资源勘探的得力助手

    岩石、矿物等地下物质，都有各自的密度和地震波速度，但它们都不是单一的数值，而是具有一定的分布范围。在许多情形下，它们的分布范围有部分重叠现象，这就使得在探矿研究时，即使了解到岩层分布的次序，根据岩性—物性关系，在建立初始的密度或者速度的模式时，也会遇到困难。比如，在矿山地区，可能遇到的花岗岩和大理石，它们的密度分布有相当部分的重合。特别是地下实际存在的岩石及矿物，大多是混合物，其密度及速度的分布范围就会更大些。这尤其对反射地震进行探查工作时建立速度模式会造成很大影响，从而对勘探结果形成不良影响。中国地质科学院地质研究所研究员赵志新等人研究的层析成像技术，就可以不断修正岩石、矿物等地下物质初始速度结构，使它逐步符合观测走时（地震波从震源传到观测点所经过的时间）结构，从而有利于得出客观结果。

    层析成像技术的佼佼者

　　据赵志新研究员介绍，层析成像地下结构与结构调查技术方法是一种先进的高精度、速度结构定量的三维地球物理调查技术。这一技术方法的基本原理是探查或者说寻找地下介质中所包含的异常体，刻画矿藏（异常体）的储舱三维几何形态，可以广泛地应用在地球内部研究、地质调查研究、油气资源和金属矿藏勘探，以及城市空间和环境地质探查等领域。

　　1974年，地震波走时层析成像方法问世。由于该方法对地形及地下结构无任何要求，在任何复杂介质情形下，能够导出完全不均匀介质的三维地下结构，被广泛应用于地球内部研究以及地质、能源和矿产资源调查勘探，先后出现了地震波折射层析成像、地震波反射层析成像勘探等方法。20世纪90年代，科学家尝试研究反射折射联合层析成像探查新方法，该方法集折射层析成像和反射层析成像优点于一体，可以同时使用折射与反射信息，进行不均匀介质的界面和结构反演，是一种能提供高精度高分辨率的三维定量的速度成像方法，可以说是层析成像技术的佼佼者。

     应用广泛 结果客观

　　一般来讲，数十米甚至数米的精细地下成矿结构研究，要求探测空间内具有高密度地震射线信息。结构越复杂，所需信息量应越多。创新开发高分辨率的三维非线形折射反射联合层析成像定量方法系统，同时使用一次人工地震事件中所产生的折射和反射两种信息，形成高密度的有效地震信息，建立足够精细的反演方程组数，以求得高可靠性的慢度扰动。同时用折射和反射反演时，反射信息优势在于对矿藏异常体的横向的界面识别，折射信息优势在于对矿藏异常体的铅垂方向的界面识别，同时改进垂向和水平方向的分辨率，使全部成像得以改善。新方法是能够适应山区、地下结构起伏变化激烈的高精度的深部金属矿藏的勘探技术。

　　赵志新研究员说，如果用波动方程数值模拟方法分析地震波在不均匀地震构造体区域的地面运动分布特征，得出的数值模拟快照图像表明，地震波从位于岩石区中的震源出发后，在岩石空间区域内以球面波形式向四周传播。当地震波在传播时遇到土层底界面时，球面波折射为平面波前进入土层内的沉积土层中。与原入射波和进入土层内的折射波相比，在土层底面有向下弯成圆弧形的微弱的反射波现象。当向上方传播的平面体波遇到土层自由表面时有反射现象发生，反射波向下方传播。当下方传播的波在土层底面又被反射回盆地内部时，又形成上行的S2地震波震相，地震波由岩石区进入土层结构后，在盆内上下多次反射震荡，震动能量几乎没有返回岩石区域中。数值模拟结果意味着地震波反射折射传播时，由高密介质进入低密介质时反射弱、透射强，由低密介质进入高密介质时反射强、折射弱。如能同时采集使用反射、折射信号，则十分有利于不规则地形、复杂结构区域的矿藏勘探。

　　但金属矿区构造复杂，岩石界面倾角大，不利于反射波观测。如果同时使用折射和反射信息，是实现高精度深部探测新的有效方法。事实上，复杂地形会给一些地震探测方法带来许多误差。而层析成像探查对地面的平展程度无任何要求，其射线追踪在三维不均匀介质中，根据费马原理扰动探索求解。赵志新研究员还介绍，走时计算都是在三维空间坐标和时间域的定量数字运算，特别适用于复杂地形地区的人工地震探测工作。因为，金属矿区岩性交错混杂，岩性（或者矿体）分布几乎无层状可言，层析成像技术能够实现界面与三维结构同时反演的问题，定量勘探精度高。

　　可以说，层析成像探查技术应用广泛，对复杂条件适应性强，方法原理科学性强，处理过程完全自动化、程序化，而且结果客观。层析成像研究不仅对于揭示地球内部结构有着重要的理论意义，而且可以推进金属矿藏资源的探测评估，具有积极的社会效益。从本质上讲，地下精细结构研究勘探都需要高精度、高分辨率的勘测理论和技术方法。因此，定量精细结构探测技术开发已成为促进国民经济发展的尖端问题。