地震波的反射和反射系数

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5-2）。设两种介质中的纵波速度分别为v1和v2，则入射角α1，反射角α2和折射角β遵从折射定律：

反射波和透射波的能量分配与介质的波阻抗Z（介质密度与波速的乘积）有关。设地下为水平层状介质，地面激发的地震波从介质1垂直入射至分界面，反射现象产生。定义反射波同入射波的振幅比称为反射系数r，且有：

r的绝对值小于1，一般为10%左右，少数情况下可以超过50%。从地表到地下深部存在着众多个波阻抗界面，如地层面、不整合面、断层面，都能产生反射波。

图5-2 地震波在界面处的反射与透射

影响岩层波阻抗的重要参数之一就是地震波在岩石中的传播速度。地震波传播速度是地震资料处理和解释的重要参数。表5-1列举了纵波在常见岩石和介质中的传播速度。由表可见，岩浆岩和变质岩中的波速一般比沉积岩中的波速大；沉积岩中，灰岩的波速又比砂岩和页岩的波速大；即使是同一种岩石，它们的波速也有较大的变化范围。

表5-1 不同介质中纵波的传播速度

影响波速的基本因素是岩石的孔隙度。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。波在埋藏深、时代老的岩石中传播要比埋藏浅、时代新的岩石中的传播速度大。

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400～1000m/s，这一地带称为低速带。地震波穿过低速带将使其旅行时增大，消除低速带的影响是处理地震资料必不可少的环节，称为静校正处理。

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。