地震折射波法

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[拼音]:dizhen zheshebofa

[外文]:seismic refraction method

利用地震折射波进行海洋深部结构探测的测量方法。它是大洋地壳研究中最重要的手段之一。

原理

这类方法中,地震波传播的物理模型如图1所示。从震源激发出的地震波投射到折射介面上成临界角i时,产生沿介面R滑行的首波。临界角 i存在的条件为:i= arc sin(υ0/υ1)。式中 υ0、υ1 分别为地震波在介面上下介质中的传播速度。因此, 只有满足 υ0<υ1才有折射介面存在。

首波在沿折射介面 R滑行时引起上部介质质点振动并返回地面,这种波称为地震折射波。由检波器(s0,s1,s2,…)接收。折射波的旅行时间与观测距离之间的关系,称为折射波时距曲线t(x)。在水平介面的情况下,它是从s0开始的一条直线。震源 O到s0之间观测不到地震折射波,称为盲区。只有在盲区之外才能进行地震折射波观测。由于υ2>υ1,较深层位上的折射波在离开震源的某个距离时,会超过浅层折射波而先到达检波器,称为此层位上折射波的初至区s0s1,而浅层折射波此时将在干扰背景上出现,称为它的续至区s1s2。因此,在折射波法中,不同层位上的折射波时距曲线为彼此相交的直线。

方法和应用

应用折射波法的初期,主要在初至区内进行观测,称为折射波初至法。后来,应用反射波法的技术在续至区内也观测折射波,称为折射波对比法。将折射波对比法用于地壳深部研究,在观测折射波的同时,还利用广角反射波(入射角大于临界角)进行观测,称为深地震测深。它是现代在海洋地区内研究地壳并获得深部地震资料的重要手段。

由于盲区的存在,在海上进行折射波法观测时通常使用两条船,一条船激发地震波,一条船接收地震波。震源可以用大容量的组合空气枪,但在研究地壳深部结构,并获取莫霍面资料的深地震测深中,组合空气枪的能量往往不够,而仍使用炸药震源。对折射波的接收,有时用漂浮组合接收装置作多道观测,但更广泛地使用地震声学浮标。这种浮标主要包括地震水听器、前置放大器及对其输出讯号进行放大和调制而后发射出去的天线装置。作业时,按设计要求将地震声学浮标投放于水下某个深度上,以尽量减小海浪扰动和海水对地震波的吸收作用。投放后,观测船(实际上为震源船)沿测线行进中用强大的空气枪或炸药在海水中作等间距的激发。声学浮标接收到包括莫霍介面在内的深部折射波和广角反射波讯号,通过无线电传送到观测船上进行记录(图2)。这种固定浮标位置而移动震源船的作业方法称爆炸动点法。双船作业时,有两种方式:

(1)一船作震源,一船作接收,一般采用定爆炸点法,即移动观测点(接收船);

(2)两船互为震源船和接收船,同时相背而行,按预先设计好的观测系统工作。地震波的穿透深度越大,所记录到地震波的频率越低,而其分辨能力也越低。深地震测深所采集到的地壳深部资料,不仅具有低频的特点,而且折射波是以波组形式出现的。为此,只能进行波组对比,并根据其时距曲线的斜率求取速度值,以判断折射层位的性质。它所给出的是介面速度,除用来研究地壳结构外,还可为陆架及陆坡区的反射波法资料提供分层依据和计算反射波有效速度。

利用地震折射波法的调查,已经基本查明世界大洋盆地的地壳有三层结构:层1为松散沉积层,地震波传播速度约为 2公里/秒,平均厚度为0.5公里;层 2速度为5.07±0.63公里/秒,平均厚度1.71±0.75公里;层3速度为6.69±0.26公里/秒,厚度4.86±1.42公里。层3之下,为上地幔,地震波传播的平均速度为8.13±0.24公里/秒 (见大洋地壳)。深地震测深是现代在海洋地区内获取地壳深部资料的主要手段,而研究地壳深部构造对于认识沉积盆地的形成和演化,对于油气勘探都具有十分重要的意义。

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