地震波在哪个界面速度最大（地震波在哪里传播速度最快）

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• 1、在地球内部，地震波传播速度最快的地方是？？
• 2、地震波的纵波和横波在地球内部传播速度变化最大处是：
• 3、在地球内部，地震波传播速度最快的地方是 A．莫霍界面 B．上、下地幔之间 C．古登堡界面附近 D．
• 4、地震波在分界面上的传播规律
• 5、地震波在莫霍面和古登堡面的速度怎样?

在地球内部，地震波传播速度最快的地方是？？

应该是越靠近地表越高。

地球内部的分层就是由地震波速度分布定义的，在海水之下，地球最上层叫做地壳，厚约几十千米。地壳以下直对地核，这部分统称为地幔。地幔内部又有许多层次。地壳与地幔的边界是一个明显的间断面，称为M界面或莫霍界面。界面以下约到会80千米的深度，速度变化不大，这部分叫做盖层。再往下，速度明显降低，直到约220千米深度才又回升。这部分叫低速带。以下直到2891千米深度叫做下地幔。核幔边界是一个极明显的间断面。进入地核，S波消失，所以地球外核是液体。到了5149.5千米的深度，S波又出现，便进入了地球内核。

地震波的纵波和横波在地球内部传播速度变化最大处是：

【答案】C

【答案解析】试题分析：在古登堡界面处，横波突然消失，纵波波速明显下降，所以古登堡界面是地震波的纵波和横波在地球内部传播速度变化最大处。故选C。

考点：地震波

点评：本题考查地震波在地球内部波速变化，试题难度中等，解题关键是掌握纵波和横波在地球内部波速的变化规律。

在地球内部，地震波传播速度最快的地方是 A．莫霍界面 B．上、下地幔之间 C．古登堡界面附近 D．

C

试题分析：经过莫霍界面纵波和横波的速度都明显加快，直到古登堡界面，横波小时，纵波的速度也明显下降，故在古登堡界面地震波的速度达到最快。

点评：本题解题关键掌握地震波在地下传播速度变化的规律。本题还可结合地球内部圈层的分布、地壳的厚度等内容设计试题。

地震波在分界面上的传播规律

地震波在传播过程中，当遇到两种介质的分界面时，便会产生波的反射、透射和折射现象。地震波在哪个界面速度最大我们把直接由震源发出的波叫直达波，把入射到分界面的波叫入射波，把由分界面的反射、透射、折射所产生的波，分别叫反射波、透射波和折射波。这里所说的透射波是指几何光学中的折射波；地震勘探中的折射波，则是一种在特殊条件下形成的波。

（一）斯奈尔定律

当波入射到不同介质的分界面上时，分界面两侧地层的速度不同会发生波传播方向的变化，斯奈尔定律［式（1-4-1）］指出了这些变化之间的关系。根据斯奈尔定律，波传播到介质分界面时，将产生反射和透射，其入射角（α）、反射角（α′）、透射角（β）与它们各自相应波速之比值为一恒定常数值，即

反射波地震勘探原理和资料解释

当波入射到介质分界面时，还会发生波型转换。如纵波入射到介质分界面时，一部分能量形成反射纵波、透射纵波；另一部分能量转换成反射横波、透射横波。这些波的传播规律仍遵循斯奈尔定律，如图1-4-2所示。

反射波地震勘探原理和资料解释

式中：

、

分别为Ⅰ、Ⅱ介质中纵波传播速度；

、

分别为Ⅰ、Ⅱ介质中横波传播速度；α′1、α′2分别为反射纵波、反射横波的反射角；β1、β2分别为透射纵波、透射横波的透射角；α为纵波的入射角。

利用斯奈尔定律可以确定波的传播路径，在已知传播速度和传播距离的条件下，能确定波到达时间。

图1-4-2 斯奈尔定律示意图

该定律为研究波的传播打下了基础，但不少实际现象表明它不能完全真实地反映出各种条件下波动的几何现象。例如在传播介质中介质层的厚度或不均匀体的大小比波长小时，波的传播就不一定遵循这条规律。

（二）反射波的形成及其特点

地震波入射到两种介质分界面时，一部分能量反射回去，形成反射波；一部分能量透过界面形成透射波（图1-4-3）。设入射波的振幅为Ai，反射波的振幅为AR，反射波振幅与入射波振幅之比叫做反射系数，用R表示，即

反射波地震勘探原理和资料解释

据反射理论可证明，当波垂直入射到反射界面上时（如图1-4-3），反射系数有下列关系式：

反射波地震勘探原理和资料解释

式中的ρ1、v1、ρ2、v2分别表示分界面上下两种介质的密度和波在介质中传播速度；ρ1v1＝Z1，ρ2v2＝Z2，分别表示上下介质的波阻抗。这个关系对入射角不大的情况也基本适用。

反射系数可写成一般形式：

反射波地震勘探原理和资料解释

反射系数的物理意义是地震波垂直入射到反射界面上后，被反射回去的能量约多少，它说明了在界面上能量分配的问题。

图1-4-3 垂直入射时的波的反射、透射

对反射系数的定义式分析，我们可以得到如下几个有用的结论。

（1）形成反射波的必要条件。只有上下介质的波阻抗不相等的界面才能形成反射波，即反射界面必须是波阻抗界面，或反射系数R不为零的界面。当上下介质的波阻抗Zn＝Zn-1时，R＝0；反射波振幅为零，不产生反射。在实际的沉积岩层中密度随深度变化的数量级远比速度变化要小，可假设地震波在哪个界面速度最大他们为常数，这时反射系数可以简化为

反射波地震勘探原理和资料解释

上式告诉我们，反射分界面上反射系数的大小主要取决于分界面上下介质的波速。

（2）反射波的强度取决于反射系数R的大小。

从式（1-4-3）可知，AR＝AiR，当Ai一定时，AR的大小主要取决于反射系数 R的大小；Zn与 Zn-1的差别越大，R的绝对值就越大，被反射回去的反射波的能量就越强；反之就弱。在实际的沉积地层中，如在页岩或泥岩中出现含油气的构造（如图1-4-4），围岩为泥岩，储集层为含油气砂岩，这种含油气砂岩速度会变得很低，从而与高速的围岩形成一个强的波阻抗界面，在地震记录中出现特强的反射波。因此，特强的反射波有可能与油气储集层有关。

图1-4-4 含油气的砂岩构造

（3）反射波极性的变化取决于反射系数R的正负。

R有正负值问题，当Zn＞Zn-1时，R＞0，表明反射波与入射波的相位相同都为正极性。当Zn＜Zn-1时，R＜0，反射波为负极性，表明它与入射波的相位相反，相差180°，这种现象通常称为“半波损失”。

一般反射系数R的取值范围为（-1，1），｜R｜＜1。

在实际的地层剖面中，沉积间断形成的古侵蚀面（不整合面），经常是一个明显的波阻抗分界面，是良好的反射界面。由于沉积条件或岩性的显著变化，不同岩性的分界面也是良好的反射界面，可产生较强的反射波。这些是我们可以利用地震勘探方法来了解地下地质界面情况的一个地质基础。

（三）透射波的形成及特点

如图1-4-5所示，地震波从震源O点出发，入射到界面上A点以后，一部分形成反射波，射线为AS；另一部分形成透射波，射线为AP。A点界面的法线为N，AP与N的夹角为β，β叫透射角。透射定律为：入射线、透射线位于法线的两侧，入射线、透射线和法线同在一射线平面内，入射角的正弦和透射角的正弦之比等于入射波速度和透射波的速度之比，即

反射波地震勘探原理和资料解释

根据透射定律可知透射波在第Ⅱ种介质中的偏折情况，与两种介质的速度比值v1/v2有关。当v1＞v2时，则α＞β，即透射波向法线方向偏折，如图1-4-6（a）所示。当v1＜v2时，则α＜β即透射波向远离法线方向偏折，如图1-4-6（b）即向界面靠拢，在实际地层中，波的透射多属这种情况。

图1-4-5 透射波示意图

如果有三层或多于三层的介质，并假设速度是递增，即v3＞v2＞v1，据透射定律可做出波从第一层传播到第三层的射线路径；其路径是一条折线，即在层状介质中波传播的射线为折射线。

图1-4-6 速度比值不同情况下的透射

设入射波振幅为Ai，透射波振幅为AT，定义透射波振幅（AT）与入射波振幅（Ai）之比叫透射系数，用T表示，即

反射波地震勘探原理和资料解释

透射系数表征入射波的能量有多少转换成了透射波的能量。

当平面波垂直入射时，界面反射系数为R。在不考虑波型转换等其他条件下，根据能量守恒定律，入射波的总振幅等于反射波振幅与透射波振幅之和，这时透射系数为

反射波地震勘探原理和资料解释

根据反射和透射系数公式可得：

T+R＝1 或 R＝1-T

从透射系数的定义公式分析，我们可得如下几点结论与特点。

（1）形成透射波的条件：只有上下介质波的传播速度不等，才有可能形成透射波。形成透射波必须要有速度差异的分界面，即T≠0；这种速度不等的界面叫速度界面。对一般的沉积岩层，R一般都较小，这时T≠0，所以总可以形成透射波。

（2）透射波的强度，取决于透射系数T的大小。

从式（1-4-7）分析可见，AT＝Ai·T，当Ai一定时，T越大（R越小）透射波振幅就越大（反射波振幅就越小），则透射波就越强（反射波就越弱）。

（3）透射波与入射波的极性总是一致的。由透射系数公式可见，不论Z2＞Z1或Z2＜Z1，T总是为正的。这表明透射波和入射波的相位总是一致的。

透射系数T的取值范围为（0，2），即0＜T＜2。

在实际的沉积地层中，往往有多个分界面。地震波从激发入射到第一个界面，一部分能量被反射形成反射波，一部分能量透过界面形成透射波，这透射波到第二个界面后又发生反射与透射，这样进行下去，由深部界面反射返回地表的反射波能量就变得很小。这样就出现了浅部界面的反射波能量较强，而深部由于界面的增多，而使地震波的能量变得很小的现象。

（四）折射波的形成及特点

1.折射波概念

如图1-4-7所示，据透射定律，当v2＞v1时，透射角大于入射角。当入射角增大时，透射角也随之增大。当入射角增大到某一角度i时，可使透射角β＝90°，即

反射波地震勘探原理和资料解释

这时透射波就以 v2速度沿界面滑行，如图1-4-7所示。我们称这时的透射波为滑行波，入射角i为临界角，A点为临界点。这时只要已知v1、v2就可利用

求出临界角i。

图1-4-7 折射波的形成

根据惠更斯原理，高速滑行波所经过的界面上的任何一点，都可看成是一个新的点震源。过了临界点A点以后，由于滑行波比入射波速度大，所以滑行波比入射波首先到达分界面上的各点，这样介质Ⅱ中的质点就要先发生扰动。由于界面两侧的介质质点之间存在着弹性联系，所以介质Ⅱ表面上的质点振动，必然要引起介质Ⅰ中的质点振动。于是在介质Ⅰ中产生一种新波，这种新波在地震勘探中称为折射波。

2.折射波形成的条件

由上分析可见，假设只有一个界面时，要形成折射波必须是下面介质的波速大于上覆介质的波速，且入射角以临界角入射。在实际的多层介质中，一般速度随深度递增，因而可形成多个折射界面。上、下地层速度倒转的现象在油气等地层中也是经常发生的，即在地层剖面中，中间可能出现相对速度较低的层，这时在这个低速层的顶界面就不能形成折射波。用斯奈尔定律可以证明，在多层介质中，要在某一地层顶界面形成折射波其条件必须是：① 该层波速要大于上覆所有各层介质的波速；② 入射角要以临界角入射。这就是折射波形成的必要条件。与形成反射波的条件相比，在同一地层剖面上，折射界面的数目总是小于反射界面，形成折射波的条件比反射波要苛刻的多。

3.折射波的特点

（1）折射波的波前是界面上各点源向上面介质中发出的半圆形子波的包络，它与界面的夹角为临界角i。

从图1-4-7可见，滑行波自A点以v2速度沿界面滑行了一段时间Δt，波前到达B点，从B点作A点发出半圆形子波的切线BC，就为该时刻的折射波的波前。可以证明，当界面为平面时，在剖面上折射波的波前形态是与界面R成临界角i的直线，因为△ABC为直角三角形，则

反射波地震勘探原理和资料解释

（2）折射波的射线是垂直于波前面BC的一簇平行直线，并与界面法线的夹角为临界角i。

（3）折射波存在着盲区（OM），必须在盲区以外才可观测到折射波。由图1-4-7可见，射线AM是折射波的第一条射线，即在地面上从M点开始才可能观测到折射波，所以称M点为折射波的始点。自震源O点到M点的范围内，不存在折射波，这个范围叫折射波的盲区，盲区大小xM为

反射波地震勘探原理和资料解释

式中：h为界面的法向深度。

由上式可知，盲区的大小，既与界面埋藏深度有关，又与上下介质的波速比值有关。一般随h的减小和v2/v1比值的增大，盲区范围xM将减小。当v2/v1等于1.4时，xM≈2h。因此作为一条经验准则，折射波只有在炮检距（炮点到检波器的距离）大于两倍折射界面深度时才能观测到。

值得一提的是，当地下有多个分界面时，如图148所示的两个分界面情况，若v3＞v2＞v1，则在R1、R2两个界面上均产生折射波。设R1和R2界面上产生折射波的盲区范围分别为

和

，如图所示，则盲区大小

＝2OA，而

＝2（x1+x2）。应据具体情况利用式（1 4 9）分段计算x距离，最后求出O点到M2的总距离

。

图1-4-8 多界面情况下的折射波

（4）在始点M处将同时观测到反射波与折射波，而在M点以外，总是先接收到折射波。由图1-4-7可见，AM射线它既是折射波的第一条射线，也是反射波的射线，并且它们都是以v1速度传播，所以它们的走时相等，故同时被接收到。在M点以外，反射波沿界面滑行的速度v2大于v1，所以在同一接收点总是先接收到折射波。

另外，当地震波的入射角大于临界角i时，入射波的全部能量都转换为反射波，即在临界点以外的分界面上没有透射波产生，这种现象叫做波的全反射。如果v2≫v1，这时临界角i就很小，临界点紧靠近震源点的下面，所以产生透射波的范围就很小。由震源发出的地震波能量，绝大部分被界面反射回去，所以地震波能量不能向深部传播，这就是地震勘探的实际工作中遇到的所谓“地层屏蔽”现象，这种现象的存在，给地震勘探工作带来很大的不利。

地震波在莫霍面和古登堡面的速度怎样?

莫霍面是地壳和地幔的分界面.1909年,奥地利地震学家莫霍洛维奇发现,当地震波通过地下33公里处时,纵波速度由 7.6公里/秒急增到 8.1公里/秒,横波由4.2公里/秒增至4.6公里/秒有一个明显的不连续面,后经各地观测证实,这个不连续面在全球普遍存在,故把这一不连续面称莫霍洛维奇面,简称莫霍面,或称莫氏面.

古登堡面是地幔和地核的分界面.自莫霍面向下,地震波持续增大,在地下2900公里处纵波速度由13.64公里/秒,突然降为8.1公里/秒,而横波由7.3公里/秒至此完全消失.这个不连续面是在1914年由美籍德国地震学家古登堡最早发现的,故称古登堡不连续面,简称古登堡面.