地震波时距曲线综述
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地震波理论时距曲线
1.时距曲线基本概念2.直达波时距曲线3. 反射波时距曲线4. 折射波时距曲线1. 时距曲线的基本概念在地面激发了地震波后，根据地下介质的结构和波的类型（如直达波、折射波和反射波），地震波将具有不同的传播特点。
为了定量地说明不同类型的波在各种介质结构情况下传播的特点，在地震勘探中主要采用“时距曲线”(时距曲线方程)这个概念。
时距曲线：是表示地震波从震源出发，传播到测线上各观测点的旅行时间t，同观测点相对于激发点的水平距离x 之间的关系。
1. 时距曲线的基本概念1.1 时距曲线图a 自激自收，同相轴形态与界面起伏相对应图b 多道接收，同相轴形态与界面起伏不对应1. 时距曲线的基本概念1.2 共炮点和共反射点时距曲线按观测方法的不同分为两种情况：一种是放一炮，在一个多道检波器组成的排列上接收并得到一张地震记录，地下存在反射界面就可以得到相应的反射波时距曲线，称为共炮点反射波时距曲线。
另一种是在许多炮得到的许多张地震记录上，把同属于同一个反射点的道选出来，组成一个共反射点道集，于是可得到界面上某个反射点的共反射点时距曲线。
共炮点记录共反射点记录1.3 几个基本概念•炮检距(offset)：炮点到地面各观测点的距离，也称为偏移距。
•初至时间(first break)：所有波中最先到达检波器(Geophone)并记录下来的地震波第一波峰时间。
•同相轴(event)：各接收点属于同一相位振动的连线。
•共炮点(common shotpoint)：所有接收点具有共同的炮点。
•纵测线(inline)：激发点和观测点在同一条直线上。
•非纵测线(offline)：激发点不在测线上。
1.时距曲线基本概念2.直达波时距曲线3. 反射波时距曲线4. 折射波时距曲线xtxt (x 1,t 1)(x 2,t 2)(x 3,t 3)(x 4,t 4)(x 5,t 5)t10t3t2t4t5x 1x 2x 3x 4x 502. 直达波时距曲线直达波：从震源直接到达检波点的波。
2-1地震波的时距方程与时距曲线
的人组成地震队，工作时间可能几年或十几年。在所研究的 具体对象上也具有明显不同。寻找石油和煤炭的中深层反射 波法勘探，是研究地面以下数百米至数千米的大区域的地质 构造，但是对于近地面1~2百米的地层和较小的构造就难以 精确的定位，达不到工程勘察要求地精度。在找矿勘探中， 由于勘探目标较深，处理地震数据资料时，对于地表面1~2 百米的地层的数据，为了消除干扰和提高地震波信噪比，克 服地表低速层的影响，往往都被切除掉。而浅层反射研究和 应用的区域正是被深层找矿勘探资料处理时切除的部分。浅 层反射这种工作方法，研究地表浅层的构造和地层，要求勘 察的精度高，并能排除表层不均匀和中深层各种各样地震信 号的干扰。因此浅层反射波资料采集处理，难度就较大。这 就构成了工程地震浅层反射法本身的特点。
三）均匀两层介质条件下反射波的时距方程与理论时距曲线 这是一个比较理想化的最简单的地质模型，它表示分界面 两侧的介质都是均匀的。分界面是水平、平界面。 1)建立反射波的时距方程式： 建立反射波的时距方程式： 建立反射波的时距方程式 设两层介质的分界面为R，两侧介质为W1、W2。波阻 设两层介质的分界面为 ，两侧介质为 、 。 不相等。 点激发地震波， 抗Z1和Z2不相等。在O点激发地震波，使用地震检波器，在 和 不相等 点激发地震波 使用地震检波器， 测线上的D1、 、 处接收来自地下分界面R上的 测线上的 、D2、D3…Dn处接收来自地下分界面 上的 、 处接收来自地下分界面 上的A1、 A2、A3…An点的反射波。X1、X2、X3…Xn分别为各道接 点的反射波。 、 、 、 点的反射波 分别为各道接 收点的炮检距。反射波到达各道的时间， 收点的炮检距。反射波到达各道的时间，从地震波的记录图 上可以测量出来。为寻找到X和 t 的函数关系，从图中直接 上可以测量出来。为寻找到 和 的函数关系， 可以看出:： 都是随入射交α的 可以看出 ：OA1、A1D1、OA2、A2D2…都是随入射交 的 、 、 、 都是随入射交 增加而加大，因此比较难以直观、 增加而加大，因此比较难以直观、简单的寻找出 时间 t 和炮 检距X 的函数关系。 检距 的函数关系。
地震波的时距曲线
正常时差：任一接收点的反射波旅行 时间tX 和同一反射界面的t0之差。
tn t x t0 t0
1 X 2 t0 2V 2
t0
正常时差精确公式有时讨论问题不够直观。在一定的条件下，用二项式展开可以得到简 单的近似公式，以后讨论某些问题时经常用到。
tx t0
1
x2 v2t02
越平缓，曲率越小。
从视速度的角度考虑时距曲线的弯曲情况
视速度定理
t
s v
s' v*
s sin
s'
v* vs' v
s sin
A
△ S‘ B
△ t，△s
由此式可见，视速度一方面反映真速
度，另方面又受传播方向影响，故也 成为识别各种地震波的特征之一。
反射波时距曲线
A工区
B工区
什么情况下直达波的时距离曲线不是直线？
共炮点反射
同一炮点不同接收点 上的反射波，即单炮 记录，也称同炮点道 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。
共反射点反射 另一种方式是在许多炮得到的许多张地震记录 上，把同属于某一个反射点的道选出来，组成 一个共反射点道集，于是可得到界面上某个反 射点的共反射点记录。
t0
1
x2 2v2t02
Leabharlann t0x2 2v2t0
x 1 vt0
x2 tn tx t0 2v2t0
结论：
a)、炮检距越大正常时差越大；
b)、反射深度越深正常时差越小；
c)、速度越大正常时差越小。
2-1地震波的时距方程与时距曲线
二)直达波的时距方程和理论时距曲线图
从震源O点出发，没有经过界面的反射和透射直接传播 到达，各道检波点的地震波叫直达波。直达波从震源发出沿 地面方向在W1介质中以V1速度传播，未经过分界面R的反、 透波与反射界面R和W2介质无关，因此它带来的地下信息 是很有限的。 当震源在地表面（此时h = 0），直达波的入射角α=90º， 按视速度定理V*=V1。直达波以V1速度先后到达各到检波点。 把直达波到达各个道的时间用直线连结起来，则就是一条通 过坐标原点的直线。这条直线就是直达波的时距曲线。 我们可以从这条时距曲线中找到波传播距离X和所用时间t 的函数关系，直达波到达各道检波点的时间 ti = Xi / V1，这 个公式是一个直线方程。
t
V1
V1
( 2h ) X i
t 2V 21 4h 2 X 2
经过变形 ，上式可以变成为反射波的标准方程式——双曲线方 程标准式 ：
X2 Y2 2 1 2 a b
相比，也可以认定反射波的时距方程式是标准双曲线方程。
三）三维空间的时距方程与曲线： 如图所示，设地面为平面Q，平界面的反射界面R与地面的 夹角（界面倾角）ψ，波速为υ为，测线沿X 轴方向，X轴与 地层界面的倾向夹角为α（又叫测线方位角，取震源O 为坐 标原点，Z 轴的方向垂直向下。在测线上任意一点S进行观 测时，所观测到的反射波的射线路径为OBS。根据斯奈尔 定律，
探的方法，也是按照检 波器接收的有效地震波的种类来命名。反射波法就是利用检 波器接收的从地下岩层介质和分界面反射回来的地震波，使 用计算机对地震波带来的各种信息的分析处理，得到被勘察 场地的地层分布和构造变化的地震勘察方法。如果接收和处 理的是折射波、面波就是折射波法、面波法。 其实折射波法是最早进入工程地震勘察的方法，这个时间 大概是上个世纪四十年代末第二次世界大战结束以后的城市 重建浪潮开始的。但这种方法本身的局限性，限制了它的发 展和应用。近些年，特别是上世纪八、九十年代末开始，随 着我国国民经济的持续高速发展，防震减灾法的公布与实施， 我国城市化进程的发展不断加速，城市规模不断扩展，
物探精品课程 第二章 第二节 地震波时距曲线
2 zu V1
cosi
根据视速度定理有
(2-10) (2-11)
代入(2-11)式得
T *
V1
d sin i
(2-12)
t x
d
Td* t0d
(2-13)
图2-13 折射波相遇时距曲线图
第二节 地震波时距曲线
同样方法亦可得到O2激发，O2O1区间接收时的时距曲线方程：
式中
tu
在图2-12中，我们还可以看到直达波、折射波和反射波三者之间的关系, 这为选择最佳观测段提供了依据。
第二节 地震波时距曲线
四、绕射波和多次反射波时距曲线
1．绕射波
地震波在传播过程中，当遇到断层的
棱角、地层尖灭点、不整合面的突起点
或侵入体如上所述，绕射波将以这些点
为新震源向周围传播。如图2-19所示，
点)左侧时，上式取负号。
由方程可见,该时距曲线为一条过原点O的直线，该直线斜率的倒数即为
V*。即
V * x / t
(2.2.2)
当忽略震源深度时，一般可近似认为V*等于表层层速度V1。其时距曲线
参见图 2-12所示。显然，在一定观测范围内，直达波最先到达接收点。
第二节 地震波时距曲线
2、折射波时距曲线
若以T=t2，X=x2为变量作图，式(2-19)变成斜率为和截距为的直线，如图2-17
所示。利用这一关系可确定反射界面之上地层的速度值V。
根据反射波时距曲线方程式(2-17)，可求得沿测线变化的视速度：
V*
dx dt
V
1 4H2 x2
(2-20)
分析式(2-20)可以看出，在爆炸点附近(x→0)，V趋于无穷大，而在无穷远处
地震波时距曲线综述
在地面激发了地震波后，根据地下介质的结构 和波的类型（如直达波、折射波和反射波）， 地震波将具有不同的传播特点。
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2019/3/12
一、时距曲线的概念(T-X Curve Conception)
为了定量地说明不同类型的波在各种介质结构 情况下传播的特点，在地震勘探中主要采用 “时距曲线” (时距曲线方程)这个概念。时 间和距离的关系是通过速度联系的。
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3.
4.
2019/3/12
一、时距曲线的概念(T-X Curve Conception)
单道记录与多道记录
自接 自收 方式 单炮多道 接收方式
多炮 多道 接收 方式
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一、时距曲线的概念(T-X Curve Conception)
各种观测方式震源和接收之间的排列
按一定的规律分布称观测系统，在地 震资料采集一章详细描述。 炮检距--激发点到接收点的距离叫炮 检距，也叫偏移距。可有最小炮检距 和最大炮检距。 波传播旅行时--从激发到被接收到所 需的时间即为传播时间
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2019/3/12
一、时距曲线的概念(T-X Curve Conception)
1 。时距曲线 (T-X Curve)：表示地震波的传播时间 t 和爆炸点与检波点之间的距离x的关系曲线， t-x曲线， 简称时距曲线。 2 。 共 炮 点 时 距 曲 线 Common Shoot Point Time Distance Curve ： 由一点激发，若干接收点接收， 所记录的时距曲线； 3 。共中心点 ( 共反射点 ) 时距曲线 Common Middle Point Time Distance Curve ：炮点与接收点以某一中 心点对称所记录的时距曲线；
地震波运动学5——连续介质——透过波时距曲线
明：我们讨论的反射波是“覆盖介质为连续 介质时的反射波”。如图所示，界面R上部是速度 连续变化的介质，在R界面上速度是“突变的”， 即v2≠v(H)。注意!我们不是讨论“在一个速度连续 变化的层内地震波的反射问题”。
区别：“覆盖介质为连续介质时的反射波” 与 “在一个速度连续变化的层内地震波的反射”。
30-17
Seismic Wave Kinetics
地震勘探原理及方法
30-18
Seismic Wave Kinetics
地震勘探原理及方法
3 连续介质情况下的“直达波”(回折波)
当速度随深度线性增加时，地震波的射线是圆弧。 如果在地面上观测，可以接收到一种波，它和均匀介质中
的直达波相似：都是从震源出发没有遇到界面，直接传到 地面各观测点的； 但是，它和均匀介质中的直达波又有不同，波不是从震源 出发沿直线传到地面各观测点的，而是沿着一条圆弧形的 射线，先向下到达某一深度后又向上拐回地面，到达观测 点。 根据这一特点，把这种“直达波”称为回折波。
在讨论连续介质中波的传播时，这样做比较麻烦，而改用 另一种思路就比较方便。
如果已经有了等时线在x－z平面内的方程，就可以由等时 线方程导出时距曲线方程。
因为一族等时线与地面的交点的坐标(x)同各条等时线的时 间值(t)之间的关系，就是时距曲线方程的z－x关系。
30-21
Seismic Wave Kinetics
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地震勘探原理及方法
30-2
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地震勘探原理及方法
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区别：“覆盖介质为连续介质时的反射波” 与 “在一个速度连续变化的层内地震波的反射”。
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地震勘探原理及方法
30-18
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地震勘探原理及方法
3 连续介质情况下的“直达波”(回折波)
当速度随深度线性增加时，地震波的射线是圆弧。 如果在地面上观测，可以接收到一种波，它和均匀介质中
的直达波相似：都是从震源出发没有遇到界面，直接传到 地面各观测点的； 但是，它和均匀介质中的直达波又有不同，波不是从震源 出发沿直线传到地面各观测点的，而是沿着一条圆弧形的 射线，先向下到达某一深度后又向上拐回地面，到达观测 点。 根据这一特点，把这种“直达波”称为回折波。
在讨论连续介质中波的传播时，这样做比较麻烦，而改用 另一种思路就比较方便。
如果已经有了等时线在x－z平面内的方程，就可以由等时 线方程导出时距曲线方程。
因为一族等时线与地面的交点的坐标(x)同各条等时线的时 间值(t)之间的关系，就是时距曲线方程的z－x关系。
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Seismic Wave Kinetics
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地震勘探原理及方法
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地震勘探原理及方法
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地震勘探原理及方法
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地震波运动学多层介质反射波时距曲线
v1
v2
vi
第二种方法是采用平均速度法。即把某一个界面以上的介质用具有平
均速度vav和厚度为H的均匀介质来代替。用下面公式 计算该界面的反 射波时距曲线。
t平均
1 vav
x2 4H 2
n
hi
n
其中vav
i 1
n ( hi )
,
H
hi
i 1
v i1 i
25-25
Seismic Wave Kinetics
用引入平均速度的办法，就可以把三层介质问题转化为均匀介质 问题，并可以把三层介质的时距曲线近似地看成双曲线。
引入平均速度是对层状介质的一种简化方案。它的准则是两种情 况下t0相等，或者说两条时距曲线在(x＝0；t＝t0)点重合。
实际地层剖面中，不只三层而是很多层，这时仍可以用上述方法， 用不同的平均速度值，把各个界面的上覆介质简化为均匀介质，
计算地震波传播的总时间t，以及 相应的接收点离开激发点距离x。
当计算出一系列(t、x)值后，就 可具体画出R2界面反射波时距曲 线。
25-8
Seismic Wave Kinetics
地震勘探原理及方法
下面找出计算（t，x）的公式。波从震源 O出发，透过界面R1，其传播方向必然满 足透射定律，即：
在地震勘探中对客观存在复杂的地层剖面，根据对问题研 究的深入程度，对成果精度的要求等因素，建立了多种地 层介质结构模型，主要有三种：
• 均匀介质
• 层状介质
• 连续介质
25-3
Seismic Wave Kinetics
地震勘探原理及方法
均匀介质 所谓均匀介质是认为反射界面R以上的介质是均 匀的，即层内介质的物理性质不变，地震波传播速度是一 个常数v。界面R是平面，界面可以是水平的或倾斜的。
地震时距曲线
h1 h2 t 2( ) 2( ) 1 2 COS1 COS2
取α=α1、,α2… 计算一组（ti,xi）,把一组（ti,xi）值标出来， 就得到R2界面的反射波时距曲线。 对于n层水平层状介质：
* * 2 * 2 MO*2 4h 2 xm t 2
A
1 2 ( x xm ) 2 4 h 2 xm v
t
1 2 x 2 xxm 4h 2 v 又 xm 2h sin 1 2 x 4h 2 4hx sin v
t
倾斜界面反射波时距曲线方程（上倾方向与x 正向一致）。
如上倾方向与x正向相反：
1 2 xm 2h sin 得： t x 4h 2 4hx sin v
由曲线方程可知：t与 的内在联系。
x, h, , v
存在明确
如果通过观测，得到一个界面反射波时距曲线，由时 距曲线方程给出关系，可求出界面深度 h, , v ，这就 是利用反射波发现研究地下地质构造的基本依据。
共炮点时距曲线— 由一点激发，若干接收点接收所 记录的时距曲线。 共中心点（共反射点）时距曲线：炮点与接收点以某 一中心点对称所记录的时距曲线。
地震勘探野外观测方式简介
单点探测
共炮点探测
共炮点道集
一个界面共炮点地震记录
多次覆盖观测系统
波形
波形+面积
彩色显示
第一节 直达波的时距曲线
直达波— 从震源出发，不经过反射和折射，直接传播到各 检波点的地震波称为直达波。
无论界面倾斜与否，反射波的时距曲线 都是双曲线形状。当ψ角为0时，时距曲 线对称于t轴；当界面倾斜时，双曲线的 极小点总是偏向界面的上倾方向。
xm 2h sin 2h cos tm v
取α=α1、,α2… 计算一组（ti,xi）,把一组（ti,xi）值标出来， 就得到R2界面的反射波时距曲线。 对于n层水平层状介质：
* * 2 * 2 MO*2 4h 2 xm t 2
A
1 2 ( x xm ) 2 4 h 2 xm v
t
1 2 x 2 xxm 4h 2 v 又 xm 2h sin 1 2 x 4h 2 4hx sin v
t
倾斜界面反射波时距曲线方程（上倾方向与x 正向一致）。
如上倾方向与x正向相反：
1 2 xm 2h sin 得： t x 4h 2 4hx sin v
由曲线方程可知：t与 的内在联系。
x, h, , v
存在明确
如果通过观测，得到一个界面反射波时距曲线，由时 距曲线方程给出关系，可求出界面深度 h, , v ，这就 是利用反射波发现研究地下地质构造的基本依据。
共炮点时距曲线— 由一点激发，若干接收点接收所 记录的时距曲线。 共中心点（共反射点）时距曲线：炮点与接收点以某 一中心点对称所记录的时距曲线。
地震勘探野外观测方式简介
单点探测
共炮点探测
共炮点道集
一个界面共炮点地震记录
多次覆盖观测系统
波形
波形+面积
彩色显示
第一节 直达波的时距曲线
直达波— 从震源出发，不经过反射和折射，直接传播到各 检波点的地震波称为直达波。
无论界面倾斜与否，反射波的时距曲线 都是双曲线形状。当ψ角为0时，时距曲 线对称于t轴；当界面倾斜时，双曲线的 极小点总是偏向界面的上倾方向。
xm 2h sin 2h cos tm v
工程物探-第二章1理论时距曲线
V1
V2 V3
V1
V3
V2
V3 V3
Q KH
H GG
x 2 h1 cos i13 2 h2 cos i23
V3
V1
V2
sin i13
V1 V3
cos i13
V32 V12 V3
sin i23
V2 V3
R2
cos i23
V32 V22 V3
地震勘探 第2章 浅层折射波法和反射波法
2.1 理论时距曲线
地震勘探 第2章 浅层折射波法和反射波法
2.1 理论时距曲线
2.1.2 折射波的时距曲线
1. 水平界面——(3)多层介质
t
x
n1
2
hk
Vn2 Vk2
Vn
k 1
VnVk
如图表示的是五层介质时距
曲线分布图
从图中可以看出：
1> 随着各层波速的逐层增
大，时距曲线的斜率 1 逐
渐减小
Vn
2> 界面越深初至区越远。
2.1.2 折射波的时距曲线
1. 水平界面——(2)三层介质
代入
cos i13 cos i23
V32 V12 V3
V32 V22 V3
t x 2 h1 cos i13 2 h2 cos i23
V3
V1
V2
t x 2 h1 V32 V12 2 h2 V32 V22
V3
V3V1
V3V2
显然也是一条直线
因此引入时 距曲线概念。
地震勘探 第2章 浅层折射波法和反射波法 直达波
反射波
折射波在该点 与反射波相切
折射波
折射波
反射波