第三讲 北戴河教学实习-初至折射波法[2]

（5-14) （5-15)
从图5-9可以看出
t 2(
zw z tan c CD CH ) 2( w ) vw vb vw cos c vb
(5-16)
由于 sin c
vw ，所以 vb
2 2 2 zw vb vw t vb vw
(5-17)
与(5-11)式进行比较，得到
（7）绘制折射面。把它画在时距曲线的横坐标轴下方，垂直比例尺 可根据覆盖层厚度大小而定，以检波点（测点）为圆心，以(1)式 计算出的 h 为半径画圆弧，其包络线即为待求折射面。绘出折射 面后，从图中读出各测点的覆盖层厚度H(视深度)，并把每个测点 的H值标在地形的相应测点正上方，并把(2)式求出的V2值写在折 射层内。 （8）测线交点闭合差（△t0与△H）的检查。要求：△t0＜3ms，△H ＜10％（当H＞10m时），或△H＜0.5m（当H＜10m时），如果 超出上述要求，应检查在波的对比时，是否有错。在此基础上考 虑在“合理区间”内调整V1值，直至达到上述要求，然后取不同 测线在交点上的H平均值。 （ 9 ）平面图的绘制。把全工区测点展在图上，并标上 H 值，就可以 勾绘覆盖层等厚度平面图，如果是绘制折射面高程图，则应把测 点的高程减去H值以后，再把高程数据标在测点上，然后绘图。
vw sin c vb
sin 2 c cos 2 c 1
2 2 vb vw cos c vb
2 2 2 zw 2 zwvw x 2 zw (vb vw ) x t 2 vw cos c vbvb cos c vb vwvb cos c vb 2 2 2 zw vb vw x vwvb vb
tob t
(5-18)
现在计算 t ，从图5-9看出
t 2 AB 2 BC CE 2 AB BC BE vw vb vb vw vb vb
2 zw 2 z tan c 2 x w vw cosc vb vb
(5-19)
当风化层地面水平时
t
(5-20)
二、加减法折射静校正（t0差数法）
在地表起伏的情况下，初至波 不再是一条标准的直线，此时很难 测量初至波的斜率和截距时间，另 外，当观测系统的最小炮检距大于 折射波的第一接收点 x0 时，地震记 录初至中观测不到直达波。这种情 况下无法使用(5-12)式计算风化层的 厚度。
zw
vb vwtob 2 v v
• 当V2/V1=1.414时，盲区大小Xm=2h。作为经验准则，折射 波只有在炮检距（炮点到检波点的距离）大于两倍折射界 面的法向深度h时才能观测到。
当地下存在两个分界面时，盲区大小XM1=2OA，盲 区大小XM2= 2 (x1+x2)。
(4) AM是折射波的第一条射线，也是反射波的射线，称为临
北戴河教学实习第三讲
初至折射波法
河北 秦皇岛: 宋先海 电话: 13971158808 2013年7月
一、初至折射波法基本原理
1>折射波概念（形成机理）
根据斯奈尔定律 sinα/V1=sinβ/V2, 当V2>V1时，透射角β大于 入射角α，随着入射角α增大，透射角β也增大，当α增大到 某一个角度i时，可使透射角β=90°，这时透射波就以V2的 速度沿界面向前滑行，形成滑行波。由于滑行波比入射波 速度大，所以滑行波比入射波首先到达分界面上的各点， 根据惠更斯原理，高速滑行波所经过的界面 II 上的任何一 点都可看作是一个新的点震源，由于界面两侧的介质质点 间存在着弹性联系，下面介质 II 中质点的振动必然要引起 上面介质 I 中质点的振动，这样就在上面介质 I 中形成了一 种新波，这种波在地震勘探中称为折射波，这时的入射角 i 称为临界角(Critical Angle)，i=arcsin(V1/V2)。
追逐观测系统以及相遇追逐观测系统，重复相遇追逐观测系
统等。
相遇追逐观测系统图
此次地震勘探实习中，采用的是相遇追逐观测系统。追 逐炮的作用：（1）可以利用追逐时距曲线与相遇时距曲 线的平行性延长解释区间；（2）确定直达波与折射波的 交点；（3）判断有无穿透现象（有穿透可能就不平行）。 两相遇炮合格：（1）在折射段有相遇点 ；（2）互换时 间T1、T2之差小于3ms。
（6）定量解释。方法有多种，可归纳成正三角形和反三角形两类，前者有 t0差数时距曲线法（即ABC法）、延迟时间法等，它们适用于倾角不大 的水平或弯曲折射面（倾角小于15度）；后者有椭园法（即共轭点法）、 哈雷斯法、时间场法等，这类方法解释精度较高，但工作量大，绘制解 释辅助线比较麻烦。 本次解释要求采用t0差数时距曲线法，求取折射面的法线深度h和折射层 的波速V2，其基本原理和表达式为：
vb vwtob
2 b
2 v v
2 w
(5-12)
1、试推导折射波截距时间t0b的表达式
zw x 2 zw tan c zw 2 zw 2 zw tan c x t vw cos c vb vw cos c vw cos c vb vb 2 zw 2 zw sin c x vw cos c vb cos c vb
折射波初至时间表达为
t SB BC CG vw vb vw
（5-6)
进一步写成
t
zw x 2 zw tan c z (5-7) w vw cosc vb vw cos c
vw vb
式中 c —临界角 sin c
(5-8)
将(5-8)式代入(5-7)式，整理后
2 2 2 zw vb vw x t vb vw vb
式中
x —炮点A到检波点D的距离
将(5-16)式代入(5-20)式，有五源自浅层地震初至折射波法 实测资料解释
1、记录质量的评价及初至拾取
(1)资料质量评价的原则 折射波野外资料采集的质量评价，首先便是地震记录道上观察初至波的起 跳是否明显、清晰。其次是通过 SeisImager软件读取初至时间，根据两个 零偏移距炮点的时间互换的原则，初至时间T越接近资料采集的质量高。 (2)初至的定义 初至时间是指最先到达的有效波的时间，也称波的起跳时间。波的正负起 跳取决于仪器，此时实习均为负起跳。初至时间的拾取是利用波的对比原 则，确定初至波（包括直达波和折射波），读取波的起跳时间。当某道上 的有效波初至不清楚时，可利用相位对比，读取相位的时间，并对改道进 行相位校正。对于相遇炮的记录一定要读取初至时间，而对于追逐炮的记 录，当大多数道上的初至不明显时，可读取所有道上的相位时间，而不做 相位校正。 (3)初至拾取的具体方法 通过SeisImager软件手动和自动结合读取初至时间，将光标点在地震记录 道上最早起跳的点上，通过软件自动和手动读取数据。
一、水平风化层的折射静校正
图5-8是水平界面折射波传播示意图，图中风化层的厚度为 zw ，风 化层的速度为 vw ，下伏基岩的速度为 vb ，且 vb vw ，地震波在S点 激发，当地震波入射角达到临界角 c 时，产生折射波。 直达波斜率为 1/ vw ，折射波斜率为 1/ vb ，折射波在时间轴上的截 距为 tob ，下面推导如何由 vw 、 vb 和 tob ，计算风化层厚度 zw ，进而计 算基准面静校正量 TD 。
2 b 2 w
(5-12)
加减法折射静校正也需要拾取折射波初至时间，但是它不需要计算 初至时间的斜率和截距，图5-9是加减法折射静校正示意图，图中有三个 炮点检波点对，分别是 A D 、 D G 和 A G ，现在定义两个时间变 量 t 和 t 。
t t ABCD tDEFG t ABFG t t ABCD tDEFG t ABFG
2> 折射波形成的条件
对于单层介质和多层介 质, 形成折射波的条件：
(1)下层介质的波速要大
于上面所有层介质的波 速。 (2)入射角要以临界角i入 射。
3>折射波的特点
(1)折射波的波前是一平面，它与界面的夹角为 临界角i ； (2) 折射波的射线是以临界角 i 出射的一束平行直线且垂直于 波前面； (3) 折射波存在着盲区 (OM) ，必须在盲区以外才可观测到折 射波。盲区大小（炮检距）Xm=2htani=2h/[(V2/V1)2-1]0.5。 • 盲区的大小随界面的法向深度 h的减小和V2/V1值的增加而 减小。
(5-9)
我们知道，折射波时距方程是下面的线性方程
t tob
x vb
(5-10)
对比(5-9)式和(5-10)式，得到
2 2 2 z w vb vw tob vb vw
(5-11)
因此，由风化层速度 v ，基岩速度 w 计算风化层厚度 zw
vb 和折射波的截距 tob ，可以
zw
四
初至折射静校正
基准面校正需要风化层速度和 厚度的信息，但是，野外测量工作 有时不能准确地提供这些信息。风
化层的速度低于下伏地层的速度，
因此地震记录上能够记录到来自风 化层底界的折射波，一般情况下，
折射波先于地下反射到达地表，我
们能够比较容易地从地震记录中识 别折射波，进而拾取到折射波的初 至时间。初至时间中包含风化层厚 度和速度的信息，利用这些信息所 进行的静校正，通常称为初至折射 静校正。
相遇追逐观测系统图
三、折射波法内业解释工作流程 及要求
初至折射波法内业工作的发展趋势是利用微机进行自动化解释， 但解释员必须掌握解释的方法与步聚，要求同学完成下述解释工作： （1）根据《水工（浅层）地震勘探规范》对每炮（张）记录进行评 价与验收。 （2）进行波的对比和初至走时的判读。除遵循波对比的一般原则外， 还应注意零偏移距互换道上的走时，经校正后其时差不超过 3ms， 对于综合时距曲线，则时差不超过5ms。 （3）各项校正处理包括相位校正、震源深度校正和地形校正。对于 初至不清、无法进行初至走时判读的地震道，可利用相位进行对 比先读取相应走时，然后减去相位校正值△tφ，△tφ值可取初至明 显地震道的相位与初至走时之差的平均值，也可以取自与其相邻 地震道的△ tφ值，应根据该记录初至波形的情况而定。对于追逐 的记录，允许对比和读取第一个振幅的走时，所读取的各道走时t 值，要写在每道的左边直线上。