Question

地震波场分析

Answer 1

地震波场是地下地质体总的地震响应。简单地质体的地震波场在第一章中已有介绍，特殊的地质构造在水平叠加剖面上会形成由特殊波组成的地震波场，这些特殊波在地震剖面上的空间分布，回声时间大小、振幅强弱、同相轴的连续性等是识别它们的重要标志。因此，掌握各种特殊地质体的地震波场特征对正确的解释工作是十分重要的。

1.单元构造波场特征分析

单元构造的地震波场是指在均匀介质情况下（单个反射界面），小凹子、小凸起、断层等局部构造单元在水平叠加剖面上的地震响应。

1）回转波

地质剖面上有小的凹陷，或在断层附近由于牵引作用形成凹界面，当其曲率半径小于埋藏深度时，如同第二章中所讨论的那样，在水平叠加剖面上会形成反射点位置和接收点位置相互倒置的回转波场。图5-2-2（a）是二个小凹陷的回转波场记录，图5-2-2（b）是经偏移归位后的剖面，回转波已被归位，恢复了原来二个小凹陷的形态。

回转波波场有如下特点：

A.回转波呈“蝴蝶结”的几何形态，它的回转范围与界面的埋深及弯曲程度有关。界面越深越弯曲、回转区越大，反之则回转区越小。当凹界面的曲率中心正好处在地面上时，自激自收的射线将聚焦成一点。

B.凹界面如同凹面镜一样，有能量聚焦的作用。尤其在平界面反射波与回转波的切点处（也叫回转点），两波相切，振幅较强。

C.回转波的波场具有“背斜”形，其“背斜”的顶点应是小凹陷的底点。正是由于回转波具有似“背斜”的同相轴形状，解释时容易误认为是地下背斜构造的反映，这一点应引起注意。20世纪70年代初西方某石油公司误将回转波解释为背斜构造，形成打钻之误。为了铭记此教训，他们将回转波形专门作为教材的封面引以为戒。

图5-2-2 水平叠加剖面 （a） 和偏移剖面 （b） 上的回转波

图5-2-3 背斜型界面及其自激自收t₀ 时间剖面

2）发散波

图5-2-3 的下部是一个背斜型界面。在水平叠加剖面上，背斜界面的反射波仍然是背斜形状，但是其向上隆起的范围和幅度都比实际的背斜增加了，如图5-2-3的上部所示。

背斜型界面如同凸面镜一样，对能量有扩散的作用，故称之为发散波。

3）绕射波

在岩性的突变点，如断点、尖灭点、侵蚀面上的棱角点处都会产生绕射波。

图5-2-4 断点的绕射波

图5-2-4 是我国松辽盆地孤店断层所产生的绕射波，该测线垂直断层走向，在剖面上可以清楚地看到向下弯曲的同相轴，它就是断点产生的绕射波。

图5-2-5是侵蚀面上所产生的绕射波。

图5-2-5 侵蚀面上的绕射波

绕射波有以下特点：

A.在均匀介质情况下绕射波在水平叠加剖面上的几何形态为双曲线，这在理论上已经得到证明。把绕射波形象地比喻为“似背斜”，“似背斜”的顶就是绕射点的位置。如果绕射波是由断点产生的，则绕射点就为断点。

B.绕射波在绕射点处能量最强，然后向两侧变弱。振幅的强弱还决定于绕射点两侧岩性的差异，差异大振幅强，反之就弱。另外决定于接收点与绕射点的相对位置，若接收点位于绕射点正上方，能量就强，接收点远离绕射点，能量则弱。

断点产生的绕射波与平界面的反射波在绕射点相切，从切点把绕射波分为两个半支，两半支相位相差180°。在剖面上外半支比较明显，内半支往往被强的反射所淹没而不明显。这样在水平叠加剖面上就会出现所谓“层断（有断层）波不断，反射连绕射”的现象。

4）断面波

当断层的断距较大，断层面两侧的岩层波阻抗有着明显差别，且断面又比较光滑时，断层面本身就是一个反射界面，此界面上产生的反射波叫做断面波。图5-2-6就是自激自收剖面上的断面波。

图5-2-7是一个比较简单的正断层的自激自收t₀ 时间剖面示意图。

断面波有以下特点：

图5-2-6 断面反射波

A.断面波往往与下降盘的反射波斜交，在断棱点还有绕射波，构成了反射连绕射，绕射连断面波，断面波又连绕射的波动图像（图5-2-7）。

图5-2-7 正断层的自激自收t₀ 时间剖面示意图

B.断面波时强时弱，时有时无，断续出现，这与断面两侧岩性变化而使反射系数时大时小有关。

除了上述四种与特殊地质构造有关的波动之外，在水平叠加剖面上还常见到以下两种特殊的地震波动。

5）多次波

在地震反射资料的采集和处理中，虽然采用了多种办法来压制多次波，但在多次波很发育的地区（尤其在海上，尽管采用了较长的排列、较高的覆盖次数，试图增加多次波的剩余时差，以利于削弱多次波），这种努力都有一定的限度（因为一般要求排列的长度约等于勘探目的层的深度，不可能设计得太长，覆盖次数也受到地表条件和生产效率的制约），在剖面上还或多或少存在有多次波残留的能量。

图5-2-8是一条海上多次波的剖面。

图5-2-8 海上多次波剖面

在水平叠加剖面上多次波有以下特点（也可以作为识别标志）：

A.倾角和t ₀ 时间标志。对于全程多次波，这种标志更为明显，它们近似地等于多次波次数的整数倍。

B.速度标志。多次波在速度谱上表现出低速的特点。

C.产状标志。如果在产状比较平缓的浅层产生多次波，则在剖面的中、深部就会出现二次、三次波，干扰了真实的具有一定倾角的中、深层反射，出现多次波与中、深层一次反射波的斜交干涉现象，造成对比困难。

多次波的产生往往也告诉我们，地下存在着强波阻抗面的特殊岩性体（如火成岩），以这一点来说，多次波又是一种有用的信息。

6）侧面波

当测线平行地层走向时，在水平叠加剖面上，常会出现来自测线垂直平面外的一种波动，称之为侧面波。

图5-2-9是说明侧面波形成机制的示意图。图5-2-9a是一个简单的正断层模型，其地表布置了主测线与联络测线（X为主测线，Y为联络测线），在测线的交点S处可作下降盘与断层的法向射线。图5-2-9b说明在联络测线上可以有两个射线平面，图5-2-9 c作出了理论t₀ 时间（自激自收）剖面，t_0B是下降盘的理论t₀ 时间，t_0A是断面的理论t₀ 时间，即为地表上通过S点在联络测线上所接收到的侧面波达到时间。

图5-2-9 侧面波的形成机理

a、b、c说明见正文

图5-2-10是松辽盆地孤店断层的侧反射。该图右侧为工区构造图。在1480测线的地震解释剖面上，在1s左右有一组较强、较连续、且与上下反射层产状都不协调的弯曲起伏的异常反射，它来自何处？结合工区的地质构造特点并对剖面作地质解释，甚至在作出构造图之后，才对该异常波作出了合理的解释。这也说明剖面的对比是一个反复认识、综合解释的过程。

图5-2-10 侧面波

2.复杂构造地震波场特征分析

1）单界面复杂构造的波场

如果所研究的某个地层的界面起伏很大，背斜、向斜、断裂等构造比较发育，这时在水平叠加时间剖面上就会出现上述各种特殊波的复杂组合，它们之间出现相切、斜交和干涉等各种现象，形成复杂的波动图像。

2）多层界面复杂构造的波场

若地质剖面上有几个构造层，各层构造的发育可能是继承性的，或不是继承性的。根据水平叠加剖面自激自收成像的原理，从最深反射界面沿法线射线向上传播的波，在上覆介质的所有界面上都要产生传播方向的偏折，致使所形成的像与真实的地质构造不一致，出现“假构造”，“假断点”等复杂现象。

为使讨论问题简单化，采用了只考虑地震波运动学特点的数学模拟方法。

图5-2-11 三层界面射线追踪的理论t ₀ 时间剖面

a.第2界面的；b.第3水平界面的；c.第4斜界面的；d.三层界面总的理论t₀ 剖面

图5-2-11是用射线追踪正演计算所得的三层界面层状介质的理论t₀ 时间剖面。该层状介质的第2界面起伏很大，由两个小凹陷与小凸起所构成，该层的t₀ 时间剖面如5-2-11 a图。图上反射波、绕射波、回转波、发散波等波之间出现相切连接、斜交干涉等现象，几何形态犹如两个相套的“蝴蝶结”。在空间分布上，似乎有四个向上隆起的反射同相轴，这种复杂的波场图像并不能直接反映地质构造的真实形态，往往给解释工作造成假象，甚至出现错误。

层状介质的第3个界面是水平的，图5-2-11 b显示了其相应的理论t₀ 时间剖面。由于从该界面沿法线向上传播的波，经第一个界面的凹陷部分处射线向中心“聚焦”，在凸起部分处射线向两侧“发散”，致使该水平界面的理论t₀ 时间剖面发生与上覆界面的同步起伏。这种上覆复杂构造对下伏简单构造波场的影响，在常规地震资料解释中叫做速度陷阱。因为速度横向不均匀，致使波传播的射线发生偏折，结果也使t₀ 时间大小不等，出现所谓的假构造。速度横向变化越大（上下界面波速差异大），这种影响也越厉害。

同理可分析图5-2-11 c的第4个斜界面的波场。而图5-2-11 d是三层界面总的复杂波场。

图5-2-12是我国南海大陆坡实际的水平叠加剖面。从图上可以看出海底地形起伏很大，有海底沟槽，有平缓的台地，有狭窄陡峭的海底山。由于地形变化剧烈而形成的速度陷阱，使水平叠加剖面上海底以下各反射层的起伏与地形起伏几乎完全一致（同步起伏），剖面上表现的“背斜”和“向斜”是海水低速层的“浅”和“深”所引起的反射时间上拉或下拉而造成的假象，并不是构造的真实形态，对这种剖面进行解释时，应特别注意海底地形的影响。

图5-2-12 南海大陆坡海底地形的地震剖面

T₂—上第三系粤海组底界反射；T₄—上第三系韩江组底界反射；T₅—上第三系珠江组内部反射；T₇—下第三系珠海组底界反射；T₈—新生界底的反射

上述分析了上覆凹陷、隆起式构造对下伏简单构造波场的影响，在实际中还存在上覆断裂构造对下伏构造波场的影响。图5-2-13是一个上覆界面有正断层，下伏界面为水平界面的模型，假设v₂＞v₁，正断层的波场如同图5-2-7 一样（这里不考虑绕射波），下伏水平界面的波场成了互相错断的三节同相轴，出现了假断点。

从以上对波场的分析可知，水平叠加剖面不是地质剖面简单的映象，两者有内在联系（相似），又有区别（不相同）。一般来说，当构造较简单时，反射波同相轴可以比较直观地反映构造的几何形态；当构造复杂时，水平叠加剖面上常会出现三种假象：一种是由于水平叠加剖面自激自收成像所出现的偏移效应；第二种是与速度有关的假象，或叫上覆凹陷、隆起、断裂等复杂构造对下伏界面地震波场的影响；第三种假象是地震剖面上的侧面波，一个反射界面在地震剖面上却有两个反射波，为克服之，应做三维地震工作。

图5-2-13 断裂对下伏波场的影响

3.古潜山、底辟构造、礁等特殊地质体在地震上的波场特征

1）古潜山的波场特征

古潜山是指不整合面以下的古地形高，它往往是由碳酸盐地层组成的，在一定条件下能形成圈闭。我国的华北油田就是以古潜山为主体的油气藏。

图5-2-14是古潜山的地震剖面，它的波场比较复杂，潜山顶面是不整合面，具有不整合面反射波的特点，表现为低频强相位、多相位的波形，并伴有绕射波、断面波、回转波、侧面波等。

图5-2-14 古潜山的水平叠加剖面

对比这种地震剖面时，应特别仔细。要弄清各种波的来龙去脉和相互间的关系，并参考偏移剖面来帮助进行解释。

2）底辟构造的波场特征

盐丘或泥丘底辟是储油构造的一种重要类型，它可以与围岩形成地层圈闭油气藏。

图5-2-15 是我国湖北潜江凹陷的盐丘背斜的偏移剖面。从剖面上可以看出，盐源层顶面与底板的反射波产状不协调，呈现出盐源层顶厚翼薄、底板微弱上凸的特征。盐丘本身因没有很好的成层结构，只有零星的反射同相轴。

图5-2-15 盐丘背斜的偏移剖面

3）礁的波场特征

海相碳酸岩中的礁是找油的一种重要现象，可形成礁块油田。图5-2-16是我国珠江口盆地边缘礁的地震剖面，礁在剖面上表现出礁顶强反射、礁内无反射、两侧有上超、礁下有弯曲、侧底有绕射、速度有异常、反射呈丘状等的特征（剖面上各反射层地质年代如同图5-2-12）。

图5-2-16 台地边缘礁的地震剖面

在地震资料解释中，识别和对比地震剖面上的各种地震波动，分析研究地震波场是十分重要的工作。目前不仅仅局限于此，还出现了另一种地震模拟方法，即实质是根据初步解释结果建立初始地质模型，计算理论地震波场，与实际波场进行比较，使解释方案更为合理。