反射地震学

研究由地下地质界面反射来的地震波的方法

反射地震法是研究由地下地质界面反射来的地震波的一种方法

基本原理

其原理非常简单，就象我们已知空气中声波的速度，用测量井底的回声时间以得出大直径水井的深度一样。使用爆炸或其他方法在地表激发一个声波，它在均匀介质中—只向下传播。由于不同的地层，其速度，密度亦不相同，就会在地层界面上产生反射波，这如同回声一样。

反射地震法所测量的是从人工震源到地下反射界面，再回到检波器的双程旅行时间。

地震波波前的传播过程可以射线简化表示。这些射线均服从斯奈尔定律，该定律规定入射角等于反射角，并可预测折射方向的变化。入射角即射线与地层界面垂线的夹角。如果地层水平或近似水平，则反射能量将返回所要测量的地面位置，并可测出至该层的旅行时间。

沉积岩原来都是近似水平地沉积的，然而在以后的地质时代中其形状可能有所变化。沉积岩在沉积过程中形成了具有不同物性、厚度的地层。值得注意的是圈闭油气的沉积部位。层状地层是由经历了不同程度压实作用的各种物质所组成。影响地震波传播的主要因素是声波在岩层中的速度及其密度。速度与密度的乘积称为声阻抗。在两个具有不同声阻抗的地层界面处，从上一层向下传播的一部分能量反射回地面，其大部分能量将继；继续下传，并产生折射弯曲。

反射能量的大小由两相邻地层的声阻抗差所决定。反射嵌幅与入射振幅之比称之舟该界面的反射系数。反射能量的振幅与上下两层声阻抗之羞成正比。反射系数既可能为为所产生的绕射波形成一个中心点道上的侧面波正值，也可能为负值。地下各界面的反射系数一般为0．001～O．1，当遇到海底或浅层含气砂岩时，其值可达0.3。

继续下传的地震波产生折射或弯曲，正如光线在水中会弯曲一样。当地震波通过两个各向同性介质的分界面时，地震波改变方向，其入射角正弦与上层介质速度之比等于折射角正弦与下层介质速度之比，由于沉积岩一般是成层沉积，其速度与密度也一般都向下递增，因此应用上述基本原理去·研究地下地质情况应该是很容易的。但是，地震波的激发，记录及研究由于受若干因素的影响而复杂化。·其结果往往不象上述讨论那样直观。对传播地震波而言，大地可能是广种很复杂的介质。用一个人工震源，在激发地震波时，大地这一弹性波系统受其激励而产生振—动，因此从地表复杂的运动中辨认真反射可能是很困难的。震源所发出的地震波并不是一个脉冲样的波，地质·界面处一般是渐变，而不是突变的，反射系数往往很小，地层一般也很薄，以致同一地层的顶界与低界的反射往往会互相干涉。

发展与应用

反射地震学已经是一门非常成熟的科学，尤其在石油勘探中得到广泛的运用，为人们认识大陆边缘地层层序、海平面变化、张裂盆地的结构等做出了重要贡献。其原理很简单，就是通过在海面或海底产生震波，地震波在向下传播的过程中，一部分能量将被海底及海底之下的沉积地层或岩体边界、断裂面等反射回来，这些被反射的能量可以用检波器接收到，然后通过一系列处理方法，获取地球内部高分辨率图像。反射地震学的优点是可以获得较精细的图像，但是由于检波器与震源之间距离很短，传统的反射地震方法所探测的深度有限，同时也不能在深部反射模糊的地方提供较准确的速度分布信息．因此如果研究深部大尺度的结构，需要做一些改进。

二十一世纪以来，人们开始使用长排列大容量采集技术，或广角反射地震技术，很大程度上改善了对地壳深部的成像结果。所谓的长排列大容量技术，就是用较长的排列长度，以记录到超过临界角的广角反射，而由于排列加长，地震波能量衰减很大，需要采用大能量激发震源，从而能够保证获得深部地质结构的反射信号。

当地震波以广角(超临界角)入射到反射界面时，由于透射能量减弱等原因，具有比一般入射角强得多的反射能量，因此对于深部结构的研究非常有效。广角地震海上施工一般采用海底地震仪(oceanbottomseismometer，OBS)或双船双缆合成超长排列的接收方式。第一种方式是由勘探船拖着气枪震源激发，由海底地震仪组成的接收设备进行数据接收；第二种方式是采用双船采集系统，即固定两船相隔距离之后，各自拖一条一定长度的地震电缆，两船交替激发，两条电缆同时接收，合成后得到超长排列的地震原始记录。双船采集系统可以得到反射波、折射波和广角反射波，而利用OBS进行广角地震采集时，由于OBS放置在海底接收，除得到反射波、折射波、广角反射波外，还能得到PS波或SP转换波等，地震波信息更加丰富。

显然，长排列大容量采集技术的施工的难度和采集的费用要比常规地震大得多，同时广角地震资料的处理技术要比常规反射资料的处理技术复杂得多，在大偏移距资料中，折射和广角反射混合在一起，不能采用简单的手术切除的方法消除折射波，必须采用波场分离的处理技术，同时用常规的动校正技术难以校正拉平大偏移距的地震反射波，必须采用高次动校正公式进行校正处理。

我国广州海洋地质调查局“探宝号”船于2003年首次成功开展了单船的长排列大容量震源地震采集、海底地震仪及其他物探方法联合同步作业，在南海北部深水区获得了清晰的海底中、深部地质资料以及地球深部反射信号，使得直观、准确地研究地球深部精细地质构造成为可能。

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