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波前#xff1a;波在同一时刻所到达的点所构成的面#xff0c;这个面上构成的相位是相同的。波前的形状取决于传播介质的物理性质。我们可以用地震波动方程模拟波前变化#xff08;波场快照#xff09;。 射线#xff08;Ray#xff09;#xff1a;是…地震波的基本介绍
波前波在同一时刻所到达的点所构成的面这个面上构成的相位是相同的。波前的形状取决于传播介质的物理性质。我们可以用地震波动方程模拟波前变化波场快照。 射线Ray是一条假想的“线”垂直于波前。射线指明了波的传播方向但不能反映地震波的能量变化。射线的形状取决于地下岩层的性质。 惠更斯原理和费马原理
地震波在传播过程中遵循惠更斯原理和费马原理。 惠更斯原理对于任何一种波其波前上的任何一点都可以作为子波的波源各个子波波源波前的包络面就是下一个波的波前。一个波阵面的每个点可各看做是一个产生球面子波的次级球面波的中心波源次级波源的波速与频率等于初级波的波速与频率而且以后任何时刻波阵面的位置是所有这种子波的包络面。这个结果实质上是“光学平行”面的一个作图法则所以有时叫做惠更斯作图法。 包络面在波的传播过程中总可以找到同相位各点的几何位置这些点的轨迹是一个等相位面叫做波面(即包络面)。 可以利用惠更斯原理证明折射波的传播路径
费马原理波所走的两点之间的实际路径是传播时间最短的那一条。 可以用费马原理证明反射定律和投射定律 地震波的主要参数
描述地震波的主要参数振幅、频率、相位、周期、波长、波数、时间、速度、波峰、伯父、主频、频带宽度等 振动曲线在某一个固定的接收点质点位移随时间变化的曲线。在时间域里研究地震信号的特征 波剖面在同一时刻质点唯一随接收点位置变化的曲线。在空间域里研究地震信号的特征 描述振动曲线的参数
振幅(amplitude) A在振动曲线上质点唯一离开平衡位置的距离。波峰和波谷振动曲线上正的极大值称为波峰负的极大值称为波谷。周期(period) T T T在振动曲线上相邻极大值间的间隔单位为秒或毫秒。频率(frequency) f f f单位时间内完成周期性变化的次数是描述周期运动频繁程度的量。 频率与周期互为倒数。 T 1 f T \frac{1}{f} Tf1或 f 1 T f \frac{1}{T} fT1 角频率 ω \omega ω ω 2 π f \omega 2\pi f ω2πf。相位(phase)对于一个波特定的时刻在它循环中的位置单位是度最大值是360度。波速(velocicy) v v v单位时间内振动所传播的距离单位是m/s或km/s。 描述波剖面的参数波长(wave lenth) λ \lambda λ波在一个振动周期内传播的距离单位是米。波数(wave number) k k k空间频率指的是单位距离内的波长数。 波长与波数互为倒数 λ 1 k \lambda \frac{1}{k} λk1 或 k 1 λ k \frac{1}{\lambda} kλ1 波速 v v v频率 f f f周期 T T T波长 λ \lambda λ波数 k k k的关系 λ v T v / f \lambda vT v / f λvTv/f v λ / T λ f f / k v \lambda / T \lambda f f / k vλ/Tλff/k 像地震波这样的非周期信号可以利用傅里叶变换提取波的频率、相位等特征参数。 傅里叶变换基本思想几个不同振幅、相位、频率的信号叠加可以得到一个复杂的非周期信号。 若查看非周期的复杂信号的不同频率、相位、振幅等信息组成叫做信号的分解。 地震波的频谱的两个主要参数
主频 f 0 f_0 f0频谱曲线极大值对应的频率。频带宽度频谱曲线上地震波绝大部分能量集中在那个频率范围内。 不同地震信号的频带范围具有较大差异 地震波速度
地震波速度地震波在地下岩层中传播的距离与时间的比值单位是m/s或km/s。地震波速度在空气中的传播速度是340m/s近地表速度大约是数百米/秒地震波的纵波速度在地下2885千米是达到最大可以达到13.7km/s。 影像地震波速度的主要因素 面波的速度随频率变化而发生变化有频散现象 墨霍界面 莫霍面是划分地壳与地幔的界面位于地表以下数千米到30—40km的深度纵波速度从7.0 km/s跳跃增加到8.1 km/s左右横波速度从4.2 km/s增加到4.4 km/s左右。 古登堡面 古登堡面是具有高密度的固体地幔与具有液态性质的外核之间的界面核幔界面。位于地下2900km深度横波到达这一界面即告消失纵波能够通过但通过后其速度明显减慢。同时纵波到达该界面还明显地发生反射与折射出现纵波阴影带即纵波在地表的一定区间不能被接受的地带。 地震子波 seimic wavelet
地震子波是组成地震记录的基本元素。 现代数学中wavelet被称为子波。地震勘探会用到wavelet transformer(小波变换)这个数学工具但是地震子波和小波没有任何关系。 地震子波的形成炸药产生一个延续时间极短的尖脉冲爆炸点附近的介质以冲击波的形式传播当爆炸脉冲向外传播一定距离以后地层产生的弹性形变再向外传播由于介质对高频成分的吸收波形发生明显的变化直到传播更大的距离以后波形逐渐稳定形成一个具有两到三个相位、有一定延续时间的地震波我们称这个波为地震子波。 地震子波的特点有确定的起始时间因果性有限的能量有一定延续时间的信号。 地震子波的关键属性振幅、频率、相位 通过傅里叶变化对地震子波进行频谱分析我们从而可以了解地震子波的频率特征和相位特征。 不同时间延续的地震子波对应的频谱中我们可以看到子波越尖锐则频带越宽地震勘探分辨率也就越高如下图所示 根据地震子波的相位特征的不同可以将子波分为以下四类 不同类型地震源激发的地震子波特征不同如图 理论地震子波 雷克子波零相位子波在地震正演模拟、合成地震记录制作、反演中常用到 Klauder零相位子波在地震可控震源研究中适用 Ormsby零相位子波 Ormsby最小相位子波 随时间发生变化的子波叫时变子波随空间发生变化的子波叫空变子波。 地震子波的极性 地震子波的作用 地震合成记录
相关介绍地震褶积模型 反射褶积模型认为——地震记录 g ( t ) g(t) g(t)是真元地震子波 w ( t ) w(t) w(t)和地下地层反射系数 e ( t ) e(t) e(t)褶积的结果 褶积模型的离散形式 g k ∑ i 0 m e i w k − i g_k \sum_{i 0}^me_iw_{k-i} gki0∑meiwk−i 制作合成地震记录对某一口井进行声波测井、密度测井可以得到声波测井曲线和密度测井曲线将速度和密度对应相乘得到波阻抗曲线然后根据地震垂直反射系数方程计算反射系数序列给定一个震源子波地震记录上看到的反射波波形就是地震子波在地下各反射截面上发生时反射形成的。 不同频率的地震子波与反射系数褶积得到的合成地震记录是有差异的——地震子波主频越高地震纵向分辨率越高。如下图所示 实际的地震记录是地震子波、反射系数以及各种影像因素共同褶积的结果 人工合成地震记录制作中井的纵坐标是深度合成记录的纵坐标是时间所以我们要用合适的平均速度进行时深转换 地震合成记录可以对层位进行准确的标定 地震反演与地震正演
