地震波的反射投射和折射
地球物理勘探 1-4地震波的反射、透射和折射
V2 T
e
T f
：入射角（入射线和界面法线的夹角）
：反射角（反射线和界面法线的夹角） 1
：透射角（透射线和界面法线的夹角）
2
4.1 平面波的反射和透射
▪ 从图中可看出： AS BQ V1 T，
▪
ABQ ASQ 90
▪
共边 AQ
▪ 可证明：
14
15
▪ 2、 透射波的能量转换极其特征
• 透射波的波函数：
i ( t x sin 1 z cos 1 )
U P12 a P12 e
V P1 2
aB e i ( t kx sin 1 kz cos 1 ) PP
其中，k ( 园波数）
VP2
▪ ② i pp， / 2 ，s属in正 常1透射情况。 ▪ ③ ipp， / 2 sin ，1数学上不成立，可得
x
,
y
,
z
,
t
0
(
z
)ei
(
kx
wt
)
▪ ▪
式将中上式k 代 V入wR (波面动波方的程圆：波数），VR：面波速度
。（3-4-1）
2
t 2
V p2 2
0
2
t 2
Vs2
2
0
（3-4-2）
27
4.4 地震面波
▪ 就得到常微分方程
20
t 2
w1R w2R
6
4.2 在弹性分界面上波的转换， 能量分配，法向入射和倾斜入射
4.2.2 波的转换
在介质W1和W2中存在四种不同的传播速度(见书（1-4-3） P波入射时，将 产生四种不同 的波，它们分别是 反射纵波 P11 反射横波 P12 透射纵波 P1S1 透射横波 P1S 2
地球物理勘探 1-4地震波的反射、透射和折射
r
r
▪ 式中正负号的确定方法为：r 的x分量沿x轴增大为正，反之为负；
▪
r 的z分量沿z轴增大为正，反之为负.
▪ 根据P波和s波的质点振动特性，可得5个位移矢量各自在x,z方向得 位移分量u和w为（见书图1-12 和（1.4-5)式)
▪ 将位移分量代入位移边界条件：（见书（1.4-6)式)
▪ 及应力边界条件： （见书（1.4-7)式)
Q
V2 T
e
T f
：入射角（入射线和界面法线的夹角）
：反射角（反射线和界面法线的夹角） 1
：透射角（透射线和界面法线的夹角）
2
4.1 平面波的反射和透射
▪ 从图中可看出： AS BQ V1 T，
▪
ABQ ASQ 90
▪
共边 AQ
▪ 可证明：
• 另一类是一定的密度比和速度比条件下，反射系数 与入射角的关系。（见书P24）
21
22
4.4 地震面波
一、面波的分类
在三维空间中,凡是能量向整个空间中传播的波,都称为 体波。例如在弹性分界面上形成的反射、折射、透射波，它 们随着时间的增加，在整个弹性空间的介质内传播。
能量只分配在弹性界面附近的波称为面波（ 在Z方向振 幅呈指数衰减）。常见的面波有三类：
12
4.2 在弹性分界面上波的转换，
能量分配，法向入射和倾斜入射
4.2.5 倾斜入射、折射波的形成
1、 非法向入射的情况（称为倾斜入射）。
设 有
Vp,i1，入Vp射,i 角和透射角分别为 和 ，根 据斯 奈尔定律，
sin VP,i sin
VP,i1
总能找到一个入射角 i，pp使
反射地震勘探的原理
反射地震勘探的原理
反射地震勘探的原理是基于地震波在不同介质中传播时遇到弹性性质不同的地层界面时会发生反射这一物理现象。
具体过程如下：
1.激发源：首先，通过在地面或水中放置爆炸装置、气枪或其他震源设备产生人工地震波，这些震源会向地下发射脉冲能量。
2.地震波传播：产生的压缩波（纵波P波）和剪切波（横波S 波）以特定的速度（取决于岩石的密度和弹性模量）向下传播并通过地层结构。
3.波的反射与折射：当波遇到上下两层地层之间的波阻抗差异（即密度与速度乘积的差异）较大的界面时，部分地震波会被反射回来，部分则会继续穿透或者发生折射。
4.接收信号：布置在地表或水下的地震检波器（也称为地震记录仪）会接收到这些反射回来的地震波，并将它们转换为电信号记录下来。
5.数据处理与解释：收集到的原始地震记录经过一系列复杂的信号处理技术（如叠加、偏移等），可以形成二维或三维地震剖面图。
通过对这些图像进行分析，地质学家和地球物理学家能够识别出地下岩层的边界位置、厚度、结构形态以及可能存在的油气藏等地质特征。
地震勘探技术野外工作方法反射波法折射波法
(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。
地震波动力学-折射波
8
三、水平界面下折射波的时距曲线
已知: 界面深度为h0 ，介质的速度为v0和v1 ，且v1 ﹥v0 , 在O点激发， OA1 以临界角入射，在测线S点接收的， 距离为x。 求：折射波t=f（x，v， h0 ）的函数
第一章 地震波的运动学
第一节 地震波的基本概念 第二节 一个界面情况下反射波的时距曲线 第三节 地震折射波运动学 第四节 多层水平反射波时距曲线 第五节 连续介质中地震波的运动学 第六节 透射波和反射波时距曲线
1
二、折射波的形成和传播规律
1、折射波形成的条件
1）当波从介质1传到介质2，两种介质的阻抗不同时，在分界面 上会产生透射和反射，且满足斯奈尔定律。 2）当V2﹥V1时，透射角大于入射角。当入射角达到临界角θC，时 透射角达到90度，这时波沿界面滑行，称滑行波。 3）滑行波是以下层的介质速度V2传播。 4）由于两种介质是密接的，为 了满足边界条件，滑行波的 传播引起了上层介质的扰动， 在第一种介质中要激发出新 的波动，即地震折射波。
一、讨论多层介质问题的思路
1、地震勘探中建立的多种地层介质结构模型 ①均匀介质 ②层状介质 ③连续介质
均匀介质
认为反射界面R以上的介质是均匀的，即层内介质 的物理性质不变，如地震波速度是一个常数V0。反射 界面R是平面，可以是水平的或是倾斜面。
16
第四节 多层介质的反射波时距曲线 层状介质
认为地层剖面是层状结构，在每一层内速度是均匀 的，但层与层之间的速度不相同，介质性质的突变。 界面R可以是水平（称水平层状介质）或是倾斜的。 把实际介质理想化为层状介质，因为沉积岩地区一般为层 性较好，岩层的成层性又由不同岩性决定，不同岩性则往 往有不同的弹性性质，因此岩层的岩性分界面有时同岩层 的弹性分界面相一致。
地震波在分层介质中的反射、透射与...
第1章 绪论1.1 弹性波场论概述在普通物理的力学部分，我们曾经着重讨论过物体在外力作用下的机械运动规律。
在讨论时，由于物体变形影响很小，我们将其忽略，而将物体视为刚体或简化为质点，这是完全正确的。
然而，实际上任何物体在外力作用下不仅会产生机械运动，而且会产生变形。
由于变形物体内部将相互作用，产生内力、应力和应变。
当应力或应变达到一定极限时，物体就会破坏，这一点在研究材料和工程力学中尤其要考虑，地球介质也不例外，地壳运动或地震都会产生地质体的应力或应变。
在弹性力学中，主要讨论对物体作用时的变形效应，物体不再假定为刚体，而是弹性体、塑性体，应当视为可变形体，我们研究的视角也从外部整体过渡到内部局部。
长期的生产实际和科学实验均已表明，几乎所有的物体都具有弹性和塑性。
所谓的弹性是指物体的变形随外力的撤除而完全消失的这种属性。
所谓的塑性是指物体的变形在外力的撤除后仍部分残留的这种属性。
物体的弹性和塑性受诸多因素影响而发生改变，并在一定的条件下相互转化。
因此，确切地，应当说成物体处于弹性状态或塑性状态，而非简单地说物体是弹性体或塑性体。
在弹性力学中，只讨论物体处于弹性状态下的有关力学问题，这时物体可称为弹性体。
由上所述，弹性力学又称弹性理论，研究的对象是弹性体，其任务是研究弹性体在外界因素（包括外力，温度等）作用下的应力、应变和位移规律。
简单地说，弹性力学就是研究弹性体的应力、应变和位移规律的一门学科。
弹性力学是固体力学中很重要的一个分支。
而固体力学是从宏观观点研究固体在外力作用下的力学响应的科学，它主要研究固体由于受外力作用所引起的内力（应力）、变形（应变）以及与变形有直接关系的位移的分布规律及其随时间变化的规律。
可见，应力、应变和位移是空间和时间的函数。
与固体力学对应的还有流体力学等。
固体力学还包括材料力学，断裂力学等等。
弹性力学本身又分为弹性静力学（Elasticity Statics ）和弹性动力学（Elasticity Dynamics ）。
地震波的反射投射和折射
§1.4 地震波的反射、透射和折射序：在§1.3中讨论了无限均匀完全弹性介质中波的传播情况。
当地震波遇到岩层界面时，波的动力学特点会发生变化。
地震勘探利用界面上的反射、透射和折射波。
一、平面波的反射及透射同光线在非均匀介质中传播一样，地震波在遇到弹性分界面时，也要发生反射和透射。
首先讨论平面波的反射与透射。
（一）斯奈尔（snell）定律1．费马原理（最小时间原理）波从一点传播到另一点，以所需时间最小来取传播路径。
如图，波从P1点传到P2点。
速度均匀时，走路径①，直线，t最小,s也最小。
速度变化时，走路径②，曲线，t最小,s不最小。
注意:时间最小,不一定路程最小(取决于速度)。
P 1 P2路径①路径②例1:人要去火车站(见图)。
方法①从A步行到B，路程短，用时却多。
方法②从A步行到C，再坐车到B，路程长，用时却少。
步行速度V1V2 >>V1汽车速度V2例2：尽快地将信从A送到B① 傻瓜路径 ② 经验路径③ 最小时间路径，满足透射定律：21sin sin VV βα=②A2．反射定律、透射定律、斯奈尔定律波遇到两种介质的分界面，就发生反射和透射（注：地震透射、物理折射）。
（1） 反射定律：反射波位于法平面内，反射角=入射角。
注：法平面——入射线与界面法线构成的平面，也叫入射平面或射线平面。
O S地面 入射角=反射角与下式等价：111sin sin V V αα= （1）（2） 透射定律透射线位于法平面内，入射角与透射角满足下列关系：221sin sin VV αα= （2）（3） 斯奈尔定律综合（1）和(2)式，有PVVV ===22111sin sin sin ααα这就是斯奈尔定律，P 叫射线参数．．．．。
推广到水平层状介质有：PVVV nn====αααsin ......sin sin 2211 （6.1-65）注：斯奈尔定律满足费马原理，上例2中把信由A 送到B 路径③是最小时间路径，它满足透射定律（用高等数学求极值可证明）。
地震波传播与地震波反射分析
地震波传播与地震波反射分析地震是地球内部能量释放的一种自然现象，也是地壳运动的主要形式之一。
地震波作为地震能量传播的媒介，对于地球内部结构和地震学研究具有重要意义。
了解地震波的传播规律以及地震波在不同介质中的反射特性，可帮助我们更好地预测地震灾害，并为地质勘探提供依据。
一、地震波传播地震波传播指的是地震波从震源传播至地震仪的过程。
地震波传播路径通常包括体波和面波两部分。
1. 体波传播体波是指从震源分裂两部分传播的纵波（P波）和横波（S波）。
P波是地震波中传播速度最快的波动，它可以穿过固体、液体和气体介质，传播方向沿着波前的传播方向。
S波是相对于P波而言的、传播速度较慢的横波。
S波只能在固体介质中传播，传播方向垂直于波前的传播方向。
2. 面波传播面波是地震波的另一种传播方式，它沿着地表或其他介质界面传播。
面波包括两种主要类型：雷利波（R波）和洛夫波（L波）。
R波是沿着地表传播的横波，其振动方向与传播方向垂直。
L波是一种混合波，它既有纵波成分，也有横波成分，传播速度介于P波和S波之间。
二、地震波的反射分析地震波在穿越不同介质时，会发生反射、折射等现象，这对于地质勘探和地下结构的研究具有重要意义。
地震波的反射分析就是根据地震波的传播特性，通过观测地震波在地表或井孔中的反射信号，推断地下介质的性质和结构。
地震波的反射分析主要利用地震记录剖面和地震剖面解释。
1. 地震记录剖面地震记录剖面是通过布设地震仪器，记录地震波沿特定方向传播的过程。
记录剖面在时间轴上展示了地震波在各个地层中传播的路径和能量变化。
根据地震记录剖面的数据，我们可以推断地下介质的结构、厚度、速度等信息。
例如，地下油气储层通常具有较高的速度，通过地震记录剖面可以确定其位置和储量。
2. 地震剖面解释地震剖面解释是基于地震记录剖面，对地下结构进行解读和解释的过程。
地震剖面解释需要综合考虑地震记录剖面的不同属性，如振幅、频率、相位等信息。
通过地震剖面解释，可以推断地下构造、岩性变化、构造断裂等地质特征。
地震探测技术的原理与应用
地震探测技术的原理与应用地震是一种无法预测和控制的自然灾害，但是通过地震探测技术可以有效地监测和提前预警地震。
地震探测技术广泛应用于地质勘探、矿产资源开发、地下工程建设等领域，本文将详细介绍地震探测技术的原理与应用。
一、地震探测技术的原理地震探测技术是利用地震波在地下的传播规律测定地下物质构造和介质性质的一种方法，其核心原理是地震波的传播和反射。
地震波是由地震能量引起地质介质中弹性波的传播，包括纵波和横波。
当地震波经过地下物质层时，会发生反射、折射和透射等现象，通过对地震波的观测和分析，可以确定地下物质的位置、形态、物性等信息。
地震波的传播速度取决于岩石的弹性模量、密度和泊松比等物理特性，不同介质密度和速度的变化会导致地震波的反射和折射，这就是地震探测技术利用的物理原理。
地震探测技术一般分为爆炸地震勘探和地震震源勘探两种，前者是采用爆炸源产生的地震波，后者是利用人工震源产生地震波。
在地震勘探中，一般采用三角测量法、地震反射法、地震折射法、地震层析成像技术等方法进行勘测。
二、地震探测技术的应用1. 石油勘探地震探测技术在石油勘探中起到重要作用，通过对地震波在岩石中的传播和反射特性的观测和分析，可以研究出石油地质构造和储集层分布情况，为石油勘探提供了基础资料。
2. 矿产勘探地震探测技术也被广泛应用于矿产勘探中，可以通过地震波在地下物质中的特性，判断地下矿体的分布情况、形态、深度等信息。
通过地震探测技术的应用，在矿产勘探中发现了大量的矿体，提高了勘探的效率和精度。
3. 地下工程勘察地震探测技术在地下工程勘察中也有广泛的应用，可以通过地震波在地下介质中的传播特性，确定地下障碍物的位置、形状和范围，为工程施工提供了重要的依据。
4. 地震监测和预警地震探测技术在地震监测和预警中也有广泛的应用，可以通过地震波的观测和分析，判断地震的发生时间、地震震级等信息，提前预警，减少地震带来的伤害和损失。
总之，地震探测技术在地质勘探、矿产资源开发、地下工程建设等领域都有广泛的应用，是现代地质工程中不可或缺的技术手段。
地震如何利用地震波反射和折射地下构造
地震如何利用地震波反射和折射地下构造地震是地球表面和地下深处发生的一种地壳运动形式。
地震波能够传播到地下并与地下构造进行相互作用，从而揭示地下的构造特征和性质。
地震波在地下的传播路径会发生反射和折射，通过分析反射和折射的特征，地震学家可以推断地下构造的分布和性质，为地质勘探和灾害防治提供重要依据。
地震波的反射是指当地震波从一种介质传播到另一种介质时，由于介质的密度、速度等特性的差异，部分地震波能量会被界面反射回来。
反射的特点是入射角等于反射角，根据反射地震波的到达时间和振幅，地震学家可以推断地下的构造特征。
例如，当地震波从岩石层传播到含有具有相对较高速度的岩石层时，部分能量将被反射回来，形成反射波。
通过测量反射波的到达时间和振幅，可以推断岩石层的厚度和速度。
地震波的折射是指当地震波传播到介质速度不同的地层时，由于介质速度的差异，地震波会发生方向的改变。
折射的特点是入射角和折射角之间满足折射定律，即根据斯涅尔定律，入射角的正弦与折射角的正弦成正比。
通过测量折射地震波的到达时间和振幅，可以推断介质的速度和密度，进而揭示地下的构造特征。
例如，当地震波从地壳传播到地幔时，由于两者的速度不同，地震波会发生折射，通过对折射波的分析，可以推测地壳和地幔的界面位置和性质。
地震波的反射和折射除了能揭示地质构造外，还可以用于地震勘探和地震灾害监测。
地震勘探利用地震波在地下的传播特性，通过测量地面上的地震波信号，推断地下岩石、矿藏等构造信息。
利用反射和折射原理，可以在地下产生模拟地震波，然后测量地表上的反射和折射信号，通过信号的分析，绘制地下构造图。
这对于石油勘探、地下水资源勘测、地下工程设计等具有重要价值。
地震波的反射和折射也被用于地震灾害的监测和预测。
通过观测地震波在地下的传播路径和反射、折射的特征，地震学家可以推断地震源区的地下构造特征以及地震活动性。
通过这些信息，可以进行地震风险评估，预测可能发生地震的区域和规模，并制定相应的防灾措施。
地球物理学中的地震波传播与反演
地球物理学中的地震波传播与反演地震波是地震发生时产生的波动，是研究地震学的基础。
地震学家借助地震波的传播与反演，可以了解地下构造的情况，进而研究地震活动与岩石物理性质等问题。
本文将从地震波的传播机制、地震波反演理论及方法等方面探讨地球物理学中的地震波传播与反演。
一、地震波的传播机制地震波的传播引起了地壳中的微小变形和位移，导致地震波在地球上传播。
地震波主要分为纵波和横波两种，纵波又叫P波（Primary wave），横波又叫S波（Secondary wave）。
P波是一种纵波，具有直线传播、传播速度快、能穿透岩石和液态物质的特点；而S波是一种横波，具有像水波一样的传播方式、传播速度慢、只能穿透固体岩石等性质。
地震波在地壳中传播的速度与介质的密度、压缩模量以及剪切模量等因素密切关联。
另外，地震波的传播速度受到地壳中不均匀性的影响，地壳中有不同密度的层次，地震波通过不同密度层次时会出现反射、折射等现象，使得地震波路径发生曲折，从而研究地壳结构时要对这些影响因素进行较为精细的考虑。
二、地震波反演理论与方法能否将地震波数据反演成有关介质结构的有用信息，是地震勘探、地球物理勘探中常常需要考虑的问题。
地震波反演的基本思想是借助地震波在地下介质中传播的情况来推断地下介质的物理参数。
通常情况下，为了研究介质的速度、密度、弹性模量、剪切模量等参数，需要通过处理地震波在地下的传播路径和传播时间，从而反演得到介质的物理结构。
地震波反演的方法有很多种，主要包括正演法、反演法和拟合法。
正演法指利用已知参数的介质来计算地震波在介质中的传播规律。
反演法是利用地震波在介质中所传递的信息，探索出地下介质的物理参数。
拟合法主要是利用地震波在介质中的传播速度随深度分布变化的规律来拟合地下介质的物理结构。
在地震波反演中，数据处理也是非常重要的一环。
地震波的反演可以通过复杂的图形工具和数学模型来完成。
比如从地震带上提取的地震记录中得到横波和纵波，分别对横波和纵波进行分析、处理，再分别反演有关介质信息。
地震勘探基本原理
地震勘探基本原理地震勘探是一种利用地震波传播规律探测地下构造和地质信息的方法。
它利用地震波在地下介质中传播的特性，通过测量地震波的传播时间、速度和振幅等参数，推断地下结构和岩性的分布。
地震勘探在石油勘探、工程勘察和地质灾害预测等领域有着重要的应用。
地震勘探的基本原理是利用地震波在地下介质中的传播反射、折射、透射和散射等现象。
当地震波从一个介质传播到另一个介质时，由于介质性质的不同，地震波传播的方向和速度都会发生变化，这就导致了地震波的反射、折射和透射。
地震勘探中常用的地震波有纵波和横波两种。
纵波是指地震波沿着传播方向的振动方向与传播方向一致的波动，它的传播速度较快；横波是指地震波沿着传播方向的振动方向垂直于传播方向的波动，它的传播速度较慢。
在地震勘探中，纵波和横波的传播速度不同，可以用来推断地下介质的物理性质。
地震勘探常用的方法包括地面地震勘探和井下地震勘探。
地面地震勘探是在地表布设地震仪器，通过测量地震波在地下的传播情况来推断地下构造。
地面地震勘探常用的方法有地震反射法和地震折射法。
地震反射法是利用地震波在地下发生反射的现象，通过测量地震波的反射时间和振幅来推断地下构造的分布和形态。
地震折射法是利用地震波在地下发生折射的现象，通过测量地震波的折射角度和折射时间来推断地下构造的性质和分布。
井下地震勘探是在钻井过程中进行的地震勘探，它可以提供更高分辨率的地下图像。
井下地震勘探常用的方法有井下地震反射法和井下地震折射法。
井下地震反射法是在钻井井筒内布设地震仪器，通过测量地震波在井筒壁上反射的时间和振幅来推断地下构造的分布和形态。
井下地震折射法是利用地震波在井筒内和地下介质之间发生折射的现象，通过测量地震波的折射角度和折射时间来推断地下构造的性质和分布。
地震勘探的基本原理是利用地震波在地下介质中的传播现象，通过测量地震波的传播时间、速度和振幅等参数来推断地下构造和岩性的分布。
地震勘探常用的方法有地面地震勘探和井下地震勘探，它们可以提供有关地下构造、岩性和地质灾害的重要信息。
(6)地震波的反射、透射和折射ppt课件
V1 V2
sin1 sin2
V3
sin3
Vn
sinn
地震波在多层水平层状介质中的传播5
透射系数T：透射波振幅和入射波振幅之比称为透射系数。
T At 1 R 2Zn1
Ai
Zn Zn1
透射波形成条件：地下岩层存在速度分界面，即VnVn-1时，
才能形成透射波。
波的强度条件：速度界面是透射界面，波阻抗界面是反射界
折射波的形成与传播
sin i V1 V2
7
折射波的波前、射线和盲区：折射波的波前是界面上各
点源向上覆介质中发出的半圆形子波的包线。折射波的
射线是垂直于波前的一簇平行直线，并与界面法线的夹
角为临界角。从震源到观测到折射波的始点之间，不存
在折射波，称为折射波的盲区。盲区半径XM为
XM
2h sini cosi
R AR Zn Zn1
Ai Zn Zn1
2
反射波形成条件：地下岩层存在波阻抗分界面，即
Zn Zn1;
R0
反射系数R的取值范围及其极性：
1 R 1
R有正负值，当R>0，Zn>Zn-1，反射波和入射波相位相同，都 为正极性，地震记录初至波上跳；当R<0，Zn<Zn-1，反射波和入射 波相位相差1800，入射波与反射波反相，反射波为负极性，地震记 录初至波下跳。
(6)地震波的反射、透射和折射 入射波、反射波、透射波和界面法线的关系
1
反射波的形成
反射定律：反射角等于入射角，反射线、入射线位于反射界面
法线的两侧，反射线、入射线和法线位于同一个平 面内。
波阻抗Z：密度和波速的乘积射角称为波阻抗。上、下两层介质
的波阻抗差别越大，反射波越强。 Z V
(6)地震波的反射、透射和折射
2h[(V2 )2 V1
1
1] 2
一般情况下，折射波只有在炮检距大于两倍折射界面深度
时才能观测到，即
X M 2h
பைடு நூலகம்
折射波形成条件：下伏介质波速必须大于上覆介质波速
波的强度条件：速度界面是透射界面，波阻抗界面是反射界
面。当入射波振幅Ai一定时，T越大，则R越 小，即透射波强，反射波弱；反之，T越小， 则R越大，即透射波弱，反射波强。
折射波的形成
折射波：对于V2>V1的水平速度界面，由斯奈尔定律可知，当入
射角大于某临界角i时，可使透射角等于900，此时透
射波以V2速度沿界面滑行。根据斯奈尔定律，可求得
R AR Zn Zn1 Ai Zn Zn1
反射波形成条件：地下岩层存在波阻抗分界面，即
Zn Zn1;
R0
反射系数R的取值范围及其极性：
1 R 1
R有正负值，当R>0，Zn>Zn-1，反射波和入射波相位相同，都 为正极性，地震记录初至波上跳；当R<0，Zn<Zn-1，反射波和入射 波相位相差1800，入射波与反射波反相，反射波为负极性，地震记 录初至波下跳。
(6)地震波的反射、透射和折射 入射波、反射波、透射波和界面法线的关系
反射波的形成 反射定律：反射角等于入射角，反射线、入射线位于反射界面
法线的两侧，反射线、入射线和法线位于同一个平 面内。
波阻抗Z：密度和波速的乘积射角称为波阻抗。上、下两层介质
的波阻抗差别越大，反射波越强。 Z V
反射系数R：反射波振幅和入射波振幅之比称为反射系数。
临界角i为
折射波的形成与传播
sin i V1 V2
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。
物探精品课程 第二章第三节 反射波和折射波波法
室内填允物飞出去时对物体的作用力
，力的作用时间短，产生的波形是尖 脉冲形，而F2作用时间较长，产生波 形的宽度要宽些。
第三节 反射波和折射波波法
2）接收 在接收SH横波时，接收方式 和要求基本与P波相同，唯一 不同的是采用水平检波器接收
，并且多道接收时各道检波器
的埋置方向要求一致。接收与 激发详情见图2-29。
压制干扰以及观测参数选择问题。因为此时目的层深浅相差较大,
很难选取甚至不可能选取最佳时窗。
第三节 反射波和折射波波法
（三）地层构造的剖面解释和应用 地震剖面经过对比解释后，为进行地质构造解释，还必须将 其转换成深度构造剖面。同时为进行地层岩性解释，还必须将 速度资料转换成随深度变化的层速度剖面资料。在有条件的情 况下，反演出用速度表示的波阻抗剖面，以及砂泥岩剖面和孔 隙度剖面，以便于较精确地解释地层岩性和岩相的横向展布变 化。
第三节 反射波和折射波波法
如果震源位于排列中间，也就是在激发点的两边安置数目相等的检波器同时 接收，这种观测形式叫做中间激发观测系统(或叫小间放炮观测系统)，如图 2-25(c)所示。 简单连续观测系统的最大特点是接收段靠近激发点，能避开折射波干涉， 便于野外施工。但受面波和声波干扰较大。
图2-25 简单连续观测系统 (a)双边激发；(b)单边激发；(c)中间激发；(d)间隔单次覆盖
第三节 反射波和折射波波法
图2-26 检波器和不同的大地耦合
1—最好耦台，埋置在挖过的地表里；2—好的偶合，埋置在挖过的地表里，相位畸变较小； 3一较好的耦合，埋置在粗扫过的地表里，振幅有衰减，相位畸变中等； 4一坏的耦合，埋置在没做任何处理的地表，振幅衰减和相位畸变均较大
图2-27
组合检波器的连接
地球科学中的地震波传播规律
地球科学中的地震波传播规律地震是一种自然灾害，除了给人们带来人员和财物的损失以外，地震也可以从中发掘出关于地球内部结构和性质的信息。
地震波传播是地震学的重要内容之一。
经过多年的观测和研究，科学家们发现地震波在传播中遵循一定的规律，下面我们就来具体了解一下地震波传播的规律。
I. 地震波的类型地震波分为P波、S波和表面波三种类型。
其中P波又称为纵波或压缩波，是最快的一种波，可以在固体、液体和气体中传播。
它是一种沿着方向传播的波，如果我们比喻成像弹簧一样的东西传递能量，那么P波就是弹簧在传递能量的过程中，在弹力方向上发生的收缩和扩张的变化。
S波又称为横波或剪切波，它是在固体中沿着垂直方向传播，但是不能在液体和气体中传播。
它的传播方式类似一条绳子波在上下方向上的振动，对于一个有固体和液体层构成的地球，S波的传播速度比P波更慢。
表面波指的是沿着地球表面波浪形成的波，它s和P、S波不同，是由两种波叠加而成的，其中的一种波能量分布在地球内部，另一种波的振幅反映在地表上。
II. 地震波传播的速度地震波在传播过程中的速度是有限制的，并且在不同介质中传播的速度也会有所不同。
P波在固体、液体和气体中的传播速度分别为6km/s、8km/s和0.33km/s，由此可见P波在固体中的传播速度最快。
S波在固体中的传播速度为纵波的2/3，这是由于在固体中纵波和横波传播的速度是有比例关系的。
表面波传播的速度一般低于P波和S波，在不同介质中的速度也有所不同。
III. 地震波的反射、折射和衍射像光线一样，地震波在传播过程中也会发生反射、折射和衍射现象。
反射是指当地震波遇到不同密度介质的交界面，波会被反射回来，接着向原来的方向继续传播。
折射是指当地震波从一种介质到另一种介质时，传播方向会发生改变。
这种现象与光学中的光的折射类似。
衍射指的是地震波经过不同大小、形状的障碍物透过后，波的方向和强度的改变。
它的产生与光学中的衍射现象很相似。
IV. 地震波传播的应用地震波传播在地震学中有很重要的应用，可以帮助我们了解地球结构和性质。
地震成像理论与方法
地震成像理论与方法
地震成像理论与方法是地震学中研究地壳和地球内部结构的重要手段之一。
其基本原理是利用地震波在地下传播的规律推断出地下介质的物理性质和结构。
地震成像的方法主要包括反射地震成像和折射地震成像两种。
1. 反射地震成像：反射地震成像是利用地震波在地下介质反射和散射的特性来推断地下结构。
通过放置地震源和接收仪器，测量地震波的到达时间和振幅，然后根据地震波的传播速度和反射系数，利用逆时偏移算法将地震记录反演成地下结构的图像。
2. 折射地震成像：折射地震成像主要用于研究较深部的地下结构。
它利用地震波在地下介质中的折射和干涉现象，通过分析地震波的传播路径和折射角度，推断地下界面的形态和物性。
在地震成像中，还有一些常用的方法和技术，包括多次叠加叠加（CMP）、速度分析、成像域偏移、倾斜叠加等。
这些方法和技术的使用可以提高地震成像的分辨率和准确度。
地震成像在地球科学研究中有着重要的应用。
它可以帮助地球物理学家和地质学家了解地球内部的构造、岩石类型、地下水分布等信息，对于石油勘探、地质灾
害预测、地下水资源管理等领域具有重要意义。
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§1.4 地震波的反射、透射和折射序：在§1.3中讨论了无限均匀完全弹性介质中波的传播情况。
当地震波遇到岩层界面时，波的动力学特点会发生变化。
地震勘探利用界面上的反射、透射和折射波。
一、平面波的反射及透射同光线在非均匀介质中传播一样，地震波在遇到弹性分界面时，也要发生反射和透射。
首先讨论平面波的反射与透射。
（一）斯奈尔（snell）定律1．费马原理（最小时间原理）波从一点传播到另一点，以所需时间最小来取传播路径。
如图，波从P1点传到P2点。
速度均匀时，走路径①，直线，t最小,s也最小。
速度变化时，走路径②，曲线，t最小,s不最小。
注意:时间最小,不一定路程最小(取决于速度)。
P 1 P2路径①路径②例1:人要去火车站(见图)。
方法①从A步行到B，路程短，用时却多。
方法②从A步行到C，再坐车到B，路程长，用时却少。
步行速度V1V2 >>V1汽车速度V2例2：尽快地将信从A送到B① 傻瓜路径 ② 经验路径③ 最小时间路径，满足透射定律：21sin sin V V βα=②A2．反射定律、透射定律、斯奈尔定律波遇到两种介质的分界面，就发生反射和透射（注：地震透射、物理折射）。
（1） 反射定律：反射波位于法平面内，反射角=入射角。
注：法平面——入射线与界面法线构成的平面，也叫入射平面或射线平面。
O S地面 入射角=反射角与下式等价：111sin sin V V αα= （1）（2） 透射定律透射线位于法平面内，入射角与透射角满足下列关系：221sin sin V V αα= （2） （3） 斯奈尔定律综合（1）和(2)式，有P V V V ===22111sin sin sin ααα 这就是斯奈尔定律，P 叫射线参数．．．．。
推广到水平层状介质有：P V V V nn ====αααsin ......sin sin 2211 （6.1-65） 注：斯奈尔定律满足费马原理，上例2中把信由A 送到B 路径③是最小时间路径，它满足透射定律（用高等数学求极值可证明）。
（4）说明：反射定律中说入射角=反射角是有条件的。
即：入射波和反射波是同类波，同时为纵波或同时为横波。
例如：理论和实验均证明：P 波非垂直入射，将产生反射P 波，透射P 波，反射SV 波，透射SV 波。
地面 透射SV 波 应用斯奈尔定律，有P V V V V V s p s p p =====222211111sin sin sin sin sin βαβαα （6.1-66）虽然反射SV 波是反射波，但1βα≠，即P 波的入射角≠反射SV 波的反射角。
（5） 转换波当以一种波入射，产生了与入射波不同类型的反射波或透射波，叫转换波。
Note: SH 波没有转换波。
P 波和SV 波垂直入射无转换波，非垂直入射有转换波。
O S地面 S1 地面地面透射SV 波地面地面透射SV波地面思考：固体液体斯奈耳定律描述了入射波、反射波、透射波的射线方向。
(二）诺特方程1．平面波的反射、透射示意图当平面纵波P1入射到界面上时,会产生同类反射波P11，会产生转换反射波P1S1，会产生同类透射波P12，会产生转换透射波P1S2。
zP19 图6.1-18 （书上角度错，振动方向错）下面用位函数表示这些波。
2．平面波位移位函数的表达式αBC=Zcosαxsinα+Zcosα设入射波P1的位函数：)cossin()(11PPVzxtfAVrtfAααφ+-=-=注：ααcossin zxr+=则同类反射波P11的位函数)cossin(1111PVzxtfARααφ--⋅=注：反射波与z轴方向相反转换反射波P1S1的位函数)cossin(1111SVzxtfABββψ--⋅=同类透射波P12的位函数)cossin(2222PVzxtfATααφ+-⋅=转换透射波P 1S 2的位函数)cos sin (22202S V z x t f A D ββψ+-⋅= (6.1-66A)其中：系数，称同类波位移位反射入射波的振幅同类反射波的振幅=R系数，称转换波位移位反射入射波的振幅转换反射波的振幅=B系数，称同类波位移位透射入射波的振幅同类透射波的振幅=T系数，称转换波位移位透射入射波的振幅转换透射波的振幅=D下面要用已知的入射波的位函数φ及界面上的边界条件，表示出1φ、1ψ、2φ、2ψ，实际上是求出R 、B 、T 、D 。
3．边界条件 （1）4个边界条件应力连续：界面两侧正应力要相等 界面两侧剪应力要相等位移连续：界面两侧x 方向上的位移要相等 界面两侧z 方向上的位移要相等 （2）应用4个边界条件，可得到P19的4个方程]2)21([]2)()21()([22222222222222222221221212122121212121zx VV x V V z V z x V V x V V z V P S P S P P S P S P ∂∂∂+∂∂-+∂∂=∂∂∂+∂+∂-+∂+∂ψφφρψφφφφρ]2[])(2[2222222222212212212121zx z x V z x z x V S S ∂∂∂+∂∂-∂∂=∂∂+∂+∂∂-∂∂φψψρφφψψρz x z x ∂∂-∂∂=∂∂-∂+∂2211)(ψφψφφ x z x z ∂∂+∂∂=∂∂+∂+∂2211)(ψφψφφ (6.1-66B) 物理意义:用位移位函数表示的应力连续和位移连续边界条件。
4．诺特方程将（6.1-66A ）代入(6.1-66B)，得⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡-=⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡----111121221211221211221221222221122211221221111122122111112cos 2sin cos sin 2sin 2cos 2sin 2cos 2cos 2sin 2cos 2sin sin cos sin cos cos sin cos sin βαααβρρβρρβββρραρρβαβαβαβαβαD T B R V V V V V V V V V V V V V V V V V V V V S P S S P P S P S P P P S P S P P P S P(6.1-67) 这个方程很难解出R 、B 、T 、D ，下面研究垂直入射的情况。
（三）平面波法线入射的情况 1．位移位反射和透射系数法线入射即α=0，由斯奈尔定律可知：02121=====ββααα，代入(6.1-67)，求解，得⎪⎪⎪⎩⎪⎪⎪⎨⎧+=+-===11222111221122200P P P P P P P V V V T V V V V R D B ρρρρρρρ (6.1-70) 2．物理意义（1）平面波垂直入射时，不产生转换波，因为计算结果B=D=0。
（2）位移位透射系数02112221〉+=P P P V V V T ρρρ,说明透射波与入射永远是同相的。
（3）位移位反射系数11221122P P P P V V V V R ρρρρ+-=①当01122〉-P P V V ρρ时，R>0,反射波与入射波同相。
②当01122〈-P P V V ρρ时，R<0,反射波与入射波反相。
③当01122=-P P V V ρρ时，R=0,无反射波。
④垂直入射时，产生反射波的条件是1122P P V V ρρ≠或12z z ≠，即界面两侧存在波阻抗差。
3．位移反射系数R d 和透射系数T d垂直入射没有转换波，故0=ψrot∴k w j v i u k zj y i x grad rot grad U++=∂∂+∂∂+∂∂==+=φφφφψφ 注：因垂直入射只有z 分量 0 0 ∴zw U ∂∂==φ∴入射波在z 方向的位移是zw ∂∂=φ 反射波在z 方向的位移是z w ∂∂=11φ 透射波在z 方向的位移是zw ∂∂=22φ 由(6.1-66A),得入射波的位移位函数：)(10P V z t f A -=φ 注：r 与z 一致。
反射波的位移位函数)(101P V z t f A R --⋅=φ 注：反射波与z 轴方向相反 透射波的位移位函数)(202P V zt f A T -⋅=φ ∴)1)((11'0P P V V z t f A z w --=∂∂=φ )1)((11'011P P V V z t f RA z w +=∂∂=φ )1)((22'02P P V V z t f TA z w --=∂∂=φR V A V RA w w R P P d -=-==)1(11011的振幅入射波位移的振幅反射波位移T V V V A V TA w w T P P P P d ⋅=--==2110202)1()1(的振幅入射波位移的振幅透射波位移将(6.1-70)代入上式，得⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧+=+-=112211112222112P P P d P P P P d V V V T V V V V R ρρρρρρρ (6.1-71) 5．说明（四）平面波的倾斜入射倾斜入射时，有转换波。
在界面处各种波的能量分配关系由诺特方程（6.1-67）决定。
诺特方程很复杂，要直观地了解这时的能量分配情况，通常采用作图法。
1．对P22两图的说明：（1）α=0，表示⊥入射，R+T=1,B=D=0,没有转换波。
（2）随着α↗，B 、D 就不再为0，有转换波。
（3）α达到某一角度以后，R 很大，基本没有能量向下透射。
（4）R 的峰值对应着临界角。
（5）P22的b 图，Z 1=Z 2 ，在α=0时，T=1,R=B=D=0，没有反射波，没有转换波。
随着α↗，R ≠0、B ≠0、D ≠0，有反射波，有转换波。
有波阻抗差才有反射波，只适合于垂直入射的情况。
能量系数 5.02=P V 8.02=ρ12Z Z 〈10 20 30 40 50 60 70 80 90 α (a) 能量系数 212=P P V V 5.012=ρρ12Z Z =10 20 30 40 50 60 70 80 90 α (b)P22 图6.1-19 反射系数与入射角的关系 2．对P23两图的说明： （1）112〈P P V V 和112→P P V V时，曲线变化相对平缓。
（2）112〉P P V V 曲线变化剧烈。
（3）12ρρ对R 的影响没有12P P V V 对R 的影响大，所以有时近似用1212V V V V R +-=求反射系数。
R2P V 为参数(a) R 12ρρ为参数10 20 30 40 50 60 70 80 90 α (b)P23 图6.1-20 反射系数与12P P V V 、12ρρ的关系 总结：（1）斯奈尔定律指出各种波在界面处的传播方向。