几何地震学 第二章 地震波运动学

稀疏区
1 v1 2 v2
压缩带
2 v2 <1 v1
(半波损失)
⒉弹性波在界面上的传播 P1S1
任一P波以角 P1 入射到界面，
S
P11
在界面产生反 射P波、反射S
v v 1 p1 s1
P
波和透过P波 与S波，这种 现象称为波的
v v 2 p2 s2
S
P P1S2
P12
转换。
同类波——与入射波相同的波 转换波——分裂后与入射波不同的波 波的转换——当P波入射至界面时，
u
0
x
地震波在传播过程中的某一时刻的波剖面
⑵振动图—波振动过程中，某一质 点随时间的变化规律曲线。 u
T
t
地震波在传播过程中的某一介质点的振动图 (如:检波器接收的波为即为振动图)
⒊视波长 、* 视周期T *、视频率与视速度）
⑴、f、v（沿波线方向） ①波长 ：当波振动时，沿着波线找出
相邻的两个振动状态完全相同的点 之间的距离即为波长 ②频率f：波源每振动一次，波就前进一 个距离。
人工激发的各种波的传播图
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地震波实际记录图
记录1
记录2
• 记录2
2020/7/6
三、弹性波的基本类型与地震勘探中的波
⒈纵波（P波）：与体变相对应的波 特点：①质点的振动方向与波的传 播方向平行。
②在纵波传播区域中，介质中产生膨胀 区与压缩区，在同一地点，随着时间的
变化交替地成为膨胀区与压缩区。
⒋视速度与视速度定理:
视速度即指当地震波沿地震观测线传
播时所呈现的地震波速度称为视速度.
G
v* v
sin
A
入射角
B
* B '
波前
A' v
t2
t = t2 –t1 t1
设平面波波前由 AA' BB'
则： AB,AB' * *
s in
vA'B' *sin
TT
T
v*A T'B T *Tsinsvin
第二章 地震波运动学
地震波运动学(又称几何地震学 )—是研究地震波波前的空间位置 与其传播时间的关系。
用波前与射线等几何图形来 描述波的运动过程和规律
②塑性性质—作用力较大/很大，作
用时间较长/很长时，岩石又表现出塑 性性质
二、波的几个特征—波的描述
⒈波前、波尾，波面与波线
①波前面（波阵面）—在某一时刻，介 质中各点刚刚开始振动的点组成的面
v pn
vsn
P(射线参数，是定值 )
1 v1
2 v2 3 v3
s1 p1
……
n vn
⒍惠更斯—菲涅尔原理
⑴惠更斯原理：
任一点子波可作新的点震源 在弹性介质中，波传播过程中任一时 刻的 同一波前面上的任一点, 均可以做新的点震 源并产生新的子波。
a.瑞雷面波（R面波）
x
在地表面传播
的波，其轨迹
为椭圆。
z
ux+uy y
传播
x
b.勒夫面波：在界面附近传播的波 c.斯通利波
⒋探测中的波：
深部地震—P、S波 浅层地震—P、S、R、L波
四、弹性波的传播及其规律
⒈反射界面与波阻抗与反射系数、 透过系数
⑴波阻抗---- v× (速度与密度乘积) ⑵反射系数：
v* v （该式为视速度定理）
sin
讨论： v* v
sin
视速度定理
① 当（入射角 0） ，垂直入射，
sin 0,v*
② 当 90，水平入射， sin 1, v* v
③ 当 0 ~ 9 ， 0 v * ~ v
v—真速度
人工激发的地震波示意图
• 1.二维地震观测图
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f=振动次数/秒
③波速：波每秒前进的距离叫波速 v = s / t （秒）
u
④ 、f、v之间的关系：
x
v f ,或
T
＝Tv v , f 1 ,T 1
f
T
fv
⑵ *、f*、v* （沿波传播方向以
外方向传播）
当不沿波线方向所谈到的、f、 v之值，不是真实值，而是视速度
、视波长、视频率即 *、f*、v*
产生反射P、S波与透过P、S波的分 裂现象
⒊ 波的反射与透射
⑴波的反射与透射：
当波入射至两种介质的分界面时，
一部分反射到第 入射波 一种介质中， 另一部分透过 到第二种介质 1 v1 中，成为反射 2 v2 与透射。（物 理中的折射）
ห้องสมุดไป่ตู้⑵ 反射定律：
反射波 透过波
①反射线位于入射面内
②反射角等于入射角，即 = ⑶透射定律：透射线位于入射面内， 入射角与透过角的正弦之比等于Ⅰ、 Ⅱ介质中的波速之比。
当临界角 ≥ i 时，介质Ⅱ中无透 过波，仅有滑行波，此现象叫全反 射。 ⒌斯奈尔定律：——用于层状介质
设地下存在均匀的各向同性的水 平层状介质，在各层中分别产生P、 S波的反射、透射与波的转换。则
可存在如下形式：
sin 1 sin p2 sin s2
v1
v p2
vs2
sin pn sin sn
在P波垂直入射时
RA反＝2v21v1 A入 2v21v1
⑶透过系数：Bpp
21v1 1v1 2v2
当：① 2v2 －1v1 > 0时，反射波与 入射波同相位，入、反射P波均 以压缩带到达界面。如图
入
1 v1
2 v2
反
2 v2 >1 v1
②2 v2 －1 v1 < 0时，反射波与入射
波差半个相位，入、反射P波均以疏稀 带到达界面（半波损失）。如图
定律公式：
ssii n nv v1 2或svi1 nsvi2n
⒋地震波的折射
当 v1 < v2 时，入射 角越大，透过角 越大。当= i<90
入射角
反射
i波
临界角i
折射波
v1
时， =90。 据透过定律：
=90 滑行波
v2
透过波
si ni si n90 1
v1
v2
v2
si ni v1 (i叫 临 界)角 v2
压缩区
膨胀区
压缩区
P波传播
③ vp
2
⒉横波（S波）：
与切应变对应的波，波的传播方向 与质点的振动方向相垂直。在垂直 于波传播方向的平面内，质点彼此 发生横向错动。
S波传播方向
vs
S波传播
当 = 0.25(岩石)，vp = 1.73 vS
⒊面波
⑴定义：在界面附近传播的波叫面波
⑵种类：
②波后面（波尾）——某一时 间介质中各点刚刚停止振动 的点组成的面。
③波面（等相位面）——在某一 时间介质中同时开始与结束振 动的各点组成的面，叫波面。 如波前面等，波面为等相位面
④波线—波在传播过程中，认为其 能量是沿着某一条路径传播，这 一假想的路径叫波线（即射线）
⒉波剖面与振动图
⑴波剖面—在波的传播过程中,假定时间固 定（ti时刻），在沿某一波线上（射线） 所有参加振动的介质振动质点的振动状态 共同组成的振动状态曲线图。 见下图：