(3)折射波的形成地震勘探 教学课件
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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
5 地震折射波法
在工程地震勘探中， 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， 简便经济的勘探方法，在精度要求不高的情况 它可为工程地质提供浅层地层起伏变化和 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 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 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。 度和低速带起伏变化资料。 有关折射波的形成 及正演时距曲线的特征等问题已在本篇的第一 和第二章中讨论过了，在此， 和第二章中讨论过了，在此 ，仅就资料的采集 和处理解释问题进行论述。 和处理解释问题进行论述。
1 L′ = VP t ′ 2
（1.8.2）
（1.8.5）
对于一完整摩擦桩， 对于一完整摩擦桩 ， 其桩底反射的相位与入射 波或激振信号的相位是相反的。 波或激振信号的相位是相反的。 1）摩擦桩 ） 在计算承载力时， 采用较大的力锤击桩边土 自 （ 在计算承载力时， 由落锤） ，迫使桩土体系共同振动 由落锤） 迫使桩土体系共同振动 ，
8.2.1 方法原理
1．桩体缺陷检测 ． 在桩顶部竖直向下施加一瞬间力F， 在桩顶部竖直向下施加一瞬间力 ，并在震 源点附近接收时， 源点附近接收时，其断裂面和桩底面上将产生 反射和透射的P波 由于为近法线入射， 反射和透射的 波。由于为近法线入射，转换 横波可不考虑。 横波可不考虑。
VP = 2L / t
8.2 锤击法
锤击法是一种瞬态动测法。 锤击法是一种瞬态动测法。嵌入土中的桩 瞬态动测法 基相当于一根在阻尼介质中上端自由而下端弹 性连结的弹性杆。 性连结的弹性杆。当在桩顶或桩侧施加瞬间外 力F时，桩体内相邻质点间的应力发生变化， 时 桩体内相邻质点间的应力发生变化， 引起应变的传递，产生弹性波。 引起应变的传递，产生弹性波。 可定量确定出桩体的质量以及估算出承载力 的大小。 的大小。
在工程地震勘探中， 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， 简便经济的勘探方法，在精度要求不高的情况 它可为工程地质提供浅层地层起伏变化和 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 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 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。 度和低速带起伏变化资料。 有关折射波的形成 及正演时距曲线的特征等问题已在本篇的第一 和第二章中讨论过了，在此， 和第二章中讨论过了，在此 ，仅就资料的采集 和处理解释问题进行论述。 和处理解释问题进行论述。
1 L′ = VP t ′ 2
（1.8.2）
（1.8.5）
对于一完整摩擦桩， 对于一完整摩擦桩 ， 其桩底反射的相位与入射 波或激振信号的相位是相反的。 波或激振信号的相位是相反的。 1）摩擦桩 ） 在计算承载力时， 采用较大的力锤击桩边土 自 （ 在计算承载力时， 由落锤） ，迫使桩土体系共同振动 由落锤） 迫使桩土体系共同振动 ，
8.2.1 方法原理
1．桩体缺陷检测 ． 在桩顶部竖直向下施加一瞬间力F， 在桩顶部竖直向下施加一瞬间力 ，并在震 源点附近接收时， 源点附近接收时，其断裂面和桩底面上将产生 反射和透射的P波 由于为近法线入射， 反射和透射的 波。由于为近法线入射，转换 横波可不考虑。 横波可不考虑。
VP = 2L / t
8.2 锤击法
锤击法是一种瞬态动测法。 锤击法是一种瞬态动测法。嵌入土中的桩 瞬态动测法 基相当于一根在阻尼介质中上端自由而下端弹 性连结的弹性杆。 性连结的弹性杆。当在桩顶或桩侧施加瞬间外 力F时，桩体内相邻质点间的应力发生变化， 时 桩体内相邻质点间的应力发生变化， 引起应变的传递，产生弹性波。 引起应变的传递，产生弹性波。 可定量确定出桩体的质量以及估算出承载力 的大小。 的大小。
地震勘探技术野外工作方法反射波法折射波法
(2) 有效波层次分明，波间关系清 楚，尤其是目的层反射应明显；
(3) 干扰波少，强度弱，并易于分辨。图5.9 大地衰减和检波器特性曲线
2.检波器的频率特性 高频检波器：高频响应好， 低频响应差。如图5.9所示。
① 大地滤波衰减曲线； ② 检波器频率响应曲线； ③ 检波器＋大地特性。高、低频信号的输出基本均一。
1.单边观测系统 定义：在炮点一方接收的观测系统。适应折射界面较浅的情况。 折射波法规测系统
2.相遇观测系统
定义：两个单边时距曲线组成的 观测系统。时距曲线存在互换关系。 在讨论倾斜界面折射波时距曲线时已 提及过。
3.追逐观测系统 主要作用：界面弯曲，判断波有无 穿透；断层，判断是否绕射。在前面已地震波的激发
1.地震勘探对激发条件的基本要求
激发条件：影响地震记录好坏的第一因素，得到好的有效波的 基础条件。
(1) 有一定能量，保证获得勘探目的层的反射； (2) 有效波能量强，干扰波相对微弱，有较高的信噪比； (3) 频带较宽，尽可能接近δ脉冲（尖脉冲），以利提高分辩率； (4) 同点激发，地震记录重复性好。 2.震源类型
把激发点和排列向一个方向移动，重复以上工作，得一连续长反射 界面。图中，T=Tˊ（互换时间）。
观测系统图示
2. 如图(b)示。 O1激发，O1O2接收，用O1A表示，O1A在测线上投影O1A1对应 反射界面R1R2；
O2激发，O1O2接收，用O2A表示，相应反射界面为R2R3。 两次激发，得连续反射界面段R1R3。 折射法：多用时距平面图表示。
(2)相干干扰
定义：指外界产生的具有一定规律性的干扰。
特点：在地震记录上表现为有规律的振动，具有一定的 频率和视速度。
相干干扰产生：在 大型厂矿附近，机器有 规律地连续振动，江、 河波浪冲击岸坡等。如 图5.13所示。
(3) 干扰波少，强度弱，并易于分辨。图5.9 大地衰减和检波器特性曲线
2.检波器的频率特性 高频检波器：高频响应好， 低频响应差。如图5.9所示。
① 大地滤波衰减曲线； ② 检波器频率响应曲线； ③ 检波器＋大地特性。高、低频信号的输出基本均一。
1.单边观测系统 定义：在炮点一方接收的观测系统。适应折射界面较浅的情况。 折射波法规测系统
2.相遇观测系统
定义：两个单边时距曲线组成的 观测系统。时距曲线存在互换关系。 在讨论倾斜界面折射波时距曲线时已 提及过。
3.追逐观测系统 主要作用：界面弯曲，判断波有无 穿透；断层，判断是否绕射。在前面已地震波的激发
1.地震勘探对激发条件的基本要求
激发条件：影响地震记录好坏的第一因素，得到好的有效波的 基础条件。
(1) 有一定能量，保证获得勘探目的层的反射； (2) 有效波能量强，干扰波相对微弱，有较高的信噪比； (3) 频带较宽，尽可能接近δ脉冲（尖脉冲），以利提高分辩率； (4) 同点激发，地震记录重复性好。 2.震源类型
把激发点和排列向一个方向移动，重复以上工作，得一连续长反射 界面。图中，T=Tˊ（互换时间）。
观测系统图示
2. 如图(b)示。 O1激发，O1O2接收，用O1A表示，O1A在测线上投影O1A1对应 反射界面R1R2；
O2激发，O1O2接收，用O2A表示，相应反射界面为R2R3。 两次激发，得连续反射界面段R1R3。 折射法：多用时距平面图表示。
(2)相干干扰
定义：指外界产生的具有一定规律性的干扰。
特点：在地震记录上表现为有规律的振动，具有一定的 频率和视速度。
相干干扰产生：在 大型厂矿附近，机器有 规律地连续振动，江、 河波浪冲击岸坡等。如 图5.13所示。
地震勘探原理PPT课件
提高信噪比。偏移是使绕射波收敛并将陡倾同相轴移
到大致真实的地下位置上，偏移是一个成象过程，可
以改善空间分辨率。如图1-4-3和图1-4-4所示是CMP叠
加剖面与偏移剖面对比。
18
图1-4-2 没做反褶积的CMP叠加剖面（左）和做过反褶积的CMP叠加剖面（右）
19
图1-4-3 CMP叠加剖面（左）和偏移剖面（右）
10
二、地震勘探的野外工作
野外工作是整个地震勘探重要的基础，它的基本任务是采 集地震数据。野外工作是以地震队的组织形式来完成的。野外 工作分试验阶段和生产阶段，主要内容是激发地震波和接收地 震波。
由于采集环境可以是陆地，也可能是海洋，需要研究的地 质问题不同，各个工区的施工条件也不一样，所以采集反射地 震数据的野外方法也各有不同。如果原始数据有严重缺陷，则 没有任何办法可以修补这些问题，因此高质量的野外工作是地 震勘探成功的基础。
概括地说，地震勘探就是通过人工方法激发地震波，研究地震波在地层 中传播情况，查明地下地质构造，为寻找油气田或其它勘探目标的一种物探 方法。
上面介绍的地震勘探原理不难理解，但是真正实现起来有很大的困难。 例如在沙漠或黄土覆盖的地区要用人工方法产生较强的地震波就很不容易； 炸药爆炸后，地面上的仪器除了接收来自地层界面的反射波外，还会接收其 它各种各样的波，如风吹草动，树木、电杆、汽车等，它们都会干扰反射波 的接收，往往造成以假乱真；为此人们发展了用于指导地震勘探生产实践的 理论和专门的仪器设备，以及一套生产施工的组织和方法。
4
地震勘探方法
地震勘探就是利用人工方法激发的弹性波，来定位矿 藏（包括油气，矿石，水，地热资源等）、确定考古位 置、获得工程地质信息。地震勘探所获得的资料，与其 它的地球物理资料、钻井资料及地质资料联合使用，并 根据相应的物理与地质概念，能够得到有关构造及岩石 类型分布的信息。
工程与环境物探_第1.3节_工程地震勘察_折射波法
1.5
给定二层模型的介质 波速和厚度。 求折射波的 t–x 关系。
xM 2h1 tan c
2h1 tM cos c v1 2h1 x xM t ( x) cos c v1 v2
2
2.5
3
O P
MLeabharlann G v1=2000m/s h1=1500m B P v2 =3000m/s
C C
§1.3 地震折射波法
• 地震折射波法（Refraction survey）是利用折射波进行 地质勘探的方法。 • 折射波法常用来探测低速覆盖层的厚度、基岩起伏、 断层和古河道的分布等地质问题。 • 地震折射波：
– 在界面以上为低速介质、界面以下为高速介质的情况下，当 地震波以临界角方向入射到界面上时，透射波在下层高速介 质中沿界面传播的滑行波，由于滑行波的存在，在上层介质 中产生地震折射波，折射波的传播方向与临界入射的反射波 方向一致。
2 2 2 2h1 v3 v12 2h2 v3 v2 x v3v1 v3v2 v3
t
O P M2
①直线斜率：
k3 1 v3
1
2C 2C
A
②盲区半径：
B
2 P / 2
xM 2 2h1 tan 1 2h2 tan 2c
（华东）
n层水平模型的折射波
• 可以类推，得到第n层界面上折射波的时距曲线方程， 其通式为：
• 上倾方向，时距“曲线”方程为： 2h0 cos c x sin(c ) t1 ( x) v1 v1 • 下倾方向，时距“曲线”方程为：
2h0 cos c x sin(c ) t2 ( x) v1 v1
M1
O’ O h0 M2 v1 =2000m/s
地震勘探PPT课件
3/6/2021 3:55 AM
21
GeoPen
地震勘探的基本原理
频率相同，幅值不同
频率相同，相位不同
地震波频谱特征的分析是地震勘探技术的一个重要方面， 根据有效波和干扰波的频段差异，可用来指导野外工作方法 的选择，并给数字滤波和资料解译等工作提供依据。
3/6/2021 3:55 AM
22
GeoPen
二、费马原理 费马原理又称射线原理或最小路径原理，它给出地震 波总是沿地震射线传播，以保证波到达某点所用的旅行时 间最少。显然，从一个等时面到另一个等时面，只有垂直 距离最短，因此波沿垂直于等时面的方向传播所用旅行时 间最少，故地震射线和等时面总是互相垂直的。有波前和 波射线的概念来描述波动是一种简便而清晰的方法。
工程物探根据波的特征，可分为折射波法、反射波法、 瞬态面波法、P，S波测井、弹性波CT、地脉动测试、桩基 完整性检测等。下面对其分别进行介绍。
3/6/2021 3:55 AM
25
GeoPen
浅层折射波地震勘探原理
设有两层介质，上层波速为Vl。下层为V2，且V2＞V1、 当入射波以临界角i(i＝arcsin(V1/V2))入射到界面时，透 射波将沿分界面以速度V2滑行。这种滑行波沿界面传播时， 必然引起界面上各质点的振动，根据惠更斯原理，滑行波 所经过的界面上的各点，都可看作是一个新的振源。由于 上下介质质点存在弹性联系，因此滑行波沿界面传播时， 在上覆介质中的质点也发生振动、并以波的形式返回地面， 这种波称为折射波(有时又叫首波)。
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17
GeoPen
地震勘探的基本原理
若假设e是半径为r的球面波波前上单位面积的能量， 则整个球面的总能量E为：E = 4πr2e
地震勘探基础及浅层折射反射波法课件
因此可以通过观测和分析地震波振幅和波形的衰 减变化特征，来确定断层或破碎带的存在。
•部分岩土的α 值 见教材 P 25 表 1.4.3
2、 α 与地震波的关系
• α 与f 的关系
由胶结摩擦理论 由弹性理论
即地震波在传播过程中其高频能量的衰减大于低频。
• α 与P、S 波的关系 实验表明
三、浅层地质条件对地震勘探的影响
1、反射和透射过程
•平面波 AB 向界面 R 入射；
•依据惠更斯原理，波前面A´B´ 是新震源；
• △t时间后，B´的子波到达C 点；A´的子波在V1中到达 D点、 在V2中到达 E点；
• ∴CD是反射波前面，CE是透射波前面。
• α是入射角；β反射角；γ是透射Βιβλιοθήκη 。2、斯奈尔定律（snell）
α=∠B’A’C γ=∠A’CE
由地震勘探的各 种资料统计得到
某一浅层地震的干扰波调查剖面，
经频谱分析后得到其频谱特征； 不同地区、同一地
区不同地层、不同 折射波 仪器及工作方法；
采集的地震波的频 谱会有所不同
反
面 波
射 波
声 波
面波主频～30--40Hz 折射波主频～50Hz 反射波主频～75Hz 声波频谱＞ 80Hz
4、地震波的振幅及其衰减规律
六、地震波的绕射和散射
1、绕射现象
由于断层或岩层尖灭点的存在， 使反射界面突然中断，地震波在 断点处的传播现象。
无反射波
2、绕射波的特点
•断点R处是新震源，其上方绕射 波信号最强，两侧渐弱；
•绕射波振幅随波前传播距离的增加而衰减； •绕射波振幅与入射波的频率成反比；
3、散射
地震波遇到起伏不平界面 产生的波的漫射现象。
1实验一地震勘探实验（折射波法）
1实验一地震勘探实验（折射波法）实验一地震勘探实验（折射波法）一、实验原理地震勘探是根据人工激发（爆炸或撞击地面）的地震波在地下传播过程中，遇到弹性性质不同的地震界面后，在地层中产生反射和折射，部分地传回地表，用专门的仪器记录返回地面的波的旅行时间，研究振动的特征，来确定产生反射或折射的界面的埋深和产状，并根据所观测的地震波在介质中传播速度及波的振幅与波形变化，探讨介质的物性与岩性。
就波的传播特点而言，地震勘探一般可分为反射波勘探和折射波勘探。
二、实验目的1.了解地震勘探的原理；2.了解地震勘探工作布置及观测方法；3.掌握地震勘探数据采集、处理和解释，熟练操作相关软件。
三、实验仪器Strata Visor NZⅡ数字地震勘探仪。
Strata Visor NZⅡ地震勘探系统一般由主机、多芯电缆、检波器、触发器、震源（大锤或炸药）、铁板、直流电源、直流电源线以及数据采集、处理和解释软件等。
四、实验步骤1.在工区布设测线在工区布设测线，原则：由南向北、由西向东测线号与测点号依次增大。
使用皮尺标注检波器位置与激发点位置。
2.连接仪器的各个部分将主机、电源、多芯电缆、检波器、大锤、触发器按正确的方式一一连接起来。
注意：各接口均使用“防呆”设计，电缆插头与对应的插槽才能连接，电缆插头与非对应的插槽不能连接。
禁止暴力插拔各插头、插槽，以防仪器损坏。
3.采集开机后，直接进入SCS软件。
（1）survey--new survey菜单：设置测区名称和测线号；（2）system--set date/time菜单：设置时间、日期；（3）geom--survey mode菜单：设置地震勘探类型，本次实验为折射波勘探，即refraction；geom--geophone interval菜单：设置检波器距离，即道间距，本次实验设为2m；geom--group/shot location菜单：设置shot coordinate炮点坐标、geophone coordinate检波器坐标（自动或手动设置）、gain 增益（本次实验设为HIGH 36）、use道设置（可选DATA、INACTIVE等，本次实验设为DATA）、freeze道冻结（叠加冻结，本次实验设为NO）等；（4）acquisition--sample interval/record length菜单：设置时间采样间隔、记录长度（时窗）和delay延迟，本次实验sample interval设为0.25ms，record length设为0.25m，delay 设为0；acquisition--filter菜单：滤波器设置，本次实验屏蔽采集滤波器，设为FILTER OUT；acquisition--correlation菜单：相关设置，本次实验屏蔽相关，设为OFF；acquisition--stack option菜单：叠加设置，本次实验设为auto stack，即自动叠加；acquisition--specify channels菜单：选定某些道，屏蔽某些道。
折射波PPT
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。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。
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。
当测线很长，一个排列无法完成测 量工作，需要移动排列时，要设计一 个检波器的重复点，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。
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。
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
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。
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。
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。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。
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。
当测线很长，一个排列无法完成测 量工作，需要移动排列时，要设计一 个检波器的重复点，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。
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。
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
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。
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。
地震勘探原理ppt
6.不同频率有不同用处
在时间域，当子波的主瓣宽度（半周期）和砂层的时间厚度相一致时，褶积后，
输出振幅达到最强，否则振幅要变弱。显然，被增强的砂层厚度大致为 1/4 视波 长。（图 17-19）
ΔH=
1 4
v
T
v 4f
增强砂层的厚度与加强频率的关系（v=3000m/s） 厚度（m） 75 37.5 25 18.8 12.5 9.4 7.5 6.2 4.7 频率(Hz) 10 20 30 40 60 80 100 120 160 如希望搞清楚厚度为 60m 的砂层，f1 必须达到 10Hz，否则如图 16 中曲线 20—66Hz，不能反 映出 60m 的砂层，但它可以勉强反映 30m 的砂层。又如要正确反映出 6m 的砂层（包括它的 宽度和波阻抗值），则需要 f2 达到 120Hz，如图 16 中曲线 3 反映 6m 很好，而曲线 4 即 10—80Hz 的阻抗值就偏小，厚度也偏大。在以上七个砂层的模型中，每个砂层几乎是孤立的，这种情况
（1）二维 三维 （2）叠后 叠前 （3）声波 弹性波 （4）各向同性 各向异性 （5）单一 综合
今后的主要任务首先应是提高地震勘探的分辨率，没有足够的分辨率， 很难在储层研究及油藏描述方面有所作为。高分辨率地震勘探是一个系统 工程，它有很多环节。
3
高分辨率系统工程
Shot 激发——小药量，小井深
Knapp指出，倍频程一样，波形一样时，还是瘦的子波分辨率高，因此分辨率不
能用倍频程来衡量，只能用绝对频宽来衡量。相对频宽决定了子波的振动相位数，如
图14，零相位子波当相对频宽低于1个倍频程时，连续相位迅速增多。
(3)视频率(主频)
通频带的中心频率fc 决定了视频率 f p (或称主频)，即
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可见，几何扩散使球面波强度和能流密 度都随距离的平方呈反比衰减，这种现 象称球面扩散。柱面扩散使柱面波的强 度和传播距离成反比，平面波不存在几 何扩散。
弹性能转化成热能的过程称为吸收。 岩石颗粒之间出现的内摩擦是导致振动能 量向其他形式转化的主要原因，这种内摩 擦力称粘滞力。同时考虑弹性形变和粘性 形变的物体叫粘弹性体。当平面波在粘弹 性介质中传播时，由于岩石对地震波的吸 收作用，使得地震波的振幅按指数规律衰 减，
结论：当波的频率很低时，地震波在粘 弹性介质中以恒速vp 传播，振幅随2 增加而衰减；对于高频波来说，振幅和 波速都与圆频率的平方根成正比。因此 弹性波随传播距离的增加，高频成分很 快被吸收，只保留较低的频率成分。
1.5-2 大地滤波作用对波形的改造
大地滤波作用
由此可见，弹性波在实际介质中传播相当于一 个滤波器，滤去较高的频率成分，而保留较低 的频率成分，这种作用称为大地滤波作用。弹 性波经大地滤波作用后，频率变低，频带变窄， 振幅降低。 根据(1.5.10)当波的频率很低时，地震波的速 度还与频率有关，这叫做波的频散特性，但在 吸收作用不太大的情况下，地震波的频散不很 明显。
I1v2A2 (1.5.3)
2
图1.5.1是球面波能量密度示意图。因 为能量只沿径向流动，在单位时间内流出 球冠S1 的能量等于流出球冠S2 的能量， 因此
I1S1=I2S2 球冠面积S1和S2 都与他们的半径平方 成 反比，
I2/I1=S1/S2=(r1 /r2 )2
另外由(1.5.2)式可知E与I成正比，因此有 I2/I1=E2/E1=(r1/r2)2 (1.5.4)
其中A是距炮点相距x处平面波 的振幅值，是吸收系数。
A A 0e x
(1 .5 .6 )
当波的频率很低时，吸收系数和
传播速 度为
12(' 2212)23
(1.5.7)
vvp
(1.5.8)
式中为粘滞系数。 当介质的频率很高时，吸收系数和波速为
(2')1 2
v(2')12
(1.5.9)
(1.5.10)
(四）折射波(首波）的形成
若界面下方介质的波速大于上方的波，
即 sini v1
(1.4.5)
v2
此时透射波将沿界面以v2 速度滑行，产生类
似光学中的全反射现象，
这种特殊的波称为滑行波。当>i时， 全部入射能量以Rp 、Rs 波的形式反 射回界面上方的介质中。 由于上下介质不存在相对运动，滑行 波会引起上面介质随下面介质做同相 运动。
在地震波的频带范围内，大多数岩石的 速度很少随频率变化，在正常情况下， 不考虑地震体波的频散。
三、地震波的透射损失
设地下存在n个反射界面，地震波垂 直入射时，此时不产生转换波。反射波 和透射波都沿界面的法线方向传播。
图1.5-4中，每个反射界面的反射系数用
Ri表示，透射系数用Ti表示，下脚标i表 示第i个反射界面。设入射波的振幅为
图1-4-6 断块产生的绕射波前
平面波前AB垂直入射到断面C0上，在t=t0 时，到达断面上的波前面是C0D，在t0 +t时，0点右面的波前面（下行波前面） 是GH，而0点左面的波在断层表面反射， 形成反射波前面（上行波前面）EF，。
根据惠更斯原理，以0为圆心，以 r=vt为半径画圆弧，而这些弧的包 洛面FPG就是0点为新震源产生的绕 射波波前，将EF和GH联系起来断棱 点0就是上行波和下行波的转换点。 绕射波可以延伸到几何阴影区GN和 FM内。
A0，对于三层介质来说，地面观测到
的R2的反射波振幅A2 应是
A2 =A0T1R2T1´
(1.5.11)
式中T1表示由第一层向第二层介质入射时 R1界面的透射系数，而T1’表示反方向入 射到R1界面上的透射数。显然垂直入射时， 不考虑波前扩散和衰减，有 T1 =1- R1 (1.5.12) T1’=1- R1’ (1.5.13) 其中R1’为反方向入射时R1的反射系数。
越来越大，前进着的地震波的振幅越 来越小，这种现象称为几何扩散。
• 波通过介质时产生与介质波动有关的 能量是波的一个重要特征。
• 单位体积内的能量定义为能量密度， 谐波的能量密度E为显然能量密度E与 介质的体密度成正比，和波的振幅A平 方成正比，与频率的平方成正比。
E12A2 (1.5.1)
2
• 能流密度I定义为单位时间内，在垂直于 波传播方向上单位面积的通量。设横截面 积为ds,在dt时间内波传播距离为vdt,在 该柱体内任意时刻总能量为Evdtds,用柱 体的面积ds和穿过柱体的时间dt去除总 能量,就得到能量强度I.对于谐波
这种由滑行波引起的上层介质中质点的 振动传向地面，从而产生在地表能观测 到的所谓折射波。
设t1 时刻地震波到达临界点R1,根据惠 更斯原理，R1 做为新震源，经t时间 后，在上层介质中传播半径为v1t，
；三、地震波的绕射和散射 地震波传播遇到复杂地质构造，如断层
的棱角点、岩性尖灭点，它们构成了地层 的间断点或间断线，这些间断点产生一种 新的扰动向四周传播，这种扰动称为绕射 波。地震波遇到凹凸不平的界面会产生散 射现象。图1.4.6是断块产生的绕射波前。
• 弹性分界面上每一个点都可以看作时广义 绕射点，在地面上观测到的反射波都是这 些广义绕射点产生的绕射波在观测点上的 总叠合。断层棱角点等称为狭义绕射点。
图1.4.7是波的散射（漫射）。它是不能用 正常反射规律来解释的一些波动，表现为断断 续续、时隐时现的情况。
一、几何扩散 地震波由震源向四周传播，波前面
R1
1v12v2 1v12v2
R1
T1’=1- R1’=1+ R1 于是
A2=A0(1- R1)R2(1+ R1)=A0(1-R12)R2 同理R3界面的反射振幅
A3=A0T1T2 R3T2’T1’=A0(1-R1)(1R2)R3(1+R1)(1+R2) = A0(1-R12)（1-R22)R3 依此类推，第n个反射界面的反射振幅An为 An=A0(1-R12)(1-R22 )……(1-Rn-12 ) (1.5.14) 式中 (1-Ri2) 称为透射损失因子。An 表达式 中的连乘积 (1-Ri2）称为第n层反射波的透 射损失。
弹性能转化成热能的过程称为吸收。 岩石颗粒之间出现的内摩擦是导致振动能 量向其他形式转化的主要原因，这种内摩 擦力称粘滞力。同时考虑弹性形变和粘性 形变的物体叫粘弹性体。当平面波在粘弹 性介质中传播时，由于岩石对地震波的吸 收作用，使得地震波的振幅按指数规律衰 减，
结论：当波的频率很低时，地震波在粘 弹性介质中以恒速vp 传播，振幅随2 增加而衰减；对于高频波来说，振幅和 波速都与圆频率的平方根成正比。因此 弹性波随传播距离的增加，高频成分很 快被吸收，只保留较低的频率成分。
1.5-2 大地滤波作用对波形的改造
大地滤波作用
由此可见，弹性波在实际介质中传播相当于一 个滤波器，滤去较高的频率成分，而保留较低 的频率成分，这种作用称为大地滤波作用。弹 性波经大地滤波作用后，频率变低，频带变窄， 振幅降低。 根据(1.5.10)当波的频率很低时，地震波的速 度还与频率有关，这叫做波的频散特性，但在 吸收作用不太大的情况下，地震波的频散不很 明显。
I1v2A2 (1.5.3)
2
图1.5.1是球面波能量密度示意图。因 为能量只沿径向流动，在单位时间内流出 球冠S1 的能量等于流出球冠S2 的能量， 因此
I1S1=I2S2 球冠面积S1和S2 都与他们的半径平方 成 反比，
I2/I1=S1/S2=(r1 /r2 )2
另外由(1.5.2)式可知E与I成正比，因此有 I2/I1=E2/E1=(r1/r2)2 (1.5.4)
其中A是距炮点相距x处平面波 的振幅值，是吸收系数。
A A 0e x
(1 .5 .6 )
当波的频率很低时，吸收系数和
传播速 度为
12(' 2212)23
(1.5.7)
vvp
(1.5.8)
式中为粘滞系数。 当介质的频率很高时，吸收系数和波速为
(2')1 2
v(2')12
(1.5.9)
(1.5.10)
(四）折射波(首波）的形成
若界面下方介质的波速大于上方的波，
即 sini v1
(1.4.5)
v2
此时透射波将沿界面以v2 速度滑行，产生类
似光学中的全反射现象，
这种特殊的波称为滑行波。当>i时， 全部入射能量以Rp 、Rs 波的形式反 射回界面上方的介质中。 由于上下介质不存在相对运动，滑行 波会引起上面介质随下面介质做同相 运动。
在地震波的频带范围内，大多数岩石的 速度很少随频率变化，在正常情况下， 不考虑地震体波的频散。
三、地震波的透射损失
设地下存在n个反射界面，地震波垂 直入射时，此时不产生转换波。反射波 和透射波都沿界面的法线方向传播。
图1.5-4中，每个反射界面的反射系数用
Ri表示，透射系数用Ti表示，下脚标i表 示第i个反射界面。设入射波的振幅为
图1-4-6 断块产生的绕射波前
平面波前AB垂直入射到断面C0上，在t=t0 时，到达断面上的波前面是C0D，在t0 +t时，0点右面的波前面（下行波前面） 是GH，而0点左面的波在断层表面反射， 形成反射波前面（上行波前面）EF，。
根据惠更斯原理，以0为圆心，以 r=vt为半径画圆弧，而这些弧的包 洛面FPG就是0点为新震源产生的绕 射波波前，将EF和GH联系起来断棱 点0就是上行波和下行波的转换点。 绕射波可以延伸到几何阴影区GN和 FM内。
A0，对于三层介质来说，地面观测到
的R2的反射波振幅A2 应是
A2 =A0T1R2T1´
(1.5.11)
式中T1表示由第一层向第二层介质入射时 R1界面的透射系数，而T1’表示反方向入 射到R1界面上的透射数。显然垂直入射时， 不考虑波前扩散和衰减，有 T1 =1- R1 (1.5.12) T1’=1- R1’ (1.5.13) 其中R1’为反方向入射时R1的反射系数。
越来越大，前进着的地震波的振幅越 来越小，这种现象称为几何扩散。
• 波通过介质时产生与介质波动有关的 能量是波的一个重要特征。
• 单位体积内的能量定义为能量密度， 谐波的能量密度E为显然能量密度E与 介质的体密度成正比，和波的振幅A平 方成正比，与频率的平方成正比。
E12A2 (1.5.1)
2
• 能流密度I定义为单位时间内，在垂直于 波传播方向上单位面积的通量。设横截面 积为ds,在dt时间内波传播距离为vdt,在 该柱体内任意时刻总能量为Evdtds,用柱 体的面积ds和穿过柱体的时间dt去除总 能量,就得到能量强度I.对于谐波
这种由滑行波引起的上层介质中质点的 振动传向地面，从而产生在地表能观测 到的所谓折射波。
设t1 时刻地震波到达临界点R1,根据惠 更斯原理，R1 做为新震源，经t时间 后，在上层介质中传播半径为v1t，
；三、地震波的绕射和散射 地震波传播遇到复杂地质构造，如断层
的棱角点、岩性尖灭点，它们构成了地层 的间断点或间断线，这些间断点产生一种 新的扰动向四周传播，这种扰动称为绕射 波。地震波遇到凹凸不平的界面会产生散 射现象。图1.4.6是断块产生的绕射波前。
• 弹性分界面上每一个点都可以看作时广义 绕射点，在地面上观测到的反射波都是这 些广义绕射点产生的绕射波在观测点上的 总叠合。断层棱角点等称为狭义绕射点。
图1.4.7是波的散射（漫射）。它是不能用 正常反射规律来解释的一些波动，表现为断断 续续、时隐时现的情况。
一、几何扩散 地震波由震源向四周传播，波前面
R1
1v12v2 1v12v2
R1
T1’=1- R1’=1+ R1 于是
A2=A0(1- R1)R2(1+ R1)=A0(1-R12)R2 同理R3界面的反射振幅
A3=A0T1T2 R3T2’T1’=A0(1-R1)(1R2)R3(1+R1)(1+R2) = A0(1-R12)（1-R22)R3 依此类推，第n个反射界面的反射振幅An为 An=A0(1-R12)(1-R22 )……(1-Rn-12 ) (1.5.14) 式中 (1-Ri2) 称为透射损失因子。An 表达式 中的连乘积 (1-Ri2）称为第n层反射波的透 射损失。