應(yīng)用地球物理概論地震勘探應(yīng)用地球物理概論地震勘探第一部分地震勘探定義：以介質(zhì)的彈性差異為基礎(chǔ)，觀測(cè)和研究人工激發(fā)的地震波在介質(zhì)中的傳播特性，以解決地質(zhì)問(wèn)題的一種勘探方法。介質(zhì)——人工激發(fā)——地震波——傳播特性建立模型波的類(lèi)型波的特性動(dòng)力學(xué)原理——介質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)運(yùn)動(dòng)學(xué)原理——波前的時(shí)空關(guān)系——解決地質(zhì)問(wèn)題兩大原理：動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)原理激發(fā)方式第一部分地震勘探定義：以介質(zhì)的彈性差異為基礎(chǔ)，觀測(cè)和研究地震勘探的兩大原理波的運(yùn)動(dòng)學(xué)原理以波在介質(zhì)中傳播的空間和時(shí)間的關(guān)系來(lái)研究目標(biāo)體的幾何形態(tài)t1t2xV=2*x/(t2-t1)波的動(dòng)力學(xué)原理以波在介質(zhì)中傳播的頻率/振幅/衰減特性來(lái)研究目標(biāo)體的結(jié)構(gòu)性質(zhì)地震勘探的兩大原理波的運(yùn)動(dòng)學(xué)原理以波在介質(zhì)中傳播的空間和時(shí)3一、地震波的動(dòng)力學(xué)原理1、地震地質(zhì)模型2、震源的激發(fā)方式3、地震波的基本類(lèi)型4、地震波的傳播5、地震勘探的地質(zhì)基礎(chǔ)一、地震波的動(dòng)力學(xué)原理1、地震地質(zhì)模型41、地震地質(zhì)模型地震勘探的研究對(duì)象：對(duì)于實(shí)際地下介質(zhì)，其巖石成分、性質(zhì)、空間分布結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜。作為對(duì)自然科學(xué)的一種研究方法，一般總是從某些物理假設(shè)出發(fā)，將問(wèn)題簡(jiǎn)化、理想化，使研究問(wèn)題由簡(jiǎn)到繁，由易到難，由理想到實(shí)際逐步深化。因此，需要建立各種各樣的地質(zhì)模型。地震勘探工作一般在沉積巖地區(qū)進(jìn)行。沉積巖相對(duì)具有巖性穩(wěn)定、橫向變化緩慢、成層性好的特點(diǎn)。但由于受長(zhǎng)期地殼運(yùn)動(dòng)的影響，使地層出現(xiàn)褶皺、斷裂、剝蝕及風(fēng)化等復(fù)雜地質(zhì)現(xiàn)象，使問(wèn)題復(fù)雜化。因此，必須根據(jù)地質(zhì)介質(zhì)的性質(zhì)、結(jié)構(gòu)、形狀等特征，在不同的條件下建立一些相應(yīng)的地質(zhì)模型，使問(wèn)題得以簡(jiǎn)化。1、地震地質(zhì)模型地震勘探的研究對(duì)象：對(duì)于實(shí)際地下介質(zhì)，其巖石51）理想彈性和粘彈性介質(zhì)模型可歸納為四種按固體的力學(xué)性質(zhì)（指在外力作用下的固體形變特征）可將固體分成彈性和塑性?xún)深?lèi)。任何一種固體，受外力的作用后其內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)就會(huì)產(chǎn)生相互位置的變化，使固體的體積大小和形狀發(fā)生改變（統(tǒng)稱(chēng)形變）。外力取消后，由于內(nèi)力作用，使固體恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)，這種特性稱(chēng)為彈性；這個(gè)物體稱(chēng)為理想彈性體；反之，固體還處于受外力時(shí)的狀態(tài)，稱(chēng)之為理想塑性體；在實(shí)際工作中發(fā)現(xiàn)，波在實(shí)際巖層中傳播時(shí)，介質(zhì)對(duì)地震波有吸收作用，吸收了激發(fā)脈沖波的某些頻率成份，使其能量損耗，因此，巖土固體既有彈性，又表現(xiàn)出象粘性流體那樣的粘性，稱(chēng)這樣的介質(zhì)為粘彈性介質(zhì)。1）理想彈性和粘彈性介質(zhì)模型可歸納為四種按固體的力學(xué)62）各向同性和各向異性介質(zhì)模型（空間方向）凡彈性性質(zhì)與空間方向無(wú)關(guān)的固體，稱(chēng)為各向同性體，反之則稱(chēng)為各向異性體。巖石的彈性性質(zhì)的方向性取決于：礦物質(zhì)點(diǎn)的空間方向性；礦物質(zhì)點(diǎn)的排列結(jié)構(gòu)；巖石成份。2）各向同性和各向異性介質(zhì)模型（空間方向）凡彈性性質(zhì)73）均勻介質(zhì)、層狀介質(zhì)和連續(xù)介質(zhì)模型（空間位置）根據(jù)速度的空間分布規(guī)律，可以把固體介質(zhì)分為均勻介質(zhì)和非均勻介質(zhì)兩大類(lèi)。速度值不隨空間坐標(biāo)而變的介質(zhì)定義為均勻介質(zhì)。反之，若速度是空間坐標(biāo)的函數(shù)，則稱(chēng)為非均勻介質(zhì)。在非均勻介質(zhì)中，介質(zhì)的性質(zhì)表現(xiàn)出成層性，即每一層的速度值是不變的，那么這種介質(zhì)為層狀介質(zhì)；波速是空間坐標(biāo)的連續(xù)函數(shù)，這種介質(zhì)定義為連續(xù)介質(zhì)。V=V(X,Y,Z)3）均勻介質(zhì)、層狀介質(zhì)和連續(xù)介質(zhì)模型（空間位置）根據(jù)84）單向介質(zhì)和雙向介質(zhì)模型建立模型時(shí)只考慮單一相態(tài)的介質(zhì)稱(chēng)為單向介質(zhì)。但是實(shí)際上許多巖石往往由兩部分組成，一部分是構(gòu)成巖體的骨架，稱(chēng)為基質(zhì)，另一部分是由各種流體（或氣體）充填的孔隙。由于波經(jīng)過(guò)巖石基質(zhì)和流體空隙傳播的速度是不一樣的，因此從波傳播的角度講，這種巖石是由兩種相態(tài)構(gòu)成的，稱(chēng)這種巖石為雙向介質(zhì)。4）單向介質(zhì)和雙向介質(zhì)模型建立模型時(shí)只考慮單一相態(tài)的9一、地震波的動(dòng)力學(xué)原理1、地震地質(zhì)模型2、震源的激發(fā)方式3、地震波的基本類(lèi)型4、地震波的傳播5、地震勘探的地質(zhì)基礎(chǔ)一、地震波的動(dòng)力學(xué)原理1、地震地質(zhì)模型102、震源的激發(fā)方式A、錘擊震源瞬態(tài)激發(fā)震源錘、可控震源B、雷管和炸藥震源

大能量，用于較深層工程地震勘探，主要是用于石油天然氣勘探C、地震震源槍類(lèi)似獵槍配專(zhuān)用子彈，射釘槍D、電火花震源

充電成高壓，然后瞬時(shí)放電，主要用于水上和井中地震勘探E、超磁致伸縮震源稀土材料的磁致伸縮性能，岳陽(yáng)奧成科技2、震源的激發(fā)方式A、錘擊震源11射釘槍磁致伸縮震源炸藥磅錘射釘槍磁致伸縮震源炸藥磅錘12可控震源國(guó)產(chǎn)：原BGP特車(chē)廠KZ-28震動(dòng)出力284KN進(jìn)口：IVI,I/O,Sercel(Mertz):震動(dòng)出力276kn可控震源國(guó)產(chǎn)：原BGP特車(chē)廠KZ-28震動(dòng)出力284KN13從加拿大引進(jìn)的ARKTOS

水陸兩棲氣槍震源系統(tǒng)—BOLT長(zhǎng)命槍從加拿大引進(jìn)的ARKTOS

水陸兩棲氣槍震源系統(tǒng)—BOLT14陸地氣槍BOLT公司全球唯一的陸地氣槍設(shè)備供應(yīng)商陸地氣槍BOLT公司全球唯一的陸地氣槍設(shè)備供應(yīng)商15勝利物探氣槍震源系統(tǒng)勝利70126支Sleeve槍?zhuān)瑲鈽尶側(cè)莘e1640立方英寸工作壓力：2000psi槍陣峰值：85.4barm勝利70328支BOLT-2800槍?zhuān)瑲鈽尶側(cè)莘e2070立方英寸工作壓力：2000psi槍陣峰值：85.4barm勝利物探氣槍震源系統(tǒng)勝利701勝利70316一、地震波的動(dòng)力學(xué)原理1、地震地質(zhì)模型2、震源的激發(fā)方式3、地震波的基本類(lèi)型4、地震波的傳播5、地震勘探的地質(zhì)基礎(chǔ)一、地震波的動(dòng)力學(xué)原理1、地震地質(zhì)模型173、地震波的基本類(lèi)型在外力的作用下，彈性介質(zhì)中存在兩種獨(dú)立擾動(dòng)。脹縮力的擾動(dòng)對(duì)應(yīng)，即介質(zhì)中產(chǎn)生了體積形變，體積形變的傳播形成縱波；旋轉(zhuǎn)力的擾動(dòng)對(duì)應(yīng)，介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)產(chǎn)生了旋轉(zhuǎn)形變（切應(yīng)變），切應(yīng)變的傳播形成橫波。此外，還有沿自由表面?zhèn)鞑サ拿娌?。下面討論各種波的形成及傳播特點(diǎn)。為考慮問(wèn)題方便，假設(shè)介質(zhì)為均勻各向同性介質(zhì)，則其彈性參數(shù)具有球?qū)ΨQ(chēng)性，因此，可用球面坐標(biāo)系來(lái)討論問(wèn)題。球面坐標(biāo)系與直角坐標(biāo)系的關(guān)系為：3、地震波的基本類(lèi)型在外力的作用下，彈181縱波（P波、脹縮波、疏密波、壓縮波）（特點(diǎn)）

Longitudinalwave/P-Wave/PrimaryWave/CompressionalWave/DilatationalWave

⑴縱波位移表達(dá)式在球面坐標(biāo)（r,α,β）系中，縱波的波動(dòng)方程可表示為：地震勘探-應(yīng)用地球物理概論-課件-19針對(duì)均勻各向同性介質(zhì)中的點(diǎn)震源產(chǎn)生的縱波，位移位只是r和t的函數(shù)，即因此，令，便得到著名的弦方程（EquationofString）：其通解為：達(dá)朗貝爾解針對(duì)均勻各向同性介質(zhì)中的點(diǎn)震源產(chǎn)生的縱波，位移位只是r和20其中C1、C2為任意函數(shù)。

C1代表發(fā)散波，而C2表示會(huì)聚波，與實(shí)際情況不符，是不存在的波，因此：

C1是一般解，是一個(gè)與震源的性質(zhì)相關(guān)的抽象函數(shù)。對(duì)于不同類(lèi)型的震源，有不同的結(jié)果。不失一般性，假設(shè)震源為點(diǎn)震源，其震源強(qiáng)度函數(shù)，則可得出縱波位移表達(dá)式：式中：；為單位向量；為位移的位函數(shù)；為縱波傳播速度。其中C1、C2為任意函數(shù)。21(2)

質(zhì)點(diǎn)位移方向與的方向一致，即質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與波的傳播方向一致。因此，縱波又稱(chēng)為線(xiàn)性極化波(LinearlyPolarizedWave)。由于有正有負(fù)，因此在縱波擾動(dòng)帶內(nèi)將會(huì)間隔出現(xiàn)膨脹帶和壓縮帶，所以又稱(chēng)為疏密波或壓縮波；(2)質(zhì)點(diǎn)位移方向與的方向一致，即質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與22(3)

縱波的傳播速度：(4)

當(dāng)一定時(shí)，質(zhì)點(diǎn)位移取定于離震源的距離、震源強(qiáng)度函數(shù)及其變化率；(5)

振動(dòng)強(qiáng)度隨傳播距離增大而減小，這一現(xiàn)象稱(chēng)球面擴(kuò)散。(SphericalDivergence/SphericalSpreading)(3)縱波的傳播速度：(SphericalDiverge232橫波（剪切波、S波，包括SH和SV波）（特點(diǎn)）

TransverseWave/ShearWave/S-Wave⑴橫波位移表達(dá)式同樣地，假設(shè)震源為點(diǎn)震源，其震源強(qiáng)度函數(shù)為，則可得出球坐標(biāo)系下得橫波位移表達(dá)式：2橫波（剪切波、S波，包括SH和SV波）（特點(diǎn)）⑴橫波24(2)橫波在傳播方向上的質(zhì)點(diǎn)位移，而在垂直于傳播方向的α和β方向上具有位移，說(shuō)明橫波質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)方向與傳播方向正交。橫波也是線(xiàn)性極化波。振動(dòng)方向?yàn)樗綍r(shí)稱(chēng)SH波，振動(dòng)方向?yàn)榇怪睍r(shí)稱(chēng)SV波。

SH-Wave(HorizontallyPolarizedShearWave)SV-Wave(VerticallyPolarizedShearWave)(2)橫波在傳播方向上的質(zhì)點(diǎn)位移，而在垂直于傳播方向25(3)橫波的傳播速度：(4)振動(dòng)強(qiáng)度決定于旋轉(zhuǎn)激發(fā)力的強(qiáng)度。(5)

橫波同樣具有球面擴(kuò)散特征。(6)

在液體和氣體中，由于，所以不存在橫波。(7)

根據(jù)可以求泊松比：由此可見(jiàn)，的取值范圍為。一般巖石可看作泊松固體，即，此時(shí)，，可見(jiàn)橫波速度＜縱波速度，即橫波傳播得比縱波慢一些，這就是為什么當(dāng)?shù)卣鸢l(fā)生后，往往會(huì)感覺(jué)到兩次強(qiáng)烈震動(dòng)的原因。

(3)橫波的傳播速度：26地震勘探-應(yīng)用地球物理概論-課件-27(8)

只要測(cè)出，便可計(jì)算其它彈性模量值：用這種方法測(cè)得的彈性摸量稱(chēng)為動(dòng)態(tài)彈性模量，而實(shí)驗(yàn)室內(nèi)通過(guò)土工實(shí)驗(yàn)測(cè)得的則稱(chēng)為靜態(tài)彈性模量。DynamicStatic(8)只要測(cè)出，便可計(jì)算其它彈性模量值：Dyna283面波SurfaceWave（Rayleigh波、Love波）（特點(diǎn)）

除體波外，還有另一類(lèi)波，從能量上講，它們只分布在彈性分界面附近，因此，統(tǒng)稱(chēng)為面波，如Rayleigh波和Love波。Ａ瑞雷波（Rayleigh波，又稱(chēng)地滾波GroundRoll）一種在自由表面（空氣與地球表面形成的彈性分界面）附近大約一個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)傳播的波。由英國(guó)學(xué)者Rayleigh于1887年在理論上首先證明出來(lái)而得名。具有以下特點(diǎn)：⑴質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)軌跡沿與波傳播方向成反方向的橢圓軌道運(yùn)動(dòng)，即沿逆時(shí)針?lè)较虻臋E圓軌跡運(yùn)動(dòng)，因此它是橢圓極化波；FreeSurfaceTheDirectionofPropagationEllipticallyPolarizedWave3面波SurfaceWave（Rayleigh波、Lo29地震勘探-應(yīng)用地球物理概論-課件-30⑵這種橢圓軌跡是由相位相差的兩個(gè)相互垂直的振動(dòng)分量合成而得；(3)

振動(dòng)能量沿垂直方向衰減快，而沿水平方向（近似于傳播方向）衰減慢。因此只在地表附近一個(gè)波長(zhǎng)范圍內(nèi)傳播。由于體波球面擴(kuò)散時(shí)，而Rayleigh波，所以，在遠(yuǎn)離震源時(shí)，面波能量往往強(qiáng)于體波能量，這就是稱(chēng)之為地滾波的由來(lái)(又稱(chēng)掃帚波)；⑵這種橢圓軌跡是由相位相差的兩個(gè)相互垂直的振動(dòng)分量合31(4)

傳播速度：由Rayleigh方程求解該方程得：例如：0.250.330.400.50

0.92

0.933

0.943

0.956(4)傳播速度：由Rayleigh方程例如：0.250.332一般土的泊松比，因此，可以近似看作，即可通過(guò)計(jì)算面波速度而近似獲得橫波速度。⑸在非均勻表層介質(zhì)中存在頻散現(xiàn)象(ThePhenomenonofFrequencyDispersion)，即波速是頻率的函數(shù)。利用這一特征可從事工程勘察，即面波勘探。Ｂ勒夫波（Love波）是一種類(lèi)似于SH型的面波，質(zhì)點(diǎn)在水平方向振動(dòng)并垂直于波的傳播方向，屬線(xiàn)性極化波；存在于表層內(nèi)部和下層的界面附近，其形成條件是：上部地層＜下部地層

這種波的能量往往比較弱（尤其當(dāng)用垂直檢波器檢測(cè)時(shí)），因此很少討論。與之相反，Rayleigh波的振動(dòng)橢圓軌跡的長(zhǎng)軸在垂直方向，所以，垂直檢波器很容易檢測(cè)到它的存在。一般土的泊松比33

有效波──工作時(shí)用來(lái)解決測(cè)區(qū)地質(zhì)任務(wù)的波；

干擾波──有礙于提取并識(shí)別有效波的其它波。有效波與干擾波的概念是相對(duì)的。但有些干擾波（如隨機(jī)干擾、工業(yè)電干擾等）絕對(duì)屬于干擾波，是必須去除或壓制的，從而發(fā)展了很多相應(yīng)的數(shù)字處理技術(shù)去壓制它們。信噪比(S/N)定義為：有效信號(hào)強(qiáng)度/干擾信號(hào)強(qiáng)度。4有效波與干擾波SignificantWave&Interference/NoiseSignaltoNoiseRatio有效波──工作時(shí)用來(lái)解決測(cè)區(qū)地質(zhì)任務(wù)的波；4有效波34一、地震波的動(dòng)力學(xué)原理1、地震地質(zhì)模型2、震源的激發(fā)方式3、地震波的基本類(lèi)型4、地震波的傳播5、地震勘探的地質(zhì)基礎(chǔ)一、地震波的動(dòng)力學(xué)原理1、地震地質(zhì)模型354、地震波的傳播1）波前與波前原理從點(diǎn)震源激發(fā)的零時(shí)刻開(kāi)始，地震波由近及遠(yuǎn)向外傳播。對(duì)于某個(gè)固定時(shí)刻，介質(zhì)中質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)將形成三個(gè)區(qū)域：振動(dòng)結(jié)束區(qū)域、擾動(dòng)區(qū)域、振動(dòng)未到區(qū)域。

以均勻各向同性介質(zhì)中的點(diǎn)震源為例，其球面波傳播示意圖為：Wavefront4、地震波的傳播1）波前與波前原理從點(diǎn)震源36波前面（波前）──某一時(shí)刻，介質(zhì)中剛剛開(kāi)始振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)所連成的面。波尾面（波尾）──某一時(shí)刻，介質(zhì)中剛剛停止振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)所連成的面。振動(dòng)帶──波前與波尾之間的介質(zhì)區(qū)域。此時(shí)，其中所有質(zhì)點(diǎn)正處于振動(dòng)狀態(tài)。等相位面──某一時(shí)刻，具有相同相位狀態(tài)的質(zhì)點(diǎn)所連成的面。顯然，波前面和波尾面都是特殊的等相位面。平面波──隨著球面波前的進(jìn)一步擴(kuò)大，當(dāng)擴(kuò)大到非常大時(shí)，可以把球面上的局部近似看成平面。這就是到以后可將遠(yuǎn)離點(diǎn)震源的波作為平面波來(lái)研究的原因。WavefrontWavetailVibrationZoneIsophase/Equiphase/ConstantPhasePlaneWave波前面（波前）──某一時(shí)刻，介質(zhì)中剛剛開(kāi)始振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)所連成的37惠更斯原理（波前原理）──在彈性介質(zhì)中，已知時(shí)刻的波前，求時(shí)刻的波前時(shí)，可將原時(shí)刻的波前面上的每個(gè)質(zhì)點(diǎn)看作新的震源，新震源以傳播形成一系列圓圈，所有這些圓圈的包絡(luò)就是時(shí)刻新的波前的位置。

惠更斯原理同時(shí)適用于均勻和非均勻介質(zhì)。盡管如此，但在作圖時(shí)應(yīng)注意：對(duì)于均勻介質(zhì)，所有子圓的大小都相同；而對(duì)于非均勻介質(zhì)，由于波前面上各質(zhì)點(diǎn)處的速度不一樣，所以，各子圓的大小也將發(fā)生變化。ChristiaanHuygens,1629～1695,1678

惠更斯原理（波前原理）──在彈性介質(zhì)中，已知時(shí)刻的波前，382）射線(xiàn)與射線(xiàn)原理射線(xiàn)──是用來(lái)表示波的傳播路徑與方向的幾何線(xiàn)。射線(xiàn)原理（費(fèi)馬原理）──波動(dòng)總是沿傳播時(shí)間最小的路徑傳播，這些路徑就是射線(xiàn)。也就是說(shuō)，波動(dòng)沿射線(xiàn)路徑傳播比沿其它路徑傳播所需的時(shí)間要小，因此，射線(xiàn)原理也稱(chēng)為最小時(shí)間原理。射線(xiàn)肯定是垂直波前面的。

均勻介質(zhì)中，射線(xiàn)為直線(xiàn)；均勻?qū)訝罱橘|(zhì)中，射線(xiàn)滿(mǎn)足斯奈爾定律（以后講），即波沿滿(mǎn)足斯奈爾定律的路徑傳播時(shí)所用時(shí)間最小。同時(shí)，折射波的存在也有力地說(shuō)明了費(fèi)馬原理。P.deFermat,1601～1665,1657Ray

LeastTimePrinciple2）射線(xiàn)與射線(xiàn)原理射線(xiàn)──是用來(lái)表示波的傳播路徑與方向的幾393）視速度與視速度定理地震波是沿射線(xiàn)路徑傳播的，因此，要想獲得地震波的真實(shí)速度，就必須沿射線(xiàn)路徑觀測(cè)。然而，實(shí)際工作中，人們只能沿測(cè)線(xiàn)（往往布置在地面）觀測(cè)，所以，所觀測(cè)（或感受）到的速度不是真速度，而是視速度。真速度V──沿射線(xiàn)方向估計(jì)出的波的傳播速度。出射角α──射線(xiàn)與地面法線(xiàn)之間的夾角。視速度──由于觀測(cè)方向偏離射線(xiàn)方向，此時(shí)，由觀測(cè)數(shù)據(jù)估計(jì)出的波的傳播速度將不等于真速度，而稱(chēng)為視速度。ApparentVelocityTheorem

IncidentAngleEmergenceAngle3）視速度與視速度定理地震波是沿射線(xiàn)路徑傳播的，因40視速度定理：表明視速度與真速度之間關(guān)系的表達(dá)式。

視速度不僅與客觀因素（介質(zhì)的波速）有關(guān)，而且與主觀因素（測(cè)線(xiàn)位置）有關(guān)。如果沿波前面觀測(cè)，視速度將趨于∞，即。4）地震波的反射、透射與折射

在彈性分界面處，產(chǎn)生反射、透射和折射是波動(dòng)的共性。下面討論地震波在什么條件下才會(huì)發(fā)生反射、透射及折射。視速度定理：表明視速度與真速度之間關(guān)系的表達(dá)式。視41斯奈爾定律（Snell’sLaw）Snell定律的描述：①入射線(xiàn)、反射線(xiàn)、透射線(xiàn)在同一平面內(nèi)（即射線(xiàn)平面）；②入射角=反射角③透射角取決于入射角和界面上、下介質(zhì)的波速比值，即：斯奈爾定律（Snell’sLaw）Snell定律的描述：42一、地震波的動(dòng)力學(xué)原理1、地震地質(zhì)模型2、震源的激發(fā)方式3、地震波的基本類(lèi)型4、地震波的傳播5、地震勘探的地質(zhì)基礎(chǔ)一、地震波的動(dòng)力學(xué)原理1、地震地質(zhì)模型43影響地震勘探地質(zhì)效果的三個(gè)因素:●

測(cè)區(qū)地表及地下地質(zhì)情況。尤其是勘探對(duì)象與圍巖的彈性差異是否明顯；●

所選用的方法、技術(shù)是否正確；●

儀器設(shè)備與施工質(zhì)量（包括野外數(shù)據(jù)采集、資料處理方法、流程以及解釋水平的高低）。

其中，彈性差異因素是前提條件，而波速則可以反映地下介質(zhì)的彈性，所以，首先需要了解影響巖、土波速的因素。5、地震勘探的地質(zhì)基礎(chǔ)影響地震勘探地質(zhì)效果的三個(gè)因素:5、地震勘探的地質(zhì)基礎(chǔ)44一、影響巖、土波速的因素1)巖性不同巖性的地層常表現(xiàn)出不同的波速。因此，波速可將地質(zhì)模型與物理模型聯(lián)系起來(lái)。一般地，A.變質(zhì)巖、花崗巖、玄武巖的波速較大；B.沉積巖波速變化范圍大。如石灰?guī)r、大理巖(統(tǒng)稱(chēng)為碳酸巖)的波速大，而泥質(zhì)巖及未成巖的第四紀(jì)地層的波速相對(duì)小。因各種巖性的波速存在一定差異，所以，結(jié)合鉆探標(biāo)定，可以利用測(cè)得的地震波速來(lái)區(qū)分巖性。一、影響巖、土波速的因素1)巖性不同巖性的地層常表45巖石名稱(chēng)Vp(km/s)巖、土名稱(chēng)Vp(km/s)變質(zhì)巖3.4-6.5頁(yè)巖2.5-4.8花崗巖4.5-6.5泥巖1.6-2.8玄武巖4.5-8.0干砂、砂礫0.2-0.8沉積巖1.6-6.0砂質(zhì)粘土0.3-0.5石灰?guī)r2.5-6.1濕砂0.6-0.8砂巖2.1-4.5水下砂礫層1.45-2.4

表1.2

部分巖、土的縱波波速巖石名稱(chēng)Vp(km/s)巖、土名稱(chēng)Vp(km/s)變質(zhì)巖3.462)孔隙度、裂隙、密度及孔隙充填物●孔隙度──孔隙總體積占整個(gè)體積的百分?jǐn)?shù)。一般致密巖石的孔隙度小，松散巖石的孔隙度大。●孔隙中一般的充填物有：氣體、液體、淤泥、雜質(zhì)等。地震波在巖石中傳播時(shí)，是在這種雙向介質(zhì)中傳播的，其速度是其體積加權(quán)平均后的結(jié)果。2)孔隙度、裂隙、密度及孔隙充填物●孔隙度──孔隙總體47設(shè)、分別表示骨架和充填物的波速，為孔隙度，則測(cè)得的波速應(yīng)為。平均時(shí)間方程同樣地，密度。由于，所以，隨著孔隙度的增大，測(cè)得的波速將下降。充填物不同，使得不同，所以測(cè)得的波速也不同。

另：一般來(lái)講，與基本呈正比例關(guān)系。也就是說(shuō)，若巖石的密度增大，則速度也將相應(yīng)地增大。經(jīng)驗(yàn)公式（Gardner,伽納公式）：，其中，，的單位為km/s。設(shè)、分別表示骨架和充填物的波速，為孔隙度48

平均時(shí)間方程說(shuō)明：波在巖石中的傳播時(shí)間，是巖石骨架和充填介質(zhì)中波傳播所用時(shí)間的總和。

該方程只適用于巖層孔隙中只有油、氣或水一種流體，并且流體壓力與巖石壓力相等的情況。

由該式可以計(jì)算波傳播的速度與孔隙度理論曲線(xiàn)。平均時(shí)間方程說(shuō)明：波在巖石中的傳播時(shí)間，是巖49不同巖石密度與速度關(guān)系曲線(xiàn)不同巖石密度與速度關(guān)系曲線(xiàn)503)風(fēng)化、破碎程度風(fēng)化使巖體礦物變異，原生結(jié)構(gòu)遭到破壞。一般風(fēng)化和破碎將導(dǎo)致速度降低。表1.3長(zhǎng)江三峽壩區(qū)結(jié)晶巖中風(fēng)化帶的波速風(fēng)化帶全風(fēng)化強(qiáng)風(fēng)化弱風(fēng)化上帶弱風(fēng)化下帶微風(fēng)化與新鮮巖體波速Vp(km/s)0.5-1.51.5-3.02.5-5.04.5-5.55.0-5.853)風(fēng)化、破碎程度風(fēng)化使巖體礦物變異，原生結(jié)構(gòu)遭到514)其它因素影響地震波速度的因素很多，是綜合影響。這其中還有：●地質(zhì)年代；●埋深；●靜壓力等。

埋深使靜壓力增大，從而使得巖石的壓實(shí)程度提高，波速增大。4)其它因素影響地震波速度的因素很多，是綜合影響。52與巖層埋藏深度的關(guān)系：

在巖石性質(zhì)和地質(zhì)年代等相同的條件下，地震波的速度隨巖石埋藏深度的增加而增大。因?yàn)?，巖石埋藏越深，年代越久，承受上覆地層壓力和時(shí)間越長(zhǎng)，強(qiáng)度越大。

但當(dāng)巖石的埋藏深度增加到一定數(shù)值后，速度隨深度的增加就不明顯了，速度隨深度增大的垂直梯度淺部大于深部。與巖層埋藏深度的關(guān)系：53二、地震波的運(yùn)動(dòng)學(xué)原理1、地震勘探方法的分類(lèi)2、理論時(shí)距曲線(xiàn)二、地震波的運(yùn)動(dòng)學(xué)原理1、地震勘探方法的分類(lèi)541、地震勘探方法的分類(lèi)EarthquakeSeismic莫霍面，地殼結(jié)構(gòu)工程地質(zhì)資源勘察1、地震勘探方法的分類(lèi)EarthquakeSeismi55反射波法：不受速度場(chǎng)限制；主要應(yīng)用于中、深層；分辨能力高。信息量非常豐富，主要用于沉積巖地區(qū)反射波法：不受速度場(chǎng)限制；主要應(yīng)用于中、深層；分辨能力高。信56折射波法：條件是下部地層波速大于上部地層波速；主要用于表層。信息量欠缺，但可提供分層速度折射波法：條件是下部地層波速大于上部地層波速；主要用于表層。57面波法：條件是自由表面附近介質(zhì)非均勻；主要用于表層分層及計(jì)算表層介質(zhì)的橫波速度、荷載強(qiáng)度；分辨能力較強(qiáng)。面波法：條件是自由表面附近介質(zhì)非均勻；主要用于表層分層及計(jì)算58透射波法：內(nèi)部洞察，優(yōu)點(diǎn)多多，能力最高，工藝復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)困難。利用的是透射波透射波法：內(nèi)部洞察，優(yōu)點(diǎn)多多，能力最高，工藝復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)困難。59地震記錄的形式（以反射觀測(cè)系統(tǒng)為例）地震記錄的形式（以反射觀測(cè)系統(tǒng)為例）60二、地震波的運(yùn)動(dòng)學(xué)原理1、地震勘探方法的分類(lèi)2、理論時(shí)距曲線(xiàn)二、地震波的運(yùn)動(dòng)學(xué)原理1、地震勘探方法的分類(lèi)611、理論時(shí)距曲線(xiàn)幾個(gè)重要概念：初至波初至（時(shí)刻）續(xù)至波

地震記錄X（檢波器安裝相對(duì)位移）初至波續(xù)至波初至（時(shí)刻））T（時(shí)間）12345678排列1、理論時(shí)距曲線(xiàn)幾個(gè)重要概念：X（檢波器安裝相對(duì)位移）初至621）直達(dá)波的理論時(shí)距曲線(xiàn)

直達(dá)波包括：縱波，橫波，空氣聲波、面波

一條直線(xiàn)——表明地表均勻；否則，有跳變——一種檢測(cè)方法（如近地表下面隱伏裂縫）TXΔT系統(tǒng)延時(shí)直達(dá)波1）直達(dá)波的理論時(shí)距曲線(xiàn)一條直線(xiàn)——表明地表均勻；TXΔT系632）折射波理論時(shí)距曲線(xiàn)（1）水平界面的時(shí)距曲線(xiàn)

兩層介質(zhì)：當(dāng)V2為無(wú)窮大時(shí)，折射波t0等于反射波的t0XKAGEROiBFt0xxCCMDhi直達(dá)波折射波2）折射波理論時(shí)距曲線(xiàn)（1）水平界面的時(shí)距曲線(xiàn)64三層介質(zhì)：多層介質(zhì)：三層介質(zhì)：65上行波下行波地面介質(zhì)一介質(zhì)二（2）傾斜界面時(shí)距曲線(xiàn)出現(xiàn)了上傾時(shí)距曲線(xiàn)方程和下傾時(shí)距曲線(xiàn)方程正是利用相遇時(shí)距曲線(xiàn)“差異”，解釋地層性狀。iφφh1h2*零視速度和負(fù)視速度現(xiàn)象*“互換時(shí)”概念互換時(shí)上行波下行波地面介質(zhì)一（2）傾斜界面時(shí)距曲線(xiàn)出現(xiàn)了上傾時(shí)距曲663）反射波時(shí)距曲線(xiàn)（1）水平界面的反射波時(shí)距曲線(xiàn)雙曲線(xiàn)方程：繪圖說(shuō)明，加深印象！3）反射波時(shí)距曲線(xiàn)（1）水平界面的反射波時(shí)距曲線(xiàn)雙曲線(xiàn)方程：67（2）傾斜界面時(shí)距曲線(xiàn)O’地面求解時(shí)距曲線(xiàn)上極小點(diǎn)坐標(biāo)TXO傾斜界面φhV1源虛源（2）傾斜界面時(shí)距曲線(xiàn)O’地面求解時(shí)距曲線(xiàn)上極小點(diǎn)坐標(biāo)TXO68（3）多層界面時(shí)距曲線(xiàn)Vi,hiV2,h2V1,h1TXO1）以斯奈爾定律為入射、反射、透射波基礎(chǔ)；2）反射波是雙層走時(shí)；3）總的走時(shí)是各層走時(shí)之和。4）均方根速度：（3）多層界面時(shí)距曲線(xiàn)Vi,hiV2,h2V1,h1T69三、野外數(shù)據(jù)采集1、儀器設(shè)備2、測(cè)線(xiàn)設(shè)計(jì)3、觀測(cè)系統(tǒng)三、野外數(shù)據(jù)采集1、儀器設(shè)備701、儀器設(shè)備1）淺層地震儀器信號(hào)調(diào)理（放大、濾波、補(bǔ)償?shù)鹊龋〢/D轉(zhuǎn)換（AnalogsignalstoData）硬件驅(qū)動(dòng)控制數(shù)據(jù)采集軟件外設(shè)（打印機(jī)、磁帶機(jī)、存儲(chǔ)器）電源信號(hào)傳輸電纜（覆蓋電纜）1、儀器設(shè)備1）淺層地震儀器71地震勘探-應(yīng)用地球物理概論-課件-72