Geophysics背景知识（2）
Geophysics背景知识（2）
地震波的运动学理论
地震波运动学：用波前，射线描述波的运动，与几何光学相似，也称为几何地震学。
地震波动力学：从波动方程出发，从能量角度来研究波的特征。
地震波场理论包括上述两者。
波的基本概念
波动的产生条件：有振动源，有传播介质。
波速的有限性是波动形成的必要条件。波速取决于振动传播的速度，但是质点振动的速度不等于波速。
弹性波：刚体，弹性体，塑性体。外力作用下物体既可以显示弹性又可以显示塑性。在弹性介质中传播的波动成为弹性波。
地震波是一种在岩层中传播的频率较低的弹性波。地震勘探时间短作用力小，地下介质可以抽象成弹性介质。
炸药震源的地震波产生，在爆炸处形成破坏圈，远一点压力仍超过弹性限度，发生塑性形变，叫塑形带，再远处，弹性形变。
地震子波：地震波向外传播一定距离后，波形逐渐稳定，成为一个具有2-3个相位、延续时间60-100毫秒的地震波，称为地震子波，并被认为在以后的传播中，地震子波将不发生大的变化。近似认为地震子波形状基本不变，振幅有大小、极性有正负，到达接收点的时间有先后。
接收到的信号的旅行时就是运动学分析的信息，而波形的幅度形状这些是动力学信息，可以用来研究界面深浅和岩性变化。
由人工震源激发的地震波可以看成球面波，由地下界面反射回来的地震反射波到达地面可以看成平面波。
波线又叫射线，即与波阵面垂直的假想的波动的能量传播路径。
地震勘探中沿着测线画出的波形曲线（同一时刻各点的位移）叫做 波剖面 ，是波动的一种表象描述。
振动曲线是同一个质点不同时刻的曲线，波形曲线是同一时刻不同质点的曲线。多个振动图组成一张野外共炮点地震记录。
地震信号的傅里叶分析，这种图示形式是地震信号处理中常见的表示方法。即把每个振动曲线都画出来，超过某个值将超过的部分涂黑，然后并列画成二维图，这样既可以看到单道的波动情况，又可以通过颜色深浅看到二维特征，如同相轴。
波长
以上讨论的这些定义和measurement都是正弦波的，由于地震波复杂，一般用主波长、主周期、主频率表示。主波长是波形图中相邻的两个波峰或波谷之间的长度，主周期，主振动中相邻两个波峰或波谷之间为一个主周期，主频率用频谱可以看到。
视速度： 波的传播方向与观测方向有角度
地震勘探中，波射到分界面，即波阻抗突变的地方，有 入射波，反射波，透射波，其中透射波就是物理学中的折射波。
地震中的折射波和物理中不一样。所谓波阻抗，指的是地层密度和波速的乘积（
透射定律，也就是物理学中的折射定律，只是确定了射线方向，没有确定射线的强度，所以是几何光学或者说几何地震学中的定律。而且，透射定律可以概括为，波在两种介质中传播的视速度是相等的，这个视速度应该是指的沿着分界面。这个解释很有趣。如下图所示：
Snell 定律
多层水平层状介质中，各层的纵波或者横波与法线的角度的正弦和该层该波的速度之比，等于一个常数P，这个P叫射线路径参数。
速度的倒数叫做慢度（2333），因此P就是平行于界面的慢度分量。
垂直入射，入射波振幅与反射波振幅之比可以用波阻抗表示。
反射系数
透射系数
所以 R + T = 1
非法线入射的波，在分界面上产生类型的分裂，同时会有纵波和横波的反射和透射。叫波型转换。
当发生全反射现象时，在第二层介质分界面上的滑行波会影响第一层介质，并激发新的波。在地震勘探中，由滑行波引起的波叫折射波，也叫做首波。
Fermat’s Principle ：波在各种介质中传播路线满足时间最短的条件。
几何地震学基础
地震波分类：
纵波（P），横波（S）（传播机制）
体波，面波（传播范围） 顾名思义，体波就是在立体空间中传播的波，有P，S波，面波就是在自由表面和分界面传播的波。
P WAVE ：compressional wave，dilatational wave，longitudinal wave
S WAVE：shear wave，rotational wave， transverse wave
S波又可以分为 SV （振动发生在垂直面vertical） 和 SH（水平面horizontal）
在地震勘探中面波常指的是groundroll，最重要的瑞利波。
地震勘探中各种类型的波：
