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浅析散射波理论成像研究进展及存在问题 摘　要　本文介绍了地震波散射的概念、散射波特征、散射波与反射波的区别以及散射波地震方法的基础内容,回顾了地震波散射的概念. 对散射理论及应用研究成果进行了系统评述总结,特别指出散射波资料采集和成像技术是目前散射波地震方法技术研究的主要内容，总结了散射波资料采集的要求和处理难点 关键词　地震波散射, 散射理论, 散射波场特征, 散射波成像技术 1 地震波散射的基本概念与散射波的主要特征 地震波散射包括的领域很广, 广义而言, 任何由地球三维非均匀性引起的地震波的变化都称为地震波散射。但传统上把能用几何光学理论( 射线理论) 处理的由大尺度非均匀性引起的走时和振幅变化摒弃于散射领域之外, 只研究狭义的地震波散射现象, 即由地球三维非均匀性引起的、超越几何光学领域的地震波场畸变现象。根据惠更斯- 菲涅尔原理, 任意时刻波前面的每一点都可以看作是一个新的点源, 由它产生二次扰动, 形成元波前, 而以后新波前的位置是各元波前的包络, 由波前面各点所形成的新扰动, 在观测点上相互干涉叠加, 其叠加结果是在该点观测到的总扰动, 所以在地面接收不到反射波的情况下, 仍有波的能量传回地面, 这种波动是由入射波与地下非均匀介质相互作用而产生的散射波, 它含有地下介质的不均匀性信息。 散射波的主要特征如下: 1) 散射波的传播符合惠更斯- 菲涅尔原理, 绕射波、反射波、回转波和直达波都是散射波的特例; 2) 炮集记录上散射波走时极小值的位置总是位于散射点( 体) 的正上方, 与激发炮点位置无关; 3) 散射体倾角大于45°时, 其产生的散射波表现为一组顶点沿散射体边界分布的点散射波, 顶点处能量最强; 4) 散射波向周围空间传播的能量不同, 在地表激发和接收时, 其主能量区位于散射体在地表的投影或与反射波主能量区在地表的分布范围一致( 散射波表现为反射波时, 边界倾角小于45°) ; 5) 散射波的能量强弱与其表现形式有关, 点散射波的能量比水平界面产生的反射波能量一般要小20-40dB; 6) 散射波强度不仅与散射体的形状、波阻抗差及入射波的入射角有关, 而且与地震波波长和散射体的尺度有关, 当地震波波长与散射体的尺度相当时, 散射波场最强; 7) 当散射体密集分布时, 各散射体所产生的散射波场之间的交叉干涉现象较为严重。 2 散射波与反射波的区别 散射波是由三维非均匀介质界面引起的地震波的变化, 也就是说, 散射波产生的物理前提是地下地质体与围岩地层之间存在速度或密度差异。散射波是一个较为广义的概念, 它可以表现为绕射波、反射波、回转波和直达波等多种具体形式, 其中单点散射波是散射波的最基本表现形式( 下图) 。反射波是由层状均匀介质界面引起的地震波的变化, 是由大尺度非均匀性引起的走时和振幅变化,是点散射波在定向排列上干涉叠加的结果。一系列单点散射波经干涉叠加形成的波前面就是反射波, 也就是说, 反射波是散射波的一个特例(下 图) 。正是由于这种物理机制上的差异, 使得散射波和反射波在波场特征、运动学和动力学特征等方面都存在差别, 进而导致它们在资料采集、处理和解释技术方法, 以及所能解决的地质问题等方面都有所不同。 在波场特征方面, 在炮集记录上, 对于地下某一点来说, 入射波与反射波是一一对应的, 入射角等于反射角, 反射波的旅行时极小值位置与激发炮点有关。而入射波与散射波是一多对应的, 且入射角与散射角也是一多对应, 散射波的极小值位置始终位于散射点( 体) 正上方, 与炮点位置无关。在CMP 道集中, 层状介质中的反射波符合双曲线规律, 经动校正后反射波同相轴可以被拉平; 而非均匀介质的CMP 道集中, 严格地说, 只有与散射点( 体) 重合处的CMP 道集中散射波时距曲线是双曲线, 其他的CMP 道集不符合双曲线规律, 经动校正后无法被拉平。且非均匀介质较复杂时, 散射波的交叉干涉现象非常严重。 在运动学特征上, 散射波的传播符合惠更斯-菲涅尔原理, 当散射体边界倾角大于45??时, 各元波前不能形成包络面, 其产生的散射波表现为一组顶点沿散射体边界分布的点散射波。反射波的传播符合斯奈尔定律( 即反射和折射定律) , 斯奈尔定律是惠更斯- 菲涅尔原理的一个特例。只有当散射体边界倾角小于45??时, 各元波前才能形成包络面, 该波前面即为反射波。 在动力学特征上, 散射波向周围空间传播的能量不同, 在地表激发和接收时, 其主能量分布在散射体边界在地表的投影范围内或与反射波( 散射波表现为反射波时, 边界倾角小于45°) 在地表的分布范围一致, 且在反射系数相同的条件下, 单点散射波的能量比平面反射波的能量要小很多。反射波是散射波中能量较强的部分, 是多点散射波相干加强的表现。 在地震资料采集方面,