平与倾斜界面反射波和折射波时距曲线的推导方
法，了解多次波与绕射波时距曲线的特征与推导方法； 掌握真倾角与视倾角的概念； 了解倾斜界面反射波和折射波时距曲线，了解弯曲界面对反射波时距
传播，此种条件下，若炮检距不大，可以将
多层介质的反射波时距曲线近似为双曲线，
即将多层介质等效为厚度为H，速度为平均速
度的单一反射界面。
试验阶段:
对区内各种干扰波和有效波的分布特点进行研 究，分析各种波在时空域中相对关系，以及频率、
视速度方面差异，以便更好设计采集系数。
工作阶段：
图2.1.7模型试验结果图中可确定出最佳接受窗口。 图2.1.8浅层试验记录。 图2.1.9中间放炮双边接受的浅震实验记录。
第二节 理论时距曲线
理论时距曲线是指在理想状态下，典型 界面的反射波和折射波理论上可出现的时 距曲线形态和规律
一个地震道：
一个检波器、一个放大器（包括滤波器等电路） 和一个记录器组合在一起
1. 检波器
检波器：是把地震波到达引起的地 面微弱振动转换成电讯号的装置。
速度检波器：因为检波器输出信号电压与其振动时位移速度有关，一般为 电磁式；
加速度检波器：具有固有频率高的特点,可用来测量物体振动的加速度， 一般为压电晶体。
当φ＜15°时，COSφ≈1，则上式=2/V2
即可求出V2
当φ=0时，为水平界面，V*上=V*下=V2，视速=真速
⑦ h1、h2的计算：
将S上、S下分别各自的时间轴延长，得截距t0上、
t0下，用t0法求两个激发点的界面法向深度
（t0=2hcosi/V1）。
O
O'
h1 h2
h1
V1t0下 2 c osi
h2
V1t0上 2 c osi
4. 其它特殊界面折射波时距曲线
三、绕射波时距曲线
t
波的旅行时间由二部分组成：
t1
OA V1
L2 h2 V1
x OL
t2
AS V1
(x L)2 h2 V1
h A
t
t1
t2
1 V1
L2 h2 (x L)2 h2
为双曲线方程，最小点为绕射点在地面的投影位置
下倾方向折射波时距曲线斜率大、视速度小、曲线陡。
②特征点的距离：
下倾方向接收的折射波时距曲线盲区O1M1较小、截距 时间t01也较小； 上倾方向接收的折射波时距曲线盲区O2M2较大、截距 时间t02也较大；
此特点可帮助我们判别界面倾向。
③倾角计算： 解斜率公式：
1
sin(i )
V
* 下
V1
1
盲区
O
一端连续增加发射
点即形成追逐时距
i
S直达 ΔX折
S折射 Δt折
Δt直 ΔX直
X
S1 S2 S3 ·······················Sn
V1
曲线观测系统
V2
②相遇时距曲线观测系统
排列关系： O
S1 S2 S3 ·······················Sn
O′
S折射反映了BE段； S′折射反映了CA段； BC段则是两条曲线共同反映的地段
（2）时距曲线的弯曲情况
我们可用视速度定理来讨论时距曲线的 弯曲情况：
由前面介绍可知： V*=V/sinα
对于某一反射界面的时距曲线来说，随着炮检 距X的增大，α角也增大（ α2＞ α 1），从而 使V*变小，斜率变大，曲线越来越弯曲：
当X→∞时：α→90°，V*=V 曲线趋于渐近线
当X→0时：α→0°，V* →∞ 曲线变得平缓
sX
四、反射波时距曲线
1. 水平界面反射波时距曲线
根据光学的镜像关 系，求出O点的镜像点 O*，我们将O*点称为 虚震源点。可认为反 射波是O*激发的直达 波。
波的旅行时间：
移项变换后：
t2
x2
(2h /V1)2 (2h)2 1
为双曲线方程，对称于t轴，极小点位于震源点上方
当x=0时： t0=2h/V1
另外，也可根据反射波时距曲线方 程求得双曲线斜率的倒数（视速度）：
V*
dx dt
V1
1 ( 2h )2 x
来讨论上述结论
而对于埋藏深度不同的反射界面的二条时距曲线来说，因 深层反射波返回地表的α角比浅层的要小，V*相对变大、斜率 变小、曲线变缓。
（3）多层水平反射界面
① 等效平均速度法
对于多层水平反射界面，地震波沿折线
一、直达波时距曲线
曲线方程：
x
t v
O
曲线斜率：
t
m t x
表层速度：
S1 S2 S3 ·······················Sn
Δt
ΔX
X
V 1 x m t
二、折射波时距曲线
1. 水平二层界面的折射波时距曲线
假设地下深度h处,有一水平速度分界面R,其上下两层速度分别为v1和v2, 且v2>v1,如图从激发点O到地面接收点S的距离为x,折射波旅行路程
V
* 上
sin(i )
V1
得：
(i
)
arc
sin
V1 V 下
(i
)
arc
s
in
V1
V
上
得到倾角公式：
i
1 2
(arc s inVV*1下
arcsin V1 V *上
)
1 2
(arc s inVV*1下
arcsin V1 V *上
)
V1由直达波曲线上求得 V*上和V*下由S上和S下求得
④界面倾角的影响：
V1
V1
同理，在O2点激发，在上倾方向O1点接收，波的旅行 时间为：
t上
X
sin(i )
V1
2h2 cos i V1
倾斜界面时距曲线 的特点：
①时距曲线的形状：
倾斜界面的折射波时距曲线仍为直线，其斜率或视速度的倒数分别为：
1
V
* 下
sin(i )V1源自1 sin(i )V* 上
V1
特点：上倾方向折射波时距曲线斜率小、视速度大、曲线缓；
当i＞φ时 V* 为正
当i=φ时 V* 为∞
折射波为垂直地面传播
当i＜φ时 V* 为负
时距曲线倒转，意味着折射波先到达 离震源远的检波器
⑥V2的计算：
由V*上和V*下的公式得：
1 1 sin(i ) sin(i )
V *上 V *下
V1
2sin i • cos
V1
2 cos
V2
(sin i V1 ) V2
所以：
t X 2h(1 sin2 i) X 2h cosi
V2
V1 cosi
V2
V1
sin i V1 cosi V22 V12
V2
V2
t x 2h cosi x 2h V22 V12
V2 V1 V2
V1V2
此为水平二层介质的时距曲线方程，为直线， 斜率：k=1/V2
如果令X=0，则曲线的延长线相交 t 轴为 t0 ，称为截距
O→A→B→S。 则旅行时t:
t OA AB BS V1 V2 V1
AB 2 OA
V2
V1
从图中简单的几何关系知：
AB X 2htgi OA h cosi
所以：
X 2htgi 2h
t
V2
V1 cosi
X 2h sin i 2h V2 V2 cosi V1 cosi
由于：V2=V1/sini
炮检距为炮点与检波点的间距，炮点离最远的检波点距离为最 大炮检距，一般用Xmax表示。
最大炮检距与探测深度密切相关，对于折射波法，Xmax大于 5～7倍目的层深度；反射波法为0.7～1.5倍目的层深度。