石家庄经济学院：《地震勘测》课程各章作业习题指导.doc

石家庄经济学院 2004年4月第一章弹性波的基本理论本章内容小结(重点和难点) 本章所述是地震勘探的重要基础理论,主要讨论了地震波在理想化了的各种地震地质模型和实际介质中传播时的动力学特点及其变化规律。 1.在无限均匀各向同性介质中波动的特点最为简单,仅有纵波和横波两种波动,它们各自以不同的速度在弹性介质中传播,因此远离震源后它们相互分离。 2.纵波和横波的极化方向不同,它们在整个弹性空间中传播时,其能量均有球面扩散现象。 3,地震波遇到波阻抗有差异的地震分界面时,情况稍为复杂,在界面上发生反射、透射等现象,不但形成反射波、透射波等次生波动,倾斜入射时,波型也会发生转换。在地震分界面上能量进行重新分配;它们之间的传播规律要满足于斯奈尔定律,能量分配关系则由佐普瑞兹方程决定 4.在地震分界面上,当介质速度大于上覆介质速度,且以临界角人射时会产生折射波动。对同一界面的折射波比反射波首先到达地面,又称折射波为首波 5.当介质为层状介质时,地层的结构变化,特别是薄层会对地震波的动力学特点产生影响,使波的频谱发生变化,不同结构的薄层对不同频率成分的波响应特点不同,存在明显的调谐现象。 6.在层状介质中还会产生瑞雷面波、勒夫面波、史东尼面波等,它们传播时具有频散现象和波导效应。当介质中具有岩性突变点时还会发生波的绕射现象 7.介质中波的传播最为复杂,不仅要考虑波的扩散,透射损失…等现象, 而且还要考虑介质对波的吸收作用及各种地质结构的影响。以上说明,我们可以从地下采集到经过大地滤波作用及各种因素影响、改造后的大量的波的动力学信息(振幅、频率、相位等),根据以上理论,可以充分地利用这些信息来分析地下介质的岩性和结构。二、练习思考题 1.什么是各向同性的均匀介质?什么是层状介质和连续介质 2.试叙述杨氏弹性模量、剪切模量及泊松比的物理含义。 3.试叙述纵波和横波的传播特点。解释名词 (1)波前和波尾;(2)振动图形和波剖面;(3)波的球面扩散:(4)同相轴和等相位面;(5)时间场和等时面;(6)频谱分析 5.什么叫视速度定理? 6.从反射和折射波形成的机制,分析反射和折射波形成的条件是什么? 7.试述面波传播的特点及频散现象? 8.如果法向入射波的振幅为Ao,试写出下述模型中第三个反射界面上反射

石家庄经济学院 2004 年 4 月第一章弹性波的基本理论一、本章内容小结（重点和难点）本章所述是地震勘探的重要基础理论，主要讨论了地震波在理想化了的各种地震地质模型和实际介质中传播时的动力学特点及其变化规律。 1.在无限均匀各向同性介质中波动的特点最为简单，仅有纵波和横波两种波动，它们各自以不同的速度在弹性介质中传播，因此远离震源后它们相互分离。 2. 纵波和横波的极化方向不同,它们在整个弹性空间中传播时，其能量均有球面扩散现象。 3,地震波遇到波阻抗有差异的地震分界面时，情况稍为复杂，在界面上发生反射、透射等现象，不但形成反射波、透射波等次生波动，倾斜入射时,波型也会发生转换。在地震分界面上能量进行重新分配;它们之间的传播规律要满足于斯奈尔定律，能量分配关系则由佐普瑞兹方程决定。 4.在地震分界面上,当介质速度大于上覆介质速度，且以临界角人射时会产生折射波动。对同一界面的折射波比反射波首先到达地面，又称折射波为首波。 5.当介质为层状介质时,地层的结构变化，特别是薄层会对地震波的动力学特点产生影响，使波的频谱发生变化，不同结构的薄层对不同频率成分的波响应特点不同,存在明显的调谐现象。 6．在层状介质中还会产生瑞雷面波、勒夫面波、史东尼面波等，它们传播时具有频散现象和波导效应。当介质中具有岩性突变点时还会发生波的绕射现象。 7．介质中波的传播最为复杂，不仅要考虑波的扩散，透射损失 … 等现象，而且还要考虑介质对波的吸收作用及各种地质结构的影响。以上说明，我们可以从地下采集到经过大地滤波作用及各种因素影响、改造后的大量的波的动力学信息 (振幅、频率、相位等)，根据以上理论，可以充分地利用这些信息来分析地下介质的岩性和结构。二、练习思考题 1．什么是各向同性的均匀介质？什么是层状介质和连续介质？ 2．试叙述杨氏弹性模量、剪切模量及泊松比的物理含义。 3．试叙述纵波和横波的传播特点。 4．解释名词：（1）波前和波尾；（2）振动图形和波剖面；（3）波的球面扩散；（4）同相轴和等相位面；（5）时间场和等时面；（6）频谱分析 5．什么叫视速度定理？ 6．从反射和折射波形成的机制，分析反射和折射波形成的条件是什么？ 7．试述面波传播的特点及频散现象？ 8．如果法向入射波的振幅为 A0，试写出下述模型中第三个反射界面上反射

波返回至地面的振幅值A。模型中R表示反射系数;h表示地层厚度;α表示吸收系数。 R R hmb 03 9.地震波在薄层介质中传播的动力学特点如何? 10.试论地震波的绕射现象。 11.为什么说大地对地震波有滤波作用? 12.一个以∝=300出射的反射波的视周期T=40ms,视波长λ=250m。试计算其视频率f和介质中的波速。当视周期不变,出射角变为200时,f,λ、k、 v有无变化?若有变化,应当变为多少? 13.若脉冲g(t)的谱为G(.而脉冲g2(t)=g1(at),a为常数,试求g2(t)的谱G2(f 并分析其结果的物理意义。 14.试绘出点震源激发的p波、SH波和S波的振动方向示意图第二章地震波的时距曲线本章内容小结地震波在各种介质中传播的路径遵循所用时间最短的原则,而且在弹性分界面处满足斯奈尔定律。不同介质物理模型的反射波运动学特点不同。在均匀介质中地震波射线始终是直线,波传播速度是常量在层状介质中,波的射线是系列折线,射线偏折方向决定于各分层介质中的波速及人射角:在连续介质中, 波的射线为曲线族,当波速是空间坐标的连续函数,且波速随深度呈线性规律分布时,射线是圆弧曲线,波前也是圆弧曲线。假定地面为平面,反射界面亦为平面的均匀介质情况下,反射波时距曲线是双曲线,多层介质的反射波时距曲线是高次曲线,仅仅在靠近激发点附近时时距曲线才近似为双曲线,连续介质情祝下反射波时距曲线也是高次曲线,但不同于均匀层状介质的情况,在靠近激发点处近似为双曲线。对于多层介质,可用均方根速度或平均速度近似为单一界面的情况。单条时距曲线反映一个界面的产状特点;时距曲线极小点总是位于界面的上倾方向。偏移距离为2 hsin 折射波的运动学特点与反射波的不同,产生反射波的波阻抗界面未必产生折射波,只在折射层的速度大于上面所有层的速度,且人射角达到临界角时方可产生折射波。当观测面为平面,折射层也是平面时,折射波时距曲线为直线,其斜率等于界面速度的倒数,折射波时距曲线的交叉时不同于反射波的t时间,它是折射波时距曲线延长线与t轴的交点时间,实际上激发点处观测不到它,单支折射波时距曲线不能确定界面产状及有关参数,只有利用相遇时距曲线方可获得。多层折射层的时距曲线是一组相交的直线各层的折射波时距曲线斜率不同。浅层折射波未必总在初至区出现,有时会出现在某些深层折射波的后面。相反

波返回至地面的振幅值 A。模型中 R 表示反射系数；h 表示地层厚度； 表示吸收系数。 h1 1 R1 h2 2 R2 h3 3 R3 9．地震波在薄层介质中传播的动力学特点如何？ 10．试论地震波的绕射现象。 11．为什么说大地对地震波有滤波作用？ 12．一个以 =300 出射的反射波的视周期 T *=40ms，视波长  *=250m。试计算其视频率 f *和介质中的波速。当视周期不变，出射角变为 200 时，f *， *、、k *、 v * 有无变化？若有变化，应当变为多少？ 13．若脉冲 g1(t)的谱为 G1(f),而脉冲 g2(t)=g1(at), a 为常数，试求 g2(t)的谱 G2(f), 并分析其结果的物理意义。 14．试绘出点震源激发的 p 波、SH 波和 SV 波的振动方向示意图第二章地震波的时距曲线一、本章内容小结地震波在各种介质中传播的路径遵循所用时间最短的原则，而且在弹性分界面处满足斯奈尔定律。不同介质物理模型的反射波运动学特点不同。在均匀介质中地震波射线始终是直线，波传播速度是常量;在层状介质中，波的射线是一系列折线，射线偏折方向决定于各分层介质中的波速及人射角；在连续介质中，波的射线为曲线族，当波速是空间坐标的连续函数，且波速随深度呈线性规律分布时，射线是圆弧曲线，波前也是圆弧曲线。假定地面为平面，反射界面亦为平面的均匀介质情况下，反射波时距曲线是双曲线，多层介质的反射波时距曲线是高次曲线，仅仅在靠近激发点附近时时距曲线才近似为双曲线，连续介质情祝下反射波时距曲线也是高次曲线，但不同于均匀层状介质的情况，在靠近激发点处近似为双曲线。对于多层介质，可用均方根速度或平均速度近似为单一界面的情况。单条时距曲线反映一个界面的产状特点；时距曲线极小点总是位于界面的上倾方向。偏移距离为 2hsin。折射波的运动学特点与反射波的不同，产生反射波的波阻抗界面未必产生折射波，只在折射层的速度大于上面所有层的速度，且人射角达到临界角时方可产生折射波。当观测面为平面，折射层也是平面时，折射波时距曲线为直线，其斜率等于界面速度的倒数，折射波时距曲线的交叉时不同于反射波的 t0 时间，它是折射波时距曲线延长线与 t 轴的交点时间，实际上激发点处观测不到它，单支折射波时距曲线不能确定界面产状及有关参数，只有利用相遇时距曲线方可获得。多层折射层的时距曲线是一组相交的直线:各层的折射波时距曲线斜率不同。浅层折射波未必总在初至区出现，有时会出现在某些深层折射波的后面。相反

深层的折射波可能成为初至,折射波法勘探范围大,但分层不如反射波详细。介质中存在异常界面时会产生特殊波,如回转波、绕射波等。这类波的时距曲线与正常反射波的不同,利用它们可以帮助识别特殊构造现象。垂直地震剖面法(简称ⅤSP)的研究有助于对地面观测的时距曲线的分析, 垂直时距曲线是在地表激发在井中观测所得的时距曲线。它能更直接地反映地层的特征。习题和思考题 1.假设声波、面波、直达纵波沿界面传播的视速度分别为350、700、 1400(m/s),试在同一直角坐标系中画出它们的时距曲线。 2.水平反射界面以上介质的传播速度为2000m/s,在同一直角坐标系中,画出h=500,1000,1500,2000m的反射波时距曲线。 3.水平反射界面的埋藏深度为2000m,在同一直角坐标系中画出v=1500 20003000,4000m/s时反射波的时距曲线。 4.对水平层状介质,是否能掌握所谓“平均速度”、“均方根速度”、“叠加速度”、“射线速度”等名词的确切含义? 5.当地面和地下反射界面为平面时,共炮点反射波时距曲线极小点处的视速度为多少? 6.激发点位于断点在地面的投影点处时,所观测的相同深度界面上的反射波时距曲线与绕射波时距曲线的斜率在什么位置相同? 7.判断下列说法对否?并说明其理由。 (1)上覆为非均匀介质,单一平面界面,纵直测线观测的反射波时距曲线是一条光滑的双曲线 (2)反射波时距曲线的正常时差只随炮检距的变化而变化 (3)只有测线方向与地层走向垂直时,射线平面与铅垂面重合。 (4)对折射波来说,只要有高速层存在,就产生屏蔽现象 (5)近炮点观测的水平层状介质的反射波时距曲线近乎双曲线状。 8.回答下列问题 (1)反射波时距曲线有哪些特点? (2)具有相同to时间的多次反射波时距曲线与一次反射波时距曲线有何异同之处? (3)试推导水平层状介质中以均方根速度传播的时距曲线方程。 9.绘出如图所示的反射界面呈屋脊和反屋脊状时的反射波时距曲线 10.绘出如图所示的,位于垂直断层两侧的炮点01和02两点处激发的反射波与绕射波时距曲线

深层的折射波可能成为初至，折射波法勘探范围大，但分层不如反射波详细。介质中存在异常界面时会产生特殊波，如回转波、绕射波等。这类波的时距曲线与正常反射波的不同，利用它们可以帮助识别特殊构造现象。垂直地震剖面法(简称 VSP)的研究有助于对地面观测的时距曲线的分析，垂直时距曲线是在地表激发在井中观测所得的时距曲线。它能更直接地反映地层的特征。二、习题和思考题 1．假设声波、面波、直达纵波沿界面传播的视速度分别为 350、700、 1400(m/s)，试在同一直角坐标系中画出它们的时距曲线。 2．水平反射界面以上介质的传播速度为 2000m/s，在同一直角坐标系中，画出 h=500, 1000, 1500, 2000 m 的反射波时距曲线。 3．水平反射界面的埋藏深度为 2000m，在同一直角坐标系中画出 v1=1500, 2000, 3000, 4000m/s 时反射波的时距曲线。 4．对水平层状介质，是否能掌握所谓“平均速度”、“均方根速度”、“叠加速度”、“射线速度”等名词的确切含义？ 5．当地面和地下反射界面为平面时，共炮点反射波时距曲线极小点处的视速度为多少？ 6．激发点位于断点在地面的投影点处时，所观测的相同深度界面上的反射波时距曲线与绕射波时距曲线的斜率在什么位置相同？ 7．判断下列说法对否？并说明其理由。（1）上覆为非均匀介质，单一平面界面，纵直测线观测的反射波时距曲线是一条光滑的双曲线。（2）反射波时距曲线的正常时差只随炮检距的变化而变化。（3）只有测线方向与地层走向垂直时，射线平面与铅垂面重合。（4）对折射波来说，只要有高速层存在，就产生屏蔽现象。（5）近炮点观测的水平层状介质的反射波时距曲线近乎双曲线状。 8．回答下列问题（1）反射波时距曲线有哪些特点？（2）具有相同 t0 时间的多次反射波时距曲线与一次反射波时距曲线有何异同之处？（3）试推导水平层状介质中以均方根速度传播的时距曲线方程。 9．绘出如图所示的反射界面呈屋脊和反屋脊状时的反射波时距曲线。 10．绘出如图所示的，位于垂直断层两侧的炮点 01 和 02 两点处激发的反射波与绕射波时距曲线。 t t v1 v2

第三章地震勘探野外数据采集技术及方法、本章内容小结地震勘探原始资料的采集是地震勘探的首要工作,它直接影响后续的资料处理、资料的解释及最终地质成果。野外采集所获得的第一手资料是数字形式的地震记录信息,它是通过炸药爆炸或非炸药震源激发,在以相等间距的各个不同地点观测并记录下的地面振动或水中质点运动。它的特点除了受波在地层介质内传播的特性的制约外,还决定于激发条件、接收条件、工作方法、仪器设备的性能、各工种的操作质量以及现场的施工环境等因素。因此,选择合适的工作方法、正确的施工设计、确定最佳的激发、接收条件、选择合适的工作参数和严格的操作是至关重要的。近些年来,地震勘探野外采集技术在某些方面有新的发展,地震采集仪器更新较快,数字磁带记录仪淘汰了模拟磁带仪器后,很快发展为计算机控制的记录仪,仪器的功能更齐全,精度更高、速度更快、操作更简便。目前正朝着超多道、脱缆、遥控的数字仪方面发展。在震源方面,炸药爆炸震源被越来越多的非炸药震源所代替,扩大了地震勘探的适应范围,特别是用于横波勘探的水平振动可控震源得到发展尽管知此,野外工作方法方面的发展显得缓慢。自1962年梅恩提出多次覆盖方法开辟了地震勘探新时代以来,一直作为野外生产的常规方法,至今尚无更新的方法取代。尽管三维地震观测方法有了一定发展,但随着地震勘探工作的深人,陡构造、复杂地质条件及岩性勘探的需要,应该发展更新的野外工作方法, 使之有新的突破二、练习题和思考题 1.回答下列问题 (1)为了适应地震勘探的要求,地震勘探仪器应具有哪些特点? (2)试用框图概括说明地震记录仪器的主要结构 (3)检波器组合主要压制哪类干扰波?为什么检波器组合能压制干扰波? (4)试说明水平多次叠加特性曲线的特点 (5)影响水平多次叠加效果的因素有哪些? (6)野外数字地震仪的接收道数为120道,道间距为Ax,偏移距距道数μ=6, 若采用单边放炮30次覆盖观测系统,试问 ①沿观测线上各炮点间距离是多少? ②满30次覆盖的第一个共反射点、第四个共反射点的抽道集分别由原来

t x x v1 o o v1 v2 v2 第三章地震勘探野外数据采集技术及方法一、本章内容小结地震勘探原始资料的采集是地震勘探的首要工作，它直接影响后续的资料处理、资料的解释及最终地质成果。野外采集所获得的第一手资料是数字形式的地震记录信息，它是通过炸药爆炸或非炸药震源激发，在以相等间距的各个不同地点观测并记录下的地面振动或水中质点运动。它的特点除了受波在地层介质内传播的特性的制约外，还决定于激发条件、接收条件、工作方法、仪器设备的性能、各工种的操作质量以及现场的施工环境等因素。因此，选择合适的工作方法、正确的施工设计、确定最佳的激发、接收条件、选择合适的工作参数和严格的操作是至关重要的。近些年来，地震勘探野外采集技术在某些方面有新的发展，地震采集仪器更新较快，数字磁带记录仪淘汰了模拟磁带仪器后，很快发展为计算机控制的记录仪，仪器的功能更齐全，精度更高、速度更快、操作更简便。目前正朝着超多道、脱缆、遥控的数字仪方面发展。在震源方面，炸药爆炸震源被越来越多的非炸药震源所代替，扩大了地震勘探的适应范围，特别是用于横波勘探的水平振动可控震源得到发展。" 尽管知此，野外工作方法方面的发展显得缓慢。自 1962 年梅恩提出多次覆盖方法开辟了地震勘探新时代以来，一直作为野外生产的常规方法，至今尚无更新的方法取代。尽管三维地震观测方法有了一定发展，但随着地震勘探工作的深人，陡构造、复杂地质条件及岩性勘探的需要，应该发展更新的野外工作方法，使之有新的突破。二、练习题和思考题 1.回答下列问题 (1)为了适应地震勘探的要求，地震勘探仪器应具有哪些特点? (2)试用框图概括说明地震记录仪器的主要结构。（3) 检波器组合主要压制哪类干扰波？为什么检波器组合能压制干扰波? (4)试说明水平多次叠加特性曲线的特点。 (5)影响水平多次叠加效果的因素有哪些? （6）野外数字地震仪的接收道数为 120 道，道间距为 x，偏移距距道数  =6，若采用单边放炮 30 次覆盖观测系统，试问： ① 沿观测线上各炮点间距离是多少？ ② 满 30 次覆盖的第一个共反射点、第四个共反射点的抽道集分别由原来