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地震波科技名词定义中文名称：地震波英文名称：seismic wave定义：由天然地震或通过人工激发的地震而产生的弹性振动波，在地球中由介质的质点依次向外围传播的形式。
所属学科：水利科技（一级学科）；水利勘测、工程地质（二级学科）；工程地质勘探（水利）（三级学科）本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布百科名片地震波地震波是指从震源产生向四外辐射的弹性波。
地球内部存在着地震波速度突变的基干界面、莫霍面和古登堡面，将地球内部分为地壳、地幔和地核三个圈层。
目录1概述发生原理1概念介绍1传播方式1纵波和横波现象介绍1相关性质1波的性质概念介绍1简谐波1描述参量P波和S波的速度1地质构造的影响综述1性质推导1现象介绍1地震共振概念解释1具体案例1总结地震面波地震波的波序展开概述发生原理英文seismic wave.由地震震源发出的在地球介质中传播的弹性波。
地球内地震波部存在着地震波速度突变的基干界面、莫霍面和古登堡面，将地球内部分为地壳、地幔和地核三个圈层。
地震震源发出的在地球介质中传播的弹性波。
地震发生时，震源区的介质发生急速的破裂和运动，这种扰动构成一个波源。
由于地球介质的连续性，这种波动就向地球内部及表层各处传播开去，形成了连续介质中的弹性波。
概念介绍地震波是指从震源产生向四外辐射的弹性波。
地球内部存在着地震波速度突变的基干界面、莫霍面和古登堡面，将地球内部分为地壳、地幔和地核三个圈层。
传播方式地震被按传播方式分为三种类型：纵波、横波和面波[1]。
纵波是推进波，地壳中传播速度为5．5~7千米／秒，最先到达震中，又称P波，它使地面发生上下振动，破坏性较弱。
横波是剪切波：在地壳中的传播速度为3.2～4.0千米/秒，第二个到达震中，又称S波，它使地面发生前后、左右抖动，破坏性较强。
面波又称L波，是由纵波与横波在地表相遇后激发产生的混合波。
其波长大、振幅强，只能沿地表面传播，是造成建筑物强烈破坏的主要因素。
地震波传播与地震波反射分析地震是地球内部能量释放的一种自然现象，也是地壳运动的主要形式之一。
地震波作为地震能量传播的媒介，对于地球内部结构和地震学研究具有重要意义。
了解地震波的传播规律以及地震波在不同介质中的反射特性，可帮助我们更好地预测地震灾害，并为地质勘探提供依据。
一、地震波传播地震波传播指的是地震波从震源传播至地震仪的过程。
地震波传播路径通常包括体波和面波两部分。
1. 体波传播体波是指从震源分裂两部分传播的纵波（P波）和横波（S波）。
P波是地震波中传播速度最快的波动，它可以穿过固体、液体和气体介质，传播方向沿着波前的传播方向。
S波是相对于P波而言的、传播速度较慢的横波。
S波只能在固体介质中传播，传播方向垂直于波前的传播方向。
2. 面波传播面波是地震波的另一种传播方式，它沿着地表或其他介质界面传播。
面波包括两种主要类型：雷利波（R波）和洛夫波（L波）。
R波是沿着地表传播的横波，其振动方向与传播方向垂直。
L波是一种混合波，它既有纵波成分，也有横波成分，传播速度介于P波和S波之间。
二、地震波的反射分析地震波在穿越不同介质时，会发生反射、折射等现象，这对于地质勘探和地下结构的研究具有重要意义。
地震波的反射分析就是根据地震波的传播特性，通过观测地震波在地表或井孔中的反射信号，推断地下介质的性质和结构。
地震波的反射分析主要利用地震记录剖面和地震剖面解释。
1. 地震记录剖面地震记录剖面是通过布设地震仪器，记录地震波沿特定方向传播的过程。
记录剖面在时间轴上展示了地震波在各个地层中传播的路径和能量变化。
根据地震记录剖面的数据，我们可以推断地下介质的结构、厚度、速度等信息。
例如，地下油气储层通常具有较高的速度，通过地震记录剖面可以确定其位置和储量。
2. 地震剖面解释地震剖面解释是基于地震记录剖面，对地下结构进行解读和解释的过程。
地震剖面解释需要综合考虑地震记录剖面的不同属性，如振幅、频率、相位等信息。
通过地震剖面解释，可以推断地下构造、岩性变化、构造断裂等地质特征。
•§1.概述•§2.反射波运动学•§3.地震反射波的时间记录剖面•§4.特殊波时距曲线•§5.折射波（首波）时距曲线•§1.概述•1.地震波运动学•地震波运动学研究地震波波前的空间位置与其传播时间的关系。
它与几何光学相识，也是引用波前、射线等几何图形来描述波的运动过程和规律，因此也叫几何地震学。
•地震波运动学的原理是应用地震勘探查明地下地质构造的基本原理之一。
• 2.时间场与射线方程•当震源固定时，介质中每点都在一定时刻有波前通过，或者说在介质中每一点M(x,y,z)处观测都可以确定波前到达该点的时间t，因此波前传播时间t是观测点坐标的函数t=t(x,y,z)。
这种波至时间的空间分布就定义为时间场。
描述这个场的函数t(x,y,z)称为时间场函数。
•时间场是标量场，t(x,y,z)=t称为等时面。
i•波射线是用来描述波场特征的曲线。
射线方程是描述波射线的空间分布的解析几何方程，一般形式为f(x,y ,z)=0。
•从广义上讲，物理量的（空间）分布就是场。
•3.时距曲线•在实际工作中，不可能直接测得分布于介质中的波前或射线的位置和形状，只能在地面上进行观测，测定波到达各观测点的旅行时间。
根据波的到达时间t和观测点的坐标x和y，就可以做出t=f(x,y)的关系图形，这个图就叫做时距图。
t=f(x,y)的关系曲面叫做“时距曲面”。
若观测点沿直线分布，观测时间t和观测距离x的关系曲线就叫做“时距曲线”。
换句话说，时距关系就是地震波在地下的旅行时间和观测点的空间坐标之间的关系。
•时距曲线上的点本来是代表地震波的初至时间，但实际工作中初至时间不易确定，一般都以“同相轴”代之。
同相轴是振动图上的各条振动曲线的各个极大值的连线。
这个极大值在地震勘探中也习惯称为“相位”，但这与物理学中的相位的含义是明显不同的。
•研究时距关系可以了解地下地质构造，因为地下介质的结构不同，则地震波的传播特点也就不同；另外相同的介质结构的情况下，不同类型的波（如直达波、反射波和折射波）传播特点也会不同。
•根据地震勘探的基本原理，可以采用单道记录、自激自收的野外工作方法，但是由于这样做效率低以及一系列技术上的问题（如无法实现多次覆盖），在实际生产工作中早已不这样做了。
现在都是所谓“共炮点多道接收”即采用一次激发沿测线多道接收。
•纵测线：激发点和观测点在同一条直线上的测线。
用纵测线进行观测得到的时距曲线称为纵时距曲线。
•非纵测线：激发点和观测点不在同一条直线上的测线。
用非纵测线进行观测得到的时距曲线叫做非纵时距曲线。
•除非特别说明，一般讨论的都是纵测线的情况•对同一类型的波，在同样的介质结构情况下，它的纵时距曲线与非纵时距曲线是不相同的。
•二维观测（即三维勘探）时，时距关系为时距曲面；•一维观测（即二维勘探，且纵测线）时，时距关系为时距曲线；•一维观测（即二维勘探，且非纵测线）时，时距关系为空间时距曲线；•§2.反射波运动学•一、直达波时距曲线•直达波不是反射波，也不是面波。
它是从震源出发（没有经过反射界面）直接到达接收点的体波。
•1.时距方程：找时距关系t=t(x,y,z)总是从出发的。
•2.直达波时距方程•3.直达波与界面性质无关•4.反射波时距曲线在x 很大时逐渐接近直达波t S V =(距离）（速度）t x V=•二、水平界面共炮点反射波时距曲线•讨论反射波时距曲线还有另一方面的实际意义：如果采用自激自收，则由各接收点记录的反射波振动图组成的地震剖面上，反射波同相轴的形态是与地下界面的形态相对应的。
但是，在一点激发多道接收的地震记录上，反射波同相轴的形态就与地下界面的形态不相对应了。
因为这时在各接收点记录下来的反射波的到达时间，不仅与界面的深度、地震波的速度等地下地质因素有关，还同接收点与激发点之间的距离这一非地质因素有关。
•为了解决反射时间不能直接反映反射界面深度这个问题，就要了解各道由于离开激发点距离不同而产生的波到达时差的大小，以便从实际观测到的波到达时间中减去这部分时差，只保留与界面深度有关的那部分时差（这件事就称为动校正，将在后面讨论）。
•为此，也需要了解在一点激发、多道接收时，波到达各观测点的时间的变化规律，即时距曲线方程。
•二、水平界面共炮点反射波时距曲线•所以：由此可以看出是双曲线()t OA AS V Vh x V h x =+=+=+22142222t h Vx h22222441-=•水平界面共炮点反射波时距曲线方程的推导也可采用虚震源原理。
在地震勘探中把这种讨论地震波反射路程的简便作图方法称为虚震源原理。
•三、倾斜界面共炮点反射波时距曲线由虚震源原理由O *引垂直于测线的垂线O *M则：把OM 记作Xm 则有：MS=OS-OM=X-Xmt O S V =*O S MS MO **=+22MO *2=OO *2-OM 2=4h 2-Xm 2所以：又因为：∠OO*M=φ所以：()22222424h xx x x h x x S O m m m +-=-+-=*t V x xx h m =-+12422ϕsin 2h x m =所以：这就是时距曲线方程若倾向相反，则所以：ϕsin 44122xh h x V t -+=ϕsin 2h x m -=ϕsin 44122xh h x V t ±+=•讨论：（1）变换后得由此看出这是一个双曲线方程这是在地震记录上区分反射波的主要标志之一（2）极小点总是在相对于激发点偏向上倾一侧()t a x x b m 22221--=()x t m m ,•讨论：（3）（h 为法线深度）（4）是时距曲线与t 轴的交点，相当于自激自收时间。
t h Vm=2cos ϕt hV02=•由反射波时距曲线方程可知，反射波的传播时间t是与接收点位置x、反射界面深度h、界面倾角φ、以及界面上部介质的波速V之间存在的明确的内在联系。
从原则上讲，如果通过观测，获得了一个界面的反射波时距曲线，就有可能利用时距曲线方程给出的关系，求出界面深度h，倾角φ和波速V。
这就是可以用反射波法研究地下地质构造的基本依据。
•采用纵测线时，声波、面波、折射波等的时距曲线都不是双曲线。
所以，反射波时距曲线是双曲线这一特征，可以帮助我们区分反射波和上述几种波。
•四、多层水平介质共炮点反射波时距曲线任取一层i ，设、显然，地震波在上覆层中传播总的时间t 和距离x 为：t i x it h V h V i i i i ii i==-2212cos sin ααx h tg h i i i i i i==-2212αααsin sin t h V i m ii i=-=-∑21112sin αx h i m i i i=-=-∑21112sin sin αα这是多层水平介质共炮点反射波时距关系，它是关于参数、、的参数方程。
我们的最终目的是求。
实际生产中x 、t 可测得，但、不能求，测起来比较困难，就更不好确定。
由：（根据snell 定律）当较小，且也不大时，可认为（以下是要用平均速度把多层介质等效为单层介质）h i V i αi h iV i αi V i αi sin sin ααi iV V =11α1V V i1ααi ≈1V av由的表达式可得：在上述条件下，由的表达式可得：cos sin ααi i iih x =2x i t i t h V x h x V i i i i i i ii i==22sin sin αα当可视为常数时再根据的表达式做变换后可得：αi t t x V xx V xi i m i ii m iii m ii m ====-=-=-=-∑∑∑∑111111111sin sin ααx i t t xh V tg h tg i i m iii i m i ii m ===-=-=-∑∑∑11111122sin αααavm i im i ii V x hV h x1sin sin 1111αα==∑∑-=-=定义：为平均速度令：则：所以：近似简化的时距曲线方程，仍为双曲线。
∑∑-=-==1111m i ii m i iavV h hVHhm i i=∑-=1sin α=+x H x422t VH x =+1422说明：（1）以上简化的实质是：在x 不大时，且也较小，可以用常数代替，然后求得近似的平均速度，用代替，这样把多层介质近似为两层介质（一个界面）。
可通过测井求出，也可用其它方法求得。
（2）在由求时，是以的函数为权值的，即大的地层的速度对的贡献也大。
i V av V i V av V av V i h i h i V av V av说明（3）实际传播时间总是小于在路径上做近似的传播时间，这是费马原理所决定的。
（4）近似条件是：观测范围x 相对于研究深度H不可以太大，各介质的层速度差别也不可以太大。
如果层速度差别很大，更应减小观测距离x。
•五、连续介质中地震波的时间场和反射波时距曲线在沉积岩地区，地震波传播速度的分布规律具有成层性，因此可以近似地把地层看成是层状介质。
但是通过地震勘探的大量研究，人们发现，对于较深的界面，把它的覆盖介质的波速看成随深度连续变化，更接近于真实情况，因此本节讨论地震波在连续介质中的传播规律。
水平层状介质取其厚度为无限薄的极限即为连续介质模型实际地层，尤其是沉积旋回比较明显的地区，地层往往如此。
1.连续介质的曲射线及其参数方程这里、均为z 的函数，即、snell 定律为：考察图(b)中的小线元ds ，有：V i αi )(z V V i i =)(z i i αα=()()sin αz V z p=()()()()()dx tg z dz z z dz pV z dzV z p ===-αααsin cos 122()()ds dz z dz V z p ==-cos α122以下、均简写作V 、α在0～z 的范围内对dx 、dt 的表达式积分，得：()V z ()αz ()()dt ds V z dz V p V ==-12212()x pV p V dzz =--⎰122120()t V p V dzz =---⎰1221201•这个方程组就是曲射线的参数方程组。
•这里若消去参数p 就可得到时间场方程t=t(x,z)，但因为函数V(z)现在是任意的，这就不能以一般形式消去参数p ，除非给定函数V(z)的具体形式。
• 2.射线方程及其几何形状•通常速度随深度最简单的函数关系是其中是z=0处地面附近的波速，β是V 随z 的变化率。
把这个线性关系式代入上面的方程组，得：()z V z V β+=1)(0V 0()()[]x pV z dz p V z z =+-+⎰02022120111ββ()()[]t dz V z p V z z =+-+⎰02022120111ββ积分后得到：在这个方程组中x 的表达式本身就是地震波的射线方程式。
