第一节地震波的基本概念课件

第一第一节节 地震波的基本概念地震波的基本概念第一节 地震波的基本概念1波波动动：振振动动在介在介质质中的中的传传播。播。一一、地震波是在岩地震波是在岩层层中中传传播的播的弹弹性波性波二、波的几个特征二、波的几个特征1.振振动动和波和波动动的关系就是部分和整体的关系的关系就是部分和整体的关系波有一定的速率。波有一定的速率。波的波的频频率等于震源的率等于震源的频频率。率。波动：振动在介质中的传播。22.波前、波后和波面波前、波后和波面波前：波前：介介质质中某一中某一时时刻刻刚刚刚刚开始振开始振动动的各点的各点组组成的面叫波前。成的面叫波前。波面：波面：介介质质中同中同时时开始振开始振动动的各的各质质点所点所组组成的成的曲面叫波面。曲面叫波面。2.波前、波后和波面波前：介质中某一时刻刚刚开始振动的各点3波后：波后：介介质质中某一中某一时时刻刻刚刚刚刚停止振停止振动动的各点的各点组组成的面叫波后。成的面叫波后。如如图图:波后：介质中某一时刻刚刚停止振动的各点组成的面叫波后。如图4在在t0时时刻，波源开始振刻，波源开始振动动，过过了一段了一段时间时间到了到了t0 （t0 t0），），波源的振波源的振动动可能停止了或可能停止了或暂时暂时停停顿顿了；了；到了到了 t1 时时刻，刻，传传播了一段距离。播了一段距离。在t0时刻，波源开始振动，5S:t1 时时到波前，波是不到波前，波是不 断前断前进进的，波前、的，波前、波尾是相波尾是相对对某一某一时时刻的波前、波尾。介刻的波前、波尾。介质质中的任何一点都有一个波面。中的任何一点都有一个波面。在在V0区域：区域：波已波已经传经传播播过过去，振去，振动动已停止；已停止；在在V1区域：区域：介介质质振振动动正在正在进进行；行；在在V2区域：区域：波波还还没有没有传传到；到；S:t1 时到波前，波是不 断前进的，波前、波尾是相对6在一定条件下，可以在一定条件下，可以认为认为波及其能量是沿一条波及其能量是沿一条“路径路径”从波源从波源传传到所考到所考虑虑的一点的一点P，然后又沿，然后又沿那条那条“路径路径”从从P点向点向别处传别处传播，播，这样这样的理想路的理想路径就叫通径就叫通过过P点的波点的波线线，又叫射，又叫射线线。3.波波线线几何地震学几何地震学:利用波利用波线线的概念来研究地震波的的概念来研究地震波的传传播播问题问题。在一定条件下，可以认为波及其能量是沿一条“路径”从波源传到所7振振动动曲曲线线：4.振振动动曲曲线线和波形曲和波形曲线线某一某一质质点在不同点在不同时时刻的情况；刻的情况；振动曲线：4.振动曲线和波形曲线某一质点在不同时刻的情况；8为为了反了反应应各点的振各点的振动动之之间间的关系，把同一的关系，把同一时时刻各点的位移画在同一个刻各点的位移画在同一个图图上上，即描述，即描述某一某一时时刻各刻各质质点偏离平衡位置的曲点偏离平衡位置的曲线线。波形曲波形曲线线：为了反应各点的振动之间的关系，把同一时刻各点的位移画在同一个9不同的不同的质质点可能有不同的振点可能有不同的振动动曲曲线线；不同的不同的时时刻有不同的波形曲刻有不同的波形曲线线；在地震勘探中，通常把沿着在地震勘探中，通常把沿着测线测线画出画出的波形曲的波形曲线线叫叫“波剖面波剖面”。5.正弦波的几个特征：正弦波的几个特征：正弦波正弦波:如果各点的振如果各点的振动动都是都是谐谐振振动动。不同的质点可能有不同的振动曲线；5.正弦波的几个特征：正弦10对对于正弦波介于正弦波介质质中各部分振中各部分振动频动频率等于波源率等于波源频频率，周期率，周期T和和频频率有固定率有固定值值。（1）波波长长：在一个周期内，正弦波沿着波在一个周期内，正弦波沿着波线线前前进进的距的距离叫波离叫波长长。波源每振。波源每振动动一次，波一次，波长长前前进进一一个等于波个等于波长长的距离的距离，波源每秒振，波源每秒振动动的次数的次数就是就是频频率率f，波每秒前，波每秒前进进距离是距离是f（即波速（即波速v）。）。对于正弦波介质中各部分振动频率等于波源频率，周期T和频率有固11第一节地震波的基本概念课件12如果不是沿着波的如果不是沿着波的传传播方向而是沿着播方向而是沿着别别的方的方向来确定波速和波向来确定波速和波长时长时，所得，所得结结果叫做正弦果叫做正弦波的波的视视速度和波速度和波长长，用用 和和 来表示。来表示。（2）视视速度：速度：当涉及的波速和波当涉及的波速和波长时长时，我，我们们是沿着波的是沿着波的传传播方向来考播方向来考虑问题虑问题。如果不是沿着波的传播方向而是沿着别的方向来确定波速和波长时，13如如图图:为为沿着沿着测线测线方向的方向的视视波波长长 如图:为沿着测线方向的视波长 14波沿波沿测线测线方向方向传传播速度播速度 波沿测线方向传播速度 15第一节地震波的基本概念课件16三、地震波三、地震波传传播的播的规规律律 1、反射和透射反射和透射 当波入射到当波入射到2种介种介质质分界面分界面时时，会，会发发生反射生反射和透射。和透射。三、地震波传播的规律 1、反射和透射 当波入射到2种介质分界17第二种介第二种介质质（波阻抗）（波阻抗）当当 时时：地震波才会地震波才会发发生反射。生反射。第一种介第一种介质质 第二种介质（波阻抗）当 182.反射定律和透射定律反射定律和透射定律入射面：入射面：入射入射线线和法和法线线NP所确定的平面垂直所确定的平面垂直分界面叫入射面。分界面叫入射面。反射定律：反射定律：反射反射线线位于入射面内，反射角等位于入射面内，反射角等于入射角，于入射角，2.反射定律和透射定律入射面：入射线和法线NP所确定的平面垂19透射定律：透射定律：透射透射线线也位于入射面内，也位于入射面内，而且：而且：透射定律：透射线也位于入射面内，20表示：沿着界面，波在两种介表示：沿着界面，波在两种介质质中中传传播播的的视视速度是相等的。速度是相等的。全反射全反射:表示：沿着界面，波在两种介质中传播的视速度是相等的。全反射21当当 到一定程度，但到一定程度，但还还未到未到 时时，已增已增大到大到 ，这时这时透射波在第二种介透射波在第二种介质质中沿界中沿界面面“滑行滑行”，出，出现现“全反射全反射”现现象。象。开始出开始出现现“全反射全反射”时时的入射角叫的入射角叫临临界角界角 当 到一定程度，但还未到 时，已增大到 22对对于水平于水平层层状介状介质质，各，各层层的的纵纵波，横波波，横波速度分速度分别别用用斯奈斯奈尔尔（Snell）定律：）定律：对于水平层状介质，各层的纵波，横波速度分别用斯奈尔（Snel23表示入射波表示入射波为纵为纵波，入射角波，入射角为为 ，各，各层纵层纵横波的反射角和透射角分横波的反射角和透射角分别别用用 表示，表示，则则：P：射线系数表示入射波为纵波，入射角为 ，各层纵横波的反射角和透射243、费马费马（Fermat)原理：原理：波在各种介波在各种介质质中的中的传传播路播路线满线满足所用足所用时间为时间为最短的条件。最短的条件。3、费马（Fermat)原理：波在各种介质中的传播路线满足25介介质质中波所中波所传传到的各点，都可以看成新的波源到的各点，都可以看成新的波源叫子波源，可以叫子波源，可以认为认为每个子波源都向各方向每个子波源都向各方向发发出微弱的波，叫子波。子波是以所在点出微弱的波，叫子波。子波是以所在点处处的波的波速速传传播的。利用惠更斯原理播的。利用惠更斯原理导导出反射定律。出反射定律。4、惠更斯（惠更斯（Huyaens)原理：原理：介质中波所传到的各点，都可以看成新的波源叫子波源，可以认为每265、地震折射波：地震折射波：当入射角当入射角 时时，发发生全反射，不生全反射，不产产生滑生滑行波，没有透射波，滑行波行波，没有透射波，滑行波传传播又引起另播又引起另外的效外的效应应，由于两种介，由于两种介质质互相密接，滑行互相密接，滑行波在波在传传播播过过程中也会反程中也会反过过来影响第一种介来影响第一种介质质，并在第一种介，并在第一种介质质中激中激发发新的波，新的波，这这种种由滑行波引起的波，在地震勘探中叫由滑行波引起的波，在地震勘探中叫“折射折射波波”。5、地震折射波：当入射角 时，发生全反射，不27四、地震勘探中的常四、地震勘探中的常见见波波炸炸药药爆炸以猛烈的膨爆炸以猛烈的膨胀胀作用作用为为主，造成岩主，造成岩石的膨石的膨胀胀和和压缩压缩，这这种形种形变变使使质质点振点振动动方方向与波的向与波的传传播方向一致，播方向一致，产产生生纵纵波；波；横波：横波：质质点振点振动动方向与方向与传传播方向垂直播方向垂直;纵纵波：波：质质点振点振动动方向与方向与传传播方向一致播方向一致;按波在按波在传传播播过过程中程中质质点振点振动动方向区分方向区分为为 在地震勘探中用炸在地震勘探中用炸药药激激发时发时，一声炮响之，一声炮响之后会后会产产生各种各生各种各样样的地震波。的地震波。四、地震勘探中的常见波炸药爆炸以猛烈的膨胀作用为主，造成岩石28同一次爆炸同一次爆炸产产生的生的纵纵波比横波波比横波强强的多，在的多，在同一介同一介质质中中 ，在地震勘探中，主，在地震勘探中，主要用要用纵纵波。波。又由于又由于实际实际的爆炸作用不具有球形的的爆炸作用不具有球形的对对称称性，以及性，以及实际实际的地的地层层不是均匀介不是均匀介质质，也会，也会产产生使生使质质点沿着与波点沿着与波传传播方向相垂直的振播方向相垂直的振动动，即形成横波。，即形成横波。按波在按波在传传播播过过程中的程中的传传播路径：直达波，播路径：直达波，反射波，折射波，透射波。反射波，折射波，透射波。同一次爆炸产生的纵波比横波强的多，在同一介质中 29第一节地震波的基本概念课件30直达波：直达波：由震源出由震源出发发向外向外传传播，没有遇到分界面直接播，没有遇到分界面直接到达接收点的波叫直达波。一个到达接收点的波叫直达波。一个纵纵波入射到波入射到反射面反射面时时，即，即产产生反射生反射纵纵波和反射横波，也波和反射横波，也产产生透射生透射纵纵波和透射横波。与入射波波和透射横波。与入射波类类型相型相同的反射波或透射波称同的反射波或透射波称为为同同类类波。改波。改变变了了类类型的反射波或透射波称型的反射波或透射波称为转换为转换波。入射角不波。入射角不大，大，转换转换波很小，垂直入射不波很小，垂直入射不产产生生转换转换波。波。直达波：由震源出发向外传播，没有遇到分界面直接到达接收点的31按波所能按波所能传传播的空播的空间间范范围围：沿自由表面或分界面沿自由表面或分界面传传播的波叫面波。其播的波叫面波。其强强度随离开界面的距离加大而迅速衰减。度随离开界面的距离加大而迅速衰减。纵纵波和横波可以在介波和横波可以在介质质的整个立体空的整个立体空间间中中传传播，合称播，合称为为体波。体波。体波：体波：面波：面波：按波所能传播的空间范围：沿自由表面或分界面传播的波叫面波。32R：反射系数（由介：反射系数（由介质质1入射到分界面入射到分界面时时界界面的反射系数）。面的反射系数）。R：反射系数（由介质1入射到分界面时界面的反射系数）。33进进行反射波法地震勘探行反射波法地震勘探时时（目前主要利用反（目前主要利用反射射纵纵波），波），习惯习惯上把上把这这种被我种被我们们利用的波称利用的波称为为有效波，妨碍有效波，妨碍记录记录有效波的其它波都称有效波的其它波都称为为干干扰扰波。波。在界面在界面产产生反射波条件：分界面两生反射波条件：分界面两边边介介质质的波阻抗不相等。的波阻抗不相等。波阻抗界面才是反射界面，速度界面不波阻抗界面才是反射界面，速度界面不一定是反射界面。一定是反射界面。进行反射波法地震勘探时（目前主要利用反射纵波），习惯上把这种34