在淺層地震勘探中主要研究人工激發(fā)的地震波在巖、土介質(zhì)中的傳播規(guī)律，來(lái)解決工程及環(huán)境地質(zhì)問(wèn)題的一種地球物理方法。通常把巖土介質(zhì)看成各向同性介質(zhì)，把地震波看成彈性波。

 

  波傳播特征集中于兩方面：

 

  1、波傳播的時(shí)間與空間的關(guān)系（運(yùn)動(dòng)學(xué)特征）地震波對(duì)地下地質(zhì)體的構(gòu)造響應(yīng)

 

  2、波傳播中振幅、頻率、相位等的變化規(guī)律（動(dòng)力學(xué)特征）更多表現(xiàn)出地下地質(zhì)體的巖土特征研究地震波的波場(chǎng)特征來(lái)解決淺部地層和構(gòu)造的分布，確定巖土力學(xué)參數(shù)等地質(zhì)問(wèn)題  1.形變：由彈性力學(xué)的理論可知，任何一種固體，當(dāng)它受外力作用后，其質(zhì)點(diǎn)就會(huì)產(chǎn)生相互位置的變化，也就是說(shuō)會(huì)發(fā)生體積或形狀的變化，稱(chēng)為形變。  2.彈性：當(dāng)外力取消后，該物體能迅速恢復(fù)到受力前的形態(tài)和大小，這就是所謂的彈性。

 

  3.彈性體、塑性體：外力取消后，能夠立即完全地恢復(fù)為原來(lái)狀態(tài)的物體，稱(chēng)為完全彈性體，通常稱(chēng)之為理想介質(zhì)。反之，若外力去掉后，仍保持其受外力時(shí)的形態(tài)，這種物體稱(chēng)為塑性體，亦稱(chēng)為粘彈性介質(zhì)。

 

  在外力作用下，自然界大部分物體，既可以顯示彈性也可以顯示粘彈性，這取決于物體本身的性質(zhì)和外力作用的大小及作用時(shí)間的長(zhǎng)短。在地震勘探中，采用人工震源激發(fā)地震波，人工震源的激發(fā)是脈沖式的，作用時(shí)間極短，且激發(fā)的能量對(duì)地下巖層和接收點(diǎn)處的介質(zhì)所產(chǎn)生的作用力較小，因此可以把它們近似地看作彈性介質(zhì)，并用彈性理論來(lái)研究地震波的傳播問(wèn)題。

 

  在彈性理論的研究中，根據(jù)介質(zhì)的不同特征可分為各向同性與各向異性?xún)深?lèi)介質(zhì)。凡是彈性性質(zhì)與空間方向無(wú)關(guān)的稱(chēng)為各向同性介質(zhì)；反之則稱(chēng)為各向異性介質(zhì)。

 

  研究表明：沉積巖大都由均勻分布的礦物質(zhì)點(diǎn)的集合體所組成，因此大多數(shù)的巖、土介質(zhì)在地震勘探中都可以看做是各向同性介質(zhì)，從而將一些基本的彈性理論引入到地震波的研究中來(lái)。

 

  拉梅模量與拉梅系數(shù)：對(duì)于各向同性的均勻介質(zhì)而言，各不同方向的彈性系數(shù)大都對(duì)應(yīng)相等，可以歸結(jié)為應(yīng)力與應(yīng)變方向一致和互相垂直時(shí)的兩個(gè)系數(shù)l（拉梅模量）和l（切變模量），合稱(chēng)拉梅系數(shù)，  振動(dòng)與地震波  1.彈性振動(dòng)和彈性波：                                                                          彈性體在外力的作用下，其介質(zhì)內(nèi)質(zhì)點(diǎn)會(huì)離開(kāi)平衡位置發(fā)生位移而產(chǎn)生形變，當(dāng)外力解除以后，產(chǎn)生位移的質(zhì)點(diǎn)在應(yīng)力的作用下都有一個(gè)恢復(fù)到原始平衡位置的過(guò)程，但是由于慣性力的作用，運(yùn)動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)不可能立刻停止在原來(lái)的位置上，而是向平衡位置另一方向移動(dòng)，于是又產(chǎn)生新的應(yīng)力，使質(zhì)點(diǎn)再向原始的平衡位置移動(dòng)，這樣應(yīng)力和慣性力不斷作用的結(jié)果，使質(zhì)點(diǎn)圍繞其原來(lái)的平衡位置發(fā)生振動(dòng)。這和彈簧及琴弦的振動(dòng)過(guò)程十分相似，稱(chēng)之為彈性振動(dòng)。

 

  另外，在振動(dòng)過(guò)程式中，由于振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)和其相鄰質(zhì)點(diǎn)間的應(yīng)力作用，必然會(huì)引起相鄰質(zhì)點(diǎn)的相應(yīng)振動(dòng)，這種振動(dòng)在彈性介質(zhì)中不斷地傳播和擴(kuò)大，便形成了以激發(fā)點(diǎn)為中心，以一定速度傳播開(kāi)去的彈性波。因此，彈性波是振動(dòng)形式在介質(zhì)中的傳播，是能量傳播的一種形式。  地震波的形成：

 

  淺層地震勘探中所用震源一般包括錘擊、落重等機(jī)械震源，炸藥爆炸震源，及電火花等其它形式的震源。這些震源均以瞬時(shí)脈沖式激發(fā)。實(shí)踐表明，不論使用哪種震源，在激發(fā)時(shí)，激振點(diǎn)附近的一定區(qū)域內(nèi)所產(chǎn)生的壓強(qiáng)將大大地超過(guò)其介質(zhì)的彈性極限而發(fā)生巖土大破裂與擠壓形變等，形成一個(gè)塑性與非線性形變帶。再向外其壓強(qiáng)不斷地減小，直至其周?chē)橘|(zhì)能產(chǎn)生完全的彈性形變。上述震源點(diǎn)附近的非線性形變區(qū)稱(chēng)之為等效空穴，等效空穴邊緣的質(zhì)點(diǎn)，在激發(fā)脈沖的擠壓下，質(zhì)點(diǎn)將產(chǎn)生圍繞其平衡位置的振動(dòng)，形成了初始的地震子波，這種振動(dòng)是一種阻尼振動(dòng)，在介質(zhì) 中沿射線方向向四面八方傳播，形成地震波。又因?yàn)榻邮蘸脱芯康卣鸩▊鞑サ目臻g一般都遠(yuǎn)離震源點(diǎn)，其介質(zhì)受到的力很小，介質(zhì)表現(xiàn)為完全彈性的性質(zhì)，故又稱(chēng)為地震彈性波。  地震子波：由震源激發(fā)、經(jīng)地下傳播并被接收的一個(gè)短脈沖振動(dòng)，稱(chēng)為該振動(dòng)的地震子波。

 

  非周期性：地震子波的一個(gè)基本屬性是振動(dòng)的非周期性。（地震子波基本屬性之一） 地震子波基本屬性之二：地震子波具有確定的起始時(shí)間和有限的能量。因此，振動(dòng)經(jīng)過(guò)很短的一段時(shí)間即衰減。  地震子波的延續(xù)時(shí)間長(zhǎng)度：地震子波衰減時(shí)間長(zhǎng)短稱(chēng)為地震子波的延續(xù)時(shí)間長(zhǎng)度。它決定了地震勘探的分辨率。

 

  地震的分辨能力與地震子波有關(guān)，具體地說(shuō)，地震子波的頻帶寬度、延續(xù)時(shí)間和子波形狀是影響分辨率的主要因素。當(dāng)子波相位數(shù)一定時(shí)，頻率越高，子波的延續(xù)時(shí)間越短，分辨能力越高。

 

  視速度：沿任一方向測(cè)得的速度值，并不是地震波傳播的真實(shí)速度值，而是沿觀測(cè)方向，距離和波實(shí)際傳播時(shí)間的比值，這種速度稱(chēng)為視速度。

 

  地震波振動(dòng)圖：這種用坐標(biāo)系統(tǒng)表示的質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)位移隨時(shí)間變化的圖形稱(chēng)為地震波的振動(dòng)圖。

 

  波剖面圖：在實(shí)際地震記錄中，每一道記錄就是一個(gè)觀測(cè)點(diǎn)的地震波振動(dòng)圖。這種描述某一時(shí)刻 t 質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)位移 u 隨距離 x 變化的圖形稱(chēng)之為波剖面圖。   視速度：地震波的傳播方向是沿波射線的方向進(jìn)行的。因此在觀測(cè)地震波時(shí)，只有當(dāng)觀測(cè)點(diǎn)的連線與波射線的方向一致時(shí)，才能測(cè)得傳播速度的真值V。而沿任一觀測(cè)方向測(cè)得的速度值，并不是地震波傳播的真實(shí)速度值，而是沿觀測(cè)方向，觀測(cè)點(diǎn)之間的距離和波實(shí)際傳播時(shí)間的比值。這種速度稱(chēng)之為視速度。

 

  式中l(wèi)為波射線與地面法線之間的夾角（入射角），e為波前與地面法線之間的夾角（出射角）。上式表示了視速度和真速度之間的關(guān)系，稱(chēng)為視速度定理。 ①當(dāng)α=90時(shí),V*=V,波沿測(cè)線傳播，視速度等于真速度。②當(dāng)α=0時(shí),波垂直測(cè)線方向，V*→∞，此時(shí)波前同時(shí)到達(dá)地面各點(diǎn),無(wú)時(shí)間差。③當(dāng)α由0°→90°,視速度V*由無(wú)限大變至真速度V，正常情況，V*≥V。④均勻各向同性介質(zhì)中,由于V值不變,視速度V*的變化反映了地震波入射角的變化。

 

  地震波可分為體波和面波兩大類(lèi)。  體波在介質(zhì)的整個(gè)體積內(nèi)傳播，根據(jù)其傳播特征的不同，又可分為縱波（又稱(chēng)P波）和橫波（又稱(chēng)S波）。 面波則沿介質(zhì)的自由表面或兩種不同介質(zhì)的分界面?zhèn)鞑ィ鶕?jù)其性質(zhì)的不同，又可分為瑞利(Rayleigh)波和勒夫(Love)波等。  1.縱波：彈性介質(zhì)發(fā)生體積形變（即拉伸或壓縮形變）所產(chǎn)生的波動(dòng)稱(chēng)為縱波?？v波又稱(chēng)壓縮波（或P波）。特點(diǎn)：縱波的傳播方向和質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向一致。 2. 橫波：彈性介質(zhì)發(fā)生切變時(shí)所產(chǎn)生的波動(dòng)稱(chēng)為橫波，即剪切形變?cè)诮橘|(zhì)中的傳播，又稱(chēng)為剪切波（S波）。特點(diǎn)：質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向相互垂直。

 

  質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)發(fā)生在垂直平面內(nèi)的橫波分量，稱(chēng)為SV波；質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)發(fā)生在水平面內(nèi)的橫波分量，稱(chēng)之為SH波。

 

  3、面波：是僅存在于彈性分界面附近波動(dòng)，分為瑞利波與勒夫波。瑞利波是沿介質(zhì)與大氣層接觸的自由表面?zhèn)鞑サ拿娌ā?/div>