勘探地球物理基础课程讲稿1

§1.4.3 费玛原理•费玛原理是描述波射线在介质中传播路径规律的原理，也称最小时间原理。

–地震波总是沿射线传播，以保证所用旅行时间最少准则；–地震波沿垂直于等时面的路线传播所用时间最少；–等时面与射线总是互相垂直；–用射线描述地震波与用波前面描述是等价的。

•结论：地震波在均匀介质射线为直线，在非均匀介质中是曲线。

费玛（Fermat，1601-1665）：法国的数学家，生于法国南部波蒙镇，以律师为职业，长期任图卢兹议会议员。

喜欢博览群书，精通数国语言与文学，爱好自然科学，特别是数学，著有《平面及空间位置理论导言》《求最大和最小值的方法》等。

在物理学上，费马在研究了光的反射现象与折射现象后，提出了费马原理。

t时间，它们的包络面便是C.Huygens,§1.4.5 斯奈尔定律• 斯奈尔定律描述的是波在介质分界面上发生反射和 透射和波型转换所遵循的规律：sin θ1 sin θ1P sin θ 2 P sin θ1S sin θ 2 S p= = = = = v1P v1P v2 P v1S v2 S v1S v2 S v1P v1P v2 P 1 = = = = = = λa p sin θ1 sin θ1P sin θ 2 P sin θ1S sin θ 2 S介质 Iv1P v2P > v1P Pθ1λP λaθ1S θ1 θ1PSP v1S介质 IIθ 2P θ 2Sv2S > v1S P S反射波（特别是反射 纵波）是地面地震勘 探的有效信号，反射 横波在转换波或多波 勘探时是有效波。

用惠更斯原理解释斯奈尔定律• 射线 1 在 t 时刻入射到界面，在界面发生反射透 射；射线 2 在t+Δt 时刻入射到界面，在界面发生 反射透射。

• 根据惠更斯原理，波前面传播的距离分别为：– 介质 I 中，AC = v1∆t = BC sin θ1 – 介质 II 中， = v2 ∆t = BC sin θ 2 BD1 2 介质 Iv1P v2P > v1P PBC =v1∆t v ∆t = 2 sin θ1 sin θ 2 sin θ1 sin θ 2 = v1 v2θ1BAθ1 θ1θ2CP v1Sθ2介质 IIDv2S > v1S P滑行波与折射波• 在介质波速v1P < v2P的情况下，如果增大入射角， 完全有可能使得透射波的透射角达到90°，即 sin θ1 1v1P = v2 P• 此时的入射角称为临界角，用 θC 表示， v1P −1 v1P θC = sin = arcsinv2 PP v1P v2P > v1Pv2 PθCθCP v1S Pθ2P =π /2v2S > v1S滑行波与折射波• 以临界角入射的情况下，透射波在第二层介质中沿 界面传播，称之为滑行波； • 由于滑行波的存在，在上层介质中引起次生的扰 动，这种扰动与反射角等于临界角的反射波平行， 地震勘探中将其称之为折射波。

《地球物理勘查》教案第⼀章绪⾔（地球物理探测简介）第⼀节物探在资源勘查中的作⽤和地位⼀、物探⽤于研究板块、⼤地构造框架、地球的深部1、海底对称分布的条带性磁异常及解释结果2、中国的深⼤断裂（青藏隆起、郯庐断裂）⼤多由物探⽅法确定3、利⽤地震、重⼒划分出地球的圈层结构⼆、物探⽤于⼩⽐例尺⼤⾯积快速扫描性普查1、1959-1999年，完成磁测1144万平⽅公⾥，放射性300万平⽅公⾥及少量的航空电法⼯作。

2、全国1：500万和1：400万航磁图全部完成，部分省区已完成1：100万和1：50万航磁图。

三、物探⽤于中⽐例尺（1：20万、1：5万）的区域地质调查⼯作圈定岩体、追索矿化带及矿体、追索隐伏断裂及指出成矿远景区。

四、物探⼤量⽤于⼤⽐例尺（1：1万、1：1千）的详查和勘探、⼯程地质、地震预报等确定矿体的产状和埋深及⼏何形状规模等。

五、物探⽤于⿊⾊⾦属、有⾊⾦属、贵⾦属、稀有稀⼟⾦属矿床及⾮⾦属、⽯油、天然⽓、煤炭、地下热⽔等40余种矿产，效果良好六、物探测井技术解决地下矿体⾛向、延伸、连续性等问题第⼆节物探的探测⽅法及发展历史与现状⼀、物探⽅法简介1、重⼒测量――――重⼒仪――――地⾯测量、航空测量2、磁⼒测量――――磁⼒仪――――地⾯测量、航空测量3、电法――电阻率法、激发极化法、充电法、电磁波法等4、放射性测量――测量、中⼦测量、氡⽓测量等5、地震测量――――⼈⼯地震、天然地震6、测井技术――电、磁、核物理、电磁波7、遥感技术被动式航空摄影――可见光波段――红外――微波主动式雷达――探地雷达、卫星雷达⼆、我国物探⽅法的发展历程1、解放前的情况1936年李善帮等在湖南⽔⼝⼭铅锌矿进⾏重⼒、磁测⼯作。

1936――1942年丁毅、顾功叙等在安徽当涂铁矿、云南易门铜矿进⾏了电阻率法和⾃然电场法⼯作。

1939年翁⽂波在四川⽯油沟进⾏测井⼯作，以电阻率法和⾃然电场法成功划分地层 2、50年代，重⼒、磁法、地震测量主要使⽤苏联、瑞典、匈⽛利的仪器。

磁法部分§2.1 岩（矿）石的磁性位于地壳中的岩矿体，在形成时，由于受地球磁场的磁化而表现出不同的磁性，由于这种磁性差异在地表反映出一定的磁异常，通过对岩石磁性的研究，可以掌握岩石磁化的原理，了解岩（矿）石的磁性特征及影响因素，从而解决对应的地质问题。

一、物质的磁性由现代电磁学理论可知，任何物质的磁性都是带电粒子运动的结果。

由于物质的原子结构不同，所呈现的宏观磁性也不同。

根据物性的不同，世间所有的物质可按其磁化率的不同，划分为三大类，即：抗磁性、顺磁性和铁磁性，这三类物质的磁性随温度变化与受外磁场磁化作用等方面都有明显不同。

1、抗磁性物质抗磁性物质的磁化率κ与温度无关。

在外磁场H 的作用下，这类物质的磁化率表现为负值，且数量很小。

这是因为抗磁性物质没有固定的原子磁矩，在受到外磁场作用后，原子磁矩将沿外磁场方向旋进，进而产生附加磁矩，方向与外磁场相反，形成抗磁性，其磁化率κ'可用下式计算：∑=-='z i i e r m Ne 12206μκ式中0μ为真空中磁导率；N 为单位体积内的原子数：e 为元电荷；e m 为电子静质量；Z 为每个原子的电子数；r 2i 为电子轨道半径平方的平均值。

抗磁性磁化率是无量纲的负值。

磁化率多为-10-5SI(κ)。

2、顺磁性物质原子的电子壳层中，含有非成对的电子，其自旋磁矩未被抵消，此时原子具有固定磁矩，在外部均匀磁场强度H 的作用下，将使原子磁矩沿H 方向整齐排列，这种特性叫顺磁性。

在不存在外磁场时，整个磁介质的各个原子磁矩的取向是杂乱无章的，宏观上不显磁性。

在外磁场的作用下，原子磁矩在外磁场方向的作用下定向排列，物体发生磁化，即产生顺磁效应。

顺磁性物质的磁化率κ''可用下式表示TC KT N a==''320μμκ 式中N 为单位体积内含有非成对电子的原子数，μa 为每个顺磁物质的原子磁矩，K 为玻尔兹曼常数，T 为热力学温度，C 为居里常数。

地震勘探前面讲了重、磁、电三种物探方法，它们主要是用来研究大地构造和区域构造，划分出沉积盆地及盆地中的次级构造单元，指出有利的含油气区。

在油气勘探工作中，特别是在详查阶段，地震勘探是起主导作用的。

在我国如大庆油田首先是用地震方法发现了构造而找到的，接着胜利、大港、任丘等重要的大油田也都是这样。

地震勘探所依据的是岩石的弹性。

其基本的工作方法是在地表某测线上，在浅井中用炸药震源或非炸药震源人工激发地震波，地震波向下传播，当遇到弹性不同的分界面时，就发生反射或折射。

我们可以在测线的一些点上用专门的仪器记录地震波，得到地层记录。

由于接收的地震波受到了地下地层介质的改造，就带有与地质构造、地层岩性等有关的各种信息，诸如时间，能量、速度、频率等。

从地震记录中提取这些信息，就有可能推断解释地质构造的形态、含油气地层的分布等。

也就是说地震勘探是通过观测和研究人工地震(炸药爆炸或锤击激发)产生的地震波在地下的传播规律来解决地质问题的一种地球物理方法。

它是利用人工方式激发产生的地震波在地下弹性不同的地层内传播后，带回到地面的信息，来达到研究地下构造或探测的目的。

地震勘探是在天然地震学的基础上发展起来的，产生于20世纪20年代，几十年来，随着科学技术的不断进步，地震勘探得到了迅猛发展，解决地质问题的能力显著增强，应用领域不断扩大。

地震分为天然地震和人工地震两种。

人工激发的地震波随着时间增加在地下岩层中传播。

这种地震波传播的动态特征集中反映在两个方面，一是波传播的时间与空间的关系，称为运动学特征，另一是波传播中它的振幅、频率、相位等的变化规律，称动力学特征。

前者是地震波对地下地质体的构造响应，后者则更多地是地下地质体岩性特征，有时亦是地质体结构特征的响应。

如同重力场、磁场和电场一样，地震波的运动学和动力学特征可以统称为地震波的波场特征。

地震勘探的基本任务就是研究波场特征，以指导找矿和解决其它地质问题。

地震勘探的物理基础是地下介质的弹性差异。

地球物理勘查全册配套最完整精品课件 (一)地球物理勘查是探索地球物质内部结构、形态和物理性质的一种方法，在矿产资源、地质灾害、环境监测等领域中有着广泛的应用。

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《地球物理勘探》教学大纲英文名称：Geophysics 课程编号：0967301 适用专业：地质工程课程类别：必修课课内学时：60 开课学期：5一、教学大纲说明（一）课程性质与目的为地质工程专业的专业基础课。

使学生通过本课程的学习和实验，系统地了解物探方法的基本原理、物理实质、应用条件和资料解释方法。

学会分析物探成果与地质工作的关系。

（二）课程的基本要求在学生学完高等数学、普通物理、普通化学基础课程以及地质专业基础课以后学习本课程。

（三）本课程的重点本课程以物探方法的基本原理的论述以及物探资料一般的解释方法为重点，在内容上以地震勘探、电法勘探为重点。

（四）本课程与其它相关课程的关系在基础课和专业基础课以后学习，学生具备了数、理、化知识和普通地质、岩石矿物学、工程地质学以后。

二、课程内容及学时分配（一）课程内容绪论（2学时）1、地球物理勘探的学科背景与地位2、应用地球物理学学科分类3、地球物理勘探的主要工作内容（采集、处理、解释）4、应用地球物理学特点5、地球物理场（数据）6、地球物理勘探在资源勘查中的作用和地位7、地球物理勘探面临的任务、问题和发展趋势8、应用地球物理学发展的动力1、地震勘探基本理论（4学时）1.1 地震波的基本概念1.2 地震波传播的运动学特征1.3 地震波传播的动力学特征1.4 地震勘探的地震地质条件2、地震波的速度（4学时）2.1 影响地震波速度的因素2.2 几种速度的概念2.3 平均速度的测定2.4 各种速度之间的关系2.5 速度场的建立3、共反射点多次叠加法(多次覆盖)（4学时）3.1 共反射点多次叠加原理3.2 共反射点多次叠加的叠加效应3.3 倾斜界面一次反射波的叠加效应3.4 影响叠加效果的因素4、反射波时距曲线(几何地震学) （2学时）4.1 一个分界面情况下反射波的时距曲线4.2 多个分界面情况下反射波的时距曲线5、折射波时距曲线(几何地震学) （2学时）5.1 一个分界面情况下折射波的时距曲线5.2 多个分界面情况下折射波的时距曲线6、地震资料解释（6学时）6.1 时间剖面的一般特征和解释6.2 各种地质现象在时间剖面上的特征6.3 地震波的速度和时深转换6.4 地震构造图的绘制及地质解释6.5 地震剖面的地层学解释6.6 地震综合解释1、电阻率法的基础知识（2学时）2、电测剖面法（2学时）3、电测深法（2学时）4、高密度电阻率法（2学时）5、直流电法（4学时）5.1 直流电法勘探原理5.2 常规直流电法勘探5.3 直流电法成像勘探5.4 矿井直流电法勘探6、充电法和自然电场法（2学时）7、激发极化法（2学时）第三部分瞬变电磁法(TEM)及其在工程与环境中的应用（8学时）1、概述2、瞬变电磁法基本理论3、瞬变电磁法的野外工作方法4、瞬变电磁法的资料处理和解释5、瞬变电磁法在工程与环境地质调查中的应用第四部分无线电波透视法及其在工程中的应用（4学时）1、概述2、无线电波透视法基本工作原理3、应用实例分析第五部分重力勘探（4学时）1、重力勘探的理论基础2、重力勘探的方法技术3、重力资料的地质应用总结和习题解答（2学时）考试（2学时）三、教材和参考书1、李世峰、金瞰昆、周俊杰《资源与工程地球物理勘探》化学工业出版社2008.042、刘盛东、张平松《地球物理勘探讲义》自编2002.103、李舟波，《资源综合地球物理勘查》中国地质大学出版社2004.094、陈仲侯、王兴泰、杜世汉《工程与环境物探教程》地质出版社1993.095、钱绍瑚，《地震勘探》中国地质大学出版社2001.036、陆基孟，《地震勘探原理》（上、下册）中国石油大学出版社2006.087、李金铭，《地电场与电法勘探》地质出版社2005.078、李志聃，《煤田电法勘探》中国矿业大学出版社2001.06四、考核方式与要求考核方式以期末考试成绩为主，平时成绩为辅。

地震勘探简介地震勘探：以同岩（矿）石间的弹性差异为基础，通 过观测和研究地震波在地下岩层中的传播规律，借 以实现地质勘查找矿目的的物探方法。

应用领域：主要用于油气田、煤田地质构造的勘探， 地壳测深，工程地质勘察等。

地震勘探的分支方法：1. 2. 3. 4. 折射波法； 反射波法； 透射波法； 面波法； ‥ ‥等。

地震勘探技术的流程：1. 2. 3. 4. 理论研究； 野外资料采集； 室内数据处理； 地震地质解释； ‥ ‥等。

地震反射波勘探的基本原理• 在地表附近激发的地震波向下传播，遇到不同介质 （地层）分界面产生向上的反射波，检测、记录地 下地层界面反射波引起的地面振动，可以解释推断 地下界面的埋藏深度，地层介质的地震波传播速 度、地层岩性、孔隙度、含油气性等。

• 最简单的是根据反射波到达地面的时间计算地下界 面的深度，基本公式为：1 H = vt 2• 反射波法的主要优点是：在一定的条件下，可以查 明从地表到地下数千米的整个地层剖面内各个构造 层的起伏形态，甚至是地层岩性特征。

地震反射波勘探的基本原理地震勘探原理示意图地震反射波勘探的基本原理1 2 3 4 5 6 7 8 9 10xt地面检波器 1 界面 1 泥岩 2 3 4 5 6 7 8 9 10 砂岩x r1在地表一 点激发地 震波，并 且接收来 自地下界 面的反射 波，这种 工作方式 被称为自 激自收。

界面上法 向入射界面 2z灰岩r2地震勘探原理示意图地震波传播理论• 地震勘探是以认识地下的地质结构为目的，以研究 地震波在介质中的运动形式和传播规律为基本内容 的勘探方法。

• 地震波的传播规律就是能量在介质中的传播规律， 表现为波函数的振幅、频率、相位等属性在传播过 程中的变化，称为地震波的动力学特征，是地震学 和地震勘探的理论基础。

• 脉冲地震波到达介质空间各点的旅行时间是空间位 置的函数，传播时间与空间位置的关系，称为地震 波的运动学特征，是地震波动力学的简化，具有非 常重要的实际意义。

地球物理勘探基础知识一、基本概念1．石油石油是一种液态的，以碳氢化合物为主要成分的矿产品。

原油是从地下采出的石油，或称天然石油。

人造石油是从煤或油页岩中提炼出的液态碳氢化合物。

组成原油的主要元素是碳、氢、硫、氮、氧。

2．石油成因的学说主要有无机成因和有机成因学说。

多数学者认为石油主要是有机成因的。

3．生油岩按照有机成因学说，大量的微体生物遗骸与泥砂或碳酸质沉淀物埋藏在地下，经过长时期的物理化学作用，形成富含有机质的岩石，其中的生物遗骸转化为石油。

这种岩石称为生油岩。

4．储集层是指能够储存和渗滤油气的岩层，它必须具有储存空间(孔隙性)和储存空间一定的连通性(渗透性)。

储集层中可以阻止油气向前继续运移，并在其中贮存聚集起来的一种场所，称为圈闭或储油气圈闭。

5．油气藏圈闭内储集了相当多的油气，就称为油气藏。

6．油气田在地质意义上，油气田是一定(连续)的产油面积内各油气藏的总称。

该产油面积是受单一的或多种的地质因素控制的地质单位。

7．油气聚集带油气聚集带是油气聚集条件相似的、位置邻近的一系列油气藏或油气田的总和。

它具有明确的地质边界区，形成年产原油430万吨和天然气3.8亿立方米生产能力。

8．含油气盆地在地质历史上某一时期的沉降区，接受同一时期的沉积物，有统一边界，其中可形成并储集油气的地质单元，称做含油气盆地。

9．生油门限生油岩在地质历史中随着埋藏在地下的深度加大，受到的压力和温度增加，其中的有机质逐步转变成油或气。

当生油岩的埋藏到达大量生成石油的深度(也是与深度相应温度)时，叫进入生油门限。

10．油气地质储量及其分级油气地质储量就是油气在地下油藏或油田中的蕴藏量，油以重量(吨 )为计量单位，气以体积(立方米)为计量单位。

地质储量按控制程度及精确性由低到高分为预测储量、控制储量和探明储量三级。

地处豫西南的南阳盆地，矿区横跨南阳、驻马店、平顶山三地市，分布在新野、唐河等8县境内。

已累计找到14个油田，探明石油地质储量1.7亿吨及含油面积117.9平方公里。