地震波动力学课件.pptVIP

1.2.3地震波的頻譜由震源激發、經地下傳播並在地面或井中接收到的地震波通常是一個短的脈衝振動，應用信號分析領域中的廣義術語，稱該振動為地震子波。它可以被理解為有確定起始時間和有限能量，在很短時間內衰減的一個信號。地震子波振動的一個基本屬性是振動的非週期性。因此，它的動力學參數有別於描述週期振動的振幅、頻率、相位等參數，而用振幅譜、相位譜（或頻譜）等概念來描述。地震波的動力學特徵既可以用隨時間而變化的波形來描寫，也可以用其頻譜特性來表述。前者是地震波的時間域表徵，後者則是其頻率域表徵。由於它們具有單值對應性，因此在任何一個域內討論地震波都是等效的。地震子波的另一個屬性是它具有確定的起始時間和有限的能量，因此經過很短的一段時間即衰減，衰減時間的長短稱為地震子波的延續時間長度，以後將會討論到，它決定了地震勘探的分辨能力，而且可以很容易地證明：地震子波的延續時間長度同它的頻譜的頻帶寬度成反比。2．波的吸收衰減由於地下介質的非完全彈性和不均勻性，當地震波通過地層介質傳播時，會出現波的吸收現象。此時，介質的振動粒子之間產生摩擦，地震波的一部分能量轉換成熱。地下介質彈性越好，能量損失就越少。這表明分選、膠結好的地層波的吸收作用也小。由此可得出以下結論：波的吸收一般隨著深度的增加而減小。淺層地震勘探中，因調查的目的層大多為未膠結的第四系軟土沉積層，故地震波在軟土地層中傳播時波的吸收作用大。在實際介質中傳播時，由於介質的吸收衰減作用，濾去了較高的頻率成分而保留較低的頻率成分，岩土介質的這種作用稱為大地濾波作用。高頻成分的損失，改變了脈衝的頻譜成分，使頻譜變窄，因而使激發的短脈衝經大地濾波作用後其延續時間加長，解析度降低。如圖1.1.21所示，這種經大地濾波作用後輸出的波稱為地震子波。圖1.1.21大地濾波作用對波形的改造圖1.1.22惠更斯原理示意圖2．費馬原理費馬原理表明，地震波沿射線傳播的旅行時和沿其他任何路徑傳播的旅行時相比為最小，亦波是沿旅行時間最小的路徑傳播(最小時間原理)的。在時間場內，將時間相同的值連起來，組成等時面，等時面與射線成正交關係。1.5.2橫向解析度廣義繞射理論說明，地面上某點O（自激自收點）的能量都是地下介面上每一繞射點對它“貢獻”的結果，問題是每一個點的“貢獻”都是等量的嗎？理論和實踐證明它們不是等量的並且有一個確定的範圍。分析認為在地面O點觀測到的波的能量主要是由該範圍內的繞射點形成的繞射波對該觀測點的“貢獻”。這個帶我們稱為菲涅爾帶。如圖1.1.36所示。從O點發出一球面波，波前到達介面上時形成繞射，考慮到所有繞射對O點的貢獻，要使得所有繞射返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回地震勘探主要是研究人工激發的地震（彈性）波在淺層岩、土介質中的傳播規律。其傳播的動態特徵集中反映在兩個方面，一是波傳播的時間與空間的關係，稱為運動學特徵；另一是波傳播中它的振幅、頻率、相位等的變化規律，稱為動力學特徵。前者是地震波對地下地質體的構造回應，後者則更多地表現出地下地質體的岩性特徵，有時亦是地質體結構特徵的回應。我們把上述兩種特徵統稱為地震波的波場特徵。地震勘探工程地震勘探的基本任務就是通過研究地震波的波場特徵，以解決淺部地層和構造的分佈，確定岩、土力學參數等工程和水文勘探中所涉及到的地質問題。本篇的重點是討論地震波場的基本理論和方法。在此基礎上，引入近年來在工程勘探和檢測中較新或常用的方法技術，如瑞雷波法、CT成像技術、樁基檢測、PS波測井等，並結合工程實例，討論一般性應用問題。1、地震波動力學1.1彈性理論基礎地震勘察是通過觀測和研究人工激發的彈性波在岩石中的傳播規律來解決工程及環境地質問題的一種地球物理方法。1.1.1理想介質和粘彈性介質由彈性力學的理論可知，任何一種固體，當它受外力作用後，其質點就會產生相互位置的變化，也就是說會發生體積或形狀的變化，稱為形變。外力取消後，由於阻止其大小和形狀變化的內力起作用，使固體恢復到原來的狀態，這就是所謂的彈性。外力取消後，能夠立即完全地恢復為原來狀態的物體，稱為完全彈性體，通常稱之為理想介質。反之，若外力去掉後，仍保持其受外力時的形態，這種物體稱為塑性體，亦稱為粘彈性介質。在外力作用下，自然界大部分物體，既可以顯示彈性也可以顯示粘彈性，這取決於物體本身的性質和外力作用的大小及時間的長短。地震波傳播範圍內，絕大多數岩石都可以近似地看成是完全彈性體（理想介質）來研究