地震勘探原理总结.docx
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地震勘探原理总结
《地震勘探原理》各章节的复习要点
第一章绪论(不作为考试内容)
第二章地震波运动学理论
§2.1几何地震学基本概念
1、基本概念,如地震子波:
具有多个相位、延续60~100毫秒的稳定波形称为地震子波。
几何地震学:
地震波的运动学是研究地震波,波前的空间位置与传播时间的关系,他与几何光学相似,也是引用波前,射线等几何图形来描述波的运动过程和规律,因此又叫几何地震学.
地震勘探:
通过人工方法激发地震波,研究地震波在地层中传播的情况,以查明地下的地质构造,力寻找油气田或其他勘探目的服务的一种物探方法.
波面:
介质中每一个同时开始振动的曲面。
射线:
在几何地震学中,通常认为波及其能量是沿着一条“路径”从波源传到所考虑的一点P,然后又沿着那条“路径”从P点传向其他位置。
这样的假想路径称为通过P点的波线或射线。
振动图:
在地震勘探中,每个检波器所记录的,便是那个检波器所在点处的地面振动,它的振动曲线习惯上叫做该点的振动图。
波剖面:
在地震勘探中,通常把沿着测线画出的波形曲线叫做“波剖面”。
视速度和视波长:
如果不是沿着波的传播方向而是沿着别的方向来确定波速和波长,得到的结果就不是波速和波长的真实值。
这样的结果叫做简谐波的视速度和视波长。
全反射:
如果V2>V1,则有sinθ2>sinθ1,即θ2>θ1;当θ1增大到一定程度但还没到90°时,θ2已经增大到90°,这时透射波在第二种介质中沿界面“滑行”,出现了“全反射”现象,因为θ1再增大就不能出现透射波了。
雷克子波:
2、基本原理
反射定律:
反射线位于入射平面内,反射角等于入射角,即
。
透射定律:
透射线也位于入射面内,入射角的正弦与透射角的正弦之比等于第一、第二两种介质中的波速之比,即
Snell定律:
惠更斯原理:
在已知波前面(等时面)上的每一个点都可视为独立的、新的子波源,每个子波源都向各方发出新的波,称其为子波,子波以所在处的波速传播,最近的下一时刻的这些子波的包络面或线便是该时刻的波前面。
这样从前一个波前面位置移到下一个波前面位置,如法炮制,便可得到介质中的等时面系,因而得到波在该介质中传播的全部特点。
费马原理:
波在各种介质中的传播路径,满足所用时间为最短的条件。
3、地震波的分类
§2.2常速单界面的反射波特征及数学表达式
1、基本概念:
时距曲线:
所谓时(间)距(离)曲线,就是表示地震波从震源出发传播到测线上各观测点的旅行时间t同观测点相对于激发点的水平距离x之间的关系。
时距曲面:
若观测面为平面,在直角坐标系中,某一波到达观测面的时间可表示为t=f(x,y),其图形是一个曲面,称为时距曲面。
时间场:
在直角坐标系中某一波传播到介质中任意一点的时间可表示为t=g(x,y,z),这就确定了一个标量场,称为时间场。
自激自收:
零炮检距
共激发点:
所有接收点具有共同的激发点。
炮检距:
激发点到地面各观测点的距离,也称为偏移距。
初至时间:
所有波中最先到达检波器(Geophone)并记录下来的地震波第一波峰时间。
纵测线:
激发点和观测点在同一条直线上。
同相轴:
各接收点属于同一相位振
动的连线。
正常时差:
①界面水平情况下,对界面上某点以炮检距x进行观测得到的反射波旅行时与以零炮检距(自激自收)进行观测得到的反射波旅行时之差,这实际上是因为炮检距不为零引起的时差;②在水平面界面情况下,各观测点相对于激发点纯粹是由于炮检距不同而引起的反射波旅行时间差。
倾角时差:
由激发点两侧对称位置观测到的来自同一倾斜界面的反射波旅行时差。
动校正:
在水平面界面的情况下,从观测到的反射波旅行时中减去正常时差△t,得到x/2处的t0时间,这一过程叫做正常时差校正或称为动校正。
2、基本原理:
虚震源原理:
一种用于描绘射线在平面上反射情况的作图方法。
过震源作界面的垂线并延长到界面另一侧,指出震源的象,则在地面上接收到的从震源出发并在界面反射的射线,可看作从虚震源发出到达地面的直达波射线来作图。
讨论时距曲线的实际意义:
①识别各种类型的地震波;②正常时差校正必须使用时距关系,经动校正后反射波同相轴的形态与地下界面的形态是相对应的;③利用时距曲线还可以计算波在介质中的传播速度,如直达波和折射波所对应的介质波速则为其时距曲线斜率的倒数。
直达波时距曲线及方程:
在测线上距离激发点为x的任一观测点,其到达时间是:
式中V1是直达波的传播速度;上式就是直达波时距曲线方程
直达波时距曲线方程:
反射波时距曲线:
讨论反射波时距曲线时,按观测方法的不同
分为两种情况:
一种是激发一炮,在一个多道检波器组成的排列上接收并得到一张地震记录,地下存在反射界面就可以得到相应的反射
波时距曲线,称为共激发点反射波时距曲线。
另一种是在许多张地震记录上,把同属于某一个反射点的道选出来,组成一个共反射点道
集,于是可得到界面上某个反射点的共反射点时距曲线
反射波时距曲线方程:
反射波时距曲线的主要特点:
§2.3变速多界面的反射波特征及数学表达式
1、基本概念:
均匀介质:
假设反射界面R以上的介质是均匀的,即地震波传播速度是一个常数V。
并假设界面R是平面,界面可以是水平的或倾斜的。
层状介质:
假设地层剖面是层状结构的,在每一层内速度是均匀的,但各层的速度是不同的。
这些分界面可以是倾斜的,也可以是水平的,分别称为倾斜或水平层状介质。
连续介质:
认为在界面上,介质I与II的速度是不相等的,有突变,但介质I内部的波速不是常数,而是连续变化的,考虑到地下岩层的这一特点,提出了连续介质模型,即认为在某个界面上,地震波速度有突变,可以产生反射。
参数方程:
平均速度:
地层的总厚度除以波在垂直层面方向旅行的总时间。
射线方程:
等时线方程:
回折波:
当速度随深度线性增加时,地震波的射线是圆弧。
如果在地面上观测,可以接收到一种与均匀介质中的直达波相似的波,都是从震源出发,沿着一条圆弧形的射线,先向下到达某一深度后又向上拐回地面,称之为回折波
最大穿透深度:
回折波的每条射线都有各自的最大穿透深度Zmax,到达这一深度之后开始向上拐。
2、基本原理:
水平层状介质和连续介质情况下讨论反射波时距曲线的基本思路(见课本P52)
水平层状介质和连续介质情况下反射波时距曲线的主要特点
§2.4地震折射波运动学
1、基本概念:
折射波盲区:
折射波在M1和M2点以外的区间接收到,在OM1或OM2范围内是接收不到折射波的,这个范围称为折射波的“盲区”。
由图可见,在波源所在的水平面上,“盲区”是一个圆,其半径是:
初至波:
属于来自已知震源的第一个记录信号。
续至波:
属于来自已知震源的非第一个记录信号。
交叉时:
在折射波时距曲线图上,因为有盲区存在,激发点附近没有折射波,但可将折射波时距曲线人为地延伸,使之与通过激发点的纵坐标轴相交,此交点处的时间叫做交叉时,习惯上则称为折射波的t。
信噪比:
某一时刻有用信号能量与其它所有能量(噪声)之比。
2、基本原理:
产生折射波的条件:
(1)V2>V1;或Vn>Vi,(i=1,2…n-1);
(2)入射角等于临界角。
利用折射波法研究地下地层起伏的基本依据:
利用折射波时距曲线能够方便的得到各分界面的界面速度
和交叉时
等量,进而可以求取各折射界面的深度值
。
折射波与反射波的主要差异:
(1)折射波有一个盲区,而盲区的大小取决于界面的埋藏深度,因此,在地震勘探中要观测到折射波,炮检距应该大于折射波盲区;
(2)折射波法通常只能研究其速度大于上面所有各层波速的地层,在实际的地层剖面中,往往只有某些层能满足这个条件,因此折射层的数目要比反射层数目少得多,这点也正是目前石油地震勘探中广泛使用反射波法的原因之一;
(3)如果地层剖面中存在速度很高的厚层,就不能使用折射波法研究更深处的低速地层,这种现象称为“屏蔽效应”。
如果高速层厚度小于地震波的波长,则实际上并不发生屏蔽作用。
3、分析理解:
单界面(水平和倾斜)直达波、反射波与折射波时距曲线之间的关系:
(1)直达波时距曲线是反射波时距曲线的渐近线。
这点可从数学关系上加以论证,可自行推演。
(2)折射
波时距曲线与反射波时距曲线在M1点或M2点相切。
(3)直达波与折射波的时距曲线有一个交点,交点坐标为:
在x
(4)时距曲线的陡缓取决于上覆介质的波速与界面的埋藏深度。
对于折射波而言,界面速度越大,时距离曲线越平缓,反之时距曲线越陡。
对于反射波来讲,同一界面的反射波时距曲线的斜率随x的不同而变化,不同界面的反射波时距曲线随界面埋深的增大,而使整条时
距曲线趋于平缓。
三层介质情况下折射波的时距曲线及其特点:
折射波法在地震勘探中的应用:
一是用于研究深层构造,如盐丘构造的探测;二是用来确定近地表地层的特征,即确定低(降)速带和静校正参数。
§2.5透射波和反射波的垂直时距曲线
1、基本概念:
上行波:
在VSP或地震测井观测中,上行波是指射线向上到达各接收点的波动
下行波:
在VSP或地震测井观测中,下行波是指射线向下到达各接收点的波动,如直达波或透射波。
垂直时距曲线:
2、基本原理:
透射波、下行波和上行波垂直时距曲线:
(1)水平层状介质的透射波垂直时距曲线
对于非零偏移距、均匀介质情况下的直达波或透射波时距曲线方程为:
(2)下行波垂直时距曲线
其中
(3)上行波垂直时距曲线
1、两层介质,水平界面、偏移距不为零时的上行波时距曲线:
2、两层介质、倾斜界面、偏移距不为零时,在界面上
倾方向激发产生的上行波时距曲线
:
地层倾角;L:
震源的法向深度;d:
井源距;z:
检波点深度
垂直时距曲线的主要特点:
它是一条折线,其中每一直线段与一个水平层对应,每段直线的斜率的倒数就是该层的层速度。
第三章地震资料采集方法与技术
§3.1野外工作概述
1、基本概念:
低降速带:
在地表附近一定深度范围
内,地震波的传播速度往往要比其下面地层的波速低得多,该深度范围的地层称为低速带。
某些地区,在低速带与相对高速地层之间,还有一层速度偏低的过渡区,称之为降速带。
群速度:
一个波列能量(包络)传播的速度。
相速度:
特定相位(如波谷或波峰)的传播速度。
多次波:
当地下存在强波阻抗界面时,可能产生多种形式的多次反射波。
虚反射:
是指从震源先到达地面或潜水面发生
反射后,再向下传播到地下界面形成的反射波。
鸣震和交混回响:
海面和海底是两个反射系数较大的界面,会形成多次反射;当海底起伏不平时,由于地震波的散射和水层内多次波相互干涉造成的干扰称为交混回响。
如果海底是比较平坦、反射系数比较稳定的界面,则进入水层内的能量产生多次反射造成水层共振现象,称为鸣震。
2、基本内容:
试验工作内容:
①干扰波调查,了解工区内干扰波类型与特性。
②地震地质条件调查,了解低速带的特点、潜水面的位置、地震界面的存在与否、地震界面的质量如何(是否存在地震标志层)、速度剖面特点等。
③选择激发地震波的最佳条件,如激发岩性、激发药量、激发方式等。
④选择接收和记录地震波的最佳条件,包括最合适的观测系统、组合形式和仪器因素的选择等。
生产工作过程:
(1)地震测量
(2)地震波的激发(3)地震波的接收
激发的基本要求:
P78
接收的基本要求:
P83
调查干扰波的方法:
(1)小排列
(2)直角排列(3)三分量检波器观测法(4)环境噪声调查
干扰波的类型:
(1)规则干扰
指具有一定主频和一定视速度的干扰波,如面波、声波、浅层折射波、侧面波等。
(4)无规则干扰或随机干扰
各种干扰波的主要特点:
面波(Rayleighsurfacewave):
在地震勘探中也称为地滚波,存在于地表附近,振幅随深度增加呈指数衰减。
其主要特点:
①低频:
几Hz~20Hz;②频散(Dispersion):
速度随频率而变化;③低速:
100m/s~1000m/s,通常为200m/s~500m/s;④质点的振动轨迹为逆时针方向的椭圆。
面波时距曲线是直线,记录呈现“扫帚状”,面波能量的强弱与激发岩性、激发深度以及表层地震地质条件有关。
声波:
在坑中、浅水池中或干井中爆炸,都会出现强烈的声波。
声波是空气中传播的弹性波,速度为340m/s左右,比较稳定,频率较高,延续时间较短,呈窄带出现。
浅层折射波:
当表层存在高速层或第四系下面的老地层埋藏浅,可能观测到同相轴为直线的浅层折射波。
工业电干扰:
当地震测线通过高压输电线路时,地震检波器电缆会感应50Hz的电压,形成整张记录或部分记录道上出现50Hz的正弦干扰波。
侧面波:
在地表条件比较复杂的地区进行地震勘探时,常出现侧面波干扰。
例如在黄土塬地区,塬和沟的相对高差几百米,在塬和沟的交界为陡峻的黄土与空气的接触面,形成较强波阻抗分界面,记录上可能出现来自不同方向的、具有不同视速度的侧面波。
在水平叠加剖面上会出现由地下大倾角界面产生的侧面波。
虚反射:
是指从震源先到达地面或潜水面发生反射后,再向下传播到地下界面形成的反射波。
多次反射波:
当地下存在强波阻抗界面时,可能产生多种形式的多次反射波。
其特点与正常反射波相似,时距曲线斜率较一次波大。
微震:
与激发震源无关的地面扰动统称为微震。
主要由风吹草动、人畜走动、机器开动
等外界随机产生;
低频和高频背景干扰:
在沼泽、流沙、泥潭等松散介质中激发地震波时,这些介质的固有振动构成低频背景(10~30Hz)。
在坚硬岩石中激发时,地震波传到浅层不均匀体(如砾岩,
多孔石灰岩等)上产生的散射构成高频干扰背景(80~200Hz)。
低频和高频背景的特点是整张记录上出现,而且显得杂乱无章。
压制面波的方法:
海上地震勘探的特点与特殊性:
海上地震工作方法具有如下特点:
①广泛使用非炸药
②比陆上更早实现了野外记录数字化;
③使用等浮组合电缆;
④单船作业。
⑤全部采用多次覆盖技术,且覆盖次数较高,等浮电缆的道数不断增加。
海上地震勘探的特殊性:
①观测船的前进速度为常数,使用多普勒声纳及时调节船速以保持船速恒定。
但船速受风浪、涌流等多种因素的影响。
②海流和激发点间距不均匀是影响多次覆盖的因素。
海流导致电缆与测线往往具有一定的夹角,称为电缆偏角。
③需要导航定位,目前广泛使用卫星定位技术。
海上特殊干扰波:
海上地震勘探中可能观测到的干扰波主要有重复冲击、交混回响或鸣震、侧反射、底波等。
海上震源:
目前海上地震勘探主要使用非炸药震源,包括电火花震源、空气枪震源、蒸汽枪震源等。
3、分析比较陆地与海上地震勘探的异同点:
§3.2野外观测系统
1、基本概念:
观测系统:
地震勘探中的观测系统是指地震波的激发点与接收点的相互位置关系。
多次覆盖:
一次覆盖或多次覆盖(multiplecoverage)指对被追踪的界面所观测的次数。
多次覆盖技术:
按照一定的观测系统对地下某点的地址信息进行多次观测,以保证即使各别观测点收到干扰也能得到地下每一点的有效信息,从而是原始记录有了保障。
共激发点记录:
-从激发点出发的45°斜线代表一个排列,在此线上所有的接收点有共同的激发点,属于同一激发点的各道记录称为共激发点记录。
共接收点记录:
从接收点出发的-45°斜线代表地面同一接收点位置,此线上不同激发点的所有道都是同一地面点接收,由此组成的记录称为共接收点记录。
共偏移距记录:
与激发点线平行的水平线表示等炮检距情况,各接收点的炮检距都相等,由此形成的记录称为共炮检距记录。
共反射点记录:
-垂直于共炮检距线的垂线表示共中心点(界面水平时为共反射点或共深度点)的位置,此线上各点接收到来自地下同一反射点的反射,由此组成的记录称为共反射点记录。
2、基本内容:
布设地震测线的基本要求:
①测线应为直线,保证所反映的构造形态比较真实;②测线应该垂直构造走向,其目的是更加真实的反映构造形态,为绘制构造图提供方便。
观测系统图示方法:
见课本
2、分析比较4种记录的差异及其在地震勘探中的应用:
1共激发点和共接收点记录用于求取激发点和检波点的静校正量;
2在野外作业中,通过显示共激发点记录实行记录质量的监控;
3在资料处理中,需要对共激发点记录进行抽道集,得到大量的共中心点道集记录,然后进行速度分析、动校正、水平叠加或偏移归位等处理,最终得到用于资料解释的成果数据;
④在速度分析或某些偏移处理时,为了增加数据量或提高处理质量,需要抽取共炮检距记录,用于特殊分析和处理。
§3.3地震波的激发和接收
1、基本概念:
动态范围:
在地震勘探中,把地震波振幅强弱差别的变化范围称为地震波的动态范围。
可控震源:
偏移距:
激发点到最近的检波器组中心的距离
遥测:
是利用电缆、光缆、无线电或其他传输技术对远距离的物理点进行测量。
MEMS:
Systems微电子机械系统
矢量保真度:
矢量保真度是指每个分量互相耦合的信号量度
2、基本内容:
对激发的基本要求:
①具备强大的信号放大功能-对微米数量级的地面位移进行可变倍数放大。
②记录的原始地震资料要有良好的信噪比-地震仪器必须有频率选择功能。
③具备足够大的动态范围-地震波在地层内传播过程中,由于波前的扩散、界面的透过损失、介质的吸收等原因,其能量浅层很强,深层很弱。
在地震勘探中,把地震波振幅强弱差别的变化范围称为地震波的动态范围。
④记录的原始地震信息具有良好的分辨能力-是指在地震记录上区分某地层顶底反射波的能力。
在仪器设计方面应该合理选取仪器参数,使仪器的固有振动延续时间不要太长,具有较好的分辨能力。
⑤对记录仪器的一些技术要求-要求仪器是多道的,且各道间应是高度一致的;原始记录长度应是任意的,但必须大于5秒长度;把记录数据准确地传输到计算机处理中心,便于各种分析与处理;具有精确的计时装置,便于地震资料的地质解释;地震勘探野外作业的自然环境千变万化,要求地震仪器在结构上具备轻便、稳定、耗电少、操作简单、维修方便等特点,还能经得起颠簸和恶劣的气候变化等。
影响激发波形特征的主要因素:
炸药量的大小、爆炸介质的岩性、激发井深、药包形状及其与爆炸介质的耦合。
A~Q和f~Q的关系:
可控震源的工作原理与记录过程:
可控震源相对炸药震源的优越性:
P82
对记录的基本要求:
检波器的类型:
动圈式地震检波器、压电式水听器、数字检波器
地震仪的4个发展阶段:
模拟光点地震仪
模拟磁带地震仪
数字磁带地震仪
遥测地震仪
地震仪的记录过程:
3、理解野外采集参数的确定原则。
P93
§3.4低(降)速带测定与静校正
1、基本概念:
低速带:
在地表附近一定深度范围内,地震波的传播速度往往要比其下面地层的波速低得多,该深度范围的地层称为低速带
降速带:
某些地区,在低速带与相对高速地层之间,还有一层速度偏低的过
渡区,称之为降速带。
低速带参数:
低速带层数、厚度、速度等。
层析成像:
其方法原理是建立在对地层进行网格化的基础上的,且利用最小走时射线路径的全局算法,即利用费马原理与网络理论构建网络中的最小走时树,可以同时计算出与某点震源相关的所有的初至走时及相应的射线路径
τ值时间:
从井底到井口的直达波传播时间t。
静校正:
人为选定一个海拔高程作为基准面,利用野外实测得到的各点高程、低速带厚度、速度或井口时间tuh等资料,将所有的激发点和检波点都校正到此基准面上,用基岩速度替代低速带速度,从而去掉表层因素的影响
2、基本内容:
低速带测定的基本方法:
地震勘探方法常用的有浅层折射法、微测井法,近几年又发展了小反射法和面波法,以及大折射、深井微测井、小折射结合大炮初至的方法以及基于初至的回折波法和层析反演等方法;非地震勘探方法常见的有地面地质调查、地质雷达、大地电磁测深等方法。
浅层折射法或时距曲线法求取低速带参数的步骤:
求取交叉时的方法:
延长时距曲线法;相遇法;追逐法;复合时距曲线法;求界面速度的方法:
差异时距曲线等。
微地震测井的工作方法:
微地震测井资料的解释步骤:
静校正工作内容:
分析说明地震勘探原理的基本假设条件:
地下界面为水平,介质均匀。
低速带测定的目的意义:
准确测定低速带参数有助于地震资料的静校正处
理;满足地震勘探原理的基本假设条件。
§3.5地震组合法
1、基本概念:
视速度:
如果不是沿着波的传播方向而是沿着别的方向来确定波速,得到的结果就不是波速的真实值。
这样的结果叫做简谐波的视速度
剩余时差:
把某个波按水平界面一次反射波作动校正后的反射时间与共中心点处的t0m之差称为剩余时差。
时延定理:
设
为常量,而
,则
平稳的随机过程:
程是指其基本条件在时间变化过程中保持不变,故其统计规律也不随时间而变化的随机函数的集合。
各态历经性质:
一个随机过程的统计规律在一次实现中已能反映该随机过程的全部特点。
随机干扰的相关半径:
随
机干扰的相关半径就是自相关函数第一个零值点所对应的lΔx值。
简单线性组合:
2、基本内容:
有效波与干扰波的主要差别:
(1)有效波和干扰波在传播方向上可能不同。
(2)有效波和干扰波可能在频谱上有差别.
(3)有效波和干扰波经过动校正后的剩余时差可能有差别.
(4)有效波和干扰波在它们出现的规律上可能有差异。
组合方法的基本原理:
P102
讨论组合的方向-频率特性的基本思路:
组合特性曲线的主要特点:
P105
(1)
(2)(3)(4)
脉冲波的组合特性:
P106
描述随机过程的主要参量:
平均值、方差和相关函数
组合的统计效应的结论:
当组内各检波器之间的距离大于该地区随机干扰的相关半径时,用m个检波器组合后,其信噪比增大
倍。
了解组合的频率效应与平均效应:
了解其他组合形式的相关结论等。
确定组合参数的方法步骤:
(1)干扰波调查
(2)理论分析与计算(3)组合效果检验
确定组合参数的基本原则:
§3.6多次覆盖技术
1、基本概念:
多次覆盖:
P118
水平叠加:
在野外采用多次覆盖的观测方法,在室内将野外观测的多次覆盖原始记录,经过抽取共中心点(CMP)或共深度点(CDP)或共反射点(CRP)道集记录、速度分析、动静校正、水平叠加等一系列处理的工作过程,最终得到能基本反映地下地质形态的水平叠加剖面或相应的数据体,这一整套工作称为共反射点叠加法,或简称为水平叠加(horizontalstacking)技术。
剩余时差:
把某个波按水平界面一次反射波作动校正后的反射时间与共中心点处的t0m之差称为剩余时差。
2、基本内容:
多次覆盖的方法原理:
按照一定的观测系统对地下某点的地质信息进行多次观测;
具体实现:
分别在炮点O1,O2,O3等激发,在D1,D2,D3等接收,保证炮检距相对于中心点M是对称的;
主要目的:
提高观测资料的信噪比。
共激发点和共中心点反射波时距曲线的主要异同点:
多次波的类型及其特点:
(1)全程多次反射波-在某一深层界面发生反射的波在地面又发生反射,向下在同一界面发生反射,来回多次,又称简单多次波。
(2)短程多次反射波-地震波从某一深部界面反射回来后,再在地面向下反射,然后又在某一个较浅的界面发生反射,又称局部多次波。
(3)微屈多次反射波-在几个界面上发生多次反射,多次反射的路径是不对称的,或在一个薄层内受到多次反射,它与短程多次波并没有严格的差别。
(4)虚反射-进行井中激发时,地震波能量一部分向上传播,遇到地面再向下反射,这
个波称为虚反射,它与直接由激发点向下传播的地震波相差一个时间延迟τ,τ等于波从井底到地面的双程旅行时。
讨论全程多次波时距关系
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