地震波运动学3——单界面反射波时距曲线

SeismicWaveKinetics地震勘探原理及方法18-1第三节单一界面反射波时距曲线Section3SingleRefelectedWaveTimeDistanceCurve思考题1.时距曲线的概念是什么？2.单一水平界面反射波时距曲线有何特点?3.单一倾斜界面反射波时距曲线有何特点?SeismicWaveKinetics地震勘探原理及方法18-2主要内容时距曲线的概念水平界面共炮点反射波时距曲线方程倾斜界面共炮点反射波时距曲线方程倾斜界面共炮点反射波时距曲线的特点SeismicWaveKinetics地震勘探原理及方法18-3SeismicWaveKinetics地震勘探原理及方法18-4SeismicWaveKinetics地震勘探原理及方法18-5SeismicWaveKinetics地震勘探原理及方法18-6SeismicWaveKinetics地震勘探原理及方法18-7SeismicWaveKinetics地震勘探原理及方法18-8SeismicWaveKinetics地震勘探原理及方法18-9SeismicWaveKinetics地震勘探原理及方法18-10SeismicWaveKinetics地震勘探原理及方法18-11SeismicWaveKinetics地震勘探原理及方法18-12SeismicWaveKinetics地震勘探原理及方法18-13SeismicWaveKinetics地震勘探原理及方法18-14SeismicWaveKinetics地震勘探原理及方法18-15SeismicWaveKinetics地震勘探原理及方法18-16SeismicWaveKinetics地震勘探原理及方法18-17SeismicWaveKinetics地震勘探原理及方法18-18SeismicWaveKinetics地震勘探原理及方法18-19SeismicWaveKinetics地震勘探原理及方法18-20SeismicWaveKinetics地震勘探原理及方法18-21SeismicWaveKinetics地震勘探原理及方法18-22SeismicWaveKinetics地震勘探原理及方法18-23SeismicWaveKinetics地震勘探原理及方法18-241时距曲线概念研究地震波传播规律的目的，是要用它来指导我们用地震勘探方法查明地下地质构造的特点。当在地面激发了地震波后，地下介质的结构不同，则地震波传播的特点也就会不同；另外，在相同的介质结构情况下，不同类型的波(如直达波和反射波)传播特点也会不同。为了具体地说明不同类型的波在各种介质结构情况下传播的特点，在地震勘探中主要用“时距曲线”这个概念。SeismicWaveKinetics地震勘探原理及方法18-25要注意，这个距离x一般不是波传播的实际路程的长度，对沿测线传播的直达波，接收点相对于激发点的距离也就是直达波传播路程的长度，但对来自地下界面的反射波，就不是这样。地层界面地面检波器震源地震仪根据地震勘探的基本原理，可以采用单道记录、自激自收的野外工作方法，现在是采用一次激发，沿测线多道接收。所谓时（间）距（离）关系，就是表示波从震源出发，传播到测线上各观测点的传播时间t，同观测点相对于激发点（取作坐标原点）的距离x之间的关系。SeismicWaveKinetics地震勘探原理及方法18-26直达波时距曲线：在O点激发，沿测线在x1、x2、x3、x4等点上接收。如果在x-t直角坐标系里，把激发点作为坐标原点，横坐标x表示测线上各观测点到激发点的距离，纵坐标t表示直达波到达各观测点的传播时间(见下图(b))，就可以得到一组点子，它们的坐标是(x1,t1)，(x2,t2)，(x3,t3)，(x4,t4)。把这些点子连起来得到一条曲线，它形象地表示了直达波到达测线上任一观测点时间同观测点与激发点之间的距离的关系。这条曲线就称为直达波的时距曲线。SeismicWaveKinetics地震勘探原理及方法18-27在许多情况下，还需要知道波到达测线上任一观测点的时间同观测点与激发点之间的距离的明确定量关系，即所谓时距曲线方程。直达波时距曲线方程很易得出，因为在测线上距离激发点为z的任一观测点，直达波的到达时间为：式中v是直达波的速度。上式就是直达波时距曲线方程，从式中可以看出t与x是成正比的，因此在这种情况下直达波的时距曲线是一条直线。vxt＝SeismicWaveKinetics地震勘探原理及方法18-28如果地下有一个水平界面，在O点激发，在测线上的O，x1、x2、……，等点上接收。O点接收到的反射波是垂直入射到界面又垂直反射回地面的，所走路程最短；其它各点随着它们到激发点的距离的增大，所接收到的反射波传播的路程就越长，传播时间也越长。SeismicWaveKinetics地震勘探原理及方法18-29讨论反射波时距曲线还有另一方面的实际意义：•如果采用自激自收，则由各接收点记录的反射波振动图组成的地震剖面上，反射波同相轴的形态是与地下界面的形态相对应的。•但是，在一点激发，多道接收的地震记录上。反射波同相轴的形态就与地下界面的形态不相对应了因为这时在各接收点记录下来的反射波的到达时间，不仅与界面的深度、地震波的速度等地下地质因素有关，还同接收点与激发点之间的距离这一非地质因素有关。水平直线双曲线SeismicWaveKinetics地震勘探原理及方法18-30为了解决反射时间不能直接反映反射界面深度这个问题，就要了解各道由于离开激发点距离不同而产生的波到达时差的大小，以便从实际观测到的波到达时间中减去这部分时差，只保留与界面深度有关的那部分时差（这件事就称为动校正，将在本节后面讨论）。为此，也需要了解在一点激发、多道接收时，波到达各观测点的时间的变化规律，即时距曲线方程。纵测线：激发点和观测点在同一条直线上的测线。用纵测线进行观测得到的时距曲线称为纵时距曲线。非纵测线：激发点和观测点不在同一条直线上的测线。用非纵测线进行观测得到的时距曲线叫做非纵时距曲线。注意：对同一类型的波，在同样的介质结构情况下，它的纵时距曲线与非纵时距曲线是不相同的。SeismicWaveKinetics地震勘探原理及方法18-312水平界面共炮点反射波时距曲线方程在O点激发，在测线上离开O点距离为x的某点S接收。界面R的反射波到达S点的时间t与x之间的函数关系t=f(x)，就是界面R的共炮点反射波时距曲线方程。为了推导反射波时距曲线方程，可以根据反射定律，按前述的方法作出虚震源O*。从图上可以看出：AOOACOOCCAORtOCARtOACACODASOACSAOACOOACSAODAS*,***180*180得又SeismicWaveKinetics地震勘探原理及方法18-32波由O点入射到A点再反射回S点所走过路程，就好象波由O*点直接传播到S点一样。在地震勘探中把这种讨论地震波反射路程的简便作图方法称为虚震源原理。由此很易得出时距曲线方程：220220*41)2(xhvvxhvSOt220vxtt22202vxtt和vht002称为自激自收时间或零炮检距时间。SeismicWaveKinetics地震勘探原理及方法18-333倾斜界面共炮点反射波时距曲线方程设有右图表示的介质结构：界面倾角是φ，激发点O到界面的法线深度是h，界面以上的介质是均匀的，波速是v，坐标系的原点在激发点O，x轴正向与界面的上倾方向一致。根据虚震源原理有:由O*引垂直于测线的垂线O*M，则vSOt*2*2*MOMSSO22222*2222*2*424)(4hxxxxhxxSOxhOMOOMOxxOMOSMSmmmmmSeismicWaveKinetics地震勘探原理及方法18-34为了能在时距曲线方程中，明确地表示出t与x和地质因素v，h，φ之间的关系，对上式再作一些变换由此得出倾斜界面的反射波时距曲线方程22*421hxxxVVSOtmsin2*hxMOOmsin44122hxhxVtSeismicWaveKinetics地震勘探原理及方法18-35由反射波时距曲线方程可知，反射波的传播时间t是与接收点位置x、反射界面深度h、界面倾角φ、以及界面上部介质的波速v之间存在的明确的内在联系。从原则上讲，如果通过观测，获得了一个界面的反射波时距曲线，就有可能利用时距曲线方程给出的关系，求出界面深度h，倾角φ和波速v。这就是可以用反射波法研究地下地质构造的基本依据。SeismicWaveKinetics地震勘探原理及方法18-364倾斜界面共炮点反射波时距曲线的特点对倾斜界面的反射波时距曲线方程进行变换后可得其中把上式与几种标准的二次曲线方程比较可知，它所代表的是一条双曲线。222222202222sin44,sin44sin21)(hhbvhhahxbxxatmmSeismicWaveKinetics地震勘探原理及方法18-37这表明平面界面、覆盖介质为均匀介质情况下的共炮点反射波时距曲线是一条双曲线。再根据双曲线的特点可知，是时距曲线极小点的横坐标。极小点总是相对激发点偏向界面上倾一侧。在极小点上，反射波返回地面所需的时间最短，这个极小时间是sin20hxmvhtmcos2SeismicWaveKinetics地震勘探原理及方法18-38xm点实际上就是虚震源在测线上的投影，由O到xm的反射波射线是所有射线中最短的一条。并且，反射波时距曲线是以过xm点的t轴为对称的。采用纵测线时，声波、面波、折射波等的时距曲线都不是双曲线。所以，反射波时距曲线是双曲线这一特征，可以帮助我们区分反射波和上述几种波。SeismicWaveKinetics地震勘探原理及方法18-39下一讲内容：多层介质情况下的反射波时距曲线