地震波特性和其传播方式g.瞬时相位

2.1.1 地震波的生成
• 什么叫地震波
– 人工激发的、在地 质介质传播的机械 振动。
• 人工激发的方式：
– 炸药震源 – 非炸药震源
• 气枪（气爆） • 电火花 • 可控震源 • 敲击……
• 炸药震源地震波的形成
– 当炸药爆炸瞬间释放大量高温、高压 的气体作用于周围介质，在距震源较 远的介质只受到瞬间、小的作用力而 产生弹性形变，质点随之振动，并向 外传播而形成地震波。
v/ f
2.1.4 有效波与干扰波
• 有效波 通常包括：
– 反射波（含有关回转波、绕 射波）
– 折射波
• 干扰波 通常包括：
– 规则干扰：多次波、面波、 声波等与激发有关的
– 非规则干扰：随机干扰、环 境噪音
• 干扰波与有效波不完全是绝对的。如面波、多次波…横波、转换波、
折射波与反射波。
• 选择压制的依据：频谱、传播路径等特征。
u– u(x,t) xxi
A
f /2
T 1/ f
2.1.3 地震波波剖面图
• 波剖面
– 波剖面指地震波传播过程中，某一时刻整个介 质振动分布情况。对于1D的情况，有
uu(x,t) tti
A
k1/
波的速度
v x t
• 波的速度
– 波的同一相位（部位）在单位时间沿射线移动的距离。 – 波的速度将波形与波剖面联系起来。
① 惠更斯原理 Huygen’s principle ② 费马原理 Fermat’s principle ③ 叠加原理 Superposition principle ④ 互换原理 Reciproinciple
• 惠更斯原理
前进波前上任意点都看作是次生波源，而且 下一个时刻波前就是所有该时刻次生波前的包 络。
惠更斯原理（续）
t
子波半 rv径 t
t
t+∆t
V=c
t t+∆t V≠c
α
β
t+∆t V1/V2
② 费马原理 Fermat’s principle
• 费马原理
– 两点之间地震能量传播 的路径是最小时间的射 线路径。在多层介质中， 它通常是折线或曲线， 而不是距离最短的直线。
– 因为沿射线旅行时间最 短，费马原理也叫最小 时间原理。
性……
2. 地震波及其传播
2.1 地震波的生成、类型 2.2 地震波传播的基本原理 2.3 地震波的能量与衰减 2.4 地震波的反射、透射和折射 2.5 菲涅耳带的概念 2.6 地震道的生成 2.7 煤层反射波
2.1 地震波的生成、类型
2.1.1 地震波的生成 2.1.2 地震波的类型 2.1.3 地震波的波形图和波剖面图 2.1.4 有效波与干扰波
地震波特性和 其传播方式
地震勘探示意图
什么叫地震勘探？
• 地震勘探是当前油气、煤炭勘探中 最重要 的一种方法。它根据岩石弹性差异，研究 人工激发的地震波在地质介质中传播的规 律，以查明地下地质构造的方法。由于地 震波传播的路径、速度、能量、波形等随 通过介质的弹性、几何结构和形态不同而 异，由
– 传播时间、速度介质结构 – 能量、频率、速度及其它特征地层、岩
体波质点振动
(a) P 波 (b) SH 波 (c) SV 波
体波质点振动
面波质点振动
面波（瑞雷波、地滚波） P+SV
拉夫波 P+SH
2.1.3 地震波的波形图
• 激发的地震波在3D空间传播，其振动
uu(x,y,z;t) • 对于1D的情况，uu(x,t)
• 波形图
– 波形指某质点振动随时间变化的关系。
• 波前与波前图
– 波前
• 地震波传播过程中，扰动相位相等的面（等时面）。 在均匀各向同性介质中，它是以震源为中心的球面， 它随时间向外移动，其方向与波前本身垂直。
– 波前图
• 从震源出发每个时刻波前位置图的集合。波前的形 状决定于速度的分布。
• 射线
– 始终与波前垂直的线。可能是直线、折线和曲 线等。
– 纵波 Primary wave – 横波 Shear wave – 面波 Surface wave
• 它们具有不同的特点、以不同的速度、按 各自固有的规律在地质介质中传播。
地震波的类型
地震波类型
形成机制
纵波
vvRPS 0.9vS2
体积形变
Primary wave
横波 Shear wave
形状形变
③ 叠加原理 Superposition principle
• 叠加原理
– 两个或多个同时存在的原因产生的结果， 可以通过各个原因单独产生的结果求和 得到。这里，隐含着线性关系。
④ 互换原理 Reciprocity principle
• 互换原理
震源与接收点互换，其 波的传播路径相同，效 果（旅行时、位移、波 形）一样，产生相同的 地震道。
波场试验记录
声波、面波
折射-折射、微震
面波 工业电
各种地震波频谱特征
微震
声波
地震波的频谱特征
浅层折射
有效波
地震波的视速度特征
2.2 地震波传播的基本原理
2.2.1 地震波前与射线 2.2.2 地震波传播的基本原理
1. 惠更斯原理 2. 费马原理 3. 叠加原理 4. 互换原理
2.2.1 地震波前与射线
波前、波尾、扰动带、射线
震源
球面波前与平面波前
• 均匀各向同性介质 中，在t时刻，以r 为半径的球壳上， 具有相同的波场 值，，该球壳就是 该时刻的波前面。 任意一条半径都是 波的射线。
• 当半径很大、很大 时，取一小片球面， 其实非常接近平面。 这时，可以用平面 波代替球面波进行 研究。
2.2.2 地震勘探基本原理
• 纵、横波同时激发
– 震源及周围介质的性质缺乏球对称性， 震源激发时，既产生体积形变也产生 形状形变，因此既产生P-，也产生S波。
– 通常由于波本身的特征、接收地段和 设备所限，往往主要接收的是纵波。
2.1.2 地震波的类型
• 地震波一般认为是一类弹性波，是质点振 动在地质介质中的传播。常分为以下三类：
• 特点
在于其普遍性。它不仅 适用于任意边界的弹性 介质，也适用于非均匀、 各向异性介质。
质点振动 方向
速度
v 2
与传播方向相同 P
v 与传播方向垂直
S
面波 Surface wave
在界面附近，由 P、S波干涉 形成，局限 在界面附近 传播
见后
vR0.9vS
vP>vS>vR
表中，、──拉梅系数；──密度； vP>vS>vR
体波质点振动
(a) P 波 (b) SV 波 (c) SH 波