工程物探课程设计

《工程与环境物探》

课程设计

学生姓名：

学号：

学院：

专业班级：

指导教师：

二零一零年一月十九日

目录

第一章折射波法基本原理和方法 (3)

1.1 折射波法基本理论 (3)

1.2 折射波法观测系统 (4)

t法 (4)

1.3 折射波分层解释的

第二章实验仪器设备及实验方法 (8)

2.1 仪器设备 (8)

2.2 采用的观测系统 (9)

第三章现场资料采集实验步骤 (10)

第四章软件说明和数据处理过程 (11)

4.1 软件功能 (11)

4.2 数据处理过程 (11)

第四章数据处理结果及图形绘制 (23)

参考书目 (27)

第一章 折射波法基本原理和方法 1.1 折射波法基本理论

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—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：

1

21V ED

V KE V OK t ++=

（1—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 == （1—2） 即

2

1V AK V BK = 和 21V EG

V EF = （1—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（1—3）的关系和式（1—1）作等效置换，并经变换后可得：

1

221222122cos 2V V V V h V x

V i h V x t -+=+= （1—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）

图1-1 水平两层介质折射波时距曲线

1

2

2122102cos 2V V V V h V i

h t -== （1—5）

式（1—5）表示出界面深度h 和截距时间t 0之间的关系，当已知V 1和V 2时，可以求出界面的深度h 。

1.2 折射波法观测系统

根据折射波场形成条件和特征，折射波观测系统必须避开盲区，且要把接收部分尽量放到待测地层折射波区范围。当水平层状介质满足折射条件的前提下，固定一个激发点，将排列沿测线由近及远进行时距观测，将得到由浅入深各层介质的地震波信息。在地震记录上可观察到各层介质折射波的动力学特点， 从而判别层间干涉、波形置换特征。在时距曲线上将反映出各层介质折射波运动学的空间分布规律及介质的物理力学性质。为了消除表层不均匀及界面起伏的影响，往往采用相遇时距曲线观测系统。

相遇时距曲线观测系统如图2-2所示，同一观测地段分别在两端O 1 和O 2 点激发，

图2-2

此观测系统采集的地震记录，可得两支方向相反的时距相遇曲线S 1和S 2。AE 段折射， O 1 O 2接收， EA 段折射，O 1O 2接收。其优点可弥补单一时距曲线的不足，可以从不同方向反映界面变化。

1.3 折射波分层解释的0t 法

折射波0t 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1—3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，

(a) (b)

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= （1—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 AB O t t t T ++= （1—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 222V tgi h t t BM BC ⨯== （1—8）

将公式（1—6）中的t 1和t 2相加， 并且减去（1—7）式，再将（1—8）式代入后可以得到：

图1-3 t 0法折射界面示意图

121cos 2V i h T t t ⨯=-+ （1—9）

式（1—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 2121⨯⨯-+= （1—10）

令T t t t -+=210和i V K cos 21⨯=则式（1—10）可以写为：

0t K h ⨯= （1—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（1—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：

2

12211

2cos 2V V V V i V K -⨯⨯=⨯= （1—12）

由公式（1—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 +-=21θ （1—13） 对式（1—13）两边对x 求导，可得：

()()dx

dt dx dt x d x d 2

1-

=θ （1—14） 式中

dx dt 1和dx

dt

2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：

()1

2cos 2sin V i h i x t ⨯⨯+-⨯=ϕ上

和 ()11cos 2sin V i h i x t ⨯⨯++⨯ϕ＝下

因为是同样O 1～O 2内观测段，设上倾方向x 为正，下倾方向x 为负，则：

()1

2cos 2sin 1V i

h i x t O ⨯⨯+-⨯=

ϕ 和 ()11cos 2sin 2V i h i x t O ⨯⨯-+⨯-ϕ＝