第1篇地震折射波法详解
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地球物理勘探 1-4地震波的反射、透射和折射
Q
V2 T
e
T f
：入射角（入射线和界面法线的夹角）
：反射角（反射线和界面法线的夹角） 1
：透射角（透射线和界面法线的夹角）
2
4.1 平面波的反射和透射
▪ 从图中可看出： AS BQ V1 T，
▪
ABQ ASQ 90
▪
共边 AQ
▪ 可证明：
14
15
▪ 2、 透射波的能量转换极其特征
• 透射波的波函数：
i ( t x sin 1 z cos 1 )
U P12 a P12 e
V P1 2
aB e i ( t kx sin 1 kz cos 1 ) PP
其中，k ( 园波数）
VP2
▪ ② i pp， / 2 ，s属in正 常1透射情况。 ▪ ③ ipp， / 2 sin ，1数学上不成立，可得
x
,
y
,
z
,
t
0
(
z
)ei
(
kx
wt
)
▪ ▪
式将中上式k 代 V入wR (波面动波方的程圆：波数），VR：面波速度
。（3-4-1）
2
t 2
V p2 2
0
2
t 2
Vs2
2
0
（3-4-2）
27
4.4 地震面波
▪ 就得到常微分方程
20
t 2
w1R w2R
6
4.2 在弹性分界面上波的转换， 能量分配，法向入射和倾斜入射
4.2.2 波的转换
在介质W1和W2中存在四种不同的传播速度(见书（1-4-3） P波入射时，将 产生四种不同 的波，它们分别是 反射纵波 P11 反射横波 P12 透射纵波 P1S1 透射横波 P1S 2
V2 T
e
T f
：入射角（入射线和界面法线的夹角）
：反射角（反射线和界面法线的夹角） 1
：透射角（透射线和界面法线的夹角）
2
4.1 平面波的反射和透射
▪ 从图中可看出： AS BQ V1 T，
▪
ABQ ASQ 90
▪
共边 AQ
▪ 可证明：
14
15
▪ 2、 透射波的能量转换极其特征
• 透射波的波函数：
i ( t x sin 1 z cos 1 )
U P12 a P12 e
V P1 2
aB e i ( t kx sin 1 kz cos 1 ) PP
其中，k ( 园波数）
VP2
▪ ② i pp， / 2 ，s属in正 常1透射情况。 ▪ ③ ipp， / 2 sin ，1数学上不成立，可得
x
,
y
,
z
,
t
0
(
z
)ei
(
kx
wt
)
▪ ▪
式将中上式k 代 V入wR (波面动波方的程圆：波数），VR：面波速度
。（3-4-1）
2
t 2
V p2 2
0
2
t 2
Vs2
2
0
（3-4-2）
27
4.4 地震面波
▪ 就得到常微分方程
20
t 2
w1R w2R
6
4.2 在弹性分界面上波的转换， 能量分配，法向入射和倾斜入射
4.2.2 波的转换
在介质W1和W2中存在四种不同的传播速度(见书（1-4-3） P波入射时，将 产生四种不同 的波，它们分别是 反射纵波 P11 反射横波 P12 透射纵波 P1S1 透射横波 P1S 2
1.5地震折射波法
由于基岩面是一个良好的折射面且起伏不大，地震地质条件较好。由图中明显看 出，测线中部基岩隆起，右侧有深槽，后经钻孔和全线施工开挖证明，精度较好。
应用实例介绍4：探测构造破碎带
图为某水库选择坝址进行浅层折射勘探的一个实例。
由于构造破碎带内的物质胶结较松散，波速低，因此，地质上的破碎带往往 都是地震上的低速带。
t1 t O1 ABD t 2 t O2 ECD界 面 示 意 图
如何构制（x）曲线？
由t0(x)及（x）的 表达式得:
t0(x)=t1 +t2 -T=t1 -△t (x)= t 1 – t 2+T= t1 + △t
折射波法资料处理解释系统流程框图
折射波时距曲线的绘制
要进行定量解释，必须先绘制时距曲线。
时距曲线的检查
(1)互换时间的相等性 (2)时距曲线的平行性 (3)动力学标志
如图 (a)所示。 如图 (b)所示。
根据振幅、频率及波形的变化是判断一个新波到达的重要判据。
5.2.2.1 常见地质构造现象的时距曲线 1．透镜体和尖灭层的折射波时距曲线
低速带会使波传播在时间上产生滞后，且使能量衰减、频率变低。因此，可 据记录上折射波能量的衰减及频率的变化情况与时距曲线上波速特征来判断破碎 带的存在和位置。
由图中可见：测线中段桩号4570m范围内的基岩波速(2000m/s) 与两侧的基岩波速(4000m/s)有 明显差异，此范围的低速异常与 波形记录上桩号70m附近有效波 振幅的明显衰减一致，因而推断 出这一段为构造破碎带的位置。
②道和道距：折射波法勘探中一般采用单个检波器作为一道 接收，而不搞组合检波，其主要原因就是它不需要考虑压制 面波干扰问题，因为目前所考虑的折射波仅仅只是首波，即 是最先到达的波。
最新27.折射波法和反射波法PPT课件
三、地震勘探数据的采集
• 地震勘探野外采集工作由现场踏勘、施工 设计、试验工作及正式生产等各阶段所组 成，需由测量、钻井、激发、接收、解释 等多工种密切配合进行。
• 野外采集工作的关键是地震采集仪器和野 外工作方法。地震采集仪器包括地震检波 器及记录仪，野外工作方法目前则广泛应 用多次覆盖方法，并采用组合激发、接收 技术。
• 地震数据除记录于磁带、磁盘外，还可以进行照 相显示或静电显示。显示方式除波形外，还有变 面积显示、变密度显示以及波形加变面积或变密 度显示等方式，如图5–9所示。
图 5–9 地震数据的显示方式
(三) 、地震勘探野外观测系统
• 地震勘探数据野外采集有多种方式，采用哪种方式，由地 质任务、干扰波与有效波的特点、地表施工条件等因素所 决定。进行地震勘探工作时一般是在探区内布设多条测线 进行观测。测线与测线间的相对位置由探区地质构造特征 及勘探任务决定，
1.反射波法观测系统
• 1）、简单连续观测系统：简单连续观测 系统如图5–11所示。沿测线布
设o 1、o 2 、o 3 、 o 4 、o 5 等激发点， o 1 点
激发时，在 o1o 2 地段接收，可观测 A1 A2
界面段的反射波， o 2 激发，接收地段仍
是 o 2 o1 ，可观测到 A2 A3 界面段的反射 波。然后移动排列在 o 2 o3 地段观测，分 别在 o 2 、 o 3 处激发，可勘探 A3 A4
2、地震勘探数字记录系统
• 地震勘探数字记录系统由前置放大器、模 拟滤波器、多路采样开关、增益控制放大 器、模数转换器、格式编排器、磁带机和 回放系统组成。其方框图如图5–8所示。
图 5–8 数字地震仪框图
• 数字地震仪的发展趋势是向更精密、更迅速的增 益控制和更大的总体动态范围发展。为便于三维 数据采集，提高分辨率和更好地压制噪声，20世 纪80年代初，出现了多达几百到一千道的地震勘 探记录系统。这样的系统使用现有的检波器电缆 是很困难的，因而开始使用遥测系统。遥测系统 沿着排列安放许多数字化单元。在陆地勘探中， 数字化单元有时用无线电将信号传送到记录仪， 全部操作由计算机控制。近年来，出现了地震勘 探用的光缆，它不仅可以传输高密度的数据，而 且不受电干扰。
地震折射波法课件
折射波的解析方法
波动方程建立
波速结构反演
基于波动理论，建立折射波的波动方 程，描述波在地下介质中的传播规律 。
利用折射波的传播特征，反演地下介 质的波速结构，为地质解释提供依据 。
波场分离
将复杂的地震波场分离为折射波分量 和其他分量，以便单独研究折射波的 传播特征。
折射波的解释技术
波形分析
对折射波的波形进行详细分析， 提取关键参数，如初至时间、振
地震折射波法可用于研究 地球内部结构和地球动力 学过程。
资源勘探
地震折射波法可用于石油 、天然气和矿产资源勘探 ，确定地下资源的分布和 储量。
工程地质勘查
地震折射波法可用于工程 地质勘查，评估地质灾害 风险和地下工程稳定性。
02
折射波的形成与传播
折射波的形成
折射波的形成
当地震波在地下介质中传播时， 如果遇到不同介质的分界面，波 的传播方向会发生改变，形成折
折射波法的缺点
对地表条件要求高
折射波法需要地表平坦、无障碍物，限制了其应用范围。
对地下介质变化敏感
折射波法对地下介质的均匀性要求较高，介质变化可能导致结果 失真。
数据处理复杂
折射波法的数据处理较为复杂，需要专业的技术人员进行解释和 分析。
折射波法的发展趋势与展望
技术改进
01
随着科技的发展，折射波法将不断改进，提高分辨率和穿透能
力。
数据处理自动化
02
未来将发展更高效的数据处理方法，实现折射波法的自动化解
释。
多方法综合应用
03
将折射波法与其他地球物理方法结合使用，提பைடு நூலகம்探测精度和可
靠性。
THANKS
感谢观看
地震折射波法
5 地震折射波法
在工程地震勘探中， 在工程地震勘探中 ，地震折射波法是一种 简便经济的勘探方法， 简便经济的勘探方法，在精度要求不高的情况 它可为工程地质提供浅层地层起伏变化和 下，它可 为工程地质提供浅层地层起伏变化和 速度横向变化资料以及潜水面的变化资料等 速度横向变化资料以及潜水面的变化资料等， 还可为反射波法勘探提供用于静校正的表层速 还可为反射波法勘探提供用于静校正的表层速 度和低速带起伏变化资料。 度和低速带起伏变化资料。 有关折射波的形成 及正演时距曲线的特征等问题已在本篇的第一 和第二章中讨论过了，在此， 和第二章中讨论过了，在此 ，仅就资料的采集 和处理解释问题进行论述。 和处理解释问题进行论述。
1 L′ = VP t ′ 2
（1.8.2）
（1.8.5）
对于一完整摩擦桩， 对于一完整摩擦桩 ， 其桩底反射的相位与入射 波或激振信号的相位是相反的。 波或激振信号的相位是相反的。 1）摩擦桩 ） 在计算承载力时， 采用较大的力锤击桩边土 自 （ 在计算承载力时， 由落锤） ，迫使桩土体系共同振动 由落锤） 迫使桩土体系共同振动 ，
8.2.1 方法原理
1．桩体缺陷检测 ． 在桩顶部竖直向下施加一瞬间力F， 在桩顶部竖直向下施加一瞬间力 ，并在震 源点附近接收时， 源点附近接收时，其断裂面和桩底面上将产生 反射和透射的P波 由于为近法线入射， 反射和透射的 波。由于为近法线入射，转换 横波可不考虑。 横波可不考虑。
VP = 2L / t
8.2 锤击法
锤击法是一种瞬态动测法。 锤击法是一种瞬态动测法。嵌入土中的桩 瞬态动测法 基相当于一根在阻尼介质中上端自由而下端弹 性连结的弹性杆。 性连结的弹性杆。当在桩顶或桩侧施加瞬间外 力F时，桩体内相邻质点间的应力发生变化， 时 桩体内相邻质点间的应力发生变化， 引起应变的传递，产生弹性波。 引起应变的传递，产生弹性波。 可定量确定出桩体的质量以及估算出承载力 的大小。 的大小。
在工程地震勘探中， 在工程地震勘探中 ，地震折射波法是一种 简便经济的勘探方法， 简便经济的勘探方法，在精度要求不高的情况 它可为工程地质提供浅层地层起伏变化和 下，它可 为工程地质提供浅层地层起伏变化和 速度横向变化资料以及潜水面的变化资料等 速度横向变化资料以及潜水面的变化资料等， 还可为反射波法勘探提供用于静校正的表层速 还可为反射波法勘探提供用于静校正的表层速 度和低速带起伏变化资料。 度和低速带起伏变化资料。 有关折射波的形成 及正演时距曲线的特征等问题已在本篇的第一 和第二章中讨论过了，在此， 和第二章中讨论过了，在此 ，仅就资料的采集 和处理解释问题进行论述。 和处理解释问题进行论述。
1 L′ = VP t ′ 2
（1.8.2）
（1.8.5）
对于一完整摩擦桩， 对于一完整摩擦桩 ， 其桩底反射的相位与入射 波或激振信号的相位是相反的。 波或激振信号的相位是相反的。 1）摩擦桩 ） 在计算承载力时， 采用较大的力锤击桩边土 自 （ 在计算承载力时， 由落锤） ，迫使桩土体系共同振动 由落锤） 迫使桩土体系共同振动 ，
8.2.1 方法原理
1．桩体缺陷检测 ． 在桩顶部竖直向下施加一瞬间力F， 在桩顶部竖直向下施加一瞬间力 ，并在震 源点附近接收时， 源点附近接收时，其断裂面和桩底面上将产生 反射和透射的P波 由于为近法线入射， 反射和透射的 波。由于为近法线入射，转换 横波可不考虑。 横波可不考虑。
VP = 2L / t
8.2 锤击法
锤击法是一种瞬态动测法。 锤击法是一种瞬态动测法。嵌入土中的桩 瞬态动测法 基相当于一根在阻尼介质中上端自由而下端弹 性连结的弹性杆。 性连结的弹性杆。当在桩顶或桩侧施加瞬间外 力F时，桩体内相邻质点间的应力发生变化， 时 桩体内相邻质点间的应力发生变化， 引起应变的传递，产生弹性波。 引起应变的传递，产生弹性波。 可定量确定出桩体的质量以及估算出承载力 的大小。 的大小。
地震折射波法反射波法(1)
检波器
4
震源要求有适当的能量、安全可靠便于使用，能产生较 高频率成分。常用的有：锤击震源、雷管和炸药、地震 枪震源、电火花震源等。 地震仪是将检震器的输出的电信号放大，显示并记录下 来的仪器，具有滤波、放大、信号叠加、高精度计时及
数字记录和微机处理等功能 。
检波器又叫检震器，是把地震波到达引起地面微弱振动 转换成电讯号的换能装置。目前常用的检波器主要由线 圈、弹簧片和永久磁钢架及外壳组成。
Xi=0时，t0=2h/V。
对共反射点时距曲线动校正：
h
26
把各叠加道的时间校正到M点的回声时间，或者把曲线 拉平，如图(c)示。
假设各叠加道波形相似，必是同相叠加，叠加后振幅
成倍增加。如图(d)
h
27
2.共反射点多次波的叠加效应 如图示，在水平界面R1上产生二次全程反射，在R2界
面上产生一次反射，假设一次波的t0时间等于二次波的t0 时间t0D。用视速度定理易证：具有相同t0时间的二次波曲 线比一次波弯曲。
相遇时距曲线观测系统 折射界面起伏明显，不规则。 特点：解释精度高，中间部分重复观测。
追逐时距曲线观测系统 对折射界面连续追踪，曲线形态和折射界面形态相关。 特点：时距曲线平行相似；界面上凸，则不平行
h
12
双重相遇时距曲线观测系统 表层条件复杂条件下采用 特点：可弥补近炮点时距曲线不足，并可连续追踪。
激发点和接收点之间的位置关系和排列和排列间的位置 关系统称为观测系统。
表示方法有：综合平面图和时距平面图
折射波法观测系统：
1、单支时距曲线观测系统
2、相遇时距曲线观测系统
3、追逐时距曲线观测系统
4、双重相遇时距曲线观测系统
5、双重相遇追逐时距曲线观测系统
第1篇地震折射波法详解
5 地震折射波法
在工程地震勘探中，地震折射波法是一种 简便经济的勘探方法，在精度要求不高的情况 下，它可为工程地质提供浅层地层起伏变化和 速度横向变化资料以及潜水面的变化资料等， 还可为反射波法勘探提供用于静校正的表层速 度和低速带起伏变化资料。有关折射波的形成 及正演时距曲线的特征等问题已在本篇的第一 和第二章中讨论过了，在此，仅就资料的采集 和处理解释问题进行论述。
（1.5.5）
5.2.2.3
t 相遇时距曲线的 法
0
t 该方法又称 差数时距曲线法
0
成都理工大学信息工程学院
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6 地震透射波法
在工程地震勘探中，透射波法主要用于地 震测井（地面与井之间的透射）、地面与地面 之间凸起介质体的勘查和井与井之间地层介质 体的勘查。地质目的不同，所采用的方法手段 也不同。但从原理上讲，均是采用透射波理论， 利用波传播的初至时间，反演表征岩土介质的 岩性、物性等特性以及差异的速度场，为工程 地质以及地震工程等提供基础资料或直接解决 其问题。
2．透射CT成像技术（专题）
成都理工大学信息工程学院
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7 瑞雷波法
瑞雷波法勘探实质上是根据瑞雷面波传播的 频散特性，利用人工震源激发产生多种频率成分 的瑞雷面波，寻找出波速随频率的变化关系，从 而最终确定出地表岩土的瑞雷波速度随场点坐标 的变化关系，以解决浅层工程地质和地基岩土的 地震工程等问题。
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6.1 地面与井的透射
井口附近激发，井中不同深度上接收透 射波或反之的地震工作称为地震测井。
6.1.1 透射波垂直时距曲线
成都线方程为
n
z1 z z1 t V1 V2
从两层介质很容易推广到 层介质，对应的透射波垂 直时距曲线方程为
在工程地震勘探中，地震折射波法是一种 简便经济的勘探方法，在精度要求不高的情况 下，它可为工程地质提供浅层地层起伏变化和 速度横向变化资料以及潜水面的变化资料等， 还可为反射波法勘探提供用于静校正的表层速 度和低速带起伏变化资料。有关折射波的形成 及正演时距曲线的特征等问题已在本篇的第一 和第二章中讨论过了，在此，仅就资料的采集 和处理解释问题进行论述。
（1.5.5）
5.2.2.3
t 相遇时距曲线的 法
0
t 该方法又称 差数时距曲线法
0
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6 地震透射波法
在工程地震勘探中，透射波法主要用于地 震测井（地面与井之间的透射）、地面与地面 之间凸起介质体的勘查和井与井之间地层介质 体的勘查。地质目的不同，所采用的方法手段 也不同。但从原理上讲，均是采用透射波理论， 利用波传播的初至时间，反演表征岩土介质的 岩性、物性等特性以及差异的速度场，为工程 地质以及地震工程等提供基础资料或直接解决 其问题。
2．透射CT成像技术（专题）
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7 瑞雷波法
瑞雷波法勘探实质上是根据瑞雷面波传播的 频散特性，利用人工震源激发产生多种频率成分 的瑞雷面波，寻找出波速随频率的变化关系，从 而最终确定出地表岩土的瑞雷波速度随场点坐标 的变化关系，以解决浅层工程地质和地基岩土的 地震工程等问题。
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6.1 地面与井的透射
井口附近激发，井中不同深度上接收透 射波或反之的地震工作称为地震测井。
6.1.1 透射波垂直时距曲线
成都线方程为
n
z1 z z1 t V1 V2
从两层介质很容易推广到 层介质，对应的透射波垂 直时距曲线方程为
折射波
三层构造时，除与二层构造情况相同，偏 移距小于盲区外，还需同时考虑来自第二层 和第三层的折射波出现的范围，来自某一层 的折射波在时距曲线上应有3－4个点的线段， 能够有效地决定这一层地折射波速度。因此， 在要求同时获得二个界面深度地情况下，需 要在工作中根据具体情况设计激发点间距。
二、折射波法的观测系统
(3)地震仪滤波器的选择
工程地震仪中，大部分都装有较完善的滤波系 统。例如，声波的主频段一般大于100Hz。而折 射波的主频段为40Hz，比声波低，可以用低通 滤波装置来压制声波。工业电通过电磁感应影响 地震记录，所以接收点应尽量避开干扰源，并利 用仪器的滤波器压制工业电的干扰。
对于一个特定的工作地区，是否需要使用滤波 器或使用什么频率段的滤波器，要通过试验来确 定。
3、追逐时距曲线观测系统 是在剖面上测得一段时距曲线S1之后，将激发点沿
剖面移动一定的距离再进行激发观测得到另一段时距 曲线S2，这种互相对应的时距曲线就称为‘‘追逐’ 时距曲线。如图所示。
追逐时距曲线观测系统还可以了解折射界面有无横 向速度变化。如图所示，水平三层大地与有覆盖层 的直立接触面上的简单观测系统的时距曲线形态相 似，无法仅根据单支时距曲线判断地下的地层结构。
在浅层工程地震中一般采用2－5m的 道间距．12－24道地震仪接收。
3、激发点位置及间距
折射波的接受地段必须在盲区 范围之外，但盲区范围随折射界面 的深度、倾斜情况以及临界角的大 小而变化。因此，要根据试验工作 设计激发点位置及激发点距离。
二层构造时情况比较简单，偏移距小于盲 区，设计的排列应能够接收到直达波和折射 波。激发点的间距应能够连续探测目的折射 界面。
在此，仅就资料的采集和处理 解释问题进行论述。
第一节 野外工作方法
二、折射波法的观测系统
(3)地震仪滤波器的选择
工程地震仪中，大部分都装有较完善的滤波系 统。例如，声波的主频段一般大于100Hz。而折 射波的主频段为40Hz，比声波低，可以用低通 滤波装置来压制声波。工业电通过电磁感应影响 地震记录，所以接收点应尽量避开干扰源，并利 用仪器的滤波器压制工业电的干扰。
对于一个特定的工作地区，是否需要使用滤波 器或使用什么频率段的滤波器，要通过试验来确 定。
3、追逐时距曲线观测系统 是在剖面上测得一段时距曲线S1之后，将激发点沿
剖面移动一定的距离再进行激发观测得到另一段时距 曲线S2，这种互相对应的时距曲线就称为‘‘追逐’ 时距曲线。如图所示。
追逐时距曲线观测系统还可以了解折射界面有无横 向速度变化。如图所示，水平三层大地与有覆盖层 的直立接触面上的简单观测系统的时距曲线形态相 似，无法仅根据单支时距曲线判断地下的地层结构。
在浅层工程地震中一般采用2－5m的 道间距．12－24道地震仪接收。
3、激发点位置及间距
折射波的接受地段必须在盲区 范围之外，但盲区范围随折射界面 的深度、倾斜情况以及临界角的大 小而变化。因此，要根据试验工作 设计激发点位置及激发点距离。
二层构造时情况比较简单，偏移距小于盲 区，设计的排列应能够接收到直达波和折射 波。激发点的间距应能够连续探测目的折射 界面。
在此，仅就资料的采集和处理 解释问题进行论述。
第一节 野外工作方法