件。因此,绕射波是识别断层、地层尖灭点、洞穴等突变地质体的重要标志。
绕射波在水平叠加记录上的形态是一条规则的双曲线,因此,在剖面上很容易识别。
对于任意点C,它离开震源的水平距离为x
t?AB?BCV2AB?h2?x0
BC?h2??x2
?t?1(h2?x2?h2??x2)0V
绕射现象同样可用惠更斯原理来解释。事实上,界面上的每个点都可看作是新震源,在地面上观测到的一个连续界面上的反射波是由所有这些新震源产生的绕射波的叠加。此时,我们称之为“广义绕射”,由于地质体不连续造成的间断点而引起的绕射波被称为“狭义绕射”。如不特殊申明,一般所说的绕射是指“狭义绕射”。
有时,地层由于侵蚀,造成层面不光滑,粗糙不平,当地震波传播到这种凹凸不平的界面时会产生散射现象。散射也称为漫射,将造成地震剖面中反射面不连续,断断续续,时隐时现的情况。
第五节 弹性波的衰减
概念:能通量密度(波的强度)──单位时间通过垂直于波动传播方向(即波前面)单位面积的能量。用I表示。一般,I?A2,即I与振幅A的平方成正比。
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地震波在传播过程中,其能量的变化由多种因素引起。主要有:波前扩散、介质吸收造成能量衰减、分界面造成反射、透射及层间多次反射……。
一、波前扩散(球面扩散、几何扩散)
以球面波为例,随着波前面的不断扩大,通过单位面积的能量将逐渐变小。设激发总能量为E,则:
E I0?4?r02
E4?r2I?Ir02???1I0r2考虑到I?A2,所以,
rAAr0C ??A?00?A?A0rrr
这表明,球面波的强度与传播距离的平方成反比,振幅与传播距离成反比。 同样,可以推导出柱面波、平面波所对应的通式:
(rI)?(0)mI0r式中,m?0,1,2分别对应平面波、柱面波、球面波的扩散。
二、吸收衰减
介质对地震波的吸收──实际地质介质并非完全弹性介质,弹性波在非完全弹性介质中传播时,介质中质点振动的能量因质点之间相互摩擦,有一部分能量要转化为热能而损失掉,这种现象称为介质对地震波的吸收。
粘滞介质──具有吸收性能的非理想弹性介质。或叫“粘弹性介质”。 吸收衰减可用以下方程表示:
A?A0e???r
式中,A0为r?r0处的振幅;?为吸收系数,表示单位距离内振幅的衰减率。
吸收系数?是频率f的函数,即???(f)。 ① 当频率很低时,满足???????2?,则:
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?1???2?1/2???2(??2?)3/2??V?Vp?式中???4?/3,?为粘滞系数。
② 当频率教高时,满足???????2?,则:
??1/2???()???2??2???1/2?V?()???由此可见,f越高,?越大。所以,大地具有低通滤波作用。
同时,波的传播速度在频率比较高时,亦会随f变化,这种现象称为“波的频散特征”。一般在地震勘探所能记录到的有效地震信号的频带内,体波的频散现象很弱,可以忽略。
吸收的强弱随岩石的性质变化而变化。一般地,疏松岩石(如风化层)比硬岩石的吸收要大。因此,地震波在通过表层风化层时,会大大地被吸收掉,尤其是高频成分,很快被吸收掉,导致地震勘探的分辨能力下降。为尽量避免这一现象发生,人们往往将激发点置于风化层以下,并将检波器挖坑埋置。
最后,综合球面扩散和地层吸收:
A?A0???rer
三、透射损失
为考虑问题简单,只考虑一次反射,未考虑多次反射。
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A1?A0R1A2?A0(1?R1)T1?R2?A0(1?R1)(1?R1)R2?A0(1?R12)R2式中,T1?表示由R2界面反射回来的波经过由V2到V1介质中的R1界面时的透射系数。若假设入射角??0,则
?V??2V2?2V2??1V1T1??1?R1??1?11??1?R1?1V1??2V2?2V2??1V1依次类推:
22An?A0(1?R12)(1?R2)?(1?Rn?1)Rnn?1i?1?A0Rn?(1?Ri2)这表明,弹性波每透过一个弹性分界面时,必使入射波的振幅A0乘以一个因子(1?Ri2),这个因子称为透射损失因子。由于(1?Ri2)?1,所以,入射波的能量由于透射损失会耗损一部分。但由于Ri??1,所以这部分损失往往被忽略。
第六节 地震反射波记录道的形成
设A0表示入射波的振幅,?表示吸收系数,r表示波的传播距离,?(t?r/V)表示地震子波(它由震源函数和介质性质决定),则由地下某一反射界面反射到地面的波的位移为:
?A0???rn?1rr?up?e?(1?Ri2)?Rn??(t?)?rVri?1若令
~A0???rn?1An?e?(1?Ri2)?Rnri?1则
?~rr?up?An??(t?)?Vr?1. 地震记录g(t)的形成:就是将地下所有反射界面所获得的各位移量相加形成的振动图。
?nrir~?g(t)??Ai??(t?)Virii?1绘图表示如下:
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