地震波的基本概念

一、地震波是在岩层中传播的弹性波
波动：振动在介质中的传播。
二、波的几个特征 1. 振动和波动的关系就是部分和整体的关系
波有一定的速率。 波的频率等于震源的频率。
2. 波前、波后和波面
波前：
介质中某一时刻刚刚开始振动的各点组 成的面叫波前。
波面：
介质中同时开始振动的各质点所组成的 曲面叫波面。
波后： 介质中某一时刻刚刚停止振动的各点组 成的面叫波后。
5、地震折射波：
当入射角 c 时，发生全反射，不产生滑 行波，没有透射波，滑行波传播又引起另 外的效应，由于两种介质互相密接，滑行 波在传播过程中也会反过来影响第一种介 质，并在第一种介质中激发新的波，这种 由滑行波引起的波，在地震勘探中叫“折 射波”。
四、地震勘探中的常见波
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。 ㈠按波在传播过程中质点振动方向区分为 纵波：质点振动方向与传播方向一致; 横波：质点振动方向与传播方向垂直;
v2
v1
2
1
（1）波长λ：
在一个周期内，正弦波沿着波线前进的距 离叫波长。波源每振动一次，波长前进一 个等于波长的距离λ，波源每秒振动的次数 就是频率f，波每秒前进距离是f（即波速 v）。
v f 或 TV
T
（2）视速度：
当涉及的波速和波长时，我们是沿着波的传 播方向来考虑问题。
如果不是沿着波的传播方向而是沿着别的方 向来确定波速和波长时，所得结果叫做正弦
开始出现“全反射”时的入射角叫临界角
c , sinc
v1 v2
斯奈尔（Snell）定律：
对于水平层状介质，各层的纵波，横波 速度分别用
vp1 ,vs1 ,vpi ,vsi
表示入射波为纵波，入射角为 p1，各层纵 横波的反射角和透射角分别用pi ,si 表示，
则：
SIN( p1) SIN(s1) SIN( p2) SIN(s2) ...... SIN( pi ) SIN(si ) P
㈡按波在传播过程中的传播路径：直达波， 反射波，折射波，透射波。
直达波：
由震源出发向外传播，没有遇到分界面直接 到达接收点的波叫直达波。一个纵波入射到 反射面时 ，即产生反射纵波和反射横波，也 产生透射纵波和透射横波。与入射波类型相 同的反射波或透射波称为同类波。改变了类 型的反射波或透射波称为转换波。入射角不 大，转换波很小，垂直入射不产生转换波。
为了反应各点的振动之间的关系，把同一 时刻各点的位移画在同一个图上 ，即描述 某一时刻各质点偏离平衡位置的曲线。
不同的质点可能有不同的振动曲线； 不同的时刻有不同的波形曲线； 在地震勘探中，通常把沿着测线画出 的波形曲线叫“波剖面”。
5.正弦波的几个特征： 正弦波: 如果各点的振动都是谐振动。
对于正弦波介质中各部分振动频率等于波源 频率，周期T和频率有固定值。
波阻抗界面才是反射界面，速度界面不 一定是反射界面。
三、地震波传播的规律
1、反射和透射 当波入射到2种介质分界面时，会发生反射 和透射。
第一种介质 1v1
第二种介质 2v2
（波阻抗）
当 1v1 2v2 时： 地震波才会发生反射。
2.反射定律和透射定律
入射面：入射线和法线NP所确定的平面垂 直分界面叫入射面。
反射定律：反射线位于入射面内，反射角等
波的视速度和波长，用Va 和a 来表示。
如图:
AB 为沿着测线方向的视波长
AB
AB a
AB A BSIN ( ) a SIN ( )
波沿测线方向传播速度
Va
a
T
V T
Va
V
SIN ( )
va：称地震波沿测线方向 的视速度。 SIN ( ) 1 Va Va 地震波沿地表传播： 90。，va v; 地震波垂直地表传播： 0。，va .
3.波线 在一定条件下，可以认为波及其能量是沿一条 “路径”从波源传到所考虑的一点P，然后又 沿那条“路径”从P点向别处传播，这样的理 想路径就叫通过P点的波线，又叫射线。
几何地震学:
利用波线的概念来研究地震波的传播问题。
4.振动曲线和波形曲线 振动曲线： 某一质点在不同时刻的情况；
波形曲线：
于入射角，
1
' 1
透射定律：透射线也位于入射面内，
而且：
s in 1 sin 2来自v1 v2v1
s in 1
v2
sin 2
va
表示：沿着界面，波在两种介质中传播 的视速度是相等的。 全反射:
v2 v1 2 1;
当1 到一定程度，但还未到90。时，2 已增大 到 90。，这时透射波在第二种介质中沿界面 “滑行”，出现“全反射”现象。
炸药爆炸以猛烈的膨胀作用为主，造成岩 石的膨胀和压缩，这种形变使质点振动方 向与波的传播方向一致，产生纵波；
又由于实际的爆炸作用不具有球形的对称 性，以及实际的地层不是均匀介质，也会 产生使质点沿着与波传播方向相垂直的振 动，即形成横波。
同一次爆炸产生的纵波比横波强的多，在 同一介质中 v纵 v横 ，在地震勘探中，主 要用纵波。
㈢按波所能传播的空间范围：
体波：
纵波和横波可以在介质的整个立体空间 中传播，合称为体波。
面波：
沿自由表面或分界面传播的波叫面波。其 强度随离开界面的距离加大而迅速衰减。
R 2v2 1v1 2v2 1v1
R：反射系数（由介质1入射到分界面时界 面的反射系数）。
在界面产生反射波条件：分界面两边介 质的波阻抗不相等。
Vp1
Vs1
Vp2
Vs2
Vpi
Vsi
P：射线系数
3、费马（Fermat)原理：
波在各种介质中的传播路线满足所用时间为 最短的条件。
4、惠更斯（Huyaens)原理：
介质中波所传到的各点，都可以看成新的波源 叫子波源，可以认为每个子波源都向各方向发 出微弱的波，叫子波。子波是以所在点处的波 速传播的。利用惠更斯原理导出反射定律。
如图:
在t0时刻，波源开始振动， 过了一段时间到了t0’ （t0’ > t0 ）， 波源的振动可能停止了或暂时停顿了； 到了 t1 时刻，传播了一段距离。
在V0区域：波已经传播过去，振动已停止； 在V1区域：介质振动正在进行； 在V2区域：波还没有传到；
S: t1 时到波前，波是不 断前进的，波前、 波尾是相对某一时刻的波前、波尾。介质 中的任何一点都有一个波面。