地震波传播_地质基础1

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1、Snell’sLaw*(acoustic)*Fermat’sLeastTimePrincipleSnell’sLaw(elastic)sinφ=sinφ=sinφ123VpVpVs123P波入射时的Zoeppritz(1919)方程sinθ1cosγ1−sinθ2cosγ2−cosθsinγ−cosθ−sinγRpp−sinθ111222cosRps−θVp1ρ2Vs2Vp1ρ2Vs2Vp11sin2θcos2γsin2θ−cos2γ=112222sin2VsρVsVpρVsTppθ1111211

2、VsρVpρVscos2γ−1sin2γ−22cos2γ−22sin2γTps−cos2γ11122VpρVpρVp11111Zoeppritz,K.(1919)ErdbebenwellenVIIIB,Onthereflectionandpenetrationofseismicwavesthroughunstablelayers.GoettingerNachr.,66-84.Inthefieldsofobservation,chancefavorsonlythepreparedmind.-LouisPasteur,1822-1895

3、倾斜入射时地震波的分裂CriticalRefractionsinic=sin(90º)sinic=V1VV12V29折射波的形成•由V/sinα=V/sinβ，若界面下方岩层纵波传播速12度高于其上方的纵波传播速度，即V>V时，则透射21角β总是比入射角大，且随着α的增加而更快地增大。当入射角α增大到刚好满足下列条件的某一个角度I时，即sini=V/V，i=arcsin(V/V)。于是1212sinβ=1,β=900,透射波将沿界面滑行并开始产生类似于光学中的全反射现象。SeismicRefractionWavespassingfromslowtofast

4、medium这种特殊的透射波称为滑行波，入射角称为临界角，sini=V/V，12i=arcsin(V/V)称为临界条件。当入12射角大于临界角时（即α>i），不再产生透射波，全部入射能量将以RP和RS波的形式反射回界面上方的介质中。问题：为什么在分界面传播的滑行波速度为V2？9地震波的绕射和散射•在实际地质剖面中，我们往往会看到由于断层或岩性尖灭而造成反射界面的突然中断，另外侵蚀面也不是光滑的曲面，而是粗糙不平的。这时便发生波的绕射和散射现象。9地震波在水平层状介质和连续介质中的传播•在水平层状介质中，以α角入射的地震波逐层透射、1反射，其能量逐渐扩散与衰

5、减，直到第n层底界面满足临界条件产生全反射为止，大致如图所示。这时按照反射和透射定律，可以写出：sinα/V=sinα/V=…=sinαn/Vn=P1122α该式规定着波在各层介质中的传播方向，称为斯奈尔定律(Snell’sLaw)。式中的P称为射线参数。α在沉积岩层中，一般深度每增加3－5米，静态压力就会增加一个大气压。故随着岩层的埋藏深度增加，岩石的孔隙度将减小，而密度和波的传播速度都会增加。这可以看作是水平层状介质在层厚度趋于零且波速递增率保持恒定时的极限情况。有一种连续介质模型适用于上述情况。假设地震波的传播速度是随岩层的埋深线性增加的，即V(z)

6、=V0(1+βz)如果地震波的任一条射线在各薄层中的入射角为α,α,α,…的话，则根据反射－折射定律有：012V/sinα=V/sinα=V/sinα=…=V/sinα＝P001122nn不同的入射角α可以得出不同的射线路径，它们对应0不同的射线参量P值。当介质由层状介质过渡到连续介质时，射线的轨迹亦由折线过渡为曲线，而射线在每一深度的入射角也将是深度的函数，即α＝α(z)，由图dx=tgαdzz故x=∫tgαdz0令每一薄层内波传播的路径长度为ds，则ds=dz/cosα而ds=dt×V(z)，故dt/dz=1/(V(z)cosα)z于是dzt=∫V(z

7、)cosα0考虑到sinα=pV(z)sinα=V(z)P22cosα=1−VP故zPVdzx=∫2201−VPzdzt=∫220V(z)1−VP联立解上两方程组消去P值，就能得到地震波在连续介质中传播的等时线和射线方程式。迴折波的等时线（波前）方程为：22112x+Z−[ch(V0βt)−1=[sh(V0βt)]ββ迴折波的射线方程为：121212(x−ctgα)+(Z+)=()βββsinα第五节地震勘探的地质基础1影响地震波速度的因素及岩石的波速特征9决定地震波传播速度的主要因素岩石的矿物成分与结构、密度、孔隙度以及孔隙中流体的物理性质和

8、饱和度，是决定地震波传播速度的主要因素。从表（5.1.2）中可以看