典型构造地震波场超声波物理模拟报告.doc

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1、XX大学典型构造地震波场超声波物理模拟实验学生姓名：指导教师：201年月实验题目典型构造地震波场超声波物理模拟实验实验人员姓名：学号：专业：姓名：学号：专业：姓名：学号：专业：姓名：学号：专业：姓名：学号：专业：姓名：学号：专业：实验室实验时间201201实验原理构造物理模型的超声波模拟实验，是将实际地质构造按一定的比例尺缩小，采用金属片等材料按照相似性准则制作成物理模型粘贴在有机玻璃薄板上，用压电晶体换能器模拟炸药震源和地震检波器，用超声波模拟地震波，在实验室里开展地震波的运动学与动力学研究的一种实验方法。采用超声波在物理模型

2、上的传播模拟地震波在真实地质构造中的传播，在模型材料和换能器的选择上要满足相似性准则。对于多层介质模型，相似性准则可用下式表示：式中：ρ1为第一层介质的密度，ρ2为第二层介质的密度；λ为波在介质传播的波长；h为界面厚度；Vp为纵波速度，Vs为横波速度；Vp1为第一层介质的纵波速度，Vp2为第二层介质的纵波速度。对于薄板物理模型，如果入射波波长λ>h1+h2（其中h1为薄板厚度，h2为贴片厚度），两层介质粘合部位的合成纵波速度和横波速度可由以下公式描述:式中：h1、h2为两种介质的厚度；ρ1、ρ2为两种介质的密度；Vp1、Vp2为

3、两种介质的纵波速度；Vs1、Vs2为二种介质的横波速度。对物理模型进行数据采集，可以获得与地震勘探相似的高频地震波场，用于研究地震波的运动学和动力学特征。实验内容1、选择物理模型：背斜物理模型、向斜物理模型、断裂物理模型、尖灭物理模型、脉状物理模型开展自激自收观测实验。2、运用地震勘探理论知识，分析物理模型的波场特点，指出不同构造物理模型的观测要点与地震波场的对应关系。3、说明构造模型反射界面的反射波同相轴特征。4、根据要求编写实验报告。完成情况（教师填写）2013年11月，完成了实验原理的学习、仪器操作的培训和背斜、向斜、断裂

4、、楔形和脉状物理模型的数据采集；2014年1月提交了初始报告，2014年4月提交了正式实验报告。实验学时达到16学时。报告对各物理模型的地震波场进行了分析，表明对地震波的运动学特点有一定的掌握，但分析的细致程度不够，对产生特殊波动现象的原因解释不够，对地震波场描述有一定的错误。实验成绩指导教师各种波的运动学特点从波在出现的时间、传播速度、视频率和能量分布上描述实验中所见到的各种类型波：（1）直达波由压电晶体直接激发和接收，最先出现，传播速度较快，视频率较大，能量较大。沿着模型观测表面传播的波，最先到达，传播速度较快，视频率介于面

5、板与声波之间，能量不大。在自激自收剖面上直达波的同相轴呈直线分布，在多次覆盖剖面上直达波呈斜线分布。（2）面波主要在压电晶体浅层介质传播，紧随直达波出现，传播速度最快，视频率最高，能量最大。？？沿着模型表面附件，质点呈椭圆形轨迹传播的波，紧随直达波之后出现，传播深度最慢，视频率最低，能量最大。在自激自收剖面上面波的同相轴呈直线分布，在单次覆盖剖面上呈扫梳状分布，有频散。（3）一次反射板面波在反射板反射后出现，传播速度最小，视频率最小，能量最小。一次反射波在直达波之后出现，传播速度较快，视频率介于面波与声波之间，能量适中。在自激自

6、收剖面上，模型上界面的一次反射波与模型界面相近，下界面的一次反射波由于金属贴片厚度的变化而变得复杂。一次反射波在单次覆盖剖面上呈双曲线状分布。（4）绕射波在介质端点出现，传播速度比一次面板反射波大，视频率比一次反射波大，能量比一次反射板面波大，小于直达波。根据惠更斯原理，当波前面到达模型的端点时，端点可以看成一个新的电源，产生新的扰动向四周传播，即为绕射波。绕射波在间断点处出现，传播速度、振幅和视频率与一次反射波相近。（5）边界干扰波在玻璃板边界出现，传播速度，视频率，能量与绕射波相近。纵波速度计算由背斜模型测量结果取s=300

7、mm，t=272μs；解得v=2206m/s贴片部位的速度？背斜模型的地震波场分析模型及模拟结果如下图所示模拟结果讨论：①点为端点，在模拟图上表现为绕射波，振幅逐渐减小，末端有弯曲。②点为水平反射面，在模拟图上表现为振幅不变的水平图像。③点为端点，在模拟图上表现为绕射波，振幅减小，末端有弯曲。有两组绕射波向端点两侧延伸，两组绕射波的交叉点振幅相叠加形成一个“假背斜”。④点为背斜中心，反射波在此发散，振幅减小。⑤点为金属模型中心。这个模型凸起也可视为一个“向斜”，即背斜上层突起的反射波向下反射，在模型中心干涉叠加，产生有简谐变化规

8、律的振幅。⑥点为金属模型下端，在模拟图上表现为水平反射波，并受到上表面反射波干涉新影响。对于平缓的背斜，一次反射波的形态与实际模型形似，但范围比实际模型稍宽，这是凸界面对波的反射有发射作用，背斜的曲率越大，发射现象越严重，比其范围比实际背斜越宽。关于背斜的振幅，