浅层地震地质条件
只要岩体存在弹性差异,就存在用地震勘探来查明各种地质构造的可能性。但是地震勘探效果的好坏,不外乎取决于两个条件:一个是地震勘探的技术条件;另一个是工区地震地质条件。前者有一个逐步发展的过程,而在现有勘探水平条件下,勘探效果的好坏则主要取决于后者。浅层地震地质条件主要是指地表附近和浅部的地质条件(一般深度小于200m)以及影响因素,包括地形、地貌、植被、潜水面变化、基岩以上现代沉积的岩性和厚度及浅部基岩的岩性与构造等因素,下面分别进行分述。
1.低速带的特性
地表附近的岩层由于长期遭受风化作用变得比较疏松,地表浅部的土层也往往因沉积年代较新,胶结作用较差,因此地震波在这些岩土层中传播的速度比在下部未风化的基岩的波速要小得多。这类疏松层称之为低速带[34]。
表5-1 介质与岩石的密度、纵波速度和波阻抗
低速带通常具有以下几个特性:
(1)低速带与其下部基岩波速相差较大,形成很强的速度界面和波阻抗界面,因此它有良好的折射界面。浅层折射法就是利用这一特性来进行的,同时也会产生多次反射波。
(2)低速带对地震波(特别是高频成分的地震波)具有较强的吸收性,使波的频率变低,能量变弱。当低速带较厚时(如西北黄土高原上的黄土厚达100多米),要得到地下反射界面的反射,必须克服低速带吸收作用的影响。
(3)低速带存在对其下部反射波信号造成影响。一方面,当反射波返回地表时,产生时间上的滞后;另一方面,当低速带的速度和厚度在横向上变化较大时,还会使得从深部反射上来的地震波产生偏移。因此,在实际地震勘探中,收集低速带的有关资料,是资料处理和修正时必须要进行的步骤。
2.表层潜水面特性
潜水面往往就是低速带的底部,而疏松的风化层饱合水时,其速度值会增大。因此,地震勘探中所指的低速带并非总是和地质上的风化层相一致,一般是指不含水的风化层。
潜水面是一个速度界面,在进行地震勘探中应加以适当的考虑。
潜水面较浅时,在潜水面下激发震源,可得到频带宽、能量较强的地震波。
3.浅层地质剖面的不均匀性
浅层地质剖面中,纵向和横向上都存在着不均匀性。不均匀性主要是指存在高速夹层(厚层),它与顶底的岩层形成很强的反射界面,往下传播的地震波遇此界面能量大部分被反射返回地表,透射能量很小,限制了地震波的穿透能力,也不能用折射法研究更深处的速度低的地层(即形成速度倒转层),影响对下部地层的勘探。地震勘探把此现象称作“高速层的屏蔽”。另外,不均匀性还指岩层中存在的溶洞、断层和人工堆积层。表层的不均匀性会对下部地震波资料的解释精度产生重大影响,这将在下面章节中再加以讨论。
4.地质界面、地震界面和地震标准层
(1)地质界面和地震界面。地质界面是岩性不同的界面,而地震界面是地震波速度变化的界面或波阻抗变化的界面。在许多情况下,这两个界面是一致的,但有时也不一致。有些情况下,不同的地质层,但其波速很接近,或者有些很薄的地层,从地震信号上难于识别出来,这时就会出现地震界面和地质界面的不一致,而地震勘探所能探测到的,只是那些与地震界面一致的地质界面。
(2)地震标准层。和地质标准层一样,把能反射且反射能量较强的,能大面积连续稳定追踪,具有较明显的运动学和动力学特征的地震波的地质界面,称作地震标准层,常用它来对比连续地震层位、控制构造形态等。尤其是当这一地震标准层和某地质层位一致时,其意义就更大,当然在有条件的情况下,也可以在同一地区内找几个地震标准层,以便进行对比。