第一章地震波动力学

第一章地震波的动力学

人工激发的地震波随着时间增加向地下岩层中传播，地震波传播的动态特征反映在两方面：

地震波的运动学特征——指波传播的时间与空间的关系。

地震波场特征地震波的动力学特征——指波传播过程中振幅、频率、相位的变

化规律。

地震勘探的基本任务是研究地震波场特征。以指导找油找矿和解决其它地质问题。

本章重点：

1.地震波的反射、透射和折射

2.地震波的射线、波前、波剖面、振动曲线

3.克希霍夫公式

4.诺特方程

5.斯奈耳定律

6.褶积模型

7.横向分辨率

8.纵向分辨率

9.影响速度的因素

§1.1地震地质模型的理想化

一、理想化的原因

地震勘探主要在沉积岩中进行。与火成岩和变质岩相比，沉积岩具有沉积稳定、横向变化小，成层性好等特点。但各种构造运动等使地下地质结构复杂化，这就需要从实际介质出发，在不同的条件下，建立不同的地震地质模型，使问题得到简化，这在自然科学中是常见的，例如：气体——理想气体。

二、理想的弹性介质和粘弹性介质

1．理想弹性介质

任何一种固体，受外力作用以后，内部质点就会发生相互位置的变化，使固体

的大小和形状发生变化。外力取消后，由于内力的作用，使固体恢复到原来的状态，

即固体具有弹性。

（1）理想弹性体——外力取消后能完全复原的物体。

（2）理想塑性体——外力取消后，固体保持其受力时的形态。

（3）瞬时作用力小变形假设

一般物体在外力作用下，有弹性的一面，又有塑性的一面。如果作用力很小，作用时间很短，在外力去掉后，一般物体都能复原，即在瞬时作用力小变形的条件下，大部分物体都能被近似成弹性体。

（4）地震勘探满足瞬时作用力小变形假设，地下岩层可近似成弹性体爆炸点附近是破碎带，然后是塑性带，大约几百米以外是弹性带，在弹性带内形成弹性波。这是因为远离震源处岩石受的作用力非常小（位移小于1μm），且作用时间短（小于100ms），所以远离震源的岩石可以看作弹性体。

弹

性

带

（5）地震子波

弹性带内形成的弹性波，一般波形较稳定，具有2-3个相位。延续时间60—

100ms，叫地震子波

．．．．，在传播过程中，其振幅由于吸收等原因而衰减，但波形变化不大。

（6）把岩层看作弹性体的重要用途

弹性力学，光学的基本理论可以直接引用到地震勘探中来。

2．粘弹性介质

（1）介质的吸收作用

波在传播过程中一部分能量不可逆地转化成热能散掉。

由于波动的能量E∝A2，所以传播过程中,波动能量的吸收表现为振幅的衰减。（2）粘弹性体

地震波随传播距离的增加振幅会下降，说明岩层对波有吸收。吸收的机制目前不十分清楚，一般认为岩石有弹性，又表现出象流体那样的粘滞性，这种介质叫粘弹性体。

（3）粘弹性体更接近于实际介质

三、各向同性介质和各向异性介质

1．各向同性介质

介质的弹性性质只与空间坐标有关，与方向α无关。

V=V(x,y,z)

ρ=ρ(x,y,z)

σ=σ(x,y,z)

2．各向异性介质

介质的弹性性质与空间坐标有关，还与方向α有关。

V=V(x,y,z，α)

ρ=ρ(x,y,z，α)

σ=σ(x,y,z，α)

3．忽略各向异性的条件

岩石中有矿物结晶体就有各向异性，但在波长>>晶体的线度时，各向异性可略去不计。

地震波长（60-100m）>>晶体的线度。

4．研究现状

地震勘探中一般研究的是各向同性介质，各向异性介质研究的很少，近几年日受重视，如“十五”课题。

5．几种沉积岩速度各向异性值表（据《实用勘探技术》P6）

四、均匀介质、层状介质和连续介质 1．均匀介质

波的传播速度与空间坐标无关，与方向无关，即V(x ，y ，z)=C

最简单，与实际情况相差较远，但可用均方根速度、平均速度把介质简化成均匀介质。

2．非均匀介质

波速是空间坐标的函数，即V=V(x ，y ，z)。这使问题研究复杂化，要进行简化，常见的模型有层状介质，连续介质、线性介质。 （1） 层状介质

波速在横向上没变化，只在纵向上变化且成层分布。

这种介质比较符合沉积岩的情况，沉积岩的成层性决定了速度的成层性。 1 V 1 2 V 2

V 3 V 3

V 4 V 4 Z

（2） 连续介质

波速在横向上没变化，只随纵坐标变化，即V=V （Z ）或n

Z V V 10)1(β+=

n

Z V V 10)1(β+= （3） 线性介质

波速是深度的一次函数，即V=V 0（1+βZ ） 华北地区:V 0=1810m/s,β=0.00026/m

V=V

（1+βZ）

Z

五、单相介质和双相介质

1．单相介质

只考虑单一相态，例砂岩、页岩。

2．双相介质

例如砂岩含气，就是双相介质。包括骨架和流体两部分。3．多相介质

例如砂夹泥又含气。