地震散射法勘探TST隧道超前預報技術

地震反射基于分層均勻地質模型，而地震散射是基于非均勻地質模型的勘探方法，因而地震散射是地震反射的升級版，具有更高的分辨率。地震散射理論較早是由K.Aki （1980）在所著的‘定量地震學’中提出來的。他在研究地震波在非均勻的地殼與上地慢中傳播時，發(fā)現在密度和彈性模量非均勻情況下會產生散射波。推導了散射波產生與傳播的控制方程，并給出了散射波場的理論解。上世紀80-90年代，應用散射波理論研究地球深部結構的非均勻性曾取得豐碩的成果。N.布萊斯坦等在地震成像方法研究中，用速度異常表征地質體的非均勻性，也推導出類似的地震散射波方程。兩者的物理含義是相同的，但N.布萊斯坦的表達方式更為簡捷。從K.AKI提出地震散射理論到現在已經40多年過去了，散射理論在地震勘探領域并沒有引起足夠的重視，目前國內外的地震勘探仍然采用反射方法。

地震散射理論是非均勻地質模型下彈性波傳播的理論，當然也適用于均勻介質場合。在均勻彈性介質中，地震波傳播的控制方程為：

(1)

這是一個齊次方程，其中波速v為常數。該式表明，在均勻介質中地震波是沿直線傳播。當遇到邊界時才產生反射波與折射波。

在非均勻地質體中，波速v是空間的分布函數。N.布萊斯坦將波速分布表示為緩變波速v0和陡變系數α(r)的組合形式；

（2）

這里的α（r）是波速平方差的百分比，實際上是介質力學模量差異的百分比，稱為散射系數，其物理作用類似于反射系數。它僅在非均勻介質的界面上不為零。

在非均勻介質中，地震波場不但有入射波，還有散射波?？偟牟▓鰑是入射波uI 與散射波us之和；

（3）

將（2）和（3）式帶入到（1）式，在散射波us比入射波uI小得多時（波恩假定）有；

（4）

得到非均勻介質中入射波與散射波分別滿足的控制方程：

(5)

該方程組是地震散射勘探的理論基礎。其中前一方程為入射波的傳播規(guī)律，后一方程為散射波的傳播規(guī)律。散射波方程為非齊次方程，右端項為等效力源。該式表明，入射波場激勵的加速度與散射系數之積是產生散射波的力源。該散射力源具有點源的特點，向周圍發(fā)射散射波。散射波的強度與散射強度、入射波激勵強度成正比。

散射勘探中地表記錄到的散射波是地下各散射體的散射之和（K.Aki，1978）：

（6）

該式表明，散射波記錄與散射強度α（r）的大小、入射波激振的加速度成正比，與散射體的距離成反比。由于散射體的局部性，散射波的傳播具有局域性。

既然每個接收點的記錄包含著附近區(qū)域所有散射體散射波的總合，就可通過多點激發(fā)和多點接收的散射記錄，重建地下散射系數α（r）的分布與波速V0分布的圖像。這兩點就是地震散射波勘探的基本目標。

散射波法勘探的目的是獲得散射系數α的分布和V0的分布。前者代表地質界面的位置，后者直接反應地層的巖性與力學性狀。這兩幅圖像可以展現非均勻地質結構的基本特征。低波速表示地層松散、風化強烈、疏松、巖溶、空洞、斷層帶等，高波速對應巖體完整、孤石、注漿體等地質與工程對象

地震散射法勘探TST隧道超前預報技術