地震波运动学第六节折射波运动学课件.ppt

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1、第一章第六节折射波运动学Section6RefractedWaveKinetics主要内容视速度概念折射波的形成及传播单一水平界面折射波时距曲线水平层状介质折射波时距曲线倾斜界面折射波时距曲线一、视速度概念地震波在空间介质内是沿射线方向以真速度V传播的，但地震勘探的观测大多是在地表沿测线进行，因测线的方向与波的射线方向常常不同，沿测线“传播”的速度也就不同于真速度，称为视速度V*。所谓视速度，就是沿测线方向观测到的传播速度。物理含义是把在地下用真速度沿射线传播的反射波看作是用视速度沿地面测线传播的波动。在地震勘探中沿测线观测时，得到的往往是视速度而不是真速度，主要突出介绍视

2、速度与真速度的差别和联系。对折射波时距曲线的讨论，主要是关于如何用视速度概念来说明地震波传播的某些特点，即波出射到地面的射线的角度、地震剖面上同相轴的形态、波的视速度三者之间的关系。图(a)中，射线互相平行，垂直地面出射，波的视速度Va＝∞(Δt=0，波前同时到达地面)，波的同相轴是一条水平线；在下图(b)中，射线互相平行，但不是垂直地面，同相轴是一条倾斜直线，视速度为常数Va＝Δx/Δt；在下图(c)中，波的射线出射角是变化的，互相不平行，同相轴是一条曲线，视速度也是逐点变化的，Va＝Δx/Δt，出射角θ越大，同相轴越陡,Va越小。左图，两条直线同相轴在A点上方相交，这表

3、明：波I的所有射线是互相平行的，波Ⅱ的所有射线也是互相平行的，但这两个波的射线并不平行，因为两条同相轴的斜率不相同。在A点，这两个波的到达时间相等，但两个波在A点出射的两条射线并不平行。右图，一条弯曲的同相轴与一条直线同相轴在A点上方的B点处相切，这表明两个波的同相轴在B点有相同的斜率和相同的到达时间，也即是两个波出射到A点的射线是重合的。二、折射波的形成和传播规律在前面已经提到，当界面下部介质波速V2大于上部介质波速V1，波的入射角等于临界角时，透射波就会变成沿界面以V2速度传播的滑行波。滑行波的传播引起了新的效应：因为两种介质是密接的，为了满足边界条件，在第一种介质中要

4、激发出新的波动，即地震折射波。本节从几何地震学出发导出折射波的传播规律。1、折射波形成的关键当入射角在临界角以内，在界面上每一点都同时有三个波出现入射波、透射波、反射波。而在临界角以外，由于滑行波以速度V2沿界面在第二种介质中向前传播，滑行波到达界面各点比入射波要早(下面要证明这个结论)。于是就出现了这样的情况：在两种介质密接的界面下部有波传播。根据波动理论，这时界面上部同时有波动传播。只有在界面上部也形成某种波，这样才符合波动理论。2、证明在临界角以外（B点以外），界面上任一点滑行波比入射波先到滑行波到达C点的传播时间:入射波到达C点的传播时间:在B点波正好以临界角i入射

5、，在C点入射角α已大于临界角。要证明滑行波比入射波先到达C点，即t1>t2或△t=t1－t2>0当α=i，cos(α-i)=cos0°=1，Δt=0当α>i，0＜cos(α-i)＜1,Δt＞0即证明了在临界角以外，界面上任一点滑行波比入射波先到，也就是说折射波总是首至波。折射波总是首至波波在C′点以临界角θc入射在两种均匀介质的分界面上，作为透射波之特例的滑行波也就从这一点开始滑行，其波速是V2。根据惠更斯原理，当滑行开始时，可以认为C′也向第一种介质中发出波速为V1的球面子波。3、折射波传播的规律和特点过了一段时间△t=C′B/V2，滑行波到达分界面上的B点，这时B点开始

6、向第一种介质中发射速度为V1的球面子波，而从C′点发出的子波已传到半径为R1＝V1Δt=C′B·V1/V2的球面上。（红色圆弧）又过了同样的一段时间△t，滑行波到达E点，C′B=BE；这时E点开始向第一种介质中发射子波，而从B点发出的子波已传到半径为R1的球面上，从C′点发出的子波已传到半径为2R1=2C′B·V1/V2＝C′E·V1/V2的球面上。不难证明，折射波的射线和分界面的法线之间的夹角等于临界角θc通过E点作这两个球面的公切面，就得到折射波的波前，如图中的EE′所示,而波线是垂直波前的。由图可见，∠C′EE′和∠NEA′都是∠NEE′的余角，从而两角相等。在直角三

7、角形ΔC′EE′中，有sin∠C′EE′=C′E′／C′E．前已说明C′E′=2R1=C′E·V1/V2，从而sin∠C′EE′=V1/V2。这正是临界角满足的关系，结果就有∠NEA′=∠C′EE′=θc但是在图中所示的情况下，由于入射线并不平行，从而反射线也不平行。除了C′这样的点以外，任何地方的反射角都不等于临界角θc，而折射波的射线却是平行的，到处都和法线成θc角度。在oA范围内是接收不到折射波的，这个范围叫折射波的“盲区”。只有当两种介质分界面下部介质的波速比上覆介质的波速大时，在这个分界面上才能形成折射波