地震波场分析
1.单元结构波场特征分析
单元构造地震波场是指在均匀介质(单反射界面)条件下，水平叠加剖面上的小凹、小凸、断层等局部构造单元的地震响应。
1)回转波
地质剖面上有一个小凹陷，或由于牵引在断层附近形成一个凹界面。当曲率半径小于埋深时，如第二章所述，在水平叠加剖面上会形成一个反射点和接收点位置颠倒的旋转波场。图5-2-2(a)是两个小凹陷的旋转波场的记录，图5-2-2(b)是偏移归位后的剖面，旋转波已经归位，恢复了两个小凹陷的原形。
旋转波场具有以下特征:
A.回转波呈弓形，其回转范围与界面的埋深和弯曲程度有关。界面越深，弯曲程度越大，回旋区越大，反之回旋区越小。当凹界面的曲率中心正好在地面上时，自激发和自收集的光线会聚焦到一点。
b .凹面接口和凹面镜一样，具有能量聚焦的功能。特别是在平面界面反射波和转向波的切点(也称转向点)，两波相切，振幅很强。
c旋转波的波场具有背斜的形状，背斜的顶点应该是小凹陷的底点。正是由于“背斜”状的同相轴形态，旋转波容易被误认为是地下背斜构造的反射，应引起重视。20世纪70年代初，西方某石油公司错误地将旋波解释为背斜构造，导致钻井失误。为了记住这个教训，他们把旋转波形作为教科书的封面作为警示。
图5-2-2水平叠加剖面(a)和偏移剖面(b)上的旋转波
图5-2-3背斜界面及其自激自收t0时间剖面
2)发散波
图5-2-3的下部是一个背斜界面。在水平叠加剖面上，背斜界面的反射波仍为背斜状，但其向上抬升的幅度和幅度较实际背斜有所增加，如图5-2-3上部所示。
背斜界面像一面凸面镜，具有扩散能量的作用，故称之为发散波。
3)衍射波
衍射波将在岩性突变点产生，如断点、尖灭点和侵蚀面上的角点。
图5-2-4衍射波的断点
图5-2-4显示了中国松辽盆地孤店断层产生的绕射波。测线垂直于断层走向，剖面上可以清楚地看到向下弯曲的同相轴，这是断点产生的绕射波。
图5-2-5显示了侵蚀面上产生的衍射波。
图5-2-5侵蚀面上的衍射波
衍射波具有以下特征:
A.在均匀介质的情况下，绕射波在水平叠加剖面上的几何形状是双曲线，这已从理论上得到证明。衍射波形象地比喻为“背斜状”，“背斜状”的顶部就是衍射点的位置。如果衍射波是由断点产生的，那么衍射点就是断点。
B.绕射波在绕射点能量最强，然后向两侧减弱。振幅的强弱还取决于绕射点两侧的岩性差异。差值大，振幅强，反之弱。此外，还取决于接收点和衍射点的相对位置。如果接收点在衍射点正上方，能量就强，如果接收点离衍射点远，能量就弱。
断点产生的衍射波在衍射点与平面界面的反射波相切，衍射波从切点分成两半，两半的相位差为180。在剖面上，外半支明显，内半支常被强反射淹没而不明显。这样，在水平叠加剖面上就会出现所谓“层状(断层)波不断被反射和衍射”的现象。
4)剖面波
当断层距离较大时，断层面两侧的岩石波阻抗明显不同，且剖面光滑，断层面本身就是一个反射界面，在这个界面上产生的反射波称为剖面波。图5-2-6是自激自收剖面上的剖面波。
图5-2-7是正断层自激自收t0时间剖面的简单示意图。
剖面波具有以下特征:
图5-2-6横截面反射波
A.截面波常与下落板的反射波斜交，在破边点处有衍射波，构成反射衍射、截面波衍射、截面波衍射的波像(图5-2-7)。
图5-2-7正断层自激自收t0时间剖面示意图。
b剖面波有时强有时弱，有时无，间歇出现，与剖面两侧岩性的变化和反射系数的波动有关。
除了上述四种与特殊地质构造有关的波，以下两种特殊地震波在水平叠加剖面上也很常见。
5)多次波
在地震反射资料的采集和处理中，虽然采用了许多方法压制多次波，但在多次波发育较好的地区(特别是在海上，即使采用了长排列、高覆盖，试图增加多次波的剩余时差以减弱多次波)，这种努力也有一定的局限性(因为一般要求排列长度与勘探目的层深度相等，不能设计得太长，覆盖次数也受地表条件和生产效率的制约)。
图5-2-8是海上多次波剖面图。
图5-2-8海上多重剖面图
水平叠加剖面上的多次波具有以下特征(也可作为识别标志):
A.倾角和t 0时间标记。这种符号对于满量程的多次波更为明显，满量程的多次波大约等于多次波的整数倍。
B.速度标志。多次波在速度谱上表现出低速的特征。
C.出现的迹象。如果在产状相对平缓的浅层产生多次波，在剖面的中深层就会出现二次波和三次波，对具有一定倾角的中深层的真实反射产生干扰，多次波与中深层的一次反射发生斜向干扰，造成对比困难。
多次波的产生往往告诉我们，地下存在波阻抗面强的特殊岩性体(如火成岩)。在这方面，倍数是一种有用的信息。
6)侧波
当测线与地层走向平行时，在水平叠加剖面上常出现来自测线垂直平面外的波，称为侧波。
图5-2-9是说明横波形成机理的示意图。图5-2-9a是一个简单的正断层模型，其中主测线和联络测线(X为主测线，Y为联络测线)布置在地表上，凹陷和断层的法线可以在测线的交点S处作出。图5-2-9b表示联络线上可以有两个射线平面，图5-2-9 c作了一个理论t0时间(自激自收)剖面图，其中t0B是下降板块的理论t0时间，t0A是截面的理论t0时间，即联络线上接收到的侧波通过表面上的点S的到达时间。
图5-2-9侧波的形成机理
a、B、C在文中有解释。
图5-2-10显示了松辽盆地孤店断裂的横向反射。图的右侧是工作区的结构图。在1480线地震解释剖面上，有一组强烈的、连续的异常反射，与1s附近的上下反射层产状不一致。它从哪里来？结合工区的地质构造特征和剖面的地质解释，即使在构造成图后也能合理解释异常波。这也说明剖面的对比是一个反复理解和综合解释的过程。
图5-2-10侧波
2.复杂结构地震波场特征分析。
1)单界面复杂结构波场
如果所研究的某一地层的界面起伏较大，背斜、向斜、断层等构造比较发育，那么在水平叠加时间剖面上就会出现上述特殊波的复杂组合，它们之间会出现相切、歪斜、干涉等各种现象，形成复杂的波像。
2)多层界面复杂结构的波场
如果地质剖面上有几个构造层，各层构造的发育可能有继承性，也可能没有继承性。根据水平叠加剖面自激自收成像原理，从最深反射界面沿法向射线向上传播的波，会在上覆介质的所有界面上产生传播方向的偏转，使形成的图像与真实地质结构不一致，产生“假结构”、“假断点”等复杂现象。
为了简化讨论，采用了只考虑地震波运动学特征的数学模拟方法。
图5-2-11三层界面射线追踪理论t 0时间剖面
A.第二界面；b .第三级接口；c .第四斜交界面；d .三层界面的一般理论t0图
图5-2-11是射线追踪正演计算的三层界面层状介质的理论t0时间剖面。层状介质的第二界面起伏很大，由两个小凹陷和小凸起组成。该层的t0时间剖面见图5-2-11 a，反射波、绕射波、旋转波和发散波之间出现切线连接和斜向干涉，几何形状像两个嵌套的“弓”。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不能直接反映地质构造的真实形态，往往造成解释上的假象甚至错误。
层状介质的第三界面是水平的，对应的理论t0时间剖面如图5-2-11 b所示，由于波从界面沿法线向上传播，射线通过第一界面的凹部向中心“聚焦”，在凸部向两侧“发散”，导致水平界面的理论t0时间剖面与上覆界面同步起伏。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称为速度陷阱。由于横向上速度不均匀，波传播的射线发生偏转，结果t0时间不相等，产生所谓的假结构。速度横向变化越大(上下界面波速差越大)，影响越大。
同样，可以分析图5-2-11 c中第四个斜界面的波场。而图5-2-11 d是三层界面的总复波场。
图5-2-12是南海大陆坡的实际水平叠加剖面图。从图中可以看出，海底地形起伏较大，有海底沟槽，有平缓的台地，有狭窄陡峭的海山。由于地形剧烈变化造成的速度陷阱，海底以下各反射层在水平叠加剖面上的起伏几乎与地形起伏完全一致(同步起伏)。剖面上显示的背斜、向斜是海水低速层的浅、深造成的反射时间上拉或下拉造成的假象，并不是构造的真实形态。解释该剖面时，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地震剖面图
古近系粤海组T2-下界面反射:上第三系韩江组T4-下界面反射；T5 ——古近系珠江组的内部反射；T7-下第三系珠海组底界面反射；T8 ——新边界的倒影。
上面分析了上覆坳陷和隆起构造对下伏简单构造波场的影响，实际中也存在上覆断裂构造对下伏构造波场的影响。图5-2-13是上覆界面为正断层，下伏界面为水平界面的模型。假设V2 > V1，正断层的波场与图5-2-7相同(此处不考虑绕射波)，下伏水平界面的波场变成了三个相互交错的同相轴，产生了假断点。
从以上对波场的分析可以看出，水平叠加剖面并不是地质剖面的简单图像，它们之间存在着内在的联系(同)和区别(异)。一般来说，当结构简单时，反射波的同相轴可以直观地反映结构的几何形状；当构造复杂时，水平叠加剖面上常出现三种伪影:一是水平叠加剖面自激自收成像引起的偏移效应；二是与速度有关的假象，或上覆坳陷、隆起、断层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波，但一个反射界面在地震剖面上有两个反射波。为了克服这一点，应该进行三维地震工作。
图5-2-13断层对下伏波场的影响
3.潜山、底辟构造、生物礁等特殊地质体在地震中的波场特征。
1)潜山的波场特征
潜山是指不整合面以下的古地形，往往由碳酸盐岩地层组成，在一定条件下可以形成圈闭。中国华北油田是以潜山为主体的油气藏。
图5-2-14为潜山地震剖面，其波场复杂。潜山顶面为不整合面，具有不整合面反射波的特征，表现为低频、强相位、多相位波形，并伴有绕射波、剖面波、旋转波和侧波。
图5-2-14潜山水平叠加剖面图
在比较这种地震剖面时，我们应该特别小心。需要搞清楚各种波的来龙去脉，以及它们之间的关系，参考迁移剖面来帮助解释。
2)底辟构造的波场特征
盐丘或泥丘隔膜是一种重要的储油构造类型，可与围岩形成地层圈闭油气藏。
图5-2-15是中国湖北省潜江凹陷盐丘背斜的运移剖面。从剖面上可以看出，盐源层顶面和底板的反射波产状不协调，表现为盐源层顶厚翼薄，底板上凸弱的特点。因为盐丘本身没有很好的层状结构，只有零星的反射事件。
图5-2-15盐丘背斜运移剖面图
3)生物礁的波场特征
海相碳酸盐岩中的生物礁是石油勘探中的重要现象，可以形成生物礁油田。图5-2-16是中国珠江口盆地边缘礁的地震剖面图。在剖面上，礁体表现出礁顶强反射、礁内无反射、两侧漫顶、礁下弯曲、侧底绕射、速度异常和丘状反射的特征(剖面上各反射层的地质时代见图5-2-12)。
图5-2-16平台边缘礁地震剖面图
在地震资料解释中，识别和对比地震剖面上的各种地震波，分析地震波场是非常重要的。目前不仅如此，还有另一种地震模拟方法，即本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，并与实际波场进行对比，使解释方案更加合理。