震波探测第一章 绪论及基础知识1.ppt

——KDZ1114-6A30/6B30矿井地质探测仪专题培训 ;震波探测的基础理论  ? 震波勘探概述 ? 岩石的弹性及弹性波 ? 地震波速度及影响因素 ? 地震波的传播及衰减特征 ? 地震波的运动学特点 ;震波勘探概述;岩石的弹性及弹性波;应力与应变：将单位长度所产生的形变 称为应变，将单位横截面所产生的内聚力F/S称为应力。有压缩应力与剪切应力之分，与之相对应有压缩形变与剪切形变。 杨氏模量（E）：将应力与应变之比称之为 。杨氏模可作为物质阻抗应力的度量。 剪切模量（ ）：表示物体受到剪切力作用时剪切应力与剪切形 变之比 。它表示物体抗剪切形变的度量。 ; 泊松比（ ）：介质的横向应变与纵向应变的比值称为 泊松比 。泊松比表示物质抗形变能力。 体变模量（K）：表示固体受均匀流体压力???，所施加的压力 与体积相对变化之比 。K表示物体抗压性质，有时也称之为抗压缩系数。 拉梅常数（ ）：表示横向拉应力与纵向应变之比。 ;几个弹性模量的关系;弹性波(地震波)的形成及类型; 地震波的基本类型及其传播特征; 纵 波;介质波速的表达式;岩性、骨架结构 裂隙、孔隙度 孔隙中充填物的影响 风化、破碎带 埋藏深度;面波: 根据弹性力学理论，除了纵波和横波外还有两种仅存在与弹性分界面附近的波动－瑞利波与勒夫波。它们的特点是沿界面传播，沿垂直于界面的方向逐渐消失（深度方向振幅呈指数衰减）。;①瑞利波: 在地震勘探中，最重要的面波是瑞利波（Rayleigh wave－R波），它沿固体介质的自由表面传播。尽管“自由”表面意味着真空，但空气的弹性系数和密度与固体岩石相比，低到了可以忽略的地步，所以地表面近似于一个自由表面。地滚波（ground roll）是近似的瑞利面波。瑞利波能量随深度迅速衰减，一般只在离地面几十米的深度范围内能观测到。在传播时，岩石质点振动轨迹为一个向震源逆进的椭圆，椭圆平面与波传播方向一致，其长轴垂直于地面。其传播速度VR较低，只有同一介质中横波速度VS的0.9倍，即有 VR＝0.92VS =0.54VP 。 ;②勒夫波（Love，1911）： 勒夫波（L波）是一种SH型的面波，它沿平行于界面的方向传播。在半无限介质之上出现低速层的情况下，一种垂直于传播方向的在水平面内振动的波。以发现者英国科学家勒夫而定名。 ; R波与L波的强度在一定条件时可以很大，甚至完全掩盖反射纵波。而它们与地下岩层构造特点并不相关。因此，在地面地震勘探中，它们是一种干扰波，而反映地下岩层构造特点的反射波或折射波，被称为有效波。当然，这种概念是相对的，在煤矿井下采区中应用透射波法勘探煤层小构造时，在煤层内传播的面波将视为有效波加以利用。 ; 地震波的动力学特点;振动图;振动示意图;l =波 长;振动和波动的关系;地震波的运动学特点 ;基本概念;基本原理; 在均匀介质中，波速是常数，显然，地震射线应当是从震源出发的直射线；因为地震波只有这样的地震射线到达测点，路程最短，旅行时间才是最少的。在各向同性的均匀介质中，从一个等时面到另一个等时面，只有垂直距离最短，地震波沿垂直距离最短，地震波沿垂直于等时面的路线传播所用旅行时间最少，故地震射线和等时面总是相互垂直的。在上面图中，曾将波前面画成球面，射线画成径向直线，其原因就在于此。 在非均匀介质中，射线就不再是直线，而波前面也不再是同心球面了。但是无论介质是否均匀，都必须遵循一个原则：射线与波前总是相互垂直的。 ;惠更斯原理（波前原理）： 惠更斯原理是在1690年，由荷兰科学家惠更斯综合一些实验结果提出，到后来才被弹性理论加以证实。 惠更斯原理又称波前原理，它给出根据已知波前来确定其他时刻波前位置的准则。其内容是：介质中传播的波，其波前面上的每一个点，都可以看作是波向各个方向传播的波源（点震源） 。 ; 1814~1815年菲涅耳以波的干涉原理进一步完善了惠更斯原理将其发展为惠更斯——菲涅耳原理。它的基本思想是：波动在传播时，任意点P处质点的振动，相当于上一时刻波前面S上全部新震源产生的所有子波相互干涉（迭加）形成的合成波。这个合成波可以用积分进行计算。 ; 地震波的传播同任何波的传播一样，遇到两种不 同介质的分界面时，将产生反射，透射和折射现象，同时还将产生波型转换。为了区别起见，根据波的传播路径我们把由地震发出，直接到达观测点的波叫直达波，把由震源入射到分界面的波叫入射波，把由