地震反射波法

地震反射波法，利用地震反射波進行人工地震勘探的方法。是大陸架油氣勘探的首要手段。測量結果能較準確地確定界面的深度和形態，圈定局部構造，判斷地層岩性。運用波的動力學特點進行地震地層學研究，可從分析地震相入手，推測沉積環境，進而闡明油氣藏的生儲蓋組合條件。

基本介紹

• 中文名：地震反射波法
• 測量原理：利用地震反射波進行人工地震勘探
• 儀器設備：震源、接收裝置和記錄系統
• 水下接收裝置：主要使用壓電換能器組成的檢波器

測量原理

利用地震反射波進行海洋地質勘查的人工地震測量方法。

公式

測量原理 　在這類方法中，地震波在介質中傳播的物理模型如圖1所示。從震源O激發出的彈性波投射到反射界面上產生反射波，其條件是：入射角α 等於反射角β。能夠形成反射的界面，必須具備這樣的條件，即在彈性波垂直入射時，界面R上的反射係數不等於零。

公式中ρ、υ分別為地層的密度和彈性波的傳播速度，它們的乘積稱為波阻抗，角標1、2分別表示界面上下的地層。因此，反射界面存在的條件為：ρ2υ2≠ρ1υ1。所以,反射界面也稱為波阻抗界面。反射波返回地表，為檢波器(s1，s2，s3，…)接收，並由地震儀記錄下來。反射地震記錄內包含著多種信息，其中反射波的旅行時間和震源到檢波器之間距離的關係，稱為時距曲線t(x)。用時距曲線可反演出地下反射界面的幾何形態（地質構造）；而在地震反射信息中，還包含有地震波的振幅、相位、頻率、速度、極性以及其他一些參數，表現出反射波的動力學特點，它能給出地層岩性的特徵，有助於判斷沉積環境，甚至還能給出油氣的直接指示。

儀器設備

地震反射波法需用的儀器設備包括震源、接收裝置和記錄系統三個組成部分。

震源

過去在海洋地震反射波法中使用炸藥激發地震波，稱為炸藥震源。但在海洋中使用炸藥，安全性差，對魚類殺傷嚴重，而且也不能滿足高效率數據採集的技術要求。現在廣泛使用非炸藥震源，主要有：空氣槍震源，在海水中突然釋放高壓空氣，能夠在水中造成強烈的振動，激發地震波；蒸汽槍震源，在海水中釋放高溫蒸汽以造成振動，而蒸汽在海水中迅速散熱並恢復其體積，從而不產生重複衝擊；電火花震源，這是利用一對或多對高壓電極在水中的放電效應產生火花造成振動，其特性是頻譜較寬，但峰值偏高。此外，利用電磁脈衝,甚至壓電效應,也可以造成震源裝置如電磁脈衝器和壓電換能器，只不過它們的能量較小，僅適用於淺層調查。在測量中應注意根據不同目的和任務進行震源選擇。為了獲取深部層位的信息,除提高震源強度外,還必須考慮到頻率特性以及對地震信號的識別。震源波的穿透深度與其頻率成反比，而地震信號的解析度與其頻譜的寬度成正比。

水下接收裝置

主要使用壓電換能器組成的檢波器，在水中接收地震波。壓電換能器是一種加速度檢波器,受到外部壓力即加速度作用時產生電信號,而對於海浪等速度變化並不敏感。將壓電換能器按一定間距串、並聯組成陣，放置於塑膠管內並充油液，使之在海水中具有中性浮力，即組成一個地震記錄道接收段。多道剖面測量時，則使用由多個（如24、48、96等）地震記錄道接收段組成。為防止觀測船上的機械震動影響接收效果，在船與接收段之間設有前導段和彈性減震段；在接收段與尾標之間也通過減震段聯接。接收裝置必須在水面以下一定的深度上才能達到最佳的接收效果,為此,首先應使接收裝置在最佳沉放深度上保持等浮；其次要通過自動深度控制器及時調整其深度變化。

記錄系統

地震反射記錄系統使接收到的反射波經過放大、濾波和增益控制來實現地震資料的採集。單道觀測可以用電敏紙或熱敏紙的機械記錄器，或用檢流計的照相裝置，將地震波的模擬信號記錄下來。多道觀測先後經歷了光點照相記錄、模擬磁帶記錄和數字磁帶記錄等階段。目前廣泛使用瞬時浮點增益數字地震儀，由信號採樣所得的瞬時值控制其放大增益，具有寬達84分貝以上的動態範圍和高達4200分貝/秒的跟蹤速度,使地震信號能在無畸變的情況下迅速恢復其真振幅，如實地將反射波記錄於磁帶上。這就為充分利用地震信息提供條件。但磁帶記錄必須使用電子計算機進行處理。地震記錄系統的設計和使用，與震源和接收裝置一樣，都必須努力提高地震信號而壓制干擾，以保證資料採集的質量和有效性。

觀測方法

主要採用單道連續剖面法和多道連續剖面法兩種，而為了提高信噪比，在多道連續剖面法中還廣泛採用共深點反射技術。

單道連續剖面法

也稱連續海底反射地震剖面法，是一種高解析度的反射波法，主要用於了解海底地形，淺層疏鬆沉積及基底情況。單道連續剖面法主要使用電火花作震源，有時也用電磁脈衝器或空氣槍。工作時，觀測船拖曳一個地震記錄道的接收段沿設計測線作等速航行，使震源作等時間或等距離的激發，由接收段接收反射地震波，用機械的或照相的裝置進行記錄並直接顯示。這種觀測具有經濟、高效的特點。

多道連續剖面法

用於區域地質調查，特別是近海油氣資源調查。地震多道組合接收裝置應放置於水中最佳接收深度，並處於中性等浮狀態，組合空氣槍應從船尾一側或兩側沉放於水中最佳激發深度上。觀測船以 5節左右的速度沿測線航行，每行進一定距離（或時間）使組合空氣槍激發一次，所產生的地震波穿透海底地層，並在不同界面上反射返回海水層，由多道等浮接收裝置接收，再由數字地震儀進行放大、採樣、增益控制、模數轉換並記錄於磁帶上，從而完成對海底反射界面的一次覆蓋觀測。多道連續剖面法要求觀測船在測線上持續航行，依次激發並取得連續覆蓋反射界面的地震資料。

共深點反射

在海洋地震反射多道剖面法的工作中,為了提高反射波能量並壓制地震觀測中的干擾(尤其是多次反射),提高其可靠性和精度，普遍採用多次覆蓋技術,稱共深點反射,也稱共深點水平疊加。它要求在一次覆蓋觀測系統的基礎上，縮短震源激發間距並增加激發次數，來實現對海底反射界面的多次覆蓋觀測(圖2)。數據採集後，對不同震源位置（O1，O2，O3，…）而取其相同反射點 (CDP-1)信息的不同接收段的記錄相加到一起，就取得對該反射點的多次覆蓋資料，即多次疊加記錄。根據疊加原理，多次覆蓋技術使具有共同反射點的信號得到加強，其他干擾則受到壓制，從而提高了反射地震資料採集的質量。共深點反射技術要求精確地掌握震源激發時的位置。因此，現代海洋地震勘探船上，大都將導航定位系統與震源和地震儀聯接起來，而通過電子計算機來實現對其工作的配合和控制。

近年，在多道剖面觀測的基礎上進行三維地震觀測，使震源和接收點都處於同一個面積內，依次取得共深點反射的觀測資料，再經過電子計算機的專門處理，可以獲取反射層位在三維空間內展布的立體圖件。這種觀測的測線密度和震源的激發數都很大，能夠提供精確的構造圖件，提高鑽井命中率，而且可以了解基底內部的情況，為油氣勘探提供更豐富的地質資料。

處理和解釋

對共深點反射記錄磁帶，必須套用電子計算機處理。機器完成動靜校正、振幅調整、濾波、相關和組合等程式之後，再分別進行水平疊加、偏移疊加和振幅保持，提供水平疊加時間剖面、偏移疊加時間剖面，作為常規處理成果。根據時間剖面圖和時間—深度轉換關係編制反映某個地震層位空間展布的構造圖。在有利構造上進行反射振幅比、瞬時振幅、瞬時相位、瞬時頻率、 子波反褶積、 偽聲阻抗和烴類檢測（亮點技術）等特殊處理，並進行速度分析和層速度計算，提取各種地震參數，進而利用地震波的動力學特點來研究地層的岩性，為發現地層圈閉或隱伏油氣藏提供依據。

套用範圍

①地震反射波法是大陸架油氣勘探的首要手段。測量結果能較準確地確定界面的深度和形態，圈定局部構造，判斷地層岩性。運用波的動力學特點進行地震地層學研究，可從分析地震相入手，推測沉積環境，進而闡明油氣藏的生儲蓋組合條件。在經過真振幅恢復處理所得的亮點剖面上，將那些特彆強的反射波判作烴類存在的顯示，提供直接找油的標誌。

②大洋調查中,反射地震資料用於揭示海洋沉積層的結構和厚度,並作為深海鑽探的依據。目前在世界大洋中完成的幾十萬公里的連續地震剖面，是認識大陸邊緣和大洋盆地構造演化的寶貴資料。

③單道連續剖面和高解析度淺層反射波法已普遍套用于海洋地質學領域，包括水下三角洲調查、海底工程地質和濱海砂礦勘探等。淺層地震剖面能劃分海底疏鬆沉積，圈出基底起伏，再結合淺鑽資料能確定它們的岩性參數。