地震波运动学多层介质反射波时距曲线共27页文档
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地震波理论时距曲线
1.时距曲线基本概念2.直达波时距曲线3. 反射波时距曲线4. 折射波时距曲线1. 时距曲线的基本概念在地面激发了地震波后，根据地下介质的结构和波的类型（如直达波、折射波和反射波），地震波将具有不同的传播特点。
为了定量地说明不同类型的波在各种介质结构情况下传播的特点，在地震勘探中主要采用“时距曲线”(时距曲线方程)这个概念。
时距曲线：是表示地震波从震源出发，传播到测线上各观测点的旅行时间t，同观测点相对于激发点的水平距离x 之间的关系。
1. 时距曲线的基本概念1.1 时距曲线图a 自激自收，同相轴形态与界面起伏相对应图b 多道接收，同相轴形态与界面起伏不对应1. 时距曲线的基本概念1.2 共炮点和共反射点时距曲线按观测方法的不同分为两种情况：一种是放一炮，在一个多道检波器组成的排列上接收并得到一张地震记录，地下存在反射界面就可以得到相应的反射波时距曲线，称为共炮点反射波时距曲线。
另一种是在许多炮得到的许多张地震记录上，把同属于同一个反射点的道选出来，组成一个共反射点道集，于是可得到界面上某个反射点的共反射点时距曲线。
共炮点记录共反射点记录1.3 几个基本概念•炮检距(offset)：炮点到地面各观测点的距离，也称为偏移距。
•初至时间(first break)：所有波中最先到达检波器(Geophone)并记录下来的地震波第一波峰时间。
•同相轴(event)：各接收点属于同一相位振动的连线。
•共炮点(common shotpoint)：所有接收点具有共同的炮点。
•纵测线(inline)：激发点和观测点在同一条直线上。
•非纵测线(offline)：激发点不在测线上。
1.时距曲线基本概念2.直达波时距曲线3. 反射波时距曲线4. 折射波时距曲线xtxt (x 1,t 1)(x 2,t 2)(x 3,t 3)(x 4,t 4)(x 5,t 5)t10t3t2t4t5x 1x 2x 3x 4x 502. 直达波时距曲线直达波：从震源直接到达检波点的波。
地震波的时距曲线
正常时差：任一接收点的反射波旅行 时间tX 和同一反射界面的t0之差。
tn t x t0 t0
1 X 2 t0 2V 2
t0
正常时差精确公式有时讨论问题不够直观。在一定的条件下，用二项式展开可以得到简 单的近似公式，以后讨论某些问题时经常用到。
tx t0
1
x2 v2t02
越平缓，曲率越小。
从视速度的角度考虑时距曲线的弯曲情况
视速度定理
t
s v
s' v*
s sin
s'
v* vs' v
s sin
A
△ S‘ B
△ t，△s
由此式可见，视速度一方面反映真速
度，另方面又受传播方向影响，故也 成为识别各种地震波的特征之一。
反射波时距曲线
A工区
B工区
什么情况下直达波的时距离曲线不是直线？
共炮点反射
同一炮点不同接收点 上的反射波，即单炮 记录，也称同炮点道 集。在野外的数据采 集原始记录中，常以 这种记录形式。
可分单边放炮和中间 放炮。
共反射点反射 另一种方式是在许多炮得到的许多张地震记录 上，把同属于某一个反射点的道选出来，组成 一个共反射点道集，于是可得到界面上某个反 射点的共反射点记录。
t0
1
x2 2v2t02
Leabharlann t0x2 2v2t0
x 1 vt0
x2 tn tx t0 2v2t0
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。
物探精品课程 第二章 第二节 地震波时距曲线
2 zu V1
cosi
根据视速度定理有
(2-10) (2-11)
代入(2-11)式得
T *
V1
d sin i
(2-12)
t x
d
Td* t0d
(2-13)
图2-13 折射波相遇时距曲线图
第二节 地震波时距曲线
同样方法亦可得到O2激发，O2O1区间接收时的时距曲线方程：
式中
tu
在图2-12中，我们还可以看到直达波、折射波和反射波三者之间的关系, 这为选择最佳观测段提供了依据。
第二节 地震波时距曲线
四、绕射波和多次反射波时距曲线
1．绕射波
地震波在传播过程中，当遇到断层的
棱角、地层尖灭点、不整合面的突起点
或侵入体如上所述，绕射波将以这些点
为新震源向周围传播。如图2-19所示，
点)左侧时，上式取负号。
由方程可见,该时距曲线为一条过原点O的直线，该直线斜率的倒数即为
V*。即
V * x / t
(2.2.2)
当忽略震源深度时，一般可近似认为V*等于表层层速度V1。其时距曲线
参见图 2-12所示。显然，在一定观测范围内，直达波最先到达接收点。
第二节 地震波时距曲线
2、折射波时距曲线
若以T=t2，X=x2为变量作图，式(2-19)变成斜率为和截距为的直线，如图2-17
所示。利用这一关系可确定反射界面之上地层的速度值V。
根据反射波时距曲线方程式(2-17)，可求得沿测线变化的视速度：
V*
dx dt
V
1 4H2 x2
(2-20)
分析式(2-20)可以看出，在爆炸点附近(x→0)，V趋于无穷大，而在无穷远处
《地震波运动学》PPT课件
（2）当测线平行于地层走
相等。此时,射线平面是铅直的 ，在该平面内可见到界面的法
线深度h，即 h Vav t0 / 2 ,表示 界面到O点的垂直距离。而从O
点垂直地面向下到界面的深度 称为真深度，也称之为铅垂深 度或钻井深度。界面的法线深
度h与真深度hz之间有下列关系
： hz h / cos
真深度、法线深度的关系
测线平行界面走向时深度间的关系
x
x
R
Ds
A
C
h
1
2
φ
C h C
I
R
B
倾斜界面反射波时距曲线的特点
t
1 v
x2 4h2 4xhsinφ
1、时距曲线为双曲线；
2、xm = ∓2hsinφ 是时距曲线极小点的横坐
标，极小点相对激发点偏向界面上倾一侧；
3、在极小点处，反射波返回地面的时间最短，
tm=2hcosφ/v
4、 xm 点实际上就是虚震源在测线上的投影，
多次覆盖剖面上的特殊波
回转波的水平叠加剖面（a）和偏移剖面（b）
第五节 地震反射的时间记录剖面
原始的地震资料上，地下地质界面是 以双曲线型的时距曲线表现出来的， 水平界面的时距曲线是一条双曲线， 倾斜界面的时距曲线也是一条双曲线， 很显然，时距曲线不能直观地反映实 际的地下界面。
时间记录剖面：用时间来标定同相轴 所代表的界面深度的地震记录。
2、断面反射波的时距曲线为双曲线；
3、特点：倾角大；反射波振幅强度变化 大；断点有可能产生绕射。
4、地质意义：指示断层的存在及大致的 位置。
三、凹界面上的反射波
凹界面按其具体特点又可分为几种 情况
圆弧的曲率半径为ρ界面的埋藏深
02第三节时距曲线之多层介质反射波时距曲线
单个倾斜反射层的时距曲线 也为双曲线，但双曲线顶点 位置位于倾斜界面的上倾方 向(虚源点正上方)。双曲线 的曲率随速度增大而减小。
倾角时差
（DMO: dip moveout)
第三节 多层介质反射波时距曲线
地面
速度V
均匀介质模型
第三节 多层介质反射波时距曲线
地面
V1 R1
V2 R2
V3 R3
V4 R4
t
2
OA v1
AB v2
2 v1
h1
cos 1
v2
h2
cos 2
同样得到 OC 距离
x 2h1tg 1 h2tg 2
透过定律：sin 1 sin 2 P
v1
v2
cos i
1
P
2
v
2 i
( cos
1 sin 2 )
xt 22vv11
h1
1P2v12 v2
h1Pv1 1P2v12 v2
S1 S2 S3 S4
CMP R4 R3 R2 R1
CDP
5. 共炮检距道集(COP,Common Offset Point)
OFFSET
CMP
6. 共反射点道集(CRP,Common Reflecting Point) 7. 共成像点道集(CIP, Common Imaging Point) 8. 共聚焦点道集(CFP, Common Focusing Point)
关于数据集
1. 共炮点道集(CSP,Common Shot Point)
炮检距
偏移距
S
R1 R2 R3 … Rn
2. 共接收点道集(CRP,Common Receiver Point)
倾角时差
（DMO: dip moveout)
第三节 多层介质反射波时距曲线
地面
速度V
均匀介质模型
第三节 多层介质反射波时距曲线
地面
V1 R1
V2 R2
V3 R3
V4 R4
t
2
OA v1
AB v2
2 v1
h1
cos 1
v2
h2
cos 2
同样得到 OC 距离
x 2h1tg 1 h2tg 2
透过定律：sin 1 sin 2 P
v1
v2
cos i
1
P
2
v
2 i
( cos
1 sin 2 )
xt 22vv11
h1
1P2v12 v2
h1Pv1 1P2v12 v2
S1 S2 S3 S4
CMP R4 R3 R2 R1
CDP
5. 共炮检距道集(COP,Common Offset Point)
OFFSET
CMP
6. 共反射点道集(CRP,Common Reflecting Point) 7. 共成像点道集(CIP, Common Imaging Point) 8. 共聚焦点道集(CFP, Common Focusing Point)
关于数据集
1. 共炮点道集(CSP,Common Shot Point)
炮检距
偏移距
S
R1 R2 R3 … Rn
2. 共接收点道集(CRP,Common Receiver Point)
地震波运动学多层介质反射波时距曲线
v1
v2
vi
第二种方法是采用平均速度法。即把某一个界面以上的介质用具有平
均速度vav和厚度为H的均匀介质来代替。用下面公式 计算该界面的反 射波时距曲线。
t平均
1 vav
x2 4H 2
n
hi
n
其中vav
i 1
n ( hi )
,
H
hi
i 1
v i1 i
25-25
Seismic Wave Kinetics
用引入平均速度的办法，就可以把三层介质问题转化为均匀介质 问题，并可以把三层介质的时距曲线近似地看成双曲线。
引入平均速度是对层状介质的一种简化方案。它的准则是两种情 况下t0相等，或者说两条时距曲线在(x＝0；t＝t0)点重合。
实际地层剖面中，不只三层而是很多层，这时仍可以用上述方法， 用不同的平均速度值，把各个界面的上覆介质简化为均匀介质，
计算地震波传播的总时间t，以及 相应的接收点离开激发点距离x。
当计算出一系列(t、x)值后，就 可具体画出R2界面反射波时距曲 线。
25-8
Seismic Wave Kinetics
地震勘探原理及方法
下面找出计算（t，x）的公式。波从震源 O出发，透过界面R1，其传播方向必然满 足透射定律，即：
在地震勘探中对客观存在复杂的地层剖面，根据对问题研 究的深入程度，对成果精度的要求等因素，建立了多种地 层介质结构模型，主要有三种：
• 均匀介质
• 层状介质
• 连续介质
25-3
Seismic Wave Kinetics
地震勘探原理及方法
均匀介质 所谓均匀介质是认为反射界面R以上的介质是均 匀的，即层内介质的物理性质不变，地震波传播速度是一 个常数v。界面R是平面，界面可以是水平的或倾斜的。
地震波时距曲线
在地面激发了地震波后，根据地下介质的结构 和波的类型（如直达波、折射波和反射波）， 地震波将具有不同的传播特点。
一、时距曲线的概念(T-X Curve Conception)
为了定量地说明不同类型的波在各种介质结构 情况下传播的特点，在地震勘探中主要采用 “时距曲线” (时距曲线方程)这个概念。时 间和距离的关系是通过速度联系的。
地震波时距曲线
一个分界面下地震波时距曲线
Chapter 2 Seismic Wave time distance Curve
本章内容提要：
这一章中主要讨论反射波，绕射波，多次波， 在地下岩层中传播时，波传播时间t与炮检距x 之间的关系，把这种关系在t-x坐标中表示出来， 所得到的曲线图象，称为时距曲线，即t与x关 系曲线，它属于运动学的问题。因此，讨论一 般采用几何作图的方法。下面介绍在均匀，层 状、连续介质中，在不同的界面处(水平，倾斜) 波的时距曲线及时距方程。
一般炮点和接收点都放在同一测线上，叫纵 测线，炮点与接收点不在同一线上，叫非纵 测线。二维观测大多用纵测线方式。
一、时距曲线的概念(T-X Curve Conception)
记录方式：
1. 单道(自激自收)接收--一炮一道(效率 很低)；
2. 多道接收--一炮多道(现在常用96--120 道，最多达上千道)；
(3)正常时差 Normal Movement (NMO)
(1) 时距曲线方程
Common Shoot Point Reflect Wave T-X Curve Equation
A.地质模型；
t
Geology Model 反射界面R， N 速度V，埋藏深度H, O点
放炮，S点接收时间t；
tD= X /V
一、时距曲线的概念(T-X Curve Conception)
为了定量地说明不同类型的波在各种介质结构 情况下传播的特点，在地震勘探中主要采用 “时距曲线” (时距曲线方程)这个概念。时 间和距离的关系是通过速度联系的。
地震波时距曲线
一个分界面下地震波时距曲线
Chapter 2 Seismic Wave time distance Curve
本章内容提要：
这一章中主要讨论反射波，绕射波，多次波， 在地下岩层中传播时，波传播时间t与炮检距x 之间的关系，把这种关系在t-x坐标中表示出来， 所得到的曲线图象，称为时距曲线，即t与x关 系曲线，它属于运动学的问题。因此，讨论一 般采用几何作图的方法。下面介绍在均匀，层 状、连续介质中，在不同的界面处(水平，倾斜) 波的时距曲线及时距方程。
一般炮点和接收点都放在同一测线上，叫纵 测线，炮点与接收点不在同一线上，叫非纵 测线。二维观测大多用纵测线方式。
一、时距曲线的概念(T-X Curve Conception)
记录方式：
1. 单道(自激自收)接收--一炮一道(效率 很低)；
2. 多道接收--一炮多道(现在常用96--120 道，最多达上千道)；
(3)正常时差 Normal Movement (NMO)
(1) 时距曲线方程
Common Shoot Point Reflect Wave T-X Curve Equation
A.地质模型；
t
Geology Model 反射界面R， N 速度V，埋藏深度H, O点
放炮，S点接收时间t；
tD= X /V
地震波的时距曲线
t2
t02
x2 v 2
(2.1.13)
均方根速度为
v
n
tv ii i 1
n
2
1/ 2
ti
i 1
(2.1.14)
均方根速度是以各层的层速度加权再取均方根值得到的。
在震源附近接收时，i角较小，可以略去pvi的高次项 得到结果，所以仅在震源附近满足假设，远离震源时 有误差，时距曲线是高次曲线。
第二章 地震波的时距曲线
主讲：王伟 邮箱：
地质工程教研室
在地震勘探工作中，每激发一次人工地震波，都要 在多个检波点接收地震信号。炮点和检波点都沿一条 直测线布置，炮点到任意检波点的距离称炮检距x，相 邻检波点的距离叫道间距x，来自同一界面的地震波 沿不同路径先后到达各检波点，从而形成一张如图 2.1-0所示的地震记录。
t 0* RS 1 4h2 x2
v1
v1
(2.1.2)
将反射波在炮点的反射时间称为反射回声时间，
t0
2h v1
则（2.1.1）式可改写为
t
t02
x ( v1
)2
或
t2
t02
x2 v12
(2.1.2)
式（2.1.2）就是水平界面反射波的时距曲线方程式，可 化简为以下的标准双曲线方程
t2 t02
图2.1-1 直达波和反射波时距曲线
(4)折射波、地滚波、声波等都有自己特有的形状。地 滚波、声波都是过原点的直线，但比直达波斜率大， 原因是面波和声波速度小于直达波。
(5)每一类特定的时距曲线，其时距曲线的斜率与地下 介质的纵波速度v有关。
因此，了解不同地质体产生的地震波时距曲线的特征， 对于利用地震记录及时指导野外施工，以及进行地 震资料的处理与解释都是非常重要的。
地震波的时距曲线
（2.1.6）标准形式为
(2hv c 1o 2ts2)2(x (2 h 2 c h o ssi n )2)21 (2.1.6')
1. 倾斜界面的反射波时距是双曲线
2. 双曲线以其极小点M为对称，M向反射界面上倾
方向偏移距离xm= 2hsin;时距曲线极小点的纵坐
标为tm
tm
2hcosx
v
3.倾角时差（界面倾斜引起的单位距离的时间差） 为td /x，
图2.1-1 直达波和反射波时距曲线
(4)折射波、地滚波、声波等都有自己特有的形状。地滚波、 声波都是过原点的直线，但比直达波斜率大，原因是面 波和声波速度小于直达波。
(5)每一类特定的时距曲线，其时距曲线的斜率与地下介质 的纵波速度v有关。
因此，了解不同地质体产生的地震波时距曲线的特征，对 于利用地震记录及时指导野外施工，以及进行地震资料 的处理与解释都是非常重要的。
如图2.1.3，经推导，水平多层介质的反射波时距 曲线（在炮检距不大时）仍看成是双曲线；多层 介质的时距曲线方程式如下：
t2 t02vx22
(2.1.13)
均方根速度为
v
n t v2 ii i1
n
1/2
ti
i1
(2.1.14)
均方根速度是以各层的层速度加权再取均方根值得到的 。
在震源附近接收时，i角较小，可以略去pvi的高次项得到 结果，所以仅在震源附近满足假设，远离震源时有误差， 时距曲线是高次曲线。
6.用一般分析手段，从反射波法很难获得详细的地层速度 资料，而只能求得反射层位以上比较笼统的所谓有效速度。 有效速度有时也近似看作平均速度
7.反射波法要求界面比较"光滑"，否则会发生散射现象， 使记录不易辨认。
水平多层介质反射波的时距曲线
六、水平多层介质反射波的时距曲线 1． 时距曲线方程1 2 n-1 n 据斯奈尔定律：P V V V nn ====αααsin sin sin 2211 (6.2-28) 或),,2,1(sin n i P V ii==α i i PV =αsin2221sin 1cos i i i V P -=-=αα设波在第n 个界面上发生反射,波在水平层状介质中应走折线。
则[]22211⨯∆++∆+∆=n n tg h tg h tg h x ααα∑∑==-∆=∆=ni ii i ni i i i V P PV h h 122112cos sin 2αα∑∑∑===-∆=∆=⋅∆==⨯+++=ni i i iiii i ni i i n i ii n n V P V h h S V h V S V S V S V S t 12211221112)cos (1cos 222][αα⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧-∆=-∆=∑∑==ni i i i ni i i i V P V h t V P PV h x 1221221212 P55(§6.2-28①) 特点：①不是双曲线，②显函数形式写不出来。
2． 平均速度V（1） 平均速度的概念：① 波的射线速度V r ——波沿着射线的平均速度 nn nn n r V S V S V S S S S t t t S S S V ++++++=++++++=2211212121n n n nn V h V h V h h h h ααααααcos cos cos cos cos cos 2221112211∆++∆+∆∆++∆+∆=P54(§6.2②)② 平均速度的第一种定义方法当波垂直入射时，有021====n ααα ，P54(§6.2②)式变成：nn n V h V h V h h h h V 0cos 0cos 0cos 0cos 0cos 0cos 221121∆++∆+∆∆++∆+∆=∑∑∑∑====∆=∆∆=∆++∆+∆∆++∆+∆=ni ini ini ii ni inn nthV h hV h V h V h h h h 1111221121 P54(§6.2③)波在水平层状介质中垂直传播的总路程与总时间之比叫平均速度。