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勘查地球物理教案文稿-第4章
第四章 地震波的时距曲线;几何地震学:研究地震波在空间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。借助惠更斯-菲涅尔原理、费马原理等,在已知地震波速度 时,就能够研究地震波在空间传播距离、传播时间和传播速度之间的关系。
地震勘探的正、反演问题:
正演问题:已知地下界面的产状要素(倾角、倾向、深度)、地下地质结构(界面形态、岩性、物性)及速度参数,求取地震波时间场(或者地面观测到的时距曲面或曲线)。 ;反演问题:已知地震记录(地震波的时间场即时距曲线)反求地下界面的产状和速度参数等(比如,地震资料的处理和解释都属于反演问题)。
时距关系:在地面上观测地震波时,该波到达时间和空间位置的关系。(时距曲线、时距曲面)
在实际地震勘探中,研究波从震源出发,传播到测线上各检波器的传播时间和各检波??距震源水平距离之间的关系,对二维问题是一条曲线,称为时距曲线,对三维问题是一个曲面,称为时距曲面;第一节 一个水平界面反射波的时距曲线
一、时距曲线的概念
1 直达波时距曲线;按正演理论,可推到出直达波时距曲线方程为;Date;2、反射时距曲线
;二、水平界面共炮点反射波的时距曲线方程
如图所示,在O点激发,在测线上离开O点距离为x的某点S接收。界面R的反射波到达S点的时间t与x之间的函数关系t=f(x),就是界面R的共炮点反射波时距曲线方程。;根据反射定律,可以推导出; 由此很容易得出时距曲线方程:;t0称为自激
自收时间;Date;第二节 倾斜界面反射波时距曲线
一、倾斜界面反射波时距曲线
设有右图表示的介质结构:界面倾角是φ,激发点O到界面的法线深度是h,界面以上的介质是均匀的,波速是v。坐标系的原点在激发点O,x轴正向与界面的上倾方向一致。;根据虚震源原理:;求OM,OS,OO*
已知:OS=x,OO*=2h
故,只求OM即可。
为方便,设OM=xm
有,;这就是倾斜界面的反射波时距曲线方程。
如果界面的上倾方向与x轴的正方向相反,则xm为负值,此时上边方程变为;由反射波时距曲线方程可知,反射波的传播时间t是与接收点的位置x、反射界面深度h、界面倾角φ以及界面上部介质的波速v之间存在着明确的内在联系。(正演)
从原理上讲,如果通过观测,获得了一个界面的反射波时距曲线,就有可能利用共炮点反射波时距曲线方程关系,求出界面深度h、倾角φ和波速v。(反演)
这就是利用反射波法研究地下地质构造的基本依据。;二、反射波时距曲线的主要特点;可知,xm是时距曲线极小点的横坐标。极小点总是相对激发点偏向界面上倾一侧。在极小点上,反射波返回地面所需的时间最短,这个极小时间是
从图中可以看到, xm点实际上就是虚震源在测线上的投影,由O到xm的反射波射线是所有射线中最短的一条。并且,反射波时距曲线是以过xm点的t轴为对称的。
可以看出,采用纵测线时,声波、面波、直达波、折射波的时距曲线都不是双曲线。所以,反射波是双曲线这一特征,可以帮助我们区分反射波和以上几种波。; 提问;第三节 多层介质情况下反射波时距曲线
实际的地层剖面有许多分界面。
层状介质:地层剖面是层状结构,在每一层内速度是均匀的,但层与层之间的速度不相同。
当地质构造比较简单时,把地层剖面看成层状介质是比较合理的。;讨论层状问题的基本思路是:如图所示的水平层状介质,我们可以把R2界面以上的介质设法用一种均匀介质来代替。
令这种假想的均匀介质的波速取某个值,使得R2界面以上的介质简化为均匀介质,即变成均匀介质模型。
这样在上一节中关于一个分界面情况的结论,也就可以应用了。;一、三层水平介质反射波时距曲线
界面上部有两层介质,虚震源原理不再适用;
老老实实计算地震波从炮点以入射角α入射到第一个界面R1,然后透射到第二层介质,至R2后反射回第一层介质,最后回到地面。;根据射线定律:
对于水平界面
波的旅行时间为
有这三个公式,在已知h1,v1,h2,v2的情况下,可以算出任意的(t,x),但无法简化为t~x之间的显函数表达式t=f(x)。
怎么画出时距曲线?;上边的后两个公式可进一步用射线参数P表示;二、把三层水平介质简化为均匀介质的思路和办法,平均速度的引入
思路:三层水平介质的反射波时距曲线已不是双曲线,但是能否用一条双曲线去近似它呢?即,我们能否用一种假想的均匀介质来代替整套层状介质,使地震波在假想均匀介质中的传播情况很接近于真实情况。如能,则前面讲的两层均匀介质情况的一套公式和办法就可以利用了。;显然,要使两种情况下地震波传播的全部特点完全一样是不可能的,我们只能抓住主要矛盾,使某一方面的特点很接近甚至一样,其它次要方面不同也没有关系。
在地震资料解释中,很重要的参数是一条共炮点时距曲线的t0值(激发点处的反射时间),因为有了
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