地震勘探第二章 几何地震学剖析

第二章几何地震学
1、当炸药在岩层中爆炸后，应变形成三个区域:破坏圈、塑性带、弹性形变区
2、地震子波：由点源刚进入弹性区传播的地震波,研究表明弹性波在近距离内仍会发生较大变化，传播一段距离（几百米后）变的相对稳定，形成地震子波，并被认为在以后的传播中，地震子波的变化不大。

3、视波长λ*：两个相邻波峰或波谷的距离，它表示波在一个视周期这传播的距离。

λ
波峰
波谷
t=t
1
r
u
图7.2—10波剖面图
4、波前：把某一时刻tk，所有刚刚振动的质点构成的一个空间曲面，叫tk时刻的波前，它是地震波传播的最前沿的空间位置。

在波前位置前面的所有质点的位移都为零，即波还未开始振动。

波尾：由刚停止振动的所有质点构成的空间曲面，叫tk时刻的波尾，在波尾以内的各质点都已停止了振动，恢复了平静，其质点位移也为零，即波已经传过去了。

5、波面：波从震源出发向四周传播，在某一时刻，把波到达时间各点所连成的面，称波阵面，简称波面。

波面特征：波前面是等时面，即波前面上各点时间相等。

按波面的形状对波分类，可分为球面、平面和柱面波等。

在均匀各向同性介质中，同一个震源，在近距离的波为球面波，在远距离的地方可看成平面波。

6、扰动带：处于波前和波尾之间的范围内的质点正处于振动状态，其位移不为零，这一空间范围内称扰动带（振动带），也是地震波行进的区域。

所以，扰动带是随时间的改变而改变的。

7、视速度：
地震波传播是沿波射线的方向进行---真速度
11、惠更斯原理：
表述：波在传播过程中，任一时刻的波前面上的每一点都可以看作是一个新的点震源，由它产生二次扰动，形成子波前，这些子波前的包络面，就是新的波前面。

反映了：波传播的空间位置、形态。

根据这个原理可以通过作图的方法，由已知t时刻波前的位置去求出t+Δt时刻的波前。

意义：可确定波传播的方向（射线方向）
12、惠更斯-菲涅尔原理：波传播时，任一点处质点的新扰动，相当于上一时刻波前面上全部新震源所产生的子波在该点处相互干涉叠加形成的合成波。

13、费马原理：
表述：波在各种介质中的传播路线，满足所用时间为最短的条件。

由费马原理可推出：
地震波总是沿射线传播，以保证波到达时所用旅行时间最少准则；
地震波沿垂直于等时面的路线传播所用旅行时间最少；
等时面与射线总是互相垂直；
14、反射系数R：在垂直入射时，反射波和入射波振幅之比，用R 表示。

即R＝A反/A入
物理意义：地震波垂直入射到分界面后，被反射回去的能量的多少（占入射能量的多少）
反射系数一般形式：
15、反射波的形成条件：上、下介质界面必须是一个波阻抗界面，即波阻抗差不为零。

反射波的特点：
反射波的强度取决于反射系数R的大小，R大→反射波强；
反射波极性的变化取决于R的正负，R>0,反射波与入射波相位相同，正极性反射；R<0，反射波与入射波相位相反，相差180度，负极性反射。

反射系数的取值范围（-1，+1）区间。

16、透射波的形成条件：在上，下介质波的传播速度不相等时，即，速度界面特点：透射波的强度取决于透射系数T的大小；透射波的极性总是与入射波的极性一致。

透射系数定义：透射波的振幅与入射波振幅之比，用T表示，即，T=A透/A入
物理含义：入射波的能量有多少转换为透射波能量。

计算公式：据理论证明，当波垂直入射时，透射系数可写为： T=1-R
透射系数取值范围：0≤T≤2 T总是为正
表示：沿着界面，波在两种介质中传播的视速度是相等的
17、负极性剖面：指检波器初至下跳，在处理不改变极性的情况下，波峰代表负反射系数（低阻抗界面的顶），波谷代表正反射系数（高阻抗界面的顶）。

18、斯奈尔定律：
透射角>入射角=反射角,且在一个平面上，入射角、反射角、透射角都具有相同的射线参数p。

19、折射波的形成：两层介质，下伏层的速度大于上覆层的速度，即 V2>V1；入射角是以临界角I 入射
20、地震波的干涉：当来自不同方向的两个或两个以上的地震波相遇时，按照叠加原理，发生能量增强或减弱的现象。

21、波前扩散：在均匀介质中，波为球面波，随着传播距离的增大，球面逐渐扩展，但总能量保持不变，而单位面积上的能量减少，这就称为球面扩散(波前扩散)。

其能量(振幅)衰减规律是振幅与传播距离成反比。

吸收衰减：实际介质并非是完全弹性介质，故波在实际地层中传播时，能量的衰减要比在弹性介质中快，这种衰减称为介质对波的吸收衰减。

介质吸收的这部分能量主要用于克服质点的内摩擦，变成热能损耗掉了。

22、地震波的分类：
按波前形状：球面波、柱面波、平面波
质点振动（极化）方向：横波、纵波、线性极化波、椭圆极化波
按传播空间：面波、体波
按传播路径：直达波、反射波等
地震勘探中的波：直达波、反射波、折射波、透射波、滑行波、转换波、有效波、干扰波、特殊波
23、时距曲线：波从震源出发，传播到测线上各观测点的传播时间t，同观测点相对于激发点（坐标原点）的距离x，之间的关系。

24、水平界面的共炮点反射波时距曲线方程：
25、正常时差：对界面上某点以炮检距x进行观测得到的反射波旅行时与以零炮检距（自激自收）进行观测得到的反射波旅行时之差，这纯粹是由炮检距不为零引起的，这种由炮检距引起的时差定义为正常时差。

（Δt=tORS-tMR）
正常时差特点：
（1）各点正常时差不同；
（2）正常时差与x成正比，对同一个反射界面来说，随x增大，正常时差增大；（3）正常时差与t0、v2、h成反比，t0增大，时差减小；对地面同一检波器来说，接收到的深层反射界面的正常时差比浅层的小；所以，浅层时距曲线陡，深层时距曲线缓。

26、动校正（NMO）：在水平界面情况下，从观测到的波的旅行时中减去正常时差Δt，得到x/2处的t0时间。

t0 = t- Δt
目的：使得共炮点道集的反射波同相轴能反映地下界面的实际产状。

倾斜界面动校正与水平界面动校正相等，即动校正与界面倾角关系不大
27、倾斜界面的共炮点反射波时距曲线方程：
界面上倾方向与x轴正方向一致，界面上倾方向与X轴正方向相反。

反射波时距曲线的特点：
双曲线：
极小点总是相对于激发点偏向界面上倾方向，极小点实际上是虚震源在测线上的投影。

直达波时距曲线是反射波时距曲线的渐近线。

28、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。

29、在一个炮检距不为0的点观测到的倾斜界面反射波旅行时包括三部分：to+正常时差+倾角时差
S’点与S点的反射波旅行时相减时，因为他们的炮检距是相同的，所以相减后，正常时差抵消了，剩下的就是这两点之间的倾角时差。

30、倾斜界面的动校正：
当界面倾角不大，界面h较深，炮检距x较小时，RR’偏移很小，可忽略。

对倾斜界面的反射波进行动校正，不是把t校正成t0，而是把t校正成炮检中点M处的自激自收时间tOM，也就是R’点。

动校正的误差：
大排列观测时，常常不能把双曲线拉成直线；倾斜地层的动校正值总是小于水平地层，因为倾斜地层的时距曲线比较平缓。

若用此求取动校正值，则完全可把倾斜地层的时距曲线拉直；倾斜地层时，地下并不是共反射点，各反射点偏离中心点，偏离距越大，则意味着多次叠加仍是一段界面的平均效应，从而降低了勘探精度。

31、时矩曲面：若观测面为平面，在直角坐标系中，某一波到达观测面的时间可表示为t=f(x,y)，其图形是一个曲面，称为时矩曲面。

反射波的时矩曲面是双曲面。

32、几个基本概念：
炮检距：炮点到地面各观测点的距离
初至时间：所有波中最先到达检波器地震波的第一波峰时间。

同相轴：各接收点属于同一相位振动的连线。

共炮点：所有接收点具有共同的炮点
纵测线：激发点和观测点在同一直线上
非纵测线：激发点不在测线上
33、均匀介质：反射界面R以上的介质是均匀的，即地震波速度是常数v，界面R是平面，或水平或倾斜。

层状介质：地层是层状结构，每一层内速度相同，层与层之间速度不同。

连续介质：介质1和介质2的速度不相等，介质1的速度不是常数，连续变化34、多层水平层状介质的反射波时距曲线：
多层水平介质的时距曲线：
多层倾斜介质时距曲线:
35、平均速度：层状介质中地层的总厚度除以波在垂直层面的方向旅行的总时间。

36、三层水平层状介质的简化：
37、两种情况下反射波时距曲线的比较：
结论：
（1）在炮检距不大的情况下，可以把反射波时距曲线近似看作双曲线，引入平均速度，把多层层状介质假想为单层均匀介质；
（2）在激发点附近，两条时距曲线基本重合；
（3）随着远离激发点，它们逐渐分开，三层介质的时距曲线在下方，说明地震波在三层介质传播时真正速度比平均速度大；
（4）将多层介质理想化为单层均匀介质的误差，随x和h的增大而增大，且随x增大，平均速度<三层介质的真正速度。

38、连续介质中的地震波运动学：
39、常用的连续介质模型：
V(z)=v0(1+βz)
V(z)=v0(1+αz)1/2
速度规律为v(z)=v0(1+βz)时，射线方程及其特点：
40、连续介质的直达波---回折波：
地震波从震源出发，向地下传播到某一深度，还来不及到达分界面，就沿着一条圆弧返回到地面，把这种波叫做回折波。

最大穿透深度：
回折波时距曲线方程:
特点：是一条下弯的曲线，在x不太大时，它同速度等于V0的均匀介质中的直达波时距曲线（直线）基本重合。

41、覆盖层为连续介质时的反射波
反射波形成条件:
时距曲线：
结论：在x较小的条件下，覆盖层为线性连续介质时的反射波时距曲线也很接近于双曲线。

它以t轴为对称，在x=0处有极小值。

42、折射波的特点：
（1）临界角外滑行波先于入射波到达界面上任何一点；
（2）折射波射线相互平行，与法线成临界角，同相轴为直线；
（3）折射波存在一定“盲区”：从空间看，盲区为圆锥，在震源所在的水平面上可看为圆，半径为：2htgθc。

（4）折射波的“屏蔽效应”。

“屏蔽效应”：由于剖面中有速度很高的厚层存在，引起不能在地面接收到来自深层的反射波，这种现象叫做“屏蔽效应”。

（如果高速层厚度小于地震波波长，则无屏蔽作用）
折射波在实际地震勘探中的应用：“折射层”数目少于“反射层”、“屏蔽效应”、浅层折射法测定低速带厚度和速度
43、一个分界面情况下折射波的时距曲线：
折射波时距曲线的特点：
44、反射波、直达波、折射波时距曲线的关系：
直达波TDC是反射波TDC的渐近线；反射波TDC与折射波TDC相切,切线斜率tg θ=1/v1；直达波TDC与折射波TDC相交，相交处为超前时间，当x<OR时，直达波是初至波，x>OR时，折射波是初至波
45、交叉时：ti在数值上等于沿实际路径传播时间从激发点直接沿地面以速度vi传到接收点的时间差。

46、多层水平界面折射波时距曲线：
47、倾斜界面的折射波时距曲线：
48、多次波：波向下传播时，遇到波阻抗界面→反射到地表(如自由面，海面)---因为，他们是良好的反射界面→该波又向下传播→遇到强反射界面→又向上传播→又向下，形成多次波(多次反射波)。

49、多次波类型：全程多次波、部分多次波(短程多次波、微屈多次波）、虚反射
50、全程多次反射波时距曲线公式：
51、水平界面共反射点时距曲线（CRP）：
52、倾斜界面共中心点反射波时距曲线：
反射点分散的规律：
(1) 倾角越大，分散程度越大；
(2) X越大，分散程度越大；
(3) 深度越大，分散程度越小。

53、全程多次反射波时距曲线特点
极小点的坐标---仍为双曲线，其极小点坐标xm ,tm ，且极小点仍位于界面上倾方向，但偏移距比一次波偏移距大
垂直反射时间
视速度---全程多次波具较低的视速度
54、共炮点、共反射点时距曲线物理意义上的差别
共反射点时距曲线只反映界面上一个点R的情况，而共炮点反射波时距曲线反映
的是一段反射界面的情况。

共炮点反射波时距曲线上，t0反映激发点处反射波的垂直反射时间，在共反射点时距曲线上，t0时间代表共中心点M处得垂直反射时间。