地球物理学基础复习课

考核方式：1、平时成绩（30%）2、实验成绩（20%）（11.16考试时务必带来）3、开卷考试（50%）（统一试卷）课程要求：1、不迟到、不早退、不旷课，人到、心到，勤做笔记2、实验态度端正，认真完成实验报告3、积极参与课堂讨论，有疑必问1通过本课程的学习，让学生能够掌握常用的地球物理勘探方法的基本原理，了解野外施工的方法和资料解释过程，熟悉各种方法的应用条件和解决地质问题的能力，能够在今后的工作中，正确地选用物探方法进行综合勘探。课程目的：第一部分地震勘探原理第二部分电法勘探原理第三部分地球物理测井1）绪论2）地震波的基础知识3）地震波的时距曲线4）地震勘探野外工作方法5）地震资料的解释地震勘探原理：绪论知识点掌握：1、地球物理勘探的概念2、各种物探方法的物质基础（地震、电法、磁法、重力）3、物探方法的优点和不足4、地球物理勘探的应用领域应用地球物理学AppliedGeophysics，也叫地球物理勘探，简称物探。定义：应用物理学的原理与方法对天然存在或人工建立的地球物理场进行观测，从研究地壳浅层的物性与结构出发，来寻找和勘探有用矿产与解决某些地质问题的一门技术科学。原理：地层、岩矿的物理性质（密度、磁导率、电性、弹性、放射性等）存在差异，用仪器观测由此引起物理（天然和人工）场的变化，通过处理、解释，研究地质构造形态和矿藏（油气、煤、金属与非金属）分布以及有关工程探测与检测问题。地震勘探基于介质弹性（E、、v）差异，研究地震波动场变化各种物探方法的物质基础重力勘探基于介质密度差异，研究大地重力场变化磁法勘探基于介质磁性差异，研究大地磁力场变化电法勘探基于介质电性（、）差异，研究自然或人工电场（或电磁场）变化1、地质法----岩石露头，勘探初期具有指向作用。常用几种资源勘探方法的对比----直接勘探，精度高，一孔之见。2、钻探法----精度高于地质法，成本低于钻探法。3、物探法优点：成本低、效率高、速度快不足：地球物理勘探方法存在多解性的问题，当地形复杂或地下地质情况复杂时，地球物理方法的作用就会受到限制。为了提高解释的精度，提高地球物理方法解决实际问题的能力，需要充分了解工区的地质和地球物理条件，研究岩石物性，充分调研地质资料和前人研究成果。此外采用两种或两种以上的地球物理方法相结合，采用综合地球物理方法也是提高地球物理解决实际问题能力的有效途径。地球物理勘探应用——领域①矿产资源的调查与开发勘探。如油气、煤、金属与非金属矿产及其有关的地质构造。如覆盖层的厚度、目的层的起伏形态、断层、分布范围、岩性特征、地层层序与盆地发展历史等。②地下水资源的勘测、评价，矿井水防治的研究。③建筑物基础勘探。如高层建筑与大型的厂房、铁路与地铁、公路、桥梁、水坝、机场、港口、核电站与涵洞等的基础研究。④洞穴、管线调查与勘测。如岩溶、人防工程、古墓穴、地下管线等的空间位置及渗漏。⑤无损检测。如高速公路路面、大型混凝土工程质量检测与评估，古代文物风化层厚度的检测等。⑥火山、地震、滑坡、塌方冒落、放射性等环境、自然灾害的预测预报。地震波的基础知识点掌握：1、地震勘探、地震波的概念2、地震波在地层中的传播过程（三带）3、地震子波的类型、判断标准4、纵波、横波、面波、体波的特点5、地震波传播的基本规律（反射、透射定律、费马、惠更斯等）7、折射波形成的过程8、影响地震波传播速度的地质因素地震勘探：通过人工的方法激发地震波，研究地震波在地层中传播的情况，以查明地下的地质构造，为寻找油气田或其它勘探目的服务的一种物探方法。地震勘探是当前油气、煤炭勘探中最重要的一种方法(90%)。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律，以查明地下地质构造的方法。地震勘探常分为三大环节：野外采集、数据处理和资料解释。地震波的概念及其形成过程下面讨论地震波的形成过程：物体在受到由小逐渐增大的力作用时，大体上经历三种状态：外力小：在弹性限度以内，物体产生弹性形变；外力增大：到超过弹性限度，物体产生塑性形变；外力继续增大：超过了物体的极限强度，物体就会被拉断或压碎。岩层中用炸药爆炸：激发地震波时炸药包附近：压力＞周围岩石的弹性极限，岩石被破碎形成一个破坏圈离开震源一定距离：压力减小，但仍超过岩石的弹性限度，岩石不发生破碎，但发生塑性形变，形成一系列裂缝的塑性及非线性形变带塑性带以外：随着距离增加，压力降低到弹性限度内，岩石发生弹性形变地震波是一种在岩层中传播的弹性波波：振动在介质中的传播。弹性波：在弹性介质中传播的波。零相位子波最小相位子波混合相位子波最大相位子波判断依据：能量集中的位置纵波和横波：纵波：传播方向与振动方向一致，Vp横波：传播方向与振动方向相垂直，Vs水平面内分量：称SH波垂直面内分量：称SV波面波和体波：面波的波散（频散）：面波在介质中的传播速度是频率的函数，即速度随频率而变。波在传播过程中，某一质点的位移大小随时间而变化的，描述质点位移与时间关系的图形，叫做振动图。波在传播过程中的某一时刻，介质中各个质点的位移是不同的，描述质点位移与空间的位置关系的图形，叫做波剖面。振动曲线和波剖面：振动曲线：某一固定点波剖面：某一固定时刻多个振动图组成一张野外地震记录(1)反射线位于入射线和入射点法线所组成的平面内；(2)反射线、入射线位于法线两侧；(3)反射角等于入射角。反射定律：透射定律（1）透射线在入射线和入射点法线所决定的平面内；（2）透射线和入射线位于入射点法线的两侧；（3）入射角的正弦和透射角的正弦之比等于第一、二两种介质中的波速之比，即：1212sinsinVV透射系数透射波的振幅与入射波的振幅之比，称为透射系数：11112221trAvTRAvv反射系数反射波的振幅与入射波的振幅比称为反射界面的反射系数：22111122frAvvRAvv斯奈尔(Snell)定律综合反射定律和透射定律的内容，并扩展到水平层状介质的情况，可以得到斯奈尔定律。它还包括横波和纵波的传播。设各层的纵波、横波速度分别用VP1，VS1，VP2，VS2，….，VPi，VSi表示；入射波是纵波，入射角为θP1；各层的纵波，横波的反射角和透射角分别用θPi，θSi表示，则斯奈尔定律的形式如下：P称为射线参数。在水平层状介质中，当波的某条射线以某一角度入射到第一个界面后，再向下透射的方向将由上式决定，这条射线就对应于一个射线参数值Pi。PSiSiPiPiSSPPSSPPVVVVVVsinsinsinsinsinsin22221111zoeppritz方程30地震波在空间介质内是沿射线方向以真速度V传播的，但地震勘探的观测大多是在地表沿测线进行，因测线的方向与波的射线方向常常不同，沿测线“传播”的速度也就不同于真速度，称为视速度V*。视速度31设：波到地面的入射角为，如果在测线上相距为的两个观测点A和B上，分别在t和t+△t时刻收到这个波，则波沿测线“传播’的速度是，而波传播的真速度。AB△S‘△t，△s△S‘tsvt'*sv32AB△S‘△t，△s*'vsvstsin'sssin'*vssvv地震波沿地表传播的时候，=900,视速度等于真速度地震波垂直地表传播时，=00,视速度等于无穷大地震折射波的形成过程以两层水平模型为例，当V1V2，且入射角大于临界角时，这时透射波就在第二种介质中，以速度V2沿着界面滑行，滑行波所经过的任一点都可以看做该时刻开始震动的新震源。由于两种介质是互相密接的，滑行波在传播过程中也会反过来影响第一种介质，并在第一种介质中激发新的波，这种由滑行波引起的波，在地震勘探中叫“折射波”。激发点滑行波902透射波折射波反射波直达波转换波分界面费马原理:地震波传播路径满足所用时间最短条件，该条件称为费玛原理。惠更斯原理：波所到达的每一点可以看做新的波源，从这些点发出球面形状的子波，而在其后的任意时刻，这些子波的包络面就是新的波前。36波阻抗是波的速度和介质密度的乘积地震波垂直入射时，其反射系数：透射系数：22112211frAvvRAvvRvvvAATrt12221111影响地震波传播速度的地质因素1.密度2.孔隙度3.孔隙充填物4.风化程度5.构造和地质年代6.地层埋深时距曲线章节的知识点掌握：1、时距曲线、正常时差、动校正的概念2、水平情况下反射波的时距曲线方程及特点3、水平情况下折射波的时距曲线方程及特点4、直达波、反射波和折射波时距曲线的关系1、时距曲线xtvxtv波从震源出发，传播到观测点的时间，与观测点相对于激发点距离之间的关系。2、水平界面共炮点反射波的时距曲线如图所示：界面R，埋深h，波速为V,时距关系为：1）时距曲线方程引入虚震源法∠1+∠2+∠3=180º又∠4+∠2+∠3=180º∴∠1=∠4=∠3∴直角△OCA=直角△O*AC∴OC=O*C=h0，OA=O*A即从O点激发、S点接收到的反射波路径，相当于从O*点激发并直接传播到S点。把O*点称为虚震源。2、水平界面共炮点反射波的时距曲线如图所示：界面R，埋深h，波速为V。时距关系为：222241)2(2XhVXhVVASOAt上式即反射波时距方程，是一个关于X的二次方程，化简得1)2()2(2222hXVht上式为双曲线方程，可见反射波时距曲线为双曲线，对称于t轴，曲线的顶点坐标：(2h/V，0)渐近线斜率：212hVmhV1）时距曲线方程特点：1）双曲线；2）极小点在炮点正上方，相当于自激自收时间；3）直达波是反射波的渐近线，速度越大，双曲线越平缓，曲率越小。2222222221oooxtxttvttv反射波时距曲线方程：直达波时距曲线方程：xtv2）时距曲线方程的特点3、正常时差(NMO,NormalMoveOut)t0时间：时距曲线在t轴上的截距：Vht20表示波沿界面法线传播的双程旅行时间，自激自收时间。正常时差：在界面水平的情况下，对界面上某点以炮检距x进行观测得到的反射波旅行时与以零炮检距(自激自收)进行观测得到的反射波旅行时之差，称为正常时差。它实际上是因为炮检距不为0引起的时差。22200022222000011122xxxxxttttvtvtvtvt结论：a)、炮检距越大正常时差越大；b)、反射深度越深正常时差越小；c)、速度越大正常时差越小。02202nxtttxvt0tttnx正常时差校正的意义：1）校正后，时距曲线的几何形态与地下反射界面的起伏形态有了直接的联系。2)速度分析的基础x22002220012xxtttvtvtOt2202xvt校正速度偏低校正过量校正速度偏高校正不足校正速度正确校正拉平反射波动校正1）定义：将反射波旅行时，校正到炮检距中点的自激自收时间的过程。20202xtttVtdtt2)水平界面的动校正量3）倾斜界面（当倾角不太大，炮检距较小，界面较深时）的动校正量,2sindssxtttV1二层介质界面R，深度h，V2＞V1。O，S距离--X。波以临界角i投射到界面A点，滑行距离AB后，在B点以i角出射到S点，路程为OA+AB+BS121212VOAVABVBSVABVOAt从图中几何关系得所以ihOAhtgiXABcos2iVhiVihVXiVhVhtgiXtcos2cossin2cos2212212由于iVVsin12水平层状介质中折射波时距曲线折射波旅行时方程：1xttv其中112coschtv折射波时距曲线的特点：•斜率为1/V2，截距为t1的直线•当xx’时，方程没有物理意义，折射波时距曲线的起点为：12211'22()12'cosccvxhtghvhtv12cos2VihVXt所以：反射波、直达波和折射波时距曲线的关系直达波时距曲