反射地震法是研究由地下地質界面反射來的地震波的一種方法
基本介紹
- 中文名：反射地震學
- 研究：地下地質界面反射來的地震波
- 原理：聲波的速度
- 方式：人工
基本原理,發展與套用,
基本原理
其原理非常簡單，就象我們已知空氣中聲波的速度，用測量井底的回聲時間以得出大直徑水井的深度一樣。使用爆炸或其他方法在地表激發一個聲波，它在均勻介質中—只向下傳播。由於不同的地層，其速度，密度亦不相同，就會在地層界面上產生反射波，這如同回聲一樣。
反射地震法所測量的是從人工震源到地下反射界面，再回到檢波器的雙程旅行時間。
地震波波前的傳播過程可以射線簡化表示。這些射線均服從斯奈爾定律，該定律規定入射角等於反射角，並可預測折射方向的變化。入射角即射線與地層界面垂線的夾角。如果地層水平或近似水平，則反射能量將返回所要測量的地面位置，並可測出至該層的旅行時間。
沉積岩原來都是近似水平地沉積的，然而在以後的地質時代中其形狀可能有所變化。沉積岩在沉積過程中形成了具有不同物性、厚度的地層。值得注意的是圈閉油氣的沉積部位。層狀地層是由經歷了不同程度壓實作用的各種物質所組成。影響地震波傳播的主要因素是聲波在岩層中的速度及其密度。速度與密度的乘積稱為聲阻抗。在兩個具有不同聲阻抗的地層界面處，從上一層向下傳播的一部分能量反射回地面，其大部分能量將繼；繼續下傳，並產生折射彎曲。
反射能量的大小由兩相鄰地層的聲阻抗差所決定。反射嵌幅與入射振幅之比稱之舟該界面的反射係數。反射能量的振幅與上下兩層聲阻抗之羞成正比。反射係數既可能為為所產生的繞射波形成一個中心點道上的側面波正值，也可能為負值，如圖1-2所示。地下各界面的反射係數一般為0．001～O．1，當遇到海底或淺層含氣砂岩時，其值可達0.3。
繼續下傳的地震波產生折射或彎曲，正如光線在水中會彎曲一樣。當地震波通過兩個各向同性介質的分界面時，地震波改變方向，其入射角正弦與上層介質速度之比等於折射角正弦與下層介質速度之比，由於沉積岩一般是成層沉積，其速度與密度也一般都向下遞增，因此套用上述基本原理去·研究地下地質情況應該是很容易的。但是，地震波的激發，記錄及研究由於受若干因素的影響而複雜化。·其結果往往不象上述討論那樣直觀。對傳播地震波而言，大地可能是廣種很複雜的介質。用一個人工震源，在激發地震波時，大地這一彈性波系統受其激勵而產生振—動，因此從地表複雜的運動中辨認真反射可能是很困難的‘2)。震源所發出的地震波並不是一個脈衝樣的波，地質·界面處一般是漸變，而不是突變的，反射係數往往很小，地層一般也很薄，以致同一地層的頂界與低界的反射往往會互相干涉。
發展與套用
反射地震學已經是一門非常成熟的科學，尤其在石油勘探中得到廣泛的運用，為人們認識大陸邊緣地層層序、海平面變化、張裂盆地的結構等做出了重要貢獻。其原理很簡單，就是通過在海面或海底產生震波，地震波在向下傳播的過程中，一部分能量將被海底及海底之下的沉積地層或岩體邊界、斷裂面等反射回來，這些被反射的能量可以用檢波器接收到，然後通過一系列處理方法，獲取地球內部高解析度圖像。反射地震學的優點是可以獲得較精細的圖像，但是由於檢波器與震源之間距離很短，傳統的反射地震方法所探測的深度有限，同時也不能在深部反射模糊的地方提供較準確的速度分布信息．因此如果研究深部大尺度的結構，需要做一些改進。
二十一世紀以來，人們開始使用長排列大容量採集技術，或廣角反射地震技術，很大程度上改善了對地殼深部的成像結果。所謂的長排列大容量技術，就是用較長的排列長度，以記錄到超過臨界角的廣角反射，而由於排列加長，地震波能量衰減很大，需要採用大能量激發震源，從而能夠保證獲得深部地質結構的反射信號。
當地震波以廣角(超臨界角)入射到反射界面時，由於透射能量減弱等原因，具有比一般入射角強得多的反射能量，因此對於深部結構的研究非常有效。廣角地震海上施工一般採用海底地震儀(oceanbottomseismometer，OBS)或雙船雙纜合成超長排列的接收方式。第一種方式是由勘探船拖著氣槍震源激發，由海底地震儀組成的接收設備進行數據接收；第二種方式是採用雙船採集系統，即固定兩船相隔距離之後，各自拖一條一定長度的地震電纜，兩船交替激發，兩條電纜同時接收，合成後得到超長排列的地震原始記錄。雙船採集系統可以得到反射波、折射波和廣角反射波，而利用OBS進行廣角地震採集時，由於OBS放置在海底接收，除得到反射波、折射波、廣角反射波外，還能得到PS波或SP轉換波等，地震波信息更加豐富。
顯然，長排列大容量採集技術的施工的難度和採集的費用要比常規地震大得多，同時廣角地震資料的處理技術要比常規反射資料的處理技術複雜得多，在大偏移距資料中，折射和廣角反射混合在一起，不能採用簡單的手術切除的方法消除折射波，必須採用波場分離的處理技術，同時用常規的動校正技術難以校正拉平大偏移距的地震反射波，必須採用高次動校正公式進行校正處理。
我國廣州海洋地質調查局“探寶號”船於2003年首次成功開展了單船的長排列大容量震源地震採集、海底地震儀及其他物探方法聯契約步作業，在南海北部深水區獲得了清晰的海底中、深部地質資料以及地球深部反射信號，使得直觀、準確地研究地球深部精細地質構造成為可能。
