地震波传播理论在目标探测中的应用
地球物理学中的地震波传播理论分析
地球物理学中的地震波传播理论分析地震是一种自然现象，是地球内部因各种原因而产生的震动。
它不仅对人类社会产生直接影响，还是研究地球内部结构和地球科学的基础。
地震波传播是研究地震的重要内容之一，地球物理学中已有较成熟的理论分析方法。
地震波类型根据振动方向、传播速度和产生地点不同，地震波可分成P波、S波、L波和R波。
P波：即纵波，是指振动方向与波传播方向一致的波动。
它具有压缩性和弹性，传播速度较快，可以通过任何物质传播。
S波：即横波，是指振动方向垂直于波传播方向的波动。
它只具有弹性，没有压缩性，传播速度比P波慢，只能通过固体介质传播。
L波：即面波，是指在地表或地壳上传播的波动。
它的传播速度介于P波和S波之间，既有弹性也有压缩性。
R波：即径向波，是指振动方向垂直于地心方向的波动，主要产生于深部地震。
地震波传播理论分析地震波传播的理论分析是地震学的重要内容之一。
在地球物理学中，传播理论可以通过针对特定问题和地质情况的模型计算，得到传播速度、方向和部分振动参数。
传播速度地震波的传播速度取决于介质的密度、弹性模量和泊松比。
在任意介质结构中，速度都随深度变化，到达地下水平面时发生反射和折射，这些过程也会改变波速。
传播方向地震波在地球内部的传播方向受到介质类型、脆-塑性变形和地球结构的影响。
在大型地震中，地震波的传播方向通常是为三维结构，这需要通过计算机模拟进行处理。
部分振动参数地震波的部分振动参数包括振幅、频率、波长和位移。
在地球科学研究中，这些参数对测量物理现象和分析数据具有重要意义。
进一步应用在地震学中，地震波传播理论分析不仅适用于地质结构探测和地震预测，还适用于天体物理学、大气物理学和宇宙学等领域。
例如，利用地震波理论和观测数据，可以研究地球内部的物理性质、地球的演化历史以及宇宙大爆炸等问题。
结语地震波传播理论分析是地球物理学的重要组成部分，可以为地球内部结构的研究和地震灾害的预警提供有力支持。
通过深入理解地震波的传播机制和物理特性，可以进一步拓展对地球和宇宙的认识。
地球物理勘探技术在煤炭勘探中的应用
地球物理勘探技术在煤炭勘探中的应用地球物理勘探技术是一种通过利用地球物理现象和相应的测量方法，对地下物质的性质和分布进行研究的技术手段。
在煤炭勘探中，地球物理勘探技术发挥着重要的作用。
本文将从地震勘探、电磁勘探和重力勘探三个方面，介绍地球物理勘探技术在煤炭勘探中的应用。
一、地震勘探地震勘探是利用地震波在地下的传播特性对地下结构进行勘探的技术手段。
在煤炭勘探中，地震勘探可以用于寻找煤层和判断煤层的分布情况。
通过发送地震波，观测地震波传播的速度和路径，可以得到地下煤层的厚度、构造特征等信息。
例如，在煤炭勘探中，可以利用爆破或震源车辆产生人工地震波，通过地表上的地震仪观测地震波的到达时间和振幅，进而推断地下煤层的存在和分布。
此外，地震勘探还可以通过分析地震波的反射和折射特征，获取煤层的物理参数，如速度、密度等，从而进一步了解煤炭资源的质量和储量。
二、电磁勘探电磁勘探是利用地下物质对电磁场的作用，测量地表电磁场的变化，从而推断地下物质的分布和性质的技术手段。
在煤炭勘探中，电磁勘探可以用于寻找煤层和判断煤层的储量和质量。
例如，通过利用人工电磁场源或自然地磁场的变化，观测接收地表电磁场的变化，可以获得地下煤层的导电性信息。
根据地下煤层的导电性与煤层的含煤量和含水量之间的关系，可以推断煤层的厚度、深度和分布情况。
此外，电磁勘探技术还可以用于检测煤层下的瓦斯赋存情况。
由于瓦斯对电磁场的响应是具有特殊特征的，通过观测地下煤层向上的瓦斯流动对电磁场的干扰，可以推断煤层下的瓦斯赋存情况，为煤炭开采提供重要的依据和指导。
三、重力勘探重力勘探是利用地球重力场的变化来推断地下物质的分布和性质的技术手段。
在煤炭勘探中，重力勘探可以用于寻找煤层和判断煤层的分布情况。
例如，在煤炭勘探中，可以通过在地表上测量地球重力场的变化，推断地下煤层的厚度和分布情况。
由于地下煤层比岩石密度小，所以在地球重力场中会产生一定的异常。
通过测量这种重力异常，可以判断煤层的存在和分布状况。
石油勘探中的地震探测技术研究
石油勘探中的地震探测技术研究石油是当今世界上最重要的能源之一，它广泛应用于各个领域，如交通、工业、建筑等。
然而，石油资源的开采是一项非常具有挑战性的任务。
在石油勘探中，地震探测技术是一项非常重要的工具。
本文将探讨石油勘探中的地震探测技术研究。
地震探测技术是一种通过测量地震波在地下传播的方式来研究地下结构的技术。
在石油勘探中，这种技术被广泛应用。
石油勘探的主要目的是找到油气藏，而地震探测技术可以通过对地下结构的探测来确定油气藏的位置和规模，从而为采油提供重要的依据。
地震探测技术可以分为两种类型：地震勘探和反射勘探。
地震勘探是通过在地表上放置震源来产生地震波，并通过在地表上布置地震检波器来记录地震波在地下的传播情况。
这种技术可以通过地下的介质变化来确定油气藏的分布。
反射勘探是在地表和地下设置地震波发射器和接收器，通过记录地震波在不同介质之间的反射来确定地下结构。
地震探测技术主要依赖于地震波的性质和介质的特性。
地震波是一种介质振动波，它的传播速度和方向取决于介质的密度和弹性模量。
不同的岩石介质具有不同的密度和弹性模量，因此地震波在不同介质之间传播时会发生折射和反射。
通过对地震波的记录和分析，可以确定地下结构的各种特性。
在石油勘探中，地震探测技术已经被广泛应用，并不断发展。
随着科学技术的不断进步，地震探测技术也在不断改进。
现代地震勘探系统通常使用多组震源和检波器，以增加探测深度和分辨率。
通过将多组数据进行处理和分析，可以生成地下结构图像。
此外，现代地震探测技术还可以应用于油气藏的长期监测和管理。
石油勘探中的地震探测技术研究已经取得了一些重要成果。
例如，针对地震波在不同类型地层之间的传播规律，科学家们已经提出了一系列理论模型和数学方法，这些方法可以用于地下结构特征的分析和预测。
此外，一些新的勘探技术也逐渐出现，如地震反演技术、地震成像技术等，这些技术可以更精确地确定油气藏的位置和规模。
总之，地震探测技术是石油勘探中的一项重要工具。
地震监测与测量技术的原理与应用指南
地震监测与测量技术的原理与应用指南地震是地球上常见的自然现象之一，它给人们的生活和财产造成了巨大的威胁。
为了更好地预防和应对地震的影响，地震监测与测量技术起到了至关重要的作用。
本文将介绍地震监测与测量技术的原理与应用指南，以帮助读者更好地了解和利用这一技术。
一、地震监测的原理地震监测的原理是基于地震的产生和传播过程。
地震是因地壳运动引起的地球的振动，其通常包括地震发生的震源和地震传播的波动。
地震监测就是通过对地震的震源和波动进行观测和分析，来了解地震活动的特征和参数。
地震监测的关键就是地震仪器，它们包括了地震仪、地震计、地震测量仪等。
这些仪器通常通过测量地震波在地球内部的传播速度、振动强度和频率等参数，来判断地震的大小和发生地点。
二、地震监测的应用地震监测在现代社会中有着广泛的应用。
首先，它对于地震预警起到了关键作用。
通过监测地震波在地球内部的传播速度和强度，可以提前预警地震的到来，给民众时间来做好防范准备。
这在一些地震频发的地区尤其重要，可以避免人员伤亡和财产损失。
其次，地震监测也对于地震科学研究和地球构造理论的发展具有重要意义。
通过对地震波的测量和分析，科学家们可以进一步了解地球内部的结构、板块运动和地壳变形等过程，有助于探索地球的奥秘。
另外，地震监测还在工程建设中发挥着重要作用。
在建造大型建筑、桥梁和地下工程时，需要考虑地震的影响，以确保工程的安全性。
地震监测可以提供地震的活动性和危险性评估，从而指导工程设计和施工过程。
三、地震监测的技术地震监测技术的发展经历了多个阶段。
早期的地震仪器主要是机械式的，如振动盘和地震计。
这些仪器通过机械传感器来测量和记录地震波动，但其精度和灵敏度较低。
随着电子技术的发展，电子式地震监测设备开始得到广泛应用。
例如，现代的地震仪通过使用压电材料或光纤传感器，可以更精确地测量地震波动的振幅和频率。
而数字化技术的引入，则使得地震数据的收集和分析更为方便和高效。
近年来，随着物联网和人工智能技术的发展，地震监测技术正逐渐朝着自动化和智能化方向发展。
地震监测技术的发展与应用
地震监测技术的发展与应用地震监测技术是防震减灾的重要手段，通过实时监测地震活动，可以及时预警并采取应对措施，减少地震灾害的损失。
本文将探讨地震监测技术的发展历程、现状及其在防震减灾中的应用。
地震监测技术的发展可以追溯到古代。
早在公元132年，中国汉代的张衡就发明了世界上最早的地震仪——候风地动仪。
该仪器通过感知地震波的传播方向，能够初步监测地震的发生和方向。
现代地震监测技术的发展则起源于19世纪末期，随着地震学理论的不断进步，地震仪器的精度和灵敏度也得到了显著提升。
目前，地震监测技术主要包括地震波监测、GPS监测和卫星遥感监测等方法。
地震波监测是最常用的方法，通过布设地震台网，实时监测地震波的传播情况，确定地震的震中位置、震级和震源深度。
GPS监测则利用全球定位系统，监测地壳运动和变形，提供地震前兆和震后变形信息。
卫星遥感监测通过卫星影像和雷达数据，监测地震引发的地表变化和地震灾害范围，为灾后救援和恢复提供重要信息。
在防震减灾中，地震监测技术的应用非常广泛。
首先，通过地震监测技术，可以实现地震预警。
地震预警系统通过实时监测地震波的传播情况，在地震波到达目标区域前几秒到几十秒发出预警信号，为人们逃生和避险争取宝贵时间。
例如，日本的地震预警系统在地震发生前几秒钟发出预警信号，成功避免了大量人员伤亡。
其次，地震监测技术可以用于地震灾害评估和响应。
通过地震监测数据，可以迅速评估地震的破坏范围和严重程度，制定科学的应急响应方案。
例如，在汶川地震发生后，通过地震监测数据，迅速评估了震中位置和震级，为救援队伍的部署和灾区救援提供了重要依据。
地震监测技术还可以用于地震科学研究和防震减灾规划。
通过长期监测和积累地震数据，科学家可以研究地震的发生规律和前兆现象，提升地震预测的准确性和可靠性。
例如，通过对地震台网数据的分析，科学家发现了一些地震前的异常现象，如地震波速度变化、地壳应力变化等，为地震预测提供了重要线索。
地震物理探测方法研究与应用
地震物理探测方法研究与应用第一章：引言地震作为一种天然灾害，常常给人们的生命和财产带来重大损失。
近年来，随着科技的发展，地震物理学领域的研究也得到了极大的发展。
地震物理学主要研究地球内部结构和地表地震活动等方面的问题，而地震物理探测方法是地震物理学领域最为重要的一个方面。
本文将探讨地震物理探测方法的研究和应用现状。
第二章：地震物理探测方法2.1 介绍地震物理探测方法是指通过测量地震波在地球内部传播的特性，分析地震波在传播过程中所经过的不同介质的性质，从而推断地球内部的结构、物性和地震震源的性质等信息的方法。
2.2 主要方法地震物理探测方法主要包括地震反演、地震勘探、地震波传播等方法。
2.2.1 地震反演地震反演是指通过地震波在地球内部传播的反射和折射等现象，测量地震波在不同介质中传播时的速度和振幅等信息来推断地球内部结构和物性等信息的方法。
其中，常用的方法包括层析成像、全波形反演等。
2.2.2 地震勘探地震勘探是指通过记录地震波在地球中传播的速度、振幅等信息来研究地球内部结构和地震震源等问题的方法。
包括地震勘探测深、勘探物探等方法。
2.2.3 地震波传播地震波传播是指地震波在地球中的传播规律以及传播时所经过的各种介质的性质的研究。
地震波传播的方法主要包括频散分析、波传播理论等。
第三章：地震物理探测方法应用3.1 地球内部结构研究地球的内部结构研究是地震物理探测方法应用的重要领域之一。
通过地震波在地球内部的传播以及反射、折射等现象，可以推断出地球内部的各层结构特征。
例如，通过地震反演的方法可以研究地球内部的地幔结构、核结构等问题。
3.2 地震勘探地震勘探是地震物理探测方法应用的重要领域之一，它广泛应用于勘探石油、天然气和矿产资源等方面。
通过地震勘探可以探测出地下的各种介质构造和物性，从而为石油、天然气和矿产资源等的勘探提供重要信息。
3.3 地震灾害预测地震探测方法还可以应用于地震灾害预测。
通过地震波在地球内部传播的速度、振幅等信息，可以预测地震的规模、位置和发生时间等信息，从而为地震防灾工作提供了重要支持。
弹性波在地震勘探中的应用研究
弹性波在地震勘探中的应用研究地震勘探是一种通过观测地震波的传播特性，来了解地下结构和岩石性质的方法。
而弹性波在地震勘探中的应用研究，正是利用地震波的特性来揭示地下的情况和构造。
首先，弹性波在地震勘探中的应用主要体现在地震波的传播与反射上。
通过布设地震仪器，探测到来自震源的地震波时，我们可以观察到波在地下的传播情况。
由于地下岩石的物理性质不同，地震波在不同介质中的传播速度也不同，从而导致波的传播路径和传播时间发生变化。
通过分析这种变化，我们可以获得关于地下岩石类型、层位和结构的信息。
其次，弹性波在地震勘探中的反射现象也起到了重要的作用。
当地震波穿过不同介质之间的界面时，会发生反射现象。
通过观察和分析这些反射波，我们可以推断出地下的构造情况。
例如，在含有油气的地层中，由于油气的密度和弹性模量与周围岩石不同，会引起明显的反射波。
利用这些反射波的特征，地震勘探人员可以确定油气的存在和分布。
除了传播与反射，地震波的衰减与干扰也是地震勘探中需要研究的重点。
地下介质的性质不同，会对地震波的传播和衰减产生影响。
在地震勘探中，我们需要研究这种影响，以便更准确地解释地震记录和推断地下构造。
此外，地震波的干扰也是需要研究的问题。
由于地球内外部的各种因素，地震波在传播过程中可能会受到干扰，如散射、多次反射等。
研究这些干扰现象，有助于提高地震勘探的信噪比和分辨率。
弹性波在地震勘探中的应用研究还包括了地震数据处理和解释。
地震数据处理是将原始记录处理成可以观察和分析的数据形式。
在地震数据的处理过程中，需要采用各种滤波、叠加、去噪等方法，以提高地震数据的质量和可用性。
而在地震数据的解释中，需要将地震记录与地下模型进行对比，并通过地震学理论和数值模拟等手段，来解释这些记录，揭示地下的构造和岩石性质。
弹性波在地震勘探中的应用研究不仅在石油勘探中起到了重要的作用，也广泛应用于地震灾害预警等领域。
通过分析地震波的传播速度和幅度，可以提前预测地震的传播路径和强度，为地震灾害的防范和救援提供科学依据。
物探专业面试题目(3篇)
第1篇一、基本概念与理论1. 请简述物探的基本原理及其在石油勘探中的应用。
解析：物探（地球物理勘探）是利用地球物理场的变化来研究地球内部结构、性质及其变化规律的一种科学方法。
在石油勘探中，物探主要用于查明地下油气藏的分布、规模、类型和含油气性等，为油气田的勘探开发提供科学依据。
2. 解释地震勘探中“反射波”、“折射波”和“转换波”的概念，并说明它们在油气勘探中的应用。
解析：地震勘探是物探中最常用的方法之一。
反射波是指地震波在地下地层界面发生反射后返回地表的波；折射波是指地震波进入另一种介质后，传播方向发生改变而继续传播的波；转换波是指地震波在地下地层界面发生反射和折射的同时，部分能量发生转换而形成的波。
这三种波在油气勘探中都有重要应用，如通过分析反射波的振幅、相位、频率等特征，可以判断地下地层性质；通过分析折射波和转换波的传播特性，可以确定地层的速度和密度。
3. 简述重力勘探和磁法勘探的基本原理及其在地质勘探中的应用。
解析：重力勘探是利用地球重力场的变化来研究地下地质构造的一种方法。
通过测量地面重力异常，可以推断地下岩层的密度、厚度等特征。
磁法勘探是利用地球磁场的变化来研究地下岩层磁性特征的一种方法。
通过测量地面磁异常，可以推断地下岩层的磁性性质，如磁性矿床的分布等。
4. 请解释物探中的“分辨率”和“信噪比”两个概念，并说明它们对物探结果的影响。
解析：分辨率是指物探仪器能够区分两个相邻目标的最小距离。
分辨率越高，探测结果越精确。
信噪比是指物探信号中有效信息与噪声的比值。
信噪比越高，探测结果越可靠。
分辨率和信噪比是影响物探结果的两个重要因素，需要在实际应用中加以关注。
二、物探技术与方法5. 请列举物探中的几种常用技术，并简要介绍它们的特点。
解析：（1）地震勘探：通过发射和接收地震波，分析地震波的传播特征来探测地下地质构造。
（2）电法勘探：利用地下岩石的电性差异，通过测量电流或电压的变化来探测地下地质构造。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
2 基于瑞雷波的地震其能量较强、速度较低、频率较低、容易分辨, 所以采用瑞雷 波检测法来进行目标特征分析研究。
根据震源激发方式, 常用的瑞雷波检测方法有稳态和瞬态两种。使用稳态 (或谐振) 震源的方法称 为稳态瑞雷波法。 用瞬态冲击力作震源激发瑞雷面波的方法称为瞬态瑞雷波法。 地表在脉冲载荷作 用下, 在离震源稍远处, P 波、S 波在地表产生的位移和瑞雷波相比几乎可以忽略, 传感器记录的基本 上是瑞雷波的垂直分量。瞬时冲击力可以看作是许多单频谐振的叠加, 因而记录到的波形也是谐波叠 加的后果, 呈脉冲形的面波。对记录信号作频谱分析和处理, 把各单频面波分离并获得相应的相位差, 即可计算并绘制波速与频率关系或波速与波长关系曲线。
人员走动时脚步施加于地面的激励为脉冲激励, 车辆、坦克行进时车轮、履带施加的激励是多频 稳态激励, 而且震源与传感器距离随时间而变化, 所以传感器测得的是各次激振各频率谐波的叠加。 课题组人员在坦克训练基地良好土质地面上, 对人员 、汽车、坦克三种基本目标的地震动信号进行了 实地检测, 测得时域信号如图 1 (a) (b)、图 2 (a) (b)、图 3 (a) (b)。
数形式衰减。可见, 体波振幅衰减与 1 r 成正比, 面波振幅衰减与 1 要比体波慢得多。
r 成正比。因此, 瑞雷波的衰减
(4) 瑞雷面波的频散 自由表面瑞雷面波存在的条件方程式 (5) 中不包含频率参数, 这表明相速度 vR 与频率无关, 即无 频散现象。 但在讨论自由表面瑞雷波形成时, 我们假设地下介质是一个均匀无限大的半空间, 这表明 它是在均匀介质条件下, 瑞雷波传播速度没有频散性。 非均匀介质将导致瑞雷波的频散。 实际上, 由 于瑞雷波的穿透深度大约为一个波长, 在地表测得的瑞雷波速度被认为反映了一个波长的深度范围 内介质的平均弹性性质。 由于不同频率的瑞雷波有不同的波长, vR 的变化反映了不同深度内介质平 均性质的改变。
C (f ) =
S X Y (f )
1
[S X X (f )S YY (f ) ] 2
(12)
式中 C (f ) 的模应恒为 1, 可通过 C (f ) 的实部进行质量评价。如果在传播过程中系统是理想的, 则该
频段内 C (f ) 的实部绝对值应接近 1, 若由于干扰和系统的非线性使信号的质量降低, C (f ) 的实部的
1999年12月 第 21 卷第 4 期
探测与控制学报 Journa l of D etection & Con trol
D ec. 1999 V o l. 21. NO. 4
地震波传播理论在目标探测中的应用α
聂伟荣, 朱继南, 张元春
(南京理工大学机械学院, 南京 210094)
摘 要: 主要是针对地震目标探测的目的, 通过对各种地震弹性波的对比研究, 借鉴地震勘
∞
∫ S X Y (f ) = CX Y (Σ) e- j2Πf dΣ -∞
·53· (9)
(10)
(11)
图 1 (a) 人员脚步信号 (传感器 1) 图 1 (b) 人员脚步信号 (传感器 2)
图 2 (a) 汽车运动信号 (传感器 1) 图 2 (b) 汽车运动信号 (传感器 2)
解出满足方程的一个解 vR = 0. 92v s, 说明这种自由表面的瑞雷面波确实存在, 它沿地表传播的速度低
于 S 波的速度。
1. 3 自由表面瑞雷面波的特征
(1) 位移特征
在上面的推导中, 为简明起见, 用到一个条件 Κ= Λ, 由此可得
vp =
Κ+ 2Λ Θ
=
3
Λ Θ
=
3 vS 以及 vR = 0. 92vS
·51·
自由表面瑞雷面波的形成可以用波动理论严密地推导出来[2]。如果地表以下的介质是均匀的, 用
与地表垂直的平面可截取一个二维的介质剖面。选水平坐标轴 x 沿地表方向, 垂直坐标轴 z 由地面起
算并指向地下。令 Υ为反映介质微元的胀缩的标量位函数, Ω为反映介质微元的扭转或剪切的失量位
函数, 介质质点在 x、z 方向上的位移分量分别为 ux、uz , 则它们的关系为
© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
互功率谱为:
聂伟荣等: 地震波传播理论在目标探测中的应用
∞
∫ S X X (f ) = CX (Σ) e- j2Πf dΣ -∞ ∞
∫ S Y Y (f ) = C Y (Σ) e- j2Πf dΣ -∞
图 3 (a) 坦克运动信号 (传感器 1) 图 3 (b) 坦克运动信号 (传感器 2)
可见, 互功率谱是 f 的复函数, 其相位谱反映了包含在面波中的相应单频波的相位差。在互功率谱函
数中, 并非对各频率 f 都是有效的, 关键是看所计算的频段内面波从传感器 1 向传感器 2 传播时是否 有良好的相关性, 也就是说该频段的质量好否。 为此定义相干函数
绝对值将下降。在浅层瑞雷波法地质勘探中, 评价面波质量时认为 C (f ) 实部的绝对值大于 0. 8 时, 面
© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
ux =
5Υ 5x
-
5Ω 5z
(2)
uz =
5Υ 5z
-
5Ω 5x
对于简谐波, Υ、Ω具有 ejΞt的形式, 如果存在由 P 波、S 波叠加形成的瑞雷波, 则 Υ、Ω分别满足波动
方程 (1) 的解可表示为:
Υ=
A e-
w vp
e v p
vR
2- 1 z
iΞ( t-
x vr
)
(3)
Ω=
B
e-
w vs
© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
·52·
探测与控制学报
0) , 瑞雷波的位移幅值迅速减小。 (2) 瑞雷波速度与介质性质的关系 波速是反映介质性质的重要参数。 由介质的弹性模量和泊松比之间的换算关系, 可得 S 波与 P
人工地震勘探是利用各种特性已知的震源在地球介质中的传播特性变化来研究地层地质构造问 题, 而本文所研究的地震目标探测是在地质地貌构造认为已知的情况下, 通过对人员、车辆、坦克等地 面运动目标所产生的地震弹性波的研究来分析震源的特性, 从而确定引起震动的目标的性质。所以从 理论上讲, 在地震目标探测研究中完全可以借鉴地震勘探中的技术和方法, 既可以探测纵波、横波为 分析对象, 也可以探测瑞雷波为分析对象, 或三者兼而有之。由于瑞雷波具有能量较强, 在自由表面传 播距离较远等特性, 更适合于远距离目标震源的探测与识别。
(3) 瑞雷波的衰减 在地面上进行竖向激振时, 一般来说会产生 P 波、S 波和瑞雷面波。 P 波和 S 波的波前为半球形 面, 其面积正比于半径 r 的平方, 所以其能量按 1 r2 的规律衰减 ( r 为震源到波前面的距离)。 瑞雷波 的波前面约高度为 ΚR 的圆柱体, 其波前面面积与 r 成正比, 即瑞雷波的能量随着与震源距离 r 的倒
α 收稿日期: 1999- 07- 20 作者简介: 聂伟荣 (1969- ) , 女, 山西原平人, 在读博士, 讲师, 研究方向: 信息探测与控制.
© 1995-2005 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.
聂伟荣等: 地震波传播理论在目标探测中的应用
=
v2
2f
(1)
式中 f 为空间位置和时间函数: v 的物理意义是波的传播速度。
设 Κ为弹性模量, Λ 为切变模量, Θ为介质的密度。 由弹性力学理论可知, P 波的波速为 ΤP =
Κ+Θ2Λ, S 波的波速为 ΤS = 1. 2 瑞雷波的形成
ΛΘ。 两式表明在弹性固体介质中存在以不同速度独立传播的波。
处质点位移的水平分量与垂直分量的幅值之比为 2 3, 水平分量的相位滞后 Π 2, 因而质点的位移呈
绕其平衡位置的椭圆, 质点在平衡位置正上方时其运动方向与波的传播方向相反。因此人们概括地称
其运动轨迹为逆进椭圆。
因在 (3) 式中位函数 Υ、Ω的幅值含有随深度 z 增加而按指数衰减的因子, 所以在地表以下 (z >
1 瑞雷波的形成
1. 1 弹性波波动方程
震源区附近的介质受到不同方式的激振力时都会产生形变。 介质的受力 (应力) 和形变 (应变) 由
震源以波动的形式向外传播。 理论上, 波动可以用波动方程来描述, 它表征了空间任何位置处介质微
元的应变随时间 t 的变化规律。 在直角坐标系中波动方程可表示为
52f 5t2
波的波速比vS =
vP
12 (1-
2Ρ Ρ)
,
将此关系式代入
(5)
就可得到
vR vS
6
-
8 vR vS
4
+
8 (2 1-
Ρ) Ρ
vR vS
2
-
8 1-
Ρ=
0
(7)
对此方程求解, 可得到满足条件的瑞雷波与横波波速有如下的近似关系:
vR =
0. 87 + 1. 12Ρ 1 + Ρ vS
(8)
随着泊松比 Ρ 增大, v P 相对 vS 急剧增大, 而 vS 与 vR 值则趋于一致。一般岩石泊松比在 0. 25 左右, 第 四系地层泊松比为 0. 4～ 0. 49。 对土体而言, 可以认为 vR 与 vS 基本相等。
即 vR < vS < v p , 根据 vR、vS、V P 之间的关系和 (2)、(3)、(4) 式可以计算出瑞雷面波传播时地表面介质