地震勘探原理--第二章.pdf

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1、第二章地震波传播理论和概念地震勘探是研究波在地下介质传播规律的一种方法。有波的传播就有振动，有振动不一定就有波，振动在介质中的传播，振动与波构成了地震勘探的基础。从振动给出振幅、频率、周期概念，由波动引出波长、波数等常用的物理名词。振动与力的都有一个承受物—弹性介质。在弹性介质中传播的波称弹性波，与电磁波一样弹性波也具有运动学和动力学特征。波在有限介质和界面上传播特性。1波的运动学研究波前的空间位置与其传播时间的关系，即研究波的传播规律。与几何光学的一些原理相似，用波前射线等几何图形描述波的运动（传播）过程和规律。所以也称为几何地震学。2波的动力学研究介质中质点振动与

2、力的关系，地震波动力学是从介质运动的基本方程波动方程出发来研究地震波的传播特点的。从能量的角度来研究波的特征，如波的振幅、波形和吸收。本章主要内容为有关地震波传播的基本概念和一些基本理论。它们是地震勘探最基础的内容。3第一节振动与波的一般概念1、振动振动－－某质点在其平衡位置附近做来回往返的运动。通常以周期性为其特征，用振幅、频率来描述。振幅（A）--质点离开平衡点的距离(位移)；频率（f）—每秒钟内振动的次数称频率，周期（T）—质点从某位置振动后再回到该位置所需的时间称周期，与频率互为倒数。f＝1/T42、波动波动－－就是振动在介质中的传播，振动是波动的源。介质内某

3、质点的振动，通过介质质点的相互作用传递相邻质点的振动，如此传递下去就形成了波动。注意：波动仅是质点振动能量的传播，质点本身只在其附近位置振动。质点振动的传播，是能量的传播。波动是能量传播的重要方式之一。特点：当能量在介质中通过波动从一个地方传到另一个地方时，介质本身并不传播。5波动的参数描述质点振动速度－－质点在其附近位置振动的速度。波速－－质点振动能量传播的速度。质点振动速度与波动的传播速度不同，其振动方向与传播方向也不一定相同波是在介质内部或表面传播的一种振动，也就是介质中质点振动的传播过程。它不包括介质本身的纯运动。波动也以周期性为其特征。用波振幅、波长、频率及

4、速度等几个参数来描述。6波振幅（A）--质点离开平衡点的距离(位移)；波长（λ）—在单频波中两个相邻周期(T)上各相似点的距离(注意：应在垂直于波前的方向上对它们测定)；频率（f）—每秒钟内波振动的次数。波的传播速度（V）每秒钟波前进的距离,与波长、频率和周期的关系为：V=λf=λ/T或λ=V/f7必须强调，质点的振动和波动的关系就是部分和整体的关系。波动是一种不断变化、不断推移的运动过程，而不是任何固定的、僵化的东西。介质中有无数个质点，在波的传播过程中，每个质点都会或早或晚地受到牵动而振动起来。单独考虑每一个点，它的运动只是在平衡位置附近进行振动。把介质中的无限多

5、个点当作一个整体来看，它的运动就是波动。83、简谐波(正弦波)波随时间的变化，一种最简单的形式是简谐波(正弦波)，用正弦的形式表示：U(x)=Asin(ωt+φ)A-振幅，ω=2πf为圆频率，φ-初相位。简谐波为单频波，是一种理想的振动，但在理论分析上有十分重要的意义。大多数形式较复杂的波，可以用简谐波的叠加来表示，方法是付氏(频谱)分析。9简谐波的表示形式简谐波既可以用正弦函数表示，也可以用余弦函数表示，常见：U(x)=Acos[(2π/λ)(x-Vt)]=Acosk(x-Vt)=Acos(kx-ωt)k=2π/λ波数ω=2πf圆频率10波的干涉两列波叠合在一起会发

6、生相互干涉，出现两种现象：加强和相消。形成一个新的波。具有相同振幅和频率时，形成同类型的波。具有不同振幅和频率时，形成复杂波。对波的振幅、频率、相位等分析，付丽叶分析方法114、波谱的概念脉冲波所有复杂的振动都可由不同频率、振幅和不同初相位的简谐波合成。频谱一个复杂的振动信号可以看成由许多简谐分量叠加而成，这些简谐分量及各自的振幅、频率和相位，就称这复杂振动的频谱。12振幅谱曲线表示振幅谱是以频率为横坐标、各频率谐波的振幅为纵坐标绘出的曲线；相位谱则以各频率谐波的相位为纵坐标绘出的图形。将波(振动)以频谱方式表示称为频谱分析，频谱分析在信号处理中是十分重要的工具。13

7、第二节地震波的产生和传播1、地震波一种在地层中传播的，频率较低(与天然地震的频率相近)的波，是弹性波在岩层中传播的一种通俗说法。地震波由一个震源激发。波的特征：振动和传播，形象表示为波动。波动只是质点振动能量的传播，质点本身仅在其附近位置振动。质点振动有速度，质点振动的能量传播的速度称波速，即地震波的速度。波传播需要时间。注意：介质质点的振动速度与地震波的传播速度不同，且它们的振动方向和传播方向也不一定相同。14波源介质中产生振动的地方就是波动的波源或称震源。地震勘探中地震波的产生是用人工的方法，如炸药爆炸等。引起地层振动的位置为波源原点。波源向四周