折射波勘探实验报告全解

《浅层折射波勘探》实验报告

《浅层折射波勘探》实验成绩评定表班级姓名学号

一、实验名称：浅层折射波勘探 二、实验目的

加深对地震勘探基本概念的理解，巩固已学的理论知识，了解数字地震仪的使用和仪器工作参数的选择；了解地震勘探人工震源激发，检波器的安置条件；地震折射波法野外资料的采集技术及方法，并进行资料的整理与解释；了解地震勘探野外工作施工的过程以及组织管理工作。

三、实验原理

1、折射波法基本原理

以水平界面的两层介质进行简要的说明，假设地下深度为h ，有一个水平的速度分界面R ，上、下两层的速度分别为V 1和V 2，且V 2>V 1。

如图1所示。从激发点O 至地面某一接收点D 的距离为X ，折射波旅行的路程为OK 、KE 、ED 之和，则它的旅行时t 为：

图1 水平两层介质折射波时距曲线

1

21V ED

V KE V OK t ++=

式1 为了简便起见，先作如下证明：从O ，D 两点分别作界面R 的垂线，则OA ＝DG ＝h ，再自A 、G 分别作OK ，ED 的垂线，几何上不难证明∠BAK ＝∠EGF ＝i ，因

已知2

1

sin V V i =

，所以： 2

1

V V EG EF AK BK == 式2 即

21V AK V BK = 和 2

1V EG

V EF = 式3 上式说明，波以速度V 1旅行BK （或EF ）路程与以速度V 2旅行AK （或EC ）路程所需的时间是相等的。将式3的关系和式1作等效置换，并经变换后可得：

2

121222122cos 2V V V V h

V x

V i h V x t -+=+= 式4 这就是水平两层介质的折射波时距曲线方程。它表示时距曲线是一条直线，若令x ＝0，则可得时距曲线的截距时间t 0（时距曲线延长与t 轴相交处的时间值）

2

12122102cos 2V V V V h

V i

h t -== 式5 式5表示出界面深度h 和截距时间t0之间的关系，当已知V 1和V 2时，可以求出界面的深度h 。 2、折射波分层解释的t 0法

折射波t 0解释法是常用的地震折射波解释方法，它是针相遇时距曲线观测系统采集发展起来的解释方法。

t 0法解释的主要原理与方法如下：

t 0法又称为t 0差数时距曲线法，是解释折射波相遇时距曲线最常用的方法之一。当折射界面的曲率半径比其埋深大得很多的情况下，t 0法通常能取得很好的效果，且具有简便快速的优点。

如图2所示，设有折射波相遇的时距曲线S 1和S 2，两者的激发点分别是O 1

和O 2，

图2 t0法折射界面示意图

若在剖面上任意取一点D ，则在两条时距曲线中可以分别得到其对应的走时t 1和t 2，从图中可以得到：

ABD O t t 11= ECD O t t 22= 式6 且在O 1和O 2点，时距曲线S 1和S 2的走时是相等的，称之为互换时，用T 表示，则有：

21CBO BC ABD O t t t T ++= 式7 当界面的曲率半径远大于其埋深时，图中的△BDC 可以近似地看作为等腰三 角形，若自D 点作BC 的垂直平分线DM （DM 即为该点的界面深度h ），于是有：

i V h t t CD BD cos /1== 和 2/*22V tgi h t t BM BC == 式8 将式6中的t 1和t 2相加，并且减去式7，再将式8代入后可以得到： 121/cos *2V i h T t t =-+ 式9 式9便是任意点D 的t 0值公式，由此可得D 点的折射界面法线深度h 为： i V T t t h cos *2/*)(121-+= 式10 令T t t t -+=210和i V K cos *2/1=则式10可以写为：

0*t K h = 式11 因此只要从相遇时距曲线中分别求出各个观测点的t 0值和K 值，就可以得出各个点的界面深度h 。从上述的公式可以看出，只要从时距曲线上读取t 1，t 2和互换时T ，就可以算出各个点的t 0值，并可以在图上绘制相应的t 0(x)曲线（图3(b)中所示）。

关于K 值的求取：根据斯奈尔定律可将K 值表达式写成： 21

222

11*2cos *2V V V V i V K -=

=

式12 由式12可以看出，只要求得波速V 1和V 2则很容易得出K 值。其中V 1通常可以根据表层的直达波速度来确定，因此关键就是V 2值的求取，为此引出参数时距曲线方程：

令 T t t x +-=21)(θ 式13 对式13两边对x 求导，可得：

dx

dt dx dt x d x d 2

1)()(-=θ 式14 式中dt 1/dx 和dt 2/dx 分别为上倾方向时距曲线S 1和下倾方向时距曲线S 2的斜率（即视速度V*的倒数）。根据公式：

12cos 2)sin(V i h i x t +-=

ϕ上 和 1

1cos 2)sin(V i h i x t ++=ϕ下

因为是同样O1～O2内观测段，设上倾方向x 为正，下倾方向x 为负，则： 12cos 2)sin(1V i h i x t O +-=

ϕ 和 1

1cos 2)sin(2V i

h i x t O -+-=ϕ

它们分别对x 求导有如下形式：

11)sin(V i dx dt ϕ-= 和 1

2)sin(V i dx dt ϕ+-= 式15 将式15代入式14中，经一些变换后可得： 2

cos 2)(V dx x d ϕ

θ= 式16 于是可以求得波速V 2为： )

(cos 22x d dx

V θϕ

= 式17 当折射界面倾角小于15º时，可以近似的写成 )

(2

2x x

V θ∆∆≈ 式18 因此只要根据式13在相遇时距曲线图上构置θ(x)曲线，并求取其斜率的倒数

)

(x x

θ∆∆，则可以根据式13得出波速V2，进而代入式12中求得K 值。