地震波.ppt
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g.g.瞬时相位瞬时相位2.地震波地震波及其传播及其传播地震勘探示意图地震勘探示意图地震地震勘探是当前油气、煤炭勘探是当前油气、煤炭勘探中勘探中最最重要重要的一种方法。
它根据岩石弹性差异,研究的一种方法。
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通过介质的弹性、几何结构和形态不同而异,由异,由传播时间、速度传播时间、速度介质结构介质结构能量、频率、速度及其它特征能量、频率、速度及其它特征地层、岩性地层、岩性什么叫地震勘探?
什么叫地震勘探?
2.地震波及其传播地震波及其传播2.1地震波的生成、类型地震波的生成、类型2.2地震波传播的基本原理地震波传播的基本原理2.3地震波的能量与衰减地震波的能量与衰减2.4地震波的反射、透射和折射地震波的反射、透射和折射2.5菲涅耳带的概念菲涅耳带的概念2.6地震道的生成地震道的生成2.7煤层反射波煤层反射波2.1地震波的生成、类型地震波的生成、类型2.1.1地震波的生成地震波的生成2.1.2地震波的类型地震波的类型2.1.3地震波的波形图和波剖面图地震波的波形图和波剖面图2.1.4有效波与干扰波有效波与干扰波2.1.1地震波的生成地震波的生成什么叫地震波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:
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。
纵、横波同时激发纵、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的类型地震波一般认为是一类弹性波,是质点振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:
动在地质介质中的传播。
常分为以下三类:
纵波纵波Primarywave横波横波Shearwave面波面波Surfacewave它们具有不同的特点、以不同的速度、按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。
各自固有的规律在地质介质中传播。
地震波的类型地震波的类型表中,表中,、拉梅系数;拉梅系数;密度;密度;vPvSvR地震波地震波类型型形成机制形成机制质点振点振动方向方向速度速度纵波波Primarywave体体积形形变与与传播方向相同播方向相同横波横波Shearwave形状形形状形变与与传播方向垂直播方向垂直面波面波Surfacewave在界面附近,由在界面附近,由P、S波干涉波干涉形成,局限在形成,局限在界面附近界面附近传播播见后后vPvSvR(a)P波(b)SV波(c)SH波体波质点振动体波质点振动体波质点振动体波质点振动(a)P波(b)SH波(c)SV波体波体波质点振动质点振动面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+SH2.1.3地震波的波形图地震波的波形图激激发的地震波在的地震波在3D空空间传播,其振播,其振动对于对于1D的情况,的情况,波形波形图波形指某质点振动随时间变化的关系。
波形指某质点振动随时间变化的关系。
2.1.3地震波波剖面图地震波波剖面图波剖面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。
波的速度2.1.4有效波与干扰波有效波与干扰波有效波有效波通常包括:
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。
波场试验记录波场试验记录声波、面波折射-折射、微震各种地震波频谱特征各种地震波频谱特征地震波的频谱特征地震波的视速度特征有效波面波工业电浅层折射微震声波2.22.2地震波传播的基本原理地震波传播的基本原理2.2.1地震波前与射线地震波前与射线2.2.2地震波传播的基本原理地震波传播的基本原理1.惠更斯原理惠更斯原理2.费马原理费马原理3.叠加原理叠加原理4.互换原理互换原理2.2.1地震波前与射线地震波前与射线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。
波前、波尾、扰动带、射线波前、波尾、扰动带、射线震源球面波前与平面波前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地震勘探基本原理地震勘探基本原理惠更斯原理惠更斯原理Huygensprinciple费马原理费马原理Fermatsprinciple叠加原理叠加原理Superpositionprinciple互换原理互换原理Reciprocityprinciple惠更斯原理惠更斯原理Huygensprinciple惠更斯原理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。
V=cVcV1/V2t+ttttt+tt+t惠更斯原理惠更斯原理(续)(续)(续)(续)费马原理费马原理Fermatsprinciple费费马原理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。
叠加原理叠加原理SuperpositionprincipleSuperpositionprinciple叠加原理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。
互换原理互换原理ReciprocityprincipleReciprocityprinciple互换原理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。
特点特点在于其普遍性。
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。
应用应用面波的压制面波的压制大家知道面波的振幅(或能量)沿深度增加按指数迅速衰减;利用互换原理,加深震源,就可以有效压制所生成的面波。
折射(反射)波的互换,其互换时间相等(炮点与检波点互换时)。
2.3地震波的能量与衰减地震波的能量与衰减地震反射波的能量地震反射波的能量随着它在地下的随着它在地下的传播不断衰减,传播不断衰减,主要由四部分组主要由四部分组成:
成:
n几何发散几何发散n透射损失透射损失n反射损失反射损失n介质的吸收衰减介质的吸收衰减n散射等其它散射等其它地震波的能量和衰减地震波的能量和衰减能量密度能量密度球面几何发散球面几何发散吸收衰减吸收衰减吸收和扩散的相对重要性吸收和扩散的相对重要性能量密度能量密度波通过介质,产生与介质波动有关的能量。
能量密度能量密度定义:
单位体积内的能量。
能量=动能+势能。
质点振动过程中,动能与势能相互转换:
位移0,势能0,动能max;位移max,势能max,动能0。
总能量等于动能|max。
公式可见,能量密度与波的振幅和频率的平方成正比,与介质的密度成正比。
能量密度能量密度一个谐波在介质中传播,其体积的动能为则,单位体积内的动能是于是,谐波的能量密度为能流密度(能量强度)能流密度(能量强度)定义:
定义:
在单位时间内,垂直于波传播方向的单位面积上能量的通量。
计算:
沿波传播方向取一个小圆柱体,断面积为,长度为时间内传播的距离。
柱体内任意时刻,其总能量为,在时刻,柱内所有能量从柱体一端流出,则对于球面波,其波前从震源向外扩散,在对应、波前面上取面积、,单位时间内流过二面积的能量必定相等,总流通量是能量强度和面积的乘积。
因此有,最后得几何扩散几何扩散使球面波强度和能流密度都随距离的平方成反比衰减,或振幅与距离成反比衰减,这种现象称球面扩散。
平面波的能量不发散,所以其能量强度是常数。
能量比或能量强度比常用dB表示,有因为能量和能量强度与振幅的平方成反比,所以有实际地震波速度随深度增加,使得地震波扩散更快。
这时尽管波前已经不是球面了,却仍然使用“球面扩散”。
几何扩散几何扩散吸吸收收吸收吸收地震波在介质中传播时一部分能量转换为热能的过程。
吸收系数,衰减系数吸收系数,衰减系数如果振幅表达为它是振幅因吸收而岁距离指数衰减的因子。
它与频率有关,一般呈线性,有时呈平方关系。
吸收系数与介质的品质因子有如下关系品质因子定义岩石的值变化于50-300左右。
岩石的品质因子及吸收系数岩石的品质因子及吸收系数岩岩石石岩岩浆岩岩75l500.040.02沉沉积岩岩20l500.160.02含气岩石含气岩石5500.630.06吸收衰减与频率吸收衰减与频率地震波的吸收衰减与波前扩散衰减地震波的吸收衰减与波前扩散衰减设设设设频率频率Hz炮检距炮检距xl,m25050075010001500300010.0100.0270.0440.0610.0950.198100.1020.2730.4430.6410.9551.980250.2600.6801.1101.5302.3904.940500.5101.362.2203.0704.7709.890吸收吸收dB750.7602.0503.3204.6007.16014.8001001.0202.7304.4306.1409.55019.8001501.5304.0906.6509.20014.32029.7003003.0708.18013.30018.41028.64059.3205005.11013.64022.16030.68047.73098.860扩散扩散dBALL7.9613.9817.5020.0023.5029.50吸收和扩散的吸收和扩散的相对重要性和相对重要性和比较比较吸收和扩散作用的大小决定于地震波传播的距离和频率。
当频率较低、距离不大时,波前扩散比吸收作用大;随着频率升高、传播距离增加,吸收损失增大,最终变成能量损失的主要因素。
吸收使高频衰减,导致地震波形随距离变化,其谱的能量向低频移动。
随频率衰减的因素不止吸收,因此,地震波实际衰减的程度比这还要高。
2.4地震波的反射、透射和折射地震波的反射、透射和折射2.4.1斯奈尔定理斯奈尔定理Snellslaw2.4.2视速度定理视速度定理Apparentvelocity2.4.3反射波反射波Reflection2.4.4透过波透过波Refraction2.4.5折射波折射波Transmission2.4.1斯奈尔定理斯奈尔定理SnellslawSnellSnellslawslaw(反射、折射定理)(反射、折射定理)当地震波传播中遇当地震波传播中遇到弹性分界面,地震波到弹性分界面,地震波要产生反射与透射,它要产生反射与透射,它们服从们服从Snellslaw:
入射波入射波反射波反射波透射波透射波界面介质介质1.斯奈尔定理斯奈尔定理Snellslaw(续)(续)2.入射线、反射线、透入射线、反射线、透
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