一、实验目的  
         通过编制C语言程序，了解水平层状介质情况下反射波时距曲线、以及均方根速度和平均速度近似的特点和差异。理解地震检波器组合的方向特性曲线、频率特性曲线。  
         二、主要内容  
         1、二层参数：V2 = 1500m/s，h2 = 700m。用精确方程计算反射波时距曲线，用均方根速度近似的双曲线方程计算反射波时距曲线，用平均速度近似的双曲线方程计算反射波时距曲线，将三种计算结果绘制在同一张图上，并对计算结果进行分析  
         2、编制地震检波器简单线性组合的方向特性曲线C或matlab计算程序，将检波器组合个数分别为2，3，4的方向特性曲线绘制在同一张图上（参考图见附图1），并对计算结果进行分析。  
         3、编制地震检波器简单线性组合的频率特性曲线C或matlab计算程序，将组内相邻检波器时差分别为0.01、0.002、0.005的频率特性曲线绘制在同一张图上（其中检波器组合个数为7，频率范围为0~200Hz，参考图见附图2），并对计算结果进行分析。  
         三、实验报告内容  
         本实验结束后要求写出实验报告，主要包括以下内容：  
         1、  实验目的及实验内容  
         2、  基本原理阐述  
         3、  实验结果分析  
         4、  程序及其附图  
         5、  实验体会  

一、试验目的    

了解水平层状介质情况下反射波时距曲线、以及均方根速度和平均速度近似的特点和差异。理解地震检波器组合的方向特性曲线、频率特性曲线。

二、实验原理    

1.水平多层反射波时距曲线

.对于一个n层水平水平状模型，一射线倾斜入射，在第n层A点反射后到达观测点S的时间为

由斯奈尔定理可以确定每层的入射角度和透射角度和反射角度。

炮检距可以表示为

使用这两个公式分别计算，绘出时距曲线。

当x较小的时候，可以用平均速度和均方根速度来等效走时曲线，

2.组合方向特性曲线    

当波的主频固定的时候，组合后的波的振幅至于波的射线方向有关，我们称与射线方向有关的组合振幅特性为组合方向特性。归一化的的组合振幅特性表达式为

3.组合频率特性曲线    

将波传播方向改为时差，即可将

三、实验内容    

1、二层参数：V2 = 1500m/s，h2 = 700m。用精确方程计算反射波时距曲线，用均方根速度近似的双曲线方程计算反射波时距曲线，用平均速度近似的双曲线方程计算反射波时距曲线，将三种计算结果绘制在同一张图上，并对计算结果进行分析

2、编制地震检波器简单线性组合的方向特性曲线C或matlab计算程序，将检波器组合个数分别为2，3，4的方向特性曲线绘制在同一张图上（参考图见附图1），并对计算结果进行分析。

3、编制地震检波器简单线性组合的频率特性曲线C或matlab计算程序，将组内相邻检波器时差分别为0.01、0.002、0.005的频率特性曲线绘制在同一张图上（其中检波器组合个数为7，频率范围为0~200Hz，参考图见附图2），并对计算结果进行分析。

四、实验结果    

1.水平多层时距曲线

2.组合检波方向特性曲线

1. 组合检波频率特性曲线    
   

   

五、结果分析

1.水平多层反射波时距曲线

水平多层反射波使用三个公式计算时距曲线，用均方根速度和平均速度还是和精确公式还是有细微的误差，不过误差并不大，当炮检距比较小的时候，误差非常小，近似为双曲线，可以用这两个速度近似代替。平均速度计算的最大，平方根速度计算的次之，精确公式的最小。

2.组合方向特性曲线

组合方向特性曲线有明显规律性，对于高视速度的规则波，近乎垂直到达个检波点，相邻检波器之间的时差趋于零，达到最大值。组合数目多少对特性曲线也有影响，组合数目增加，通放带边界点左移，压制带内的极值降低。高视速度的波可以落入通放带，，组合输出波的振幅得到加强，低视速度的波组合后受到压制。

3. 频率特性曲线

从频率特性曲线上看，波的视速度趋于无穷时，组合后对所有频率成分都没有滤波作用，随着△t的增大，频率特性曲线通放带和压制带越来越明显，并且通放带变窄，表明组合有频率滤波作用，对于高频成分有压制作用。

六、源代码    

1.水平多层时距曲线（C语言）

#include<stdio.h>

#include<math.h>

#include<stdlib.h>

#define
dzkt5
"file.dat"

int main()

{

    float x[41], t[41],t1[41],t2[41], p, h[100], v[100],v1,v2,s1,t0,s2,s3,s4,ni,ii[100],d1=0.0,d2=0.0;int i, j, m;

    FILE *fp;

    printf("请输入层数\n");

    scanf("%d", &m);

    //printf("请依次输入每层的层厚和波速，用回车或空格隔开");

    for (i = 0;i<m;i++)

    {

        printf("请输入第%d层层厚和波速，空格或回车隔开\n",i+1);

        scanf("%f%f", &h[i], &v[i]);

    }

    fp=fopen (dzkt5, "a+");//文件打开

    for (i = 0;i<=40;i++)

    {

        t[i] = 0.0;

        x[i] = 0.0;

        s1 = 0.0;//初值

        s2 = 0.0;

        s3 = 0.0;//初值

        s4 = 0.0;//初值

        t0 = 0.0;

                for (j = 0;j<m;j++)

        {

            p = sin(i / 180.0 * 3.141592653) / v[j];

                ii[j] = asin(v[j]/v[0]*sin(i/180.0*3.141592653));

                                            t[i] = 2 *h[j] /v[j]/ cos(ii[j])+t[i];

                x[i] = 2 * h[j] * tan(ii[j])+x[i];

            s1 = h[j] / v[j] * v[j] * v[j] + s1;//均方根速度

            s2 = h[j] / v[j] + s2;

            t0 = 2 * h[j] / v[j] + t0;

            s3 = h[j] + s3;

            s4 = h[j] / v[j] /+ s4;

        }//累加计算

        v1 = pow((s1 / s2),0.5);//均方根速度

        v2 = s3 / s2;//平均速度

        t1[i] = sqrt(t0*t0 + x[i] * x[i] / v1 / v1);//均方根速度计算时间

        t2[i] = sqrt(t0*t0 + x[i] * x[i] / v2 / v2);//平均速度计算时间

        printf("%.6f\t%.6f\t%.6f\t%.6f\n", x[i], t[i],t1[i],t2[i]);

        fprintf(fp, "%.6f\t%.6f\t%.6f\t%.6f\n", x[i], t[i],t1[i],t2[i]);//存储到文件中

    }

        fclose(fp);//文件关闭

    return 0;

}

2.组合检波方向特性曲线

T=0:0.001:1;

n=2;

fai=(sin(n*3.14*T))./(n*sin(3.14*T));

plot(T,abs(fai),'r');

hold on;

n=3;

fai=(sin(n*3.14*T))./(n*sin(3.14*T));

plot(T,abs(fai),'--');

hold on;

n=4;

fai=(sin(n*3.14*T))./(n*sin(3.14*T));

plot(T,abs(fai),':k');

hold off;

3.组合检波频率特性曲线

n=7;

f=0:1:200;

t=0.01;

fai=(sin(n*3.14*f*t))./(n*sin(3.14*f*t));

plot(f,abs(fai),'r');

hold on;

t=0.002;

fai=(sin(n*3.14*f*t))./(n*sin(3.14*f*t));

plot(f,abs(fai),'--');

hold on;

t=0.005;

fai=(sin(n*3.14*f*t))./(n*sin(3.14*f*t));

plot(f,abs(fai),'k:');

hold off