[理学]2第一章 地震勘探的理论基础.ppt

第一章 地震勘探的理论基础 第一节 弹性介质与弹性波 第二节 地震波的描述 第三节 地震波的类型及其传播特点 第四节 地震勘探的地质基础 一、弹性介质 二、应力、应变与弹性参数 三、振动与地震波 任何固体介质在外力作用下，其内部质点的相互 位置会发生变化，使得介质的形状或大小产生变化， 这就是通常所说的形变(deformation)。若某物体在外 力作用下产生形变，当外力消失之后，该物体能迅速 恢复到受力前的形态和大小，物体的这种性质称为弹 性(elasticity)，具有弹性的介质称为弹性介质(elastic medium)。反之，若外力消失之后，物体仍保持形变 后某种形态，不能恢复原状，则称该物体具有塑性 (plasticity)。 自然界中的大部分物体，在外力作用下， 即可以显示出弹性，也可以显示出塑性。这取 决于介质的物理性质以及外力的大小和作用持 续时间的长短。在一般情况下，当作用力较小 且作用持续时间短时，大部分介质都可以近似 地看作为弹性介质。 在地震勘探中，采用人工震源激发地震波， 人工震源的激发是脉冲式的，作用时间极短，且 激发的能量对地下岩层和接收点处的介质所产生 的作用力较小，因此可以把它们近似地看作弹性 介质，并用弹性理论来研究地震波的传播问题。 在弹性理论的研究中，根据介质的不同特征可分 为各向同性与各向异性两类介质。凡是弹性性质 与空间方向无关的称为各向同性介质(isotropic medium)；反之则称为各向异性介质(anisotropic medium)。 由于沉积岩大都由均匀分布的物质 组成，即使在横向上有变化也是极缓慢 的，较少表现出各向异性的性质，因此 常把实际的岩土介质看成是各向同性介 质模型，在这种介质中，弹性系数是常 数。 4.拉梅系数 对于各向同性的均匀介质而言，各不同方 向的弹性系数大都对应相等，可以归结为应力 与应变方向一致和互相垂直时的两个系数 ? 和 ?，合称拉梅系数。其中的?就是切变模量，其 表达式如（1.1.2)式所示，而系数 ? 的表达式为 介质的泊松比都在0~0.5之间变化。流体的? 值为0.5，较软沉积物的? 值可达0.45，大多 数岩石的 ? 值在0.25左右，极坚硬的刚性岩 石的 ? 值可减小到 0.05。 三、振动与地震波 1. 弹性振动和弹性波 弹性体在外力的作用下，其介质内质点会离开平 衡位置发生位移而产生形变，当外力解除以后，产生 位移的质点在应力的作用下都有一个恢复到原始平衡 位置的过程，但是由于惯性力的作用，运动的质点不 可能立刻停止在原来的位置上，而是向平衡位置另一 方向移动，于是又产生新的应力，使质点再向原始的 平衡位置移动，这样应力和惯性力不断作用的结果， 使质点围绕其原来的平衡位置发生振动。这种震动称 之为弹性振动。 在振动过程式中，由于振动的质点和其相 邻质点间的应力作用，必然会引起相邻质点的 相应振动，这种振动在弹性介质中不断地传播 和扩大，便形成了以激发点为中心，以一定速 度传播开去的弹性波。因此，弹性波是振动 形式在介质中的传播，是能量传播的一种 形式。 2. 地震波的形成 浅层地震勘探中所用震源均以瞬时脉冲式激 发。实践表明，不论使用哪种震源，在激发时， 激振点附近的一定区域内所产生的压强将大大地 超过其介质的弹性极限而发生岩土大破裂与挤压 形变等，形成一个塑性与非线性形变带。再向外 其压强不断地减小，直至其周围介质能产生完全 的弹性形变。 上述震源点附近的非线性形变区称之为等效空 穴，等效空穴边缘的质点，在激发脉冲的挤压下， 质点将产生围绕其平衡位置的振动，形成了初始的 地震子波，这种振动是一种阻尼振动，在介质中沿 射线方向向四面八方传播，形成地震波。又因为接 收和研究地震波传播的空间一般都远离震源点，其 介质受到的力很小，介质表现为完全弹性的性质， 故又称为地震弹性波。 利用地下介质弹性和密度的差异，通过观测和 分析大地对人工激发地震波的响应，推断地下 岩层的性质和形态的地球物理勘探方法叫作地 震勘探。地震勘探是钻探前勘测石油与天然气 资源的重要手段，在煤田和工程地质勘查、区 域地质研究和地壳研究等方 面，得到广泛应 用。 在地表以人工方法激发地震波，在向地 下传播时，遇有介质性质不同的岩层分界 面，地震波将发生反射与折射，在地表或井 中用检波器接收这种地震波。收到的地震波