地震勘探(卷名：固体地球物理学 测绘学 空间科学)
seismic prospecting
根据地下介质的弹性和密度的差异，通过观测和分析大地对人工激发地震波的响应，推断地下岩层的性质和形态的一种地球物理勘探方法。
在地表附近用人工方法激发的地震波，向地下传播时，如遇到介质性质不同的岩层分界面，会发生反射和透射，在地表或井中都可以用检波器接收到这种地震波。所接收到的地震波信号不仅同震源特性和检波点的位置有关，还同地震波经过的地下岩层的性质和结构有关。对地震波记录进行处理和解释，就可以对地下岩层的分层结构、深度、起伏和岩石的弹性等作出推断。这种勘探方法在分层的详细程度和勘查的精度上，都优于其他地球物理勘探方法。
在石油和天然气资源的勘查中，地震勘探已成为钻探前勘探的重要手段。在煤田和工程地质调查，区域地质研究和地壳研究等方面，地震勘探也得到广泛的应用。地震勘探主要利用纵波，可分为反射法和折射法两种，在陆地和海上均可进行。探查深度可根据工作性质和任务来确定，一般可从数米到数十公里。
发展简史 地震勘探的早期历史可追溯到19世纪中叶。1845年，近代地震学的先驱之一马利特(R.Mallet)曾用人工激发的地震波来测量地壳中弹性波的传播速度。这可以说是地震勘探法的萌芽。在第一次世界大战期间，交战双方都曾利用重炮后坐力产生的地震波来确定对方的炮位。几位有关的人员后来都成为地震勘探方法的开拓者。
反射法地震勘探最早起源于1913年左右费森登（R.Fessenden）的工作，但当时在技术上尚未达到能够实际应用的水平。1921年，美国卡切尔(J.C，Karcher)把反射法投入实际应用，在俄克拉何马州首次记录到人工地震造成的清晰的反射波。1930年，根据反射法地震勘探的结果，在该地区发现了3个油田，从此反射法进入了工业应用的阶段。
折射法的实际应用开始于德国人明特罗普(L.Mint-rop)，他于1919年申请到折射法的专利。从1924年开始的几年内，利用折射法在墨西哥湾沿岸地区发现了很多盐丘(一种储油构造)，其中有不少已成为高产油田。30年代末，苏联Г.А.甘布尔采夫等吸收了反射法的记录技术对折射法作了相应的改进。早期的折射法只能记录最先到达的折射波；改进后的折射法还可记录后到的各个折射波，并可更细致地研究波形特征。
50～60年代，反射法地震勘探的光点照相记录方式，被模拟磁带记录方式所代替，从而可以选用不同因素进行多次回放，提高了记录质量。随后，模拟磁带记录又被数字磁带记录所代替，记录的精度又有提高，并便于用电子计算机作灵活多样的处理。
70年代初期，人们开始用地震勘探方法研究岩性和岩石中所含流体成分。根据地震反射波的振幅异常来判定气藏，有许多成功的例子。从地震反射波记录推算地层波阻抗及层速度的试验，在条件有利时，已经取得了实际效果。
中国于1951年开始正式进行地震勘探工作。
野外工作概述 地震勘探的野外工作包括选定测线、布置观测系统，以及激发和记录等项步骤。
选定测线 恰当地选定测线关系到提高地震勘探的效果。一般采取同地质构造走向相垂直的方向来安排测线。
能量源 常规的能量源是利用炸药包在炮井中爆炸来激发地震波的。直到1953年引用落重法之前，炸药是地震勘探中使用的唯一能源。现今发展了一系列的地面能量源，如重锤、气动震源和连续振动源等。但炸药仍是陆地地震勘探中经常使用的重要能源。在海域进行地震勘探，除可用炸药在海水中爆炸外，还可用空气枪、蒸汽枪和电火花引爆气体等方法。（参见彩图）
观测系统 在地震勘探作业中，一般是用沿测线等间距地布置48个（或更多）检波器组来接收地震波信号。每个检波器组等效于该组中心处的单个检波器。各检波器组由电缆同记录车相连接，在记录车上有放大器和记录器。由每个检波器组传来的电信号通过记录器，就可得到一道地震波形记录，称为记录道。为适应地震勘探中各种不同的要求，各检波器组之间可以有不同的排列方式，如中间放炮排列、端点放炮排列、T排列、Δ排列和十字排列等。记录器把放大后的电信号按一定时间间隔离散采样，以数字形式记录在磁带上。磁带上的原始数据可以回放而显示为图形（图1）。
反射法 利用反射波的波形记录的地震勘探方法。
原理 地震波在传播过程中如遇到介质性质不同的岩层界面，一部分能量反射，另一部分能量透过界面(图2）
。设两种介质中的纵波速度分别为v1和v2，则入射角θ1，反射角θí和折射角θ2遵从斯涅耳定律（见地震波）：
反射波和透射波的能量分配同介质的波阻抗 Z（介质密度同波速的乘积）有关。当波从介质1垂直入射时，反射波同入射波的振幅比称为反射系数q，且有：
。q的绝对值小于1，一般为10％左右，少数情况下可以超过50％。地下每个波阻抗变化的界面，如地层面、不整合面、断层面都能产生反射波。用反射法可以从地面接收来自不同界面的反射波，从而可以详细探明地下岩层的分层结构。如果各反射界面彼此十分接近，则相邻界面的反射波往往合成一个波组，在记录图上不易分辨。在数据处理时，需要用反褶积方法来提高分辨率（见地球物理勘探数据处理）。反射波的到达时间同反射面的深度有关，据此可以查明地层的埋藏深度及其起伏。随着炮检距（检波点到震源的距离）的增加，同一界面的反射波走时（见地震走时表）按双曲线关系变化，据此可以确定反射面以上介质的平均速度。反射波的振幅同反射系数有关，据此可以推算地层中波阻抗的变化，从而对地层的岩性作出推断。
岩石孔隙中如含有不同的流体成分，岩层的纵波速度便不相同，从而使纵波的反射系数发生变化。特别是当所含流体为气体时，岩层的纵波速度将显著减小，同上下岩层形成很大的差别。因此，含气层顶面和底面的反射系数绝对值往往很大，形成局部的振幅异常。这是寻找天然气藏的一种线索。横波速度同岩层所含流体无关，流体性质变化时，横波振幅不会发生相应的变化。如果岩石本身性质有横向变化，则纵波和横波反射振幅都将发生相应的变化。因此，纵波法和横波法联用，可以对振幅变化的原因作出更可靠的判断。
反射波在返回地面的过程中遇到界面又会反射，因此地面可以记录到经过多次反射的地震波（图2）。这种多次反射波一般很弱，其影响可以忽略。但如果地层中有反射系数绝对值很大的界面，则多次反射波也可能有很大的振幅，必须在数据处理中削弱这些反射波。
野外工作特点 在反射法勘探中， 最大炮检距一般不超过最深目的层的深度。在记录反射波信号的同时，常可记录到沿地表传播的面波、浅层折射波和周围的杂乱振动等。这些波对反射波信号形成干扰，或称噪声。应用反射法的关键在于提高信噪比。衰减噪声的主要方法是进行组合检波，即用多个检波器的组合代替单个检波器。有时还用一组震源来代替单个震源。在数据处理阶段，还要用滤波等方法进一步衰减噪声。
反射法工作中经常采用多次覆盖技术。连续地相应改变震源和检波点在排列中的位置，使地震波总是在同一个反射点被反射并返回地面（图3）。在界面水平的条件下，反射点在炮检距中心点的正下方。图中具有各种编号的震源和检波点都有共同的中心反射点R，而相应的各记录道组成“共中心点道集”。
常规方法是将48个检波器组排列成直线，这样得到的具有48个记录道的波形记录称为地震记录剖面。每个记录道的波形都随时间而变化。所以这种数据形式是二维的。若将检波器组排在一个面积上，则可得到三维形式的数据体。三维地震数据经过专门处理后，可以用来详查地层情况。这种工作方法称为三维地震勘探。一般用于构造复杂并有希望找到矿藏的地区。
折射法 利用折射波（又称明特罗普波或首波）的地震勘探方法。
原理 地下某一地层的地震波速如果大于上面覆盖层的波速，则二者的界面可以成为折射面。
当图4中v2>v1时，可能发生θ2=90°的情形，此时的θ1称为临界角，记为i。于是sini=v1/v2，
以临界角入射的波产生的透射波沿界面滑行。介质 2称为折射层。沿界面滑行的波又能离开界面回到介质 1中（见地震波），这种返回到介质1中的波在地震勘探中称为折射波，此时地震射线同界面法线的夹角与临界角i相等（图5）。
折射法具有自己独特的优点。在研究很浅或很深的界面、勘探断层、寻找特殊的高速地层时，折射法比反射法所得结论更为可靠。
折射波的到达时间同折射面的深度有关。炮检距对折射波的走时有很大的影响。折射波的时距曲线常接近于直线，其斜率决定于折射层中的波速v2。
野外工作特点 在震源附近有一个范围接收不到折射波，这个范围称为盲区。因此，观测折射波的检波器组的排列必须布置在盲区以外。折射法的炮检距常是折射面深度的数倍。折射面很深时，炮检距往往长达几十公里。
在大多数情况下，震源和检波器组排列布置在同一直线上，可以得到一个地震记录剖面。为了勘查某些地质构造，如断层或盐丘等，震源与检波器组的排列可以不在同一直线上，排列本身布置成直线或弧形。
两个不同界面的折射波在某个炮检距附近可能会同时到达。两组折射波如同时到达某一检波点，波形就互相干涉，不易分辨。这个炮检距附近的区域称为干涉区。在布置检波器组的排列时，必须注意使主要目的层的折射波避开干涉区。
地震测井 一种直接测定地震波速度的方法是把检波器沉放到钻孔井中，震源安置在井口附近，测量井深和时间差，即可算出地层内的平均速度。利用同样方法，也可求得其一深度区间内的层速度。从地震测井获得的速度数据，可用于反射法或折射法中的数据解释。在地震测井的条件下也可以记录反射波。这种工作称为垂直地震剖面测量。用此法不仅可以更准确地测得速度数据，还可详查钻孔附近的构造情况。
参考书目
长春地质学院等编：《地震勘探》，地质出版社，北京，1980。
K.H.Waters，Reflection Seismology， Wiley-Interscience， New York，1978.