第一章地震波运动学
1.2地震波运动学_c3
检波器 （左）实质性元件图解（右）动圈检波器的一半
CDJ-Z 4-100赫垂直检波器
CDJ-P 4-100赫水平检波器
浅震仪及其野外工作布置
3.2.2 震源 3.2.2.1 炸药震源 3.2.2.2 非炸药震源 1． 锤击震源 2． 落重法震源 3． 横向击板法震源 4． 电火花震源 5．电磁式激振器
2. 倾斜折射层
（1）上倾与下倾方向时 距曲线斜率不同,其视速 度不同,上倾方向视速度 大于下倾方向的视速度。
（2）上倾与下倾方向观 测到的初至区距离和盲区 大小不同，在下倾方向接 收时，初至区距离和盲区 较小，截距时间也要小些。 在上倾方向接收时，初至 区距离和盲区要大些，截 距时间也要大些。据此可 以判断界面的倾向。
倾斜界面折射波时距曲线
4. 弯曲界面的折射波时距曲线
时距曲线与界面的弯曲形状成镜象对称
为了识别穿透现象，我们可采取追逐 观测，即接收地段不变，激发点位置 改变，这样可以得到二支时距曲线， 称追逐时距曲线。对折射波来说，追 逐时距曲线是彼此平行的，而存在穿 透现象时追逐时距曲线则不平行。
2.2
2.2.1
时距曲线：测线上各接收点坐标与波至时间的关系曲线
t x / v*
2.1 直达波与折射波时距曲线
2.1.1 直达波时距曲线
直达波即是从震源点出发不经反射或折射 以地表速度直接传播到各接收点的地震波。当 震源位于地表附近，并采用纵测线观测时，其 时距曲线方程为：
t x / v
*
*
其中 v 为波沿测线传播的视速度， x 为传播距离。 当接收点在原点（激发点）左侧时，上式取负号。
2 地震波运动学
地震勘探的基本任务之一是确定地下的地质构造， 解决该任务主要是利用波的运动学特性，即研究地震波 在传播过程中波前的空间位置与其传播时间之间的几何 关系，这种关系可用时间场来描述. 正演问题：给定地下界面的产状要素和速度参数等，求 各种波（包括直达波、折射波和反射波等）的时间场 反演问题：根据实际获得的时间场求取地下界面的几何 形态和运动学参数等。
地震波的运动学特征
地震波的运动学特征
地震波是指由地震震源产生的，随着地震能量扩散而在地球内部传播的波动现象。
它具有以下运动学特征：
1. 传播方式：地震波在地球内部的传播方式分为纵波和横波两种，其中纵波的传播速度较快，而横波的传播速度较慢。
2. 波向：地震波的传播方向由波源、传播距离和介质性质等因素决定，大地震常会产生多个传播方向的地震波。
3. 波速：地震波的传播速度受到地球内部不同介质的影响，从而在不同介质中具有不同的速度，一般来说，波速越高，能量传输效果越好。
4. 能量：地震波的能量由地震震源产生，随着波向扩散而逐渐弱化，能量的强度与地震震源的大小和位置有关。
5. 频率：地震波的频率是指波浪中振动的周期，地震波的频率范围很广，从几十秒到几百赫兹不等，不同频率的地震波对建筑物的破坏程度也不同。
agp7-1A--3.地震波运动学
通常可以通过几何作图反映物理过程，简单
直观反映波传播中，不同时刻的路径和空间几何 位置，因此也被称为几何地震学。
地震波的运动学研究可以用波前面来描述，也 可以用射线来描述。对于波前而言利用惠更斯原 理确定，对于射线而言利用费马原理确定。
在各向同性均匀介质中，波的传播速度是常
数，此方程的解为球面方程，波前是一系列以震 源为中心点的球面：
1 1 2 2 2 2 t (x y z ) V
时间场：波前传播时间t是观测点坐标x、y、z的函数。当震源固
定时，地震波传播的范围内介质中每一点M(x,y,z)处都 可以确定波前到达的时间。
t t ( x, y , z )
若已知空间任一点坐标，就可以确定波到达此点的时间，
也就确定了波至时间的空间分布。这种波至时间的空间
分布就定义为时间场。时间场是标量场，其等值面成为 等时面。
等时面：等时面上任意点地震波到达的时间相等。
(1)均匀介质中的等时面是同心球面 (2)等时面族同 射线族的正交关系 (3)时间场的梯度方向
线， 波沿射线传播的时间比其它任何路
径传播的时间都少。 根据费马原理可以求得地震波的射线方程 — 几何地震学的基本方程
射线方程：地震波在传播过程中所经过的空间与 时间的关系
t 2 t 2 t 2 1 ( ) ( ) ( ) 2 x y z V ( x, y , 震波的传播原理： 地震波的运动学研究可以用波前面来描述，也 可以用射线来描述。对于波前而言利用惠更斯原 理确定，对于射线而言利用费马原理确定。
惠更斯原理：又称波前原理。任何时刻，波前面上每一点 都可以看作一个新的点震源，产生子波前， 新的波前位置是该时刻各子波波前的包络。
地球物理勘探(总结)
第一章地震波传播的基本原理第一节地震波的基本概念一：振动：介质中的质点离开其平衡位置的往返运动。
波动：振动在其介质中传播的过程。
弹性：物体在外力作用下发生了形变，当外力去掉以后，物体就立刻恢复其原状。
弹性体: 具有弹性的物体叫做弹性体；塑性：物体在外力作用下发生了形变，当外力去掉以后仍旧保持其受外力时的形状。
塑性体: 具有塑性的物体叫做塑性体；弹性波: 振动在弹性介质中传播就形成了弹性波；注意: 弹性理论已证明,许多固体包括岩石在内,当受力较小、变形较小、作用时间较短时均可看成是弹性体。
地震波实质上就是一种在岩层中传播的弹性波。
以炸药为震源激发地震波的过程破坏圈: 在炸药包附近, 强大压力>> 岩石的弹性极限;塑性带: 离开震源一定距离, 压力> 岩石的弹性极限;弹性形变区: 远离震源一定距离, 压力< 岩石的弹性极限.二：波在传播过程中, 某一质点的位移u是随时间t变化的, 描述某一质点位移与时间关系的图形叫做振动图形.与地震记录之间的关系1)地震勘探中所获得的一道地震记录，实际上就是一系列地震波传播到地表时，引起地表某一质点振动的振动图形。
2）地震勘探中所获得的一张原始地震波形记录，实际上就是在地面沿测线设置多道检波器，得到的多个振动图形的总和。
地质意义有利于了解地震波在介质中传播时不同时刻的具体位置；有利于识别和分辨不同类型的地震波，从而解决与波传播有关的地质问题。
三：在地震勘探中，通常把同一时刻沿地震测线的各质点离开平衡位置的位移分布所构成的图形叫做地震波的波剖面。
即位移u 是距离x 的函数，u=f(x) 。
波前: 波在空间传播时，某一时刻空间介质刚刚开始振动的点连成的曲面。
波尾: 波在空间传播时，某一时刻空间介质刚刚停止振动的点连成的曲面。
波面: 波在空间传播时，某一时刻空间介质振动质点中相位相同的点连成的曲面，称为该时刻的波面。
射线：波的传播方向称为射线(假想)。
第一章地震波及其传播资料
六、多层介质中地震波的传播
在具有多界面的 介质中，各层介 质的速度不同， 波的传播不再以 直线形式传播， 而是以折线形式 传播；上下界面 的反射波彼此独 立互不干涉依次 向上传播。
O S
R1
R2
R3
5、折射波的特点
• V2大于V1且入射角等于临界角； • 若要在地下某一界面上形成折射，则该 界面以上所有各层的速度均要小于界面 下的地层速度； • 实际的地层介质中，地震波的速度随埋 深增加而增加，因而能形成良好的折射 界面，但折射界面总是少于反射界面； • 折射波存在有盲区，即得不到折射波的 地区，且界面越深，盲区越长； • 深浅层折射波相互干涉，对反射波有一 定的影响。
2、形成地震反射、透射的条件
• 1）反射条件：Z1≠Z2 界面上下存在有 波阻抗差。 • 反射波的性质：界面上下的波阻抗差越 大，反射波就越强；反射角等于入射角； 反射线、入射线、界面上反射点的法线 在一个平面内。法线
入射波 O α
S
反射角 界面
反射波
ρ1 v1
入射角
ρ2 v2
2、形成地震反射、透射的条件
第三节 分层介质中的地震波
• 一、反射波和透射波 • 1、概念 当下行的地震波到达两种介质
的分界面时，其中的一部分又回到了上 层介质中，这种波称为反射波；另一部 分穿过界面到达下伏介质中的地震波称 为透射波。 • 波阻抗：地震波传播速度与介质密度的 乘积（Z=ρ· V） 。它是研究界面上地震 波反射强度的一个重要参数。
os1v12v2反射波法线入射角反射角界面1界面2透射波波透射角3v3二反射透射波的一些基本概念?11反射系数?rz2z1z2z12222111122221111?当地震波垂直入射到某一界面时?arr?ai?22反射极性?z2??z1rr??0反射波与入射波的极性相同
地震波运动学
2
1
对界面上某点，以炮检距x进行观测得到的反射波旅行时同零炮检距（自激自收）进行观测得到的反射波旅行时之差。
在水平界面情况下，各观测点相对于爆炸点纯粹是由于炮检距不同而引起的反射波旅行时之差。
五、正常时差
正常时差的计算
六、倾角时差
倾角时差：由激发点两侧对称位置观测到的来自同一界面的反射波的时差。
x²
t²
t0²
m=1/v ²
t0²=4h² /v²
双边接收单炮记录 单边接收单炮记录 实际野外原始记录
双边接收单炮记录 单边接收单炮记录
三、倾斜界面的共炮点反射波时距曲线
介质模型：界面倾斜，均匀介质，界面上下介质存在波阻抗差。
介质参数：界面倾角φ 、激发点o到界面的法线深度h,波速v,炮检距x。
01.
第一节 一个分界面情况下反射波的时距曲线
02.
第二节 共反射点反射波时距曲线
03.
第三节 多界面的反射波时距曲线
04.
第四节 特殊波的剖面显示
05.
第五节 地震反射波的时间记录剖面
第二章 地震波运动学
地震波运动学:研究地震波波前的空间位置与其传播时间关系的一门学科，也叫几何地震学，主要用于地震资料的构造解释。
R1
R2
R3
O1´
O2´
O3´
M
M´
φ
1、共中心点资料的采集
2、时距曲线方程
中心点M处的自激自收时间为：t0m =2h0/v
实际的地层介质
层状介质的特点：多界面、多层组波速分布不均匀（层与层之间的非均质性）；
地震波的传播：在介质中以折线形式传播，路径曲折。
第三节 多界面反射波时距曲线
第1篇 地震波动力学(顺序1)
目录第1篇地震勘探 (1)1 地震波动力学 (1)1.1 弹性理论基础 (1)1.2 纵波与横波 (8)1.3 地震波的传播 (19)1.4 地震面波 (25)1.5 地震波的绕射 (29)1.6 反射地震记录道的形成 (31)1.7 地震勘探的地质基础 (35)第1篇地震勘探地震勘探主要是研究人工激发的地震（弹性）波在浅层岩、土介质中的传播规律。
其传播的动态特征集中反映在两个方面，一是波传播的时间与空间的关系，称为运动学特征；另一是波传播中它的振幅、频率、相位等的变化规律，称为动力学特征。
前者是地震波对地下地质体的构造响应，后者则更多地表现出地下地质体的岩性特征，有时亦是地质体结构特征的响应。
我们把上述两种特征统称为地震波的波场特征。
工程地震勘探的基本任务就是通过研究地震波的波场特征，以解决浅部地层和构造的分布，确定岩、土力学参数等工程和水文勘探中所涉及到的地质问题。
本篇的重点是讨论地震波场的基本理论和方法。
在此基础上，引入近年来在工程勘探和检测中较新或常用的方法技术，如瑞雷波法、CT成像技术、桩基检测、PS波测井等，并结合工程实例，讨论一般性应用问题。
1 地震波动力学1.1 弹性理论基础地震勘察是通过观测和研究人工激发的弹性波在岩石中的传播规律来解决工程及环境地质问题的一种地球物理方法。
弹性波的传播决定于岩石的弹性性质，因此有必要首先讨论与岩石弹性性质有关的某些固体弹性理论的基本概念。
1.1.1 理想介质和粘弹性介质由弹性力学的理论可知，任何一种固体，当它受外力作用后，其质点就会产生相互位置的变化，也就是说会发生体积或形状的变化，称为形变。
外力取消后，由于阻止其大小和形状变化的内力起作用，使固体恢复到原来的状态，这就是所谓的弹性。
外力取消后，能够立即完全地恢复为原来状态的物体，称为完全弹性体，通常称之为理想介质。
反之，若外力去掉后，仍保持其受外力时的形态，这种物体称为塑性体，亦称为粘弹性介质。
各章节的复习要点
《地震勘探原理》各章节的复习要点第一章地震勘探的运动学理论§1.1 几何地震学基本概念1、掌握基本概念，如地震子波、波面、射线、振动图、波剖面、视速度、视波长、全反射、里克子波。
2、掌握基本原理，如反射定律、透射定律、Snell定律、惠更斯原理、费马原理等。
3、地震波的分类§1.2 波速为常数情况下的反射波路径及数学表达式1、基本概念：时距曲线、时距曲面、时间场、自激自收、共炮点、炮检距、初至时间、纵测线、同相轴、正常时差、倾角时差、动校正等。
2、基本原理：虚震源原理、讨论时距曲线的实际意义、直达波时距曲线及方程、反射波时距曲线及方程、反射波时距曲线的主要特点。
§1.3 波速沿垂向变化时的反射波路径及数学表达式1、基本概念：均匀介质、层状介质、连续介质、参数方程、平均速度、射线方程、等时线方程、回折波、最大穿透深度等。
2、基本原理：水平层状介质和连续介质情况下讨论反射波时距曲线的基本思路；水平层状介质和连续介质情况下反射波时距曲线的主要特点。
§1.4 地震折射波运动学1、基本概念：折射波盲区、初至波、续至波、交叉时、信噪比等。
2、基本原理：产生折射波的条件；利用折射波法研究地下地层起伏的基本依据；折射波与反射波的主要差异。
3、分析理解：单界面（水平和倾斜）直达波、反射波与折射波时距曲线之间的关系；三层介质情况下折射波的时距曲线及其特点；折射波法在地震勘探中的应用。
§1.5 透射波和反射波的垂直时距曲线1、基本概念：上行波、下行波、垂直时距曲线等。
2、基本原理：透射波、下行波和上行波垂直时距曲线；垂直时距曲线的主要特点。
第二章地震资料的野外采集技术§2.1 野外工作概述1、掌握基本概念：低降速带、频散、群速度、相速度、多次波、虚反射、鸣震、交混回响。
2、掌握基本内容：试验工作内容、生产工作过程、激发条件、接收条件、调查干扰波的方法、干扰波的类型、各种干扰波的主要特点、面波特点、压制面波的方法、海上地震勘探的特点与特殊性、海上特殊干扰波、海上震源等。
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第一章地震波运动学
1.斯奈尔定律与费马原理的关系：
作出各种不同入射角的射线路径(从S 点到D 点)，并计算其相应的旅行时间，作出θ～t(单程)图，从图中找出费马路径，即Tmin 由l 对应的θ；再根据给出的两种介质的速度值，验证这一路径是否符合斯奈尔定律。
2.依据惠更斯原理用做图法证明折射波的出射角等于临界角θ。
3.在0点放炮，在离O 点200米处布置一个排列，有14道，道间距为10米，放一炮后得到的地震记录的一部分如图3—2所示，在该记录上看到的是一个直达波的一组振动图。
请分析这张记录，回答下列问题：
(1)读出直达波的到达时间，画出直达波的时距曲线，并根据时距曲线的斜率求出直达波的速度。
(2)根据这张记录，试画出下列各时刻的波剖面，t i =0．1l ；0．13；O ．16；0.17；0．20秒，作图时用一张15×25平方厘米的方格纸，距离x 的比例尺：l 毫米=2米，振幅的比例尺与地震记录上振幅的比例尺相同。
(3)从哪个时刻的波剖面上可以读出这个波的视波长数值来，棍波长等于多少?根据视波长和视周期的公式，从地震记录上得到有关数值，再用公式计算出视波长值，把计算出的值与从波部面上读出的值比较一下。
(4)这个波的波剖面长度是多少?振动图的延续时间是多少?
(5)把t=O.16秒时刻的那个完整的波剖面图形与地震记录上的振动图比较一下，能否看出它们之间有什么关系?为什么会有这种关系?
4．已知波速V=1000m ／s ，利用虚爆炸点做下列各图 a)已知反射界面的位置定时距曲线的形状和长度
b)已知时距曲线上t O =1．000秒，极小点坐标t m =0．865秒如图2—5，求反射界面的位置及产状。
5．关于正常时差、倾角时差的计算。
(1)水平界面，均匀覆盖介质，V=2500米／秒，h=1250米，计算炮检距x=0米，100米，200米，……1000米的反射波旅行时t 平。
t =
平
计算各x 值的正常时差：0n t t t ∆=-平
(2)倾斜界面，φ=10O
，激发点O 处的界面法浅深度h o =1250米，均匀覆盖层波速V=2500米／秒，计算x=0米，士100米，士200米，……士1000米的反射波旅行时t 斜
t =
斜注意：本题设界面上倾方向与x 的负方向一致，取正号，但x 本身有正负号。
(3)用公式2sin d t V
χϕ
∆=
，计算x=100米，200米，……1000米的倾角时差，并回答此公式计算出的是哪两点间的倾角时差?
(4)用公式/
0d n t t t t ∆=-∆-斜，计算x=100米，200米，……1000米的倾角时差?并回
答这是相对于哪一点的倾角时差?/
d t ∆与d t ∆有什么关系?哪一个精确?为什么?
(5)按公式sin 2
m o h h χ
ϕ=+
A ）计算x=100米，200米，……1000米时在2
χ
处的h m 。
B ）计算2om hm
t V
=。
C ）计算''
0d om t t t ∆=-
问：''d t ∆的物理意义是什么？''d t ∆与/d t ∆有什么关系？根据''d t ∆又可以倾角时差作什么
事实上义？
6.已知界面倾角15O
，激发点O 处界面法线深度h 0=100米，界面以上均匀覆盖介质波速V=2000米/秒，测线垂直界面走向，采用中间放炮排列接收，接收点位于O 点两侧±100米；±200米；±300米；±400米；±500米；±600米。
（1）用倾斜界面反射波时距曲线方程，计算出各道反射波旅行数据，画出反射波时距曲线。
(2)用公式t ∆=，计算出各道的正常时差，画出正常时差曲线；再用近似公式：2
20
2t v t χ∆=
，计算x=1000米，x=600米的△t 值，并与对应x 的精确△t 值作比较。
(3)用反射波旅行时间减去正常时差，得出时差δt φ，作出剩余时差曲线；再减去t 0，
得倾角时差△t d ，说明δt φ和/
d t ∆的地质意义有什么不同。
(4)用公式2sin d t V
χϕ
∆=计算各道的倾角时差，比较△td 的数值，可得出什么结论?
(5)用om T t ϕ∆=
公式，计算x=100米，x=600米时的精确动 校正量，与(2)中的计算结果比较，两者差别如何?
7．有一组三层水平介质，分别计算：(1)考虑到露。
界面的透射作用，计算出R 2界面的反射波时距曲线，数据按表2—1列出。
(2)用R 2界面以上介质的平均速度计算出R 2界面的反射波时距曲线，数据按表2—2列出。
(3)按计算结果在同一坐标系中画出两种情况下的时距曲线比例尺：x 轴：2厘米=100米。
t 轴：1厘米=200毫秒。
并计算出一系列x 值两条时距曲线的时间差，列于表2—2，最后分析所得结果，可以看出什么问题?
请把计算结果直接填入表2一l 和表2—2中。
8．有一组四层水平介质，如图2—7所示，用与第7题同样的办法，分别计算在两种情况下冠。
界面的反射波时距曲线。
并比较两种情况下计算出的R 2界面反射波时距曲线的差别。
表2一l。