地震勘探是通过观测和研究人工地震（炸药爆炸或锤击激发）产生的地震波在地下的传播规律来解决地质问题的一种地球物理方法。

如图5-19所示，人工地震引起震源附近岩石的质点发生振动。这种振动以震源为中心，由近及远地向四周传播，形成地震波。当遇到地下弹性性质不同的岩层界面时，地震波将被反射和（或）折射，从而改变前进的方向，并返回地面，引起地面的振动。用检波器接收反射和（或）折射信号，并通过电缆将它们送入地震仪中记录下来，就获得了一幅地震记录。从记录上查出波到达地面各检波点的时间，并利用一些已知的波速资料，就可以推断地下岩层分界面的埋深和产状，达到查明地质构造的目的。

图5-19　地震勘探反射波法示意图

根据产生波的弹性介质的形变类型，地震勘探可以分为纵波勘探和横波勘探两大类。对每一类勘探，可以根据波传播方式的不同，分为反射波法、折射波法和透射波法3种，其中前两种是最基本的方法。

根据工作环境的差别，还可以将地震勘探分为地面地震勘探、海洋地震勘探和地震测井3类。与其他物探方法相比，地震勘探具有勘探深度较大、分辨率较高、解释结果较直观单一等特点，因此得到了广泛应用。目前，能源勘探的地震已普遍实现了数字化，不仅能迅速查明复杂的储油气构造和含煤构造，而且在岩性、岩相研究和直接找油方面也取得了重大进展。在水文、工程地质工作中，利用地震勘探可以确定地下含水层、查明地下水位、研究基岩起伏、追索断裂带、确定覆盖层厚度等。通过勘查地质构造，地震勘探还可以间接寻找与构造有关的矿产，如铝矾土、砂金、铁、磷、铀等。

（一）地震勘探理论基础

1.地震波的类型

地震勘探中由人工激发产生的地震波有体波和面波两种类型。

在弹性介质内部向四周传播的地震波称为体波。体波又可以分为两种类型，一种是质点振动方向与波的传播方向相同的波，称为纵波；另一种是质点振动方向与波传播方向垂直的波，称为横波。

只在两种介质的界面传播的地震波称为面波。面波也可以分为两类型，一种是沿自由表面（介质与大气层的界面）传播的波，称为瑞利波；另一种是在低速岩层覆盖于高速岩层的情况下，沿两岩层界面传播的波，称为勒夫波。

理论证明，体波中纵波的传播速度比横波大1.7倍。一般激发方式产生的地震波中，纵波能量最强，易于观测，因此目前地震勘探主要是应用纵波。此后如无特殊说明，本节所讨论的地震波都是纵波。

2.地震波的反射和折射

假设地下存在着两种岩层，上部岩层的密度为ρ1，波在其中传播的速度为V1；下部岩层的密度为ρ2，波在其中传播的速度为V2。理论证明，当上、下岩层的波阻抗（即密度与速度的乘积）ρ1V1≠ρ2V2时，入射波P1传播到两种岩层的界面Q上，就会使其中一部分能量返回原来的介质，形成反射波P11，且入射角α1与反射角α2相等。这种具有波阻抗差异的界面称为反射界面。

入射波P1到达界面Q时，还将使一部分能量透过界面，在下层介质中传播，形成透射波P12（图5-20）。令入射角为α，透射角为β，则它们之间的关系应满足斯奈尔定律，即

图5-20　反射和透射

当下伏岩层具有较高的波速，即V2＞V1时，β＞α。随着入射角α的增大，透射角β将更快地增大。当α增至某一临界角i时，β=90°。此时出现与光学中的“全反射”类似的现象。透射波在下层介质中以速度V2沿界面滑行，这种沿界面滑行的透射波又称为滑行波。由式（5-11）可知，临界角i应满足下列关系：

如图5-21所示，以临界角i入射的A点称为临界点。由于界面两侧的质点存在着弹性联系，因此在临界点以后，由于滑行波经过所引起的界面以下质点的振动必然会引起上层各质点的振动，于是在上层介质中就会形成种新波，称为折射波或首波。

图5-21　折射波的形成

折射波射线是以临界角i出射的一簇平行线，其中第一条射线AM又是以i角出射的“临界”反射波射线。M是折射波出现的始点在区间OM内不存在折射波，该区同称为盲区。

折射波形成的基本物理条件是：界面下介质的波速应大于上覆介质的波速，且入射角α要达到形成折射波的临界角i。在多层介质中，要使任一地层顶面形成折射波，必须该层波速大于上覆所有各层的波速。如果上覆地层中某一层波速大于下伏所有各层的波速，则在这些下伏层顶面都不能形成折射波。与形成反射的条件相比，形成折射的条件较苛刻。于是，在同一层剖面中，折射界面的数目总是少于反射界面。因而用折射波法划分地质剖面的能力要比反射波法差。折射波法常用于调查近地表基岩面起伏，或地表低速覆盖层厚度。(www.daowen.com)

3.有效波和干扰波

在地震勘查中，有效波与干扰波的概念是相对的。一般用于解决所提出地质问题的波称为有效波，而所有妨碍分辨有效波的其他波都属于干扰波。例如，在折射波法中，折射波是有效波，但在反射波法中，折射波又是干扰波了。但是，无论在哪种地震勘探方法中，爆炸引起的声波，风吹草动、机械、车辆等形成的微震都属于干扰波。

地震波遇到良好的弹性界面（如地面、基岩面、不整合面、低速带底面等）时，不仅能形成一次反射，而且能再次反射，形成多次反射波，有时还形成折射反射波、反射折射波等（图5-22）。这些多次波的存在，降低了对一次波的分辨能力。因此，分辨和压制多次波是地震资料处理和解释中的重要环节。

4.地震波在岩石中的传播速度

速度是地震资料处理和解释的重要参数。表5-2列举了纵波在些岩石和介质中的传播速度。由表5-2可见，岩浆岩和变质岩的波速一般比沉积岩的波速大；沉积岩中，灰岩的波速又比砂岩和页岩的波速大；即使同一种岩石，它们的波速也有较大的变化范围。

图5-22　一些常见的多次波

表5-2　岩石与介质中纵波的传播速度

影响波速的主要因素是岩石的密度与孔隙度。一切固体岩石都是由矿物颗粒构成的岩石骨架和充填有各种气体或液体的孔隙组成，波在孔隙的气体或液体中传播的速度要低于在岩石骨架中传播的速度。孔隙度增大时，岩石密度变小，速度也要降低。

岩石中的波速还与岩石的生成时代和埋藏深度有关。埋藏深、时代老的岩石要比埋藏浅、时代新的岩石速度大。

值得指出的是，地表附近岩石受风化作用而变得疏松，波在其中的传播速度很低，一般为400～1 000 m/s，这种地带称为低速带。地震波穿过低速带将使其旅行时增大，消除地表低速带的影响是处理地震资料必不可少的环节。

（二）地震勘探成果解译步骤

1.地震资料的初步整理和评价

时间剖面整理后要进行评价工作，一般分优良、合格、废品三级。优良剖面要求处理无误、信噪比高、勘探目的层全、地质现象清楚等。凡达不到以上要求，但仍可用于做解释的剖面为合格，剖面质量差到已不能用于解释，则为废品。

2.速度参数的研究

速度参数是进行资料解释必不可少的重要参数。时间剖面上只是反射波的时间信息，要使时间剖面变成地质剖面，还要进行时深转换，就要用到速度参数。速度参数的精度如何将直接关系到地质成果的可靠性。

地震勘探中速度资料的主要来源不外乎是地震测井、声波测井和速度谱，要对这些资料进行分析研究和综合解释，确定工区所使用的速度资料。

3.进行波的对比

对比工作的任务是运用地震波传播规律方面的知识，分析研究时间剖面上的反射同向轴的特征，识别和追踪来自反射界面的反射波，并且在一条或多条剖面上识别属于同一界面的反射波。

4.进行地震剖面的地质解释

根据过井测线或井旁测线上各反射层的特征（主要指时间、振幅频率、连续性等）与井孔资料的对比，推断各反射层所相当的地质层位。剖面地质解释的另一个任务是识别断层、地层尖灭、不整合古潜山等在时间剖面上的空间几何形态。

5.绘制平面图

在解释工作中要绘制深度剖面、构造图和等厚度图等。构造图是根据工区所有测线上所得到的剖面，做出反映地下某一个地层界面的起伏变化的完整图件，它作为地震解释的主要成果图件。