折射波
电磁场理论-06 电磁波的反射和折射
Et
Ht
Hi
Hi
5、场的表示形式及相互关系 • 垂直极化情况：
Er
Ei
x
Et
E i r E ime
jk i r
ˆ y
jk r r ˆ E r r E rme y z Et r E tme jk t r y ˆ
reflected wave
Er
refracted wave (transmitted wave)
incident wave
ˆ n Ei
Et
1、1 2、 2
interface
三、坐标系设置及一些参量
• 入射波、反射波、折射波传播矢量：k 、k 、k i r t • 入射面： x ˆ 所确定的平面 k ki , n
2、其余步骤与垂直极化情况相同
三、全透射：
当r// 0或r = 0时，发生全透射
1 cos i 2 cos t 对于平行极化入射，r// 1 cos i 2 cos t
1
u1 cos i
r 0
2
u2
cos t
2
u2
1 sin 2 t
sin i
媒质的折射率：n1
r 1 r 1
n2 r 2r 2
4、若入射波垂直极化，反射波、折射波也是垂直极化； 若入射波平行极化，反射波、折射波也是平行极化；
• 垂直极化情况：
电场均垂直于入射面
• 平行极化情况：
电场均平行于入射面
Er
Ei
Hr
Et
Ht
Er
Ei
Hr
地震折射波法课件
折射波的解析方法
波动方程建立
波速结构反演
基于波动理论，建立折射波的波动方 程，描述波在地下介质中的传播规律 。
利用折射波的传播特征，反演地下介 质的波速结构，为地质解释提供依据 。
波场分离
将复杂的地震波场分离为折射波分量 和其他分量，以便单独研究折射波的 传播特征。
折射波的解释技术
波形分析
对折射波的波形进行详细分析， 提取关键参数，如初至时间、振
地震折射波法可用于研究 地球内部结构和地球动力 学过程。
资源勘探
地震折射波法可用于石油 、天然气和矿产资源勘探 ，确定地下资源的分布和 储量。
工程地质勘查
地震折射波法可用于工程 地质勘查，评估地质灾害 风险和地下工程稳定性。
02
折射波的形成与传播
折射波的形成
折射波的形成
当地震波在地下介质中传播时， 如果遇到不同介质的分界面，波 的传播方向会发生改变，形成折
折射波法的缺点
对地表条件要求高
折射波法需要地表平坦、无障碍物，限制了其应用范围。
对地下介质变化敏感
折射波法对地下介质的均匀性要求较高，介质变化可能导致结果 失真。
数据处理复杂
折射波法的数据处理较为复杂，需要专业的技术人员进行解释和 分析。
折射波法的发展趋势与展望
技术改进
01
随着科技的发展，折射波法将不断改进，提高分辨率和穿透能
力。
数据处理自动化
02
未来将发展更高效的数据处理方法，实现折射波法的自动化解
释。
多方法综合应用
03
将折射波法与其他地球物理方法结合使用，提பைடு நூலகம்探测精度和可
靠性。
THANKS
感谢观看
地震折射波法反射波法
二、地震测线的布置 布置测线的原则： 测线为直线，尽量垂直地层或构造线走向； 测线均匀分布于全测区，最好与钻探线重合； 测线间距和疏密程度应根据地质任务、测区勘探程度 及探测对象等因素确定。 三、反射波法观测系统 1、简单连续观测系统 2、间隔连续观测系统 3、多次叠加观测系统
折射法：多用时距平面图表示。 反射法：多用综合平面图表示。形式简单，直观地表示 炮点和排列之间的关系。 1. 如图所示，O1、O2…O5是激发点，A、B、C、D表示互 换点，实线段O1A、AO2、O2B…等在水平直线上的投影正好 连续单次地覆盖了整条测线。
检波器又叫检震器，是把地震波到达引起地面微弱振动 转换成电讯号的换能装置。目前常用的检波器主要由线 圈、弹簧片和永久磁钢架及外壳组成。
检波器输出的信号电压和其振动时的位移初速度有关， 因此又叫速度检波器。
用晶体压电效应特性制成的晶体检波器，固有频率高的 特点，可以测量物体震动加速度，又叫加速度检波器。
如下图示：在O1、O2、O3…激发，在与M点为对称的S1、 S2、S3…接收R界面上同一点A的反射波。
A点：共反射点或共深度点。 M点：A的投影点，共中心点或共地面点。
S1、S2、S3…地震道：共反射点或共深度点）叠加道。 集合称CDP(共深度点)道集。
以炮检距X为横坐标，以反射波到达各叠加道的时间t为 纵坐标，可绘出对应A点的半支时距曲线。将炮点和接收点 互换，得到另半支时距曲线。
观测系统适用条件
单支时距曲线观测系统 适用于地质情况简单，折射界面规则且近水平情况。 特点：施工简单，效率高，界面起伏较大误差大，不适用。
相遇时距曲线观测系统 折射界面起伏明显，不规则。 特点：解释精度高，中间部分重复观测。
追逐时距曲线观测系统 对折射界面连续追踪，曲线形态和折射界面形态相关。 特点：时距曲线平行相似；界面上凸，则不平行
入射波反射波和折射波振幅和相位的变化关系反射
H 0 E0 0 E0 cos 2 E0 cos 0 1 E0 E0
2 , 2 1 , 1
E0
k
E0
H0
x
E0
k
H0 H0
sin 1 cos 2 cos E0 E0 sin 1 cos 2 cos 2 1 cos E0 2 cos sin E0 1 cos 2 cos sin
2 2z sin E0 e 2 n21
作业
p.150页：2,4
E E0 exp i k x x k y y k z z
2 2 kx 、k y 、kz2 可以小于零 2 2 kx ky kz2 k 2 2
在 1 2 情况下，当 sin 2 2 1 时，折射波：
k x kx
i k X t
对于平面电磁波的边界情况，设入射波在介质 1 中，在边界处激
发新的波，其中在介质 1 内传播的称为反射波，在介质 2 中传 播的波称为折射波。
由于频率不变，这种假设是最一般的情况。
（3）三波矢共面
由电场边界条件
eik X E0 eik X 0 n E0eik X E0
（4）菲涅耳（Fresnel）公式
tan E tan E
E 2cos sin E sin cos
Brewster定律：当 2时，
反射波无平行偏振分量，只有垂直
（6）正入射（ 0， 0， 0 ）的菲涅尔公式
折射波
二、折射波法的观测系统
(3)地震仪滤波器的选择
工程地震仪中，大部分都装有较完善的滤波系 统。例如，声波的主频段一般大于100Hz。而折 射波的主频段为40Hz，比声波低，可以用低通 滤波装置来压制声波。工业电通过电磁感应影响 地震记录，所以接收点应尽量避开干扰源，并利 用仪器的滤波器压制工业电的干扰。
对于一个特定的工作地区，是否需要使用滤波 器或使用什么频率段的滤波器，要通过试验来确 定。
3、追逐时距曲线观测系统 是在剖面上测得一段时距曲线S1之后，将激发点沿
剖面移动一定的距离再进行激发观测得到另一段时距 曲线S2，这种互相对应的时距曲线就称为‘‘追逐’ 时距曲线。如图所示。
追逐时距曲线观测系统还可以了解折射界面有无横 向速度变化。如图所示，水平三层大地与有覆盖层 的直立接触面上的简单观测系统的时距曲线形态相 似，无法仅根据单支时距曲线判断地下的地层结构。
在浅层工程地震中一般采用2－5m的 道间距．12－24道地震仪接收。
3、激发点位置及间距
折射波的接受地段必须在盲区 范围之外，但盲区范围随折射界面 的深度、倾斜情况以及临界角的大 小而变化。因此，要根据试验工作 设计激发点位置及激发点距离。
二层构造时情况比较简单，偏移距小于盲 区，设计的排列应能够接收到直达波和折射 波。激发点的间距应能够连续探测目的折射 界面。
在此，仅就资料的采集和处理 解释问题进行论述。
第一节 野外工作方法
2024年高中物理新教材讲义：波的反射、折射和衍射
3波的反射、折射和衍射[学习目标] 1.了解波的反射和折射现象，知道波的反射和折射规律(难点)。
2.知道波的衍射现象和波发生明显衍射的条件(重点)。
一、波的反射和折射1．波的反射(1)反射现象：波遇到介质界面(如水波遇到挡板)时会返回原介质继续传播的现象。
(2)反射规律：反射线、法线与入射线在同一平面内，反射线与入射线分居法线两侧，反射角等于入射角。
2．波的折射(1)波的折射：光从一种介质进入另一种介质时会发生折射，同样，其他波从一种介质进入另一种介质时也发生折射。
(2)水波的折射：一列水波在深度不同的水域传播时，在交界面处将发生折射。
1．在波的反射和折射现象中，反射波与入射波、折射波与入射波的频率相同吗？波长相同吗？答案在波的反射和折射现象中，反射波和入射波的频率都与波源的频率相同；反射现象是在同种介质中传播，波速相同，由v＝λf可知，波长也相同，而折射现象是在不同介质中传播，波速不同，波长也不同。
2．波在发生折射过程中，方向一定改变吗？答案不一定，如果入射波垂直于交界面时，传播方向保持不变。
波的反射和折射中各物理量的变化(1)波的频率是由振源决定的，介质中各个质点的振动都是受迫振动，因此不论是反射还是折射，波的频率是不改变的。
(2)波速是由介质决定的，波反射时是在同一均匀介质中传播，因此波速不变，波折射时是在不同介质中传播，因此波速改变。
(3)波长是由频率和波速共同决定的，即在波的反射中，由于波的频率和波速均不变，根据公式λ＝vf可知波长不改变；在波的折射中，当进入新的介质中波速增大时，由λ＝vf可知波长变长，反之变短。
例1一列声波在介质Ⅰ中的波长为0.2m。
当该声波从介质Ⅰ中以某一角度传入介质Ⅱ中时，波长变为0.6m ，如图所示，若介质Ⅰ中的声速是340m/s 。
(1)求该声波在介质Ⅱ中传播时的频率；(2)求该声波在介质Ⅱ中传播的速度；(3)若另一种声波在介质Ⅱ中的传播速度为1400m/s ，按图中的方向从介质Ⅰ射入介质Ⅱ中，求它在介质Ⅰ和介质Ⅱ中的频率之比。
医学专题二菲涅耳公式表示反射波折射波与入射波的振幅和位相关
1. E为s波, H为p波的菲涅耳公式
E、H矢量在界面处切向连续 反射和折射不改变E、H的振动态
E1s E1s E2s
H1p cos1 H1p cos1 H2 p cos2
1
2
0
Hp
n
0c
Es
n1(E1s E1s ) cos1 n2E2s cos2
rs S波的振幅反射系数
ts S波的振幅透射系数
sin2 1 n2 sin2 1 n2
rp
n2 n2
cos1 cos1
i i
sin2 1 n2 sin2 1 n2
rp rs 1 Rs Rp 1
所有光线全部返回介质一，不存在折射光，光在界面上 发生全反射时不损失能量。
三、相位变化
tan s sin2 1 n2
2
cos1
tan p sin2 1 n2
利用关系 n1 sin1 n2 sin2
rs
sin(1 sin(1
2 ) 2 )
ts
2 cos1 sin2 sin(1 2 )
rp
tan(1 tan(1
2 ) 2 )
菲 涅 耳 公
tp
2 cos1 sin2 sin(1 2 ) cos(1 2 )
式
对于1 的0垂直入射的特殊情况，可得
rs
A1' s A1s
rs cos1 cos1
n212 sin2 1 n212 sin2 1
ts
cos1
2 cos1
n212
sin 2
1
rp
n212 n212
cos1 cos1
n212 sin2 1 n212 sin2 1
tp
第二章折射波反射波法
地震资料处理中的核心技术 • 速度分析
速度参数是地震资料处理中最重要的参数之一， 常选用速度扫描及速度谱分析来求取。 当试验速度V(k)与地层反射波的叠加速度相一 致时各道同相叠加，此时平均振幅A(k)最大。
速度分析
地震资料处理中的核心技术 • CDP道集抽取 抽道集也叫共深度点选徘，是把具有相 同炮检中点的记录道排成一组，以共深 度点号次序排在一起。
二、t0法求折射界面
三、折射波法应用实例
PRMB 为珠江口盆地，SWTB为台西南盆地，S2006-3的测线位置，其中的黑点为OBS站位； CSS为潮汕坳陷，CNS为潮南坳陷，BYS为白云坳陷.
第二节 浅层反射波的资料处理和解 释
2、反射波的对比和识别
• （1）、波的对比。 • 同一界面的反射波同相轴特征： • 强振幅特性：处理后的地震剖面上各反射波一般 都有较强的能量 • 波形相似性和同相性：时间相近，波形相似 • （2）、多次波和特殊反射波 • 多次波 • 绕射波 • 断面波
3、时间剖面的地质解释
• • • • （1）地层标准层的确定和追踪 （2）断层的识别 反射波同相轴错位---常为中、小型断层的反映。 反射波同相轴突然增减或消失，波组间隔突然变 化---常为基底大断层的反映； • 反射波同相轴产状突变，反射零乱或出现空白带 • 标准反射波同相轴发生分叉、合并、扭曲、强相 位转换等现象---常为小断层的反映 • （3）不整合面
地震资料处理中的核心技术
• 静校正
功能：将所有激发点和接收点校正某一基准面上， 消除地表起伏及低速层的影响。
• 动校正
功能：消除由于源检距不同而引起的正常时差。
地震资料处理中的核心技术
地震资料处理中的核心技术 • 水平叠加
折射波
二、折射波法的观测系统
一、测线的设计和道间距、激发点 的选择 1、测线设计
折射波法一般用于解决基岩面深 度、地层厚度等地质问题，测线的 布置根据工作任务、探测对象、地 质构造和地形等条件来确定的。
一般可按下列原则布置测线： (1)测线力求为直线，尽量垂直岩层或构 造的走向，便于最大限度地控制构造形态， 以利于资料的整理与分析； (2)测线要尽可能与其他物探测线或钻探 的勘探线一致，便于结合地质资料进行分 析解释； (3)测线要均匀地分布在全测区，以利于 资料的对比与综合分析。 (4)当地层倾角较大时，应注意改变测线 方向，避免盲区过大或接收不到折射波。
采用非纵剖面法，原则上可以对所观测的时距曲线进 行定量处理，画出折射界面的形态，以及确定界面速度。 但其绘图的精度要比处理完整的纵剖面系统所达到的精 度低。
利用折射法研究盐丘、 陡构造及断层等特殊 地质体时，多采用非 纵测线观测系统。图 所示的观测系统是扇 形排列，它是非纵测 线观测系统的一种， 多用于盐丘勘探，因 为盐丘的波速高于围 岩，凡经过盐丘的折 射波到达地面观测点 的正常时间都比没有 经过盐丘的折射波要 早，即超前，根据重 叠的扇形排列观测系 统发现的超前，可以 圈出高速波的地质体。
折射波的特殊性决定了折射波观 测系统与反射波观测系统截然不同。 1、相遇观测系统 2、追逐观测系统 3、非纵测线观测系统
1．单支时距曲线现测系统 这种观测系统一般用于探测地质情况简单规则平缓
折射波时距曲线
折射波时距曲线折射波时距曲线是地球物理勘探中非常重要的一种工具，它是根据地下反射和折射波的传播特性绘制出来的一条曲线。
以下为详细介绍：一、什么是折射波时距曲线？折射波时距曲线是地球物理勘探中绘制出来的一种曲线，它记录了地下不同深度处的反射和折射波在不同时间到达地面的时刻。
折射波时距曲线是通过地震勘探技术获取得到的。
当能量在地下传播时，它会受到地下不同介质的反射和折射，通过这种反射和折射波，地球物理勘探人员能够得知地下结构信息。
折射波时距曲线的绘制，可以通过对反射和折射波的时间差进行计算和分析来完成。
二、折射波时距曲线的应用折射波时距曲线广泛应用于地球物理勘探中，可以看出地下含油含气层的深度和存在情况。
由于地下介质的不同，经过折射和反射波的能量会到达地面上不同的时间，经过分析后，可以得到地下不同深度的结构信息。
折射波时距曲线在地震探测、石油勘探、工程勘探等方面都有着广泛的应用。
三、折射波时距曲线的绘制原理折射波时距曲线的绘制，需要使用地震仪器和检波器进行，首先需要在地面上设置震源和检波器，采用震源发射能量，经过地下的介质，能量被反射或折射，最终到达地面上的检波器，通过记录不同时间到达的能量，建立时距曲线，以推断地下的结构。
四、折射波时距曲线的意义折射波时距曲线作为地下结构勘探中的重要工具，能够帮助工程师和地质学家快速了解地下的结构和空间分布，通过分析曲线的形态和信息，可以更准确地定位和分析岩石类型和含油含气层等地下信息。
五、结论折射波时距曲线是地球物理勘探中必不可少的重要工具，它极大地帮助勘探人员了解地下结构，推断地下存在的岩石和油气等物质。
在未来，折射波时距曲线将更广泛地应用于资源勘探、地质工程、地震学以及其他相关领域。
折射和反射定律、菲涅耳公式
公式(8)、(9)、(12)、(13)称为Fresnel公式：
rs
ts
Er 0 s n1 cos i n2 cos t Ei 0 s n1 cos i n2 cos t
Er 0 s 2n1 cos i Ei 0 s n1 cos i n2 cos t
(8) (9) (12) (13)
θt k t n H ts
图3
H rs
即：E 的p分量的切向分量一致向右 E H k 组成右手坐标系
H 的正方向如图所示
1 2
E rp
根据 E H 的边界条件得：
E tp
H i 0s H r 0s H t 0s (10)
Ei 0 p cosi Er 0 p cos r Et 0 p cost (11)
sin( i t ) rs sin( i t ) tan( i t ) rp tan( i t ) 2 cos i sin t ts sin( i t ) tp 2 cos i sin i sin( t i ) sin( t i )
3
界面两侧的总电场为：
E1 Ei Er Ei 0 exp[i(ki r it )] Er 0 exp[i(kr r rt )] E2 Et Et 0 exp[i(kt r t t )] n (E2 E1 ) 0 电场的边界条件 n Ei0 exp[i(ki r i t )] n Er 0 exp[i(kr r r t )] n Et 0 exp[i(kt r t t )]
ts
tp
位相跃变(半波损失) sin( i t ) rs sin( i t ) 负号写成 exp(i )
波的反射和折射-惠更斯原理
当v1＞v2时,i ＞γ即折射线偏向法线；
法线
界面
r
当v1＜v2时,i ＜γ即折射线偏离法线；
当垂直界面入射时， i =0，γ=0，传播方向不变，但仍发生了折
射现象
四、用惠更斯原理解释波的折射
波发生折射的原因：是波在不同介质中的速度不同 注意： 1.当入射波速度大于折射波速度时，折射角折向法线。
. .
播 方 向
.
t 时刻波前
t 时刻波前
t + t 时刻波前
t
t + t 时刻波前
二、惠更斯原理
球面波的波面和波线
平面波的波面和波线
二、惠更斯原理 用惠更斯原理确定下一时刻平面波的波面
t + Δ t时刻的波面
vΔt
.........
子波波源
t 时刻的波面
利用惠更斯原理可以由已知的波面通过几何作图方 法确定下一时刻的波面，从而确定波的传播方向。例如 当波在均匀的各向同性介质中传播时，波面的几何形状 总是保持不变的。
四、用惠更斯原理解释波的折射
1、定义： 波从一种介质进入另一种介
质时，波的传播方向发生了改变的现
象叫做波的折射
折射角（r）：折射波的波线与两介质
界面法线的夹角r叫做折射角。
拆射定律：
（法1线）、波折在射介线质在中同发一生平折面射内时，，入入射射线线、介质I
i
和折射线分别位于法线两侧
介质II
（2） v1 sin i
特点：波线与波面互相垂直
波面 波线
平面波的波线： 垂直于波面的平行线
球面波的波线： 沿着以波源为中心的
半径方向向外的射线
克里斯蒂安·惠更斯
地震波运动学第六节——折射波运动学1
通过E点作这两个球面的公切面，就得到折射波的 波前，如图中的EE′所示,而波线是垂直波前的。
不难证明，折射波的射线和分界面的法线之间的夹 角等于临界角θc
由图可见，∠C′EE′和∠ NEA′都是∠ NEE′的余角，从 而两角相等。在直角三角形ΔC′EE′中，有 sin ∠C′EE′=C′E′／C′E． 前已说明C′E′=2R1= C′E · V1/V2 ，从而 sin∠C′EE′=V1/V2。 这正是临界角满足的关系，结果就有 ∠NEA′= ∠C′EE′= θc
左图，两条直线同相轴在A点上方相交，这表明：波I的所有 射线是互相平行的，波Ⅱ的所有射线也是互相平行的，但这 两个波的射线并不平行，因为两条同相轴的斜率不相同。在A 点，这两个波的到达时间相等，但两个波在A点出射的两条射 线并不平行。 右图，一条弯曲的同相轴与一条直线同相轴在A点上方的B点 处相切，这表明两个波的同相轴在B点有相同的斜率和相同的 到达时间，也即是两个波出射到A点的射线是重合的。
二、折射波的形成和传播规律
在前面已经提到，当界面下部介质波速V2大于上部
介质波速V1，波的入射角等于临界角时，透射波就
会变成沿界面以V2速度传播的滑行波。 滑行波的传播引起了新的效应：因为两种介质是密 接的，为了满足边界条件，在第一种介质中要激发 出新的波动，即地震折射波。
本节从几何地震学出发导出折射波的传播规律。
当界面速度大时，时距曲线较平缓，反之，时距曲 线较陡。这是水平界面折射波时距曲线的特点之一。
2、水平界面折射波时距曲线方程
在S点接收，折射波所走的路程为 OA1B1S，所需时间为
F1
0
当x＝0时 这说明折射波时距曲线延长 后与时间轴交于ti，ti的数值 如上式所示。这个ti称为与时 间轴的交叉时，这是折射波 时距曲线与反射波时距曲线 的又一区别。 折射波时距曲线的始点坐标 可以从右图直接得出
折射波——精选推荐
折射波折射波⼀、特殊情况下的时距曲线(⼆)隐伏层假定下层波速⼤于上层且有⼀定层厚度作为产⽣返回地表的折射波的条件.但实际情况并⾮都是如此.若地层中出现低速夹层,或速度递增,但其中某层的厚度很⼩时,折射波不能以初⾄波的形式出现在地震记录上,⽤折射法的勘测时不能记录到该层的存在.故称该层为”隐伏层”.有时当某层的速度⼤于其上下地层的速度时,将出现⾼速屏蔽。
1.⽔平层状介质中的低速层然⽽ ,如果存在321V V V ??;(且13V V ?)的层状介质,则时距曲线将发⽣很⼤变化.由于在21/V V 的分界⾯上不能产⽣折射波,没有2V 低速度的初⾄波的地震记录.并从时距曲线上看只相当于两层介质,即存在低速度层异常的情况.此时若⽆钻孔或波速测井等相应的资料来验核,就很容易把三层介质作为两层介质。
从⽽把3V 当作2V ，把02t 当01t ，⽽造成深度计算上的较⼤误差。
因此，在有低速层存在的地区进⾏折射法⼯程勘测时，应该有钻孔资料，夺震波速测井或其他物探资料配合，才能进⾏解释，⽽得出正确的结果。
2.正常速度中的隐伏层这种隐伏层，是在各层速度的分布满⾜了n V V V Λ21的关系，但基中某层的厚度较⼩，使得该层与下层介质的分界⾯产⽣的折射波不能以初⾄波的形式出现在记录上，导臻资料处理时地层缺失或深度上的较⼤误差。
我们以三层模型讨论隐伏层的基本特性。
如图1图1 隐伏层地质模型图所⽰：在a 图中，第⼆层⾜够厚，时距曲线中2V 层就有⼀定长度的⼀段初⾄区与该层相对应。
当第⼆层厚度减⼩时，时距曲线上与第⼆层相应的初⾄区线段长度与变短，图b 所⽰。
如果第⼆层的厚度进⼀步减少，如图c 所⽰，第⼀层和第三层所对应的时距曲线同时通过了⼀点，与第⼆层对应初⾄区的时距曲线消失了，时距曲线上不能反映第⼆层介质的存在，故将此厚度定义为盲带。
从理论上讲，它是该层不能以初⾄形式探测到的最⼤厚度。
如图d 所⽰，第⼆层的厚度进⼀步减⼩时，则定义这样鹌鹑2的地层为隐伏层。
高中物理选择性必修件波的反射和折射
02 反射和折射现象是波动光学的基础，对于理解光 的传播、干涉、衍射等现象具有重要意义。
04
实验：波的反射和折射
实验目的与原理
实验目的
通过观察和测量波的反射和折射现象，验证反射定律和折射定律，加深对波动性质的理 解。
实验原理
当波遇到不同介质的交界面时，会发生反射和折射现象。反射波遵循反射定律，即反射 角等于入射角，且反射波、入射波和法线在同一平面内。折射波遵循折射定律，即折射 角与入射角的正弦之比等于两种介质的波速之比，且折射波、入射波和法线在同一平面 反射波的特点频率不变
反射波的频率与入射 波相同，不会因反射
而改变。
波速改变
由于介质不同，反射 波的波速可能发生变
化。
振幅可能改变
反射波的振幅可能因 能量损失而减小，也 可能在某些情况下增
大。
相位变化
反射波与入射波之间 可能存在相位差，具 体取决于反射面的性 质和入射角的大小。
02
波的折射
折射现象与定律
电磁波的反射和折射
电磁波反射
电磁波遇到导体或介质分界面时，会发生反射现象。雷达、 无线电通信等都是利用电磁波的反射原理实现的。
电磁波折射
电磁波在不同介质中传播速度不同，当电磁波从一种介质斜 射入另一种介质时，也会发生折射现象。例如，光纤通信、 微波传输等都是利用电磁波的折射原理实现的。
THANKS
高中物理选择性必修 件波的反射和折射
汇报人：XX
20XX-01-19
目录
• 波的反射 • 波的折射 • 波的反射和折射的关系 • 实验：波的反射和折射 • 波的反射和折射在生活中的应用
波的折射与反射
波的折射与反射在电力系统中，我们常常会遇到下列情况：线路末端与另一不同波阻抗的线路相连，如一架空线与一电缆线相连接；线路末端接有集中参数阻抗（如电阻、电容、电感或者它们的组合）等。
在这些情况下，当线路上有行波传播且到达两个不同波阻抗的连接点或者到达接有集中参数的接点时，将会发生什么情况呢？这就是本节要讨论的主要问题，下面以两条不同波阻抗线路相连接的情况为例子来讨论。
2.2.1 行波的折、反射规律若具有不同波阻抗的两条线路相连接，如图2-5，连接点为0A 。
现将线路1z 合闸于支流电源0U ，合闸之后沿线路 1z 有一与电源电压相同的前行电压波110()q q u u U 自电源向结点A 传播，到达结点A 遇到波阻为2z 的线路，根据前一节所述，在结点A 前后都必须保持单位长度导线的电场能与磁场能都相等的规律，但是由于线路1z 与2z 的单位长度电感与对地电容都不相同，因此当1q u 到达A 点时必然要发生电压、电流的变化，也就是说，在结点A 处要发生行波的折射与反射，反射电压波1f u 自结点A 处要发生行波的折射与反射，反射电压波1f u 自结点A 沿线路1z 返回传播，折射电压波则自结点A 沿线路2z 继续向前传播。
显然，此折射电压波也就是线路2z 上的前行电压波，以2q u 表示。
通过下面的分析，可以求得反射电压波1f u 和折射电压波2q u 。
图2-5 行波在结点A 的折射与反射假设折射电压波2q u 尚未到达线路2z 的末端，即线路2z 上尚未出现反行电压波，一般的说法是2q u 虽然已经到达2z 的末端，线路2z 上已经出现反行电压波，但此反行电压尚未到达结点A 。
对于线路1z ：111111;q f q f u u u i i i =+=+ 111111;q q f f u z i u z i =⋅=-⋅对于线路2z ，因2z 上的反行电压波20f u =，故22q u u = 22q i i =222q q u z i =（也即222u z i =）在结点A 处只能有一个电压和电流值，故1212;u u i i ==于是得112q f q u u u +=（2-13）112q f q i i i += （2-14）将（2-14）化为下式112112q f q u u u z z z -=即 11122q f qz u u u z -=（2-15）将式（2-13）与（2-15）相加，得11222(1)q q z u u z =+故 2211122q q u q z u u u z z α==+（2-16）2121112121222q q q q i q u z i u i i z z z z z α===⋅=++（2-17） 将2q u 代入式（2-13）可得221121111112122f q q q q q u q z z zu u u u u u u z z z z β-=-=-==++ （2-18）121121111111212()f f q q i qu z z z zi u i i z z z z z z β--=-=-⋅==++（2-19）式中2122u z a z z =+表示线路2z 上的折射电压波2q u 与入射电压波1q u 的比值，称为电压折射系数，同理，1122i z a z z =+称为电流折射系数。
第三章 第3节 波的反射、折射和衍射
二、波的折射 波的折射：波从一种介质进
入另一种介质时，波的传播方 向发生改变的现象。
☆折射线：代表波的折射方 向的一条射线。
垂直交界面入射时，传播方向不变。 入射波与折射波在两种不同的介质中传播，波速会发生变化。 波的频率由波源决定，频率不变。 由公式 λ＝vf ，可知波长发生变化。 一切波都会发生折射现象。
[变式训练1] 一列声波在第一种均匀介质中的波长为 λ1，在第二种均 匀介质中的波长为 λ2，若 λ1＝2λ2，则该声波在两种介质中的频率之比和波 速之比分别为( )
A．2∶1 1∶1 B．1∶2 1∶4 C．1∶1 2∶1 D．1∶1 1∶2
答案 C
解析 波的频率只由波源决定，故同一列波在不同介质中传播时，波的 频率是一定的，故频率之比为 1∶1。由 v＝fλ，可推得 v1∶v2＝λ1∶λ2＝2∶1， C 正确。
[规范解答]
由公式
v＝Tλ 得，周期为
1 20
s
的声波的波长
λ1＝vT＝
340×210 m＝17 m，
由公式 v＝λf 得，频率为 1×104 Hz 的声波的波长
λ2＝vf ＝1×341004 m＝0.034 m。
因为障碍物的尺寸为 13 m，所以周期为210 s 的声波的衍射现象较明显。
5. (波的衍射)如图所示，P 为桥墩，A 为靠近桥墩浮在水面的叶片，波源 S 连续振动，形成水波，此时叶片 A 静止不动。为使水波能带动叶片振动，可采 用的方法是( )
解析 (1)声波在空气中传播时，由 v＝λf 得： f＝vλ11＝304.20 Hz＝1700 Hz。 由于声波在不同介质中传播时，频率不变，所以声波在介质Ⅱ中传播时，频 率为 1700 Hz。 (2)由 v＝λf 得，声波在介质Ⅱ中的传播速度为 v2＝λ2f＝0.6×1700 m/s＝1020 m/s。 (3)声波经2t ＝0.2 s 传至介质Ⅱ底部，故介质Ⅱ的深度 h＝v2·2t ＝1020×0.2 m ＝204 m。
折射波
折射波一、特殊情况下的时距曲线(二)隐伏层假定下层波速大于上层且有一定层厚度作为产生返回地表的折射波的条件.但实际情况并非都是如此.若地层中出现低速夹层,或速度递增,但其中某层的厚度很小时,折射波不能以初至波的形式出现在地震记录上,用折射法的勘测时不能记录到该层的存在.故称该层为”隐伏层”.有时当某层的速度大于其上下地层的速度时,将出现高速屏蔽。
1.水平层状介质中的低速层然而 ,如果存在321V V V 〈〉;(且13V V 〉)的层状介质,则时距曲线将发生很大变化.由于在21/V V 的分界面上不能产生折射波,没有2V 低速度的初至波的地震记录.并从时距曲线上看只相当于两层介质,即存在低速度 层异常的情况.此时若无钻孔或波速测井等相应的资料来验核,就很容易把三层介质作为两层介质。
从而把3V 当作2V ，把02t 当01t ，而造成深度计算上的较大误差。
因此，在有低速层存在的地区进行折射法工程勘测时，应该有钻孔资料，夺震波速测井或其他物探资料配合，才能进行解释，而得出正确的结果。
2.正常速度中的隐伏层这种隐伏层，是在各层速度的分布满足了n V V V 〈〈〈Λ21的关系，但基中某层的厚度较小，使得该层与下层介质的分界面产生的折射波不能以初至波的形式出现在记录上，导臻资料处理时地层缺失或深度上的较大误差。
我们以三层模型讨论隐伏层的基本特性。
如图1图1 隐伏层地质模型图所示：在a 图中，第二层足够厚，时距曲线中2V 层就有一定长度的一段初至区与该层相对应。
当第二层厚度减小时，时距曲线上与第二层相应的初至区线段长度与变短，图b 所示。
如果第二层的厚度进一步减少，如图c 所示，第一层和第三层所对应的时距曲线同时通过了一点，与第二层对应初至区的时距曲线消失了，时距曲线上不能反映第二层介质的存在，故将此厚度定义为盲带。
从理论上讲，它是该层不能以初至形式探测到的最大厚度。
如图d 所示，第二层的厚度进一步减小时，则定义这样鹌鹑2的地层为隐伏层。
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另外为了解表层横向速度变化可以增加一个中间激发
点。这种观测系统工作效率较低，但可以利用其平行
性的特点将远激发点的时距曲线平移到近激发点曲线
上来，以补偿近激发点时距. 曲线的不足。
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4
一、测线的设计和道间距、激发点 的选择 1、测线设计
折射波法一般用于解决基岩面深 度、地层厚度等地质问题，测线的 布置根据工作任务、探测对象、地 质构造和地形等条件来确定的。
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5
一般可按下列原则布置测线： (1)测线力求为直线，尽量垂直岩层或构 造的走向，便于最大限度地控制构造形态， 以利于资料的整理与分析； (2)测线要尽可能与其他物探测线或钻探 的勘探线一致，便于结合地质资料进行分 析解释； (3)测线要均匀地分布在全测区，以利于 资料的对比与综合分析。 (4)当地层倾角较大时，应注意改变测线 方向，避免盲区过大或接收不到折射波。
19
三、非纵测线观测系统
在非纵测线中，激发点不设置在剖面线上，
而是设置在剖面一侧可追踪到所勘探折射界
面上的初至波的一定距离上。例如激发点布
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7
排列长度和道间距有如下关系式：
L(N1)x
道间距越大，排列长度越长，工作 效率也就越高。
但如道间距太大．各相邻记录道之 间同一个波的相位追踪和对比往往比 较困难，不利于分辨有效波。
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8
由于折射波法主要以初至波为主， 道间距的选择应根据试验工作确定， 以能准确地追踪每一个折射层的初至 折射波为标准。
折射波的特殊性决定了折射波观 测系统与反射波观测系统截然不同。 1、相遇观测系统 2、追逐观测系统 3、非纵测线观测系统
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13
1．单支时距曲线现测系统 这种观测系统一般用于探测地质情况简单规则平缓
的界面。其优点是效率高。这种观测系统只能获得激发 点处界面的深度。如图所示，其中各激发点的深度都可 分别从两支时距曲线上算得，从而可以互相校核。因此 对于起伏较大的界面或情况较为复杂时，不宜使用单支 时距曲线观测系统。
在此，仅就资料的采集和处理 解释问题进行论述。
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3
第一节 野外工作方法
在折射波法野外工作中，必须了解工 区的地质、地形、地层地质条件及速度参 数等情况。根据工作目的及场地情况，设 计试验和施工方案。从试验结果取得适合 工区具体条件的最佳工作方法，如激发条 件，接收条件，观测系统，检波距，测线 长度等。
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15
3、追逐时距曲线观测系统 是在剖面上测得一段时距曲线S1之后，将激发点沿
剖面移动一定的距离再进行激发观测得到另一段时距曲 线S2，这种互相对应的时距曲线就称为‘‘追逐’时 距曲线。如图所示。
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16
追逐时距曲线观测系统还可以了解折射界面有无横 向速度变化。如图所示，水平三层大地与有覆盖层 的直立接触面上的简单观测系统的时距曲线形态相 似，无法仅根据单支时距曲线判断地下的地层结构。
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14
2．相遇时距曲线现测系统 当地下界面起伏较大或不甚规则时，如果只在接收地段的 某一端激发，仅获得激发点处界面的深度，无法反映界面 的起伏情况，造成很大的误差。为了提高解释精度，需要 在观测剖面两端进行激发，从而可获得两支时距曲线。
如图所示，O1、02分别为观 测剖面两端的激发点，S1和S2 为两支相应的时距曲线，从不同 的方向反映了同一地段的界面状 态，根据曲线斜率的变化可以判 断界面的起伏情况。因此，利用 相遇时距曲线观测系统可以了解 界面倾斜及起伏情况，并可以计 算公共段的界面深度。
三层构造时，除与二层构造情况相同，偏 移距小于盲区外，还需同时考虑来自第二层 和第三层的折射波出现的范围，来自某一层 的折射波在时距曲线上应有3－4个点的线段， 能够有效地决定这一层地折射波速度。因此， 在要求同时获得二个界面深度地情况下，需 要在工作中根据具体情况设计激发点间距。
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12
二、折射波法的观测系统
的重复点，称为互换点。即 排列的最后一个检波点是下一个新排 列的第一个检波点，这样有利于波的 追踪和对比。
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9
选择排列和道间距大小时，还必须考 虑到地层的倾角大小和断层等复杂情况 的存在，一般来说倾角大，构造复杂时， 排列和道间距取小些。
地震折射波法
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1
在工程地震勘探中，地震折射波 法是一种简便经济的勘探方法
在精度要求不高的情况下，
它可为工程地质提供浅层地层起伏 变化和速度横向变化资料以及潜水 面的变化资料等，
还可为反射波法勘探提供用于静校
正的表层速度和低速带起伏变化资
料。
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2
有关折射波的形成及正演时距 曲线的特征等问题已在前面讨论 过了，
在浅层工程地震中一般采用2－5m的 道间距．12－24道地震仪接收。
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10
3、激发点位置及间距
折射波的接受地段必须在盲区 范围之外，但盲区范围随折射界面 的深度、倾斜情况以及临界角的大 小而变化。因此，要根据试验工作 设计激发点位置及激发点距离。
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二层构造时情况比较简单，偏移距小于盲 区，设计的排列应能够接收到直达波和折射 波。激发点的间距应能够连续探测目的折射 界面。
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6
2、排列长度、道间距
进行地震勘探工作时，需要沿测线按次序 在许多点进行激发，同时在相应的地段进行 接收。通常称布置检波器的接收段为接收排 列。每次激发接收记录时，第一道(第一个检 波器)到激发点的距离称为偏移距；第一道到 最后一道(最后一个检波器)的距离称为排列 长度。因此，若使用某种道数的地震仪确定 之后，排列长度就决定于道间距大小。
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17
如图是两种地质条件下的追逐时距曲线，在只有垂向速度 变化的时距曲线上，两条曲线的临界距离只有横向位置变 化。而在有横向速度变化的时距曲线上，速度突变点上方 的临界距离没有横向移动，只是随激发点的位置变化而出 现时间上的变化，两个激发点产生的时差在曲线拐点的左 边和右边相等。
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18
4．双重相遇时距曲线观测系统 地震勘探中，在表层条件较复杂的情况下，有时可采 用双重相遇的观测系统。实际上这是相遇观测系统和 追逐观测系统的综合，如图所示。