地震勘探原理

《地震勘探》课程考试大纲适用专业：勘查技术与工程学制：四年本科学时：80石家庄经济学院教务处审定二零零二年一月目录1．课程教学目标2．课程教学内容及学时配表3.编写考试大纲的必要性和求要4 地震勘探考试大纲内容第一章弹性波的基本理论1．弹性理论概述2．弹性波的形成3．弹性波的描述4．弹性波的传播5．地震波的衰减6．地震反射波记录道的形成7．地震波速度及影响因素分析第二章地震波的时距曲线1．反射波的时距曲线2．折射波的时距曲线第三章地震勘探的野外数据采集技术1．有效波和干扰波2．测线设计和观测系统3．地震波的激发4．高分辨率地震数据采集系统5．地震勘探的分辨率6．地震勘探工作参数选择7．浅层地震勘探野外抗干扰技术8．地震波速度的测定第四章地震数据处理1．预处理2．参数提取与分析3．数字滤波处理4．反滤波处理5．校正和叠加处理6．偏移归位处理第五章地震资料的解释与应用1．地震剖面反射特征的识别和构造解释2．动弹性模量及在岩土工程勘察中的应用3．地震折射资料的解释地震勘探的应用第六章特殊技术（地震新技术）1．反射波测桩技术2．常时微动观测技术3．瞬态瑞雷波勘探技术1. 课程教学目标：（1）课程任务和地位：《地震勘探》是勘查技术与工程专业的必修课，是应用地球物理学原理，解决工程与环境中的地质问题，是工程与环境勘查的重要方法，是勘察技术与工程专业的一门主干课。

（2）知识要求：对于地震勘探理论，应在掌握高等数学、工程数学（如积分变换、级数、波动方程、卷积等）及普通物理基础上，掌握弹性波理论；并具有一定的水文工程地质学、岩土工程地质学基础。

（3）能力要求：通过本课程的学习，要求学生了解本课程的基本原理，和野外工作方法技术，特别在解决工程与环境地质问题时的抗干扰、提高分辨率的措施，提高学生应用地震新方法解决工程与环境地质问题的实际能力。

这就必须加强实验实习课的份量，跟上目前工程建设和环境地质灾害探测对人才的要求。

2．课程教学内容及学时分配表3．编写考试大纲的必要性和求要编写考试大纲是实现大学教考分离的基础,是保证教考分离得以正确实施、统一考试标准，掌握学生学习状况，准确衡量学生学习水平的必要文件。

编写考试大纲要求抓住地震勘探课程的核心内容，基本知识点、重点和难点、本课程的学科前缘大纲涉及的内容应尽量全面、具体，使出题人根据大纲中提供的教学时数、课时分配、本课程的教学目标、对学生的知识能力要求，能准确把握学生应该掌握的内容和基本知识点、容易把握考题深度和广度，各章考题题量分配等。

4．考试大纲内容绪论学生通过绪论的学习，应该掌握物探按工作原理和按工作场所及用途进行的分类方法。

例如按工作原理划分可分为六种方法。

地震在物探中的地位和作用、工程与环境地震的特点，按地震仪器发展阶段分类的发展过程概述。

第一章弹性波的基本理论通过本章的学习，要求学生掌握：1．均匀各向同性介质及层状介质的定义，杨氏模量、泊松比、剪切模量的物理含义：如杨氏模量E为剪切模量μμ= σxy / ϕ，式中ϕ是剪切角，σxy是介质所受它是表示介质所受剪切力，表示介质阻止剪切应变的度量。

泊松比σ是表示介质形变性质的度量。

2．纵波、横波及面波的传播特点，（1）纵波、横波速度的表达式为：（2）纵波与横波的速度比一般岩石的泊松比为0.25, 所以v p/v s是1.73；（3）纵波与横波都是体波，属于线性极化波。

（4）横波传播方向与质点振动方向垂直，纵波传播方向与质点振动方向一致。

（5）质点位移大小与震源强度、震源形状及变化率有关（6）纵波与横波的质点位移大小与传播距离有关；（7）纵波是体积形变的传播；横波是剪切形变的传播。

（8）横波有SH和SV波；（9）面波是椭圆极化波；（10）面波向下传播深度是一个波长；（11）面波具有频散现象，据此可以进行介质分层。

（12）面波与横波速度相当，3．弹性波的描述振动图形和波剖面的文字和图形描述；（1）振动图形是固定位置，研究质点位移随时间变化关系的图形，即地震记录道图形，要明确视周期和视频率的概念。

（2）波剖面与振动图的区别，波剖面是固定时间，研究质点位移随位置变化关系的图形，（3）视波长λ*、波数分量k和视速度之间有如下关系：λ*=v*T=v*/f（4）波剖面上具有极大正位移的点称波峰，极大负位移的点称波谷，两相邻波峰（谷）之间的距离称视波长λ*；（5）视波长的倒数称波数，k=1/λ*=f/ v* 。

即单位距离内波的数目；（6）波前面和波尾面的定义，波前面与地震波射线间的关系（7）频谱分析：地震信号进行付里叶变换，求频谱的过程称频谱分析；频谱是振幅谱和相位谱的总称。

（8）时间场和等时面的概念的概念：波至时间的空间分布形成时间场，它是标量场。

不同时刻的等时面与相应的波前面重合，射线处处与波前面正交。

（9）非周期性的地震子波是由无数多个简谐分振动合成，地震子波是具有有限的起始时间、能量有限、在很短的时间内衰减、非周期振动的一个信号。

（10）振动图上质点振动的起始时间t1和终了时间t2之间的时间长度差（t2-t1）即位波的时间延续长度∆t；地震子波的时间延续长度∆t与它的频带宽度∆f成反比4．波动传播原理（1）波传播时是按照惠更斯原理、费马原理，（即最小时间原理），（2）掌握视速度v* 的概念，v*是沿测线方向传播的速度，沿射线传播的速度是真速度，视速度与真速度之间的关系称视速度定理，如下式式中α是射线与地面法线间的夹角。

（3）视速度v*大于或等于真速度；视速度v*在无穷大和真速度之间变化；（4）地震波传播满足，反射定律，即入射角和反射角相等；还满足斯奈尔定律：θ2称透射角，P称射线参数；（5）反射系数与介质的波阻抗差异有关，波阻抗差异是形成反射波的条件，即：（6）反射系数R与透射系数T的表达式如下（7）反射系数R>0，表明反射波与入射波相位相同，R<0，说明反射波与入射波相位相反。

透射系数T=1-R永远为正。

（8）若不考虑波前扩散和介质的吸收作用，反射系数和透射系数之和等于1（9）平面波垂直入射时不存在转换波，但地震波倾斜入射时会产生转换波，在临界角附近会形成宽角反射（又称广角反射）。

（10）折射波的形成条件是：当界面下方波速大于上方介质波速，且入射角等于临界角i时形成折射波；其中（11）折射波存在盲区，盲区半径R=2htgi。

（12）折射波的波前面是圆台的侧面；（13）由视速度定理，以i角出射的折射波的视速度等于v2;（14）折射波总是以初至波的形式被记录下来；同一界面的反射波比折射波先到达接收点，因此折射波常以初至波形式出现。

地震波的绕射和散射（15）地震波遇到断层棱角点或岩性尖灭点会形成绕射波，并称为狭义绕射。

界面上任意点可看成广义绕射点（16）当界面被侵蚀或界面起伏不平会形成散射波。

5．地震波的衰减（1）几何扩散地震波能量（振幅）随传播距离而衰减的现象称为几何扩散。

但不同类型的波衰减速度不同。

存在球面扩散、柱面扩散。

平面波不随传播距离而衰减，因此不存在几何扩散。

（2）吸收吸收即大地滤波作用，滤去较高频率成分，保留较低频率成分，滤波后的子波延续时间加长，频率降低，振幅减小。

吸收是按指数规律衰减，见下式（3）地震波的透射损失入射波每透过一个弹性界面，必使入射波的振幅乘上一个损失因子,即能量要损失一部分，由于透射损失，地震波透过n-1个界面后的由第n个界面为反射回到地面的振幅An6．地震反射波记录道的形成（1）是两个波彼此是否相互干涉的条件。

（2）在不考虑其它损失时，地震道是由地震子波与反射系数序列的卷积，这便是地震道卷积模型。

如下式（3）掌握每一反射界面在地震记录道上对应一个短脉冲振动，一个地震记录道是由无数个地震反射子波组成的复合振动。

7．地震波速度及影响因素分析（1）三大岩类的速度变化规律，及各类岩土体的速度变化范围，速度大小体现岩土体的弹性性质。

地震波速度是表征地层弹性性质的重要参数，不同地质年代、不同成因和物质成分、不同结构构造的岩石，地震波速度不同，即使同样的岩性，由于沉积环境、沉积年代不同，岩石密度、孔隙度及充填物方面也会有很大变化，这就导致某一类岩石的速度可以在很大范围内变化（2）影响地震波速度的主要因素如裂隙、孔隙度：裂隙和孔隙度会使地震波速度减小，孔隙使衰减增大、振动周期变长；孔隙中充填物影响地震波速度；风化和破碎带均使速度降低；埋深越大，年带越老，速度越大。

第二章地震波的时距曲线通过本章的学习，应明确地震记录图的形成，同相轴的概念，相同相位点的连线形成同相轴。

将地震波的旅行时间t与炮检距x的关系曲线称时距曲线。

地震勘探正反演的概念，掌握不同类形的地质体的反射波和折射波时距曲线的特征。

1. 反射波的时距曲线(1) 反射波时距曲线在x-t 坐标系是双曲线，其极小点在炮点正上方；(2) 反射波时距曲线在x2-t2坐标系是直线，利用直线的斜率可求界面上方介质的速度；(3) 正常时差的近似表达式是(4) 倾斜界面反射波时距曲线是双曲线(5) 时距曲线的极小点向上倾方向偏移2hsinϕ;(6)倾角时差（界面倾斜引起的单位距离的时间差）为∆t d/∆x，其中∆x为排列长度的一半，∆t d是炮点两端距离为∆x的两点的时间差；(7) 均方根速度：(8) 弯曲界面的反射波时距曲线，凹界面时，由于聚焦作用，时距曲线比平界面时要（9）界面曲率大时，形成回转波。

（10）绕射波时距曲线是双曲线，双曲线的极小点在绕射点的正上方；（11）对同一绕射点，不同激发点产生的双曲线相互平行；（12）绕射波时距曲线比相同深度的反射波时距曲线陡；（13）全程多次反射波时距曲线是双曲线；全程多次反射波时距曲线比相同t0的一次反射波时距曲线陡；（14）多同一接收点，多次波的正常时差比相同t0的一次反射波的正常时差大。

（15）对同一界面，多次反射波的t0时间是一次波的整数倍，这是区分多次波的t0标志。

2．折射波的时距曲线（1）单一界面的折射波时距曲线是斜率为1/v2的直线；（2）根据t0的表达式，可以反演界面深度z（3）多层结构的折射波时距曲线是多条斜率不同、互相交叉的直线；各时距曲线的斜率是各层波速的倒数；（4）应用直达波时距曲线的斜率倒数求表层介质的速度（5）对弯曲界面时距曲线的形成作定性分析。

第三章地震勘探野外数据采集技术及方法通过本章学习，掌握地震野外工作方法、参数选择技术、掌握多次覆盖观测系统、纵向和横向分辨率的概念，了解组合法和水平叠加法压制干扰波的特点。

1．有效波和干扰波（1）有效波和干扰波是相对的，把能够解决某一特定地质问题的波称为有效波，而一切妨碍有效波识别的其它波称之为干扰波。

（2）规则干扰波主要包括面波、声波、工业电干扰、虚反射及多次反射。

（3）各种干扰波的特点，面波频率低速度小，能量大，这是与有效波的主要区别；而声波速度低、频率高、波形尖锐；多次反射与一次反射特征相似，可由t0标志识别。