地震勘探
3/5/20118:20:52 PM- 1 - 地 震 勘 探 只有有界面一一弹性分界面，才能产生反射、透射和折射等 现象，与此同时才能产生返回地面的反、折射波,地震勘探有中 深层和浅层地震勘探之分。前者用于石油、天然气、煤田的普查 和勘探中，勘探深度达几百米至几公里；后者用于水文、工程地 质，探测深度由几米至几百米。 一．弹性波知识 任何物体都有弹性和塑性，具有弹性形变和塑性形变，体积 形变称体变，形状形变称切变。在弹性限度内遵守虎克定律，表 征岩石弹性性质的参数有纵向杨氏弹性模量 E，泊松比 v，体积 压缩模量ｋ，以及与拉梅系数 u 完全相同的剪切模量 u。 弹性体形变一是压缩形变，一是剪切形变，经形变产生的波 即为压缩波和剪切波。因可在无限介质内传播，因此也称体波。 压缩波由体积形变引起，可以存在于固体、气体、液体介质 中，压缩波的特征是介质质点的振动方向和波的传播方向一致， 又称纵波。 剪切波由剪切形变引起，只存在于固体中，特征是介质质点 的振动方向垂直波的传播方向，又称横波。 以上为无限介质，若介质中有一分界面，即半无限空间，那 么靠近界面还有一种波一一面波。 固体与空气接触面产生的面波 称瑞雷面波。特征是： （1）表面传播，且只存在于地表某一深度 -1- 3/5/20118:20:52 PM- 2 - 范围内； （2）质点的振动只局限在沿波传播方向与界面垂直的平 面内，质点振动轨迹为椭圆； （3）波速约为横波速度的 0.9 倍。 弹性波受边界面的制导，出现很复杂的制导波。目前主要利用纵 波，但横波和瑞雷波在工程中研究岩体力学性质是很重要的。 纵波速度是横波速度 1.73 倍, 且在同一激发条件下纵波能 量比横波强很多, 波速可以作为岩石的分类依据, 矿物结晶颗 粒细结构致密的岩石,波速偏高；地质年代老,胶结好的波速偏 高；孔隙率增加波速下降；抗压强度随波速增大而增大；随风化 程度增加,岩石结构变疏松,波速降低。 二．地震波的动力学特点 （一）振动图和波剖面图 波的初至一质点从 t1 开始振动, 时刻 t1 称波的初至。 爆炸后从 t 时刻所有刚刚开始振动的点连成的曲面叫波前, 逐渐停止振动的点连成的曲面叫波尾或波后。 振动图只反映地面某一质点振动情况, 而波剖面图反映波 在传播中某一时刻整个介质振动分布情况。 （二）波的频谱 反射波能量主要在 30～60 赫兹频率内, 面波在低频 10～20 赫兹较强, 而微震包括地震波频率较大范围的宽频。 （三）波的吸收和散射 波前面扩大，能量密度减小振幅随距离而衰减，称为几何衰 减。波在非弹性介质中衰减比在弹性介质中大，由于介质非弹
性 -2- 3/5/20118:20:52 PM- 3 - 所引起的衰减现象称为吸收。密度大吸收弱，介质对高频吸收比 低频强，介质为不均匀体，产生绕射，各方向传播波，称散射。 散射结果，高频成分减少，跟吸收效果类似。 三．地震波的运动学特点 等时面和射线是时间场的两种表示方法， 波沿所需时间最短 的射线传播，称射线原理，也叫费马原理。 惠更斯原理一一介质中传播的波，其波前面上的每个点，都 可看作是波向各个方向传播的波源（点震源） 。元波前一一与原 波形状无关，称绕射。视速度。 四．地震勘探的基本原理 1．反射界面必须是波阻抗的分界面，波阻抗等于ρV，当存 在明显密度 ρ 异时才能形成分界面，差异愈大，反射波愈强， 由于沉积间断所形成的侵蚀面，经常是一个明显的波阻抗分界 面，因而是一个很好的反射界面。 2．透射波一一遇到分界面，入射波一部分反射，一部分进 入到第二介质中，改变原来入射波的传播方向，发生偏折现象， 形成透射波。 3．折射波一一当透射角为 90?时，透射波叫滑行波，滑行波 沿平行界面滑行，滑行波上每一振动质点可看作一新点震源，折 射波又称首波，是一簇平行线，第一条射线称始点，炮点至始点 （第一检波器）叫盲区。折射界面又叫速度界面，V2 大于 V1， 才能形成反、折射波。 -3- 3/5/20118:20:52 PM- 4 - 4．有效和干扰波是相对的，作反射则折射是干扰，反之亦 然。在反射勘探中，危害最大的干扰波是多次反射波，遇到良好 的反射界面如基岩面、不整合面、低速带底面，才能形成多次反 射波，多次反射波有全程和非全程多次反射波。工作中要识别和 压制此波，水文及工程地质中，如了解覆盖层厚度及查明基岩起 伏，勘查地下水分布，圈定古河道，探查破碎带等问题，大多采 用折射波法。 五．地震波理论时距曲线 （一）地震仪器 仪器要提高信噪比（有效信号/干扰信号） ，浅层要用高频 60~500 周，中深层要用中频 20~80 周。 （二）理论曲线 1．直达波时距曲线：与弹性分界面空间位置无关，不能给 出地质构造产状数据。 2．折射波时距曲线：折射波时距曲线为直线，当界面倾斜 时，沿下倾方向的盲区要大于上倾方向的盲区；在曲界面上时距 曲线呈曲线形状，当曲界面为凹形时，时距曲线呈凸形，反之成 凸凹形。当凸界面曲率半径较小时，波将出现穿透现象，这时应 进行重复观测，得到追逐时距曲线，如两条时距曲线平行，则没 有穿透，平行受到破坏，有穿透现象。 在多层情况下， 时距曲线的斜率随折射层深度增加而逐渐平 缓，这样引起时距曲线相交，所以在追踪折射波时，出现三个不
-4- 3/5/20118:20:52 PM- 5 - 同区段： A．初至区 B．重叠区 C．续至区 3．当 V4>V3>V2>V1 或 V4>V3