深地震反射剖面探测技术发展现状

2022-09-21王光文卢占武李文辉王海燕程永志

地球与行星物理论评(中英文) 2023年2期

王光文，卢占武*，李文辉，王海燕，程永志，陈司，蔡蔚

1 中国地质科学院地质研究所，北京 100037

2 自然资源部深地动力学重点实验室，北京 100037

0 引言

深地震反射技术自问世以来，一直承担着探测地壳精细结构的重任，对于揭示壳内构造特征起到了关键作用.其方法具有震源能量大、偏移距大、道间距小等优点，可以接收来自莫霍面乃至上地幔的反射信号，经过去噪、静校正、能量恢复、叠加、偏移等处理后，获得高精度的成像剖面可用于研究地壳、上地幔的结构特征、造山带的构造格局、深部成矿背景、陆内变形机制等（Brown et al., 1986;Clowes et al., 1999; 高锐等, 2021; Klemperer et al.,1985; 李秋生等, 2020; 王海燕等, 2010; 张兴洲等,2015）.深反射地震探测技术经过几十年的发展，在全球不同地质构造区取得了重要认识，也获得了一些新的发现.如在北美大陆、美国实施的COCORP计划，获得了内华达山脉—盆岭省—科罗拉多高原的地震反射剖面，得到了横穿整个伸展活动区的地壳及Moho面高精度地震反射资料（Brown et al., 1986; Oliver, 1993）；加拿大实施的Lihoprobe计划在跨越不同地质时期的深地震反射剖面中，发现主要存在3种类型的Moho界面特征：透明莫霍反射、水平莫霍反射和穿透地幔的反射（Clowes, 1992; Clowes et al., 1999, 2002）.在欧洲大陆，英国实施的BIRPS计划，找到了古老构造再活动的证据，获得了元古宙（1 900 Ma）时期的板块边界图像（Chadwick et al., 1998; Matthews,1990）；在意大利CROP计划中，通过本土和地中海海域布设的多条深反射剖面，获得了海陆边缘深部结构特征（Finetti et al., 2001; Finetti, 2004）.澳大利亚在实行GlassEarth计划时，由于深反射探测技术的进步，对反射剖面中风化层和下伏基岩有了更深的认识，通过剖面可建立针对矿床预测的岩层模型.我国深反射探测发展较晚，2008年以前主要是零星的一些反射工作，大约有5 000多千米，在2008年以后，随着Sinoprobe的实施，中国大陆到目前为止完成了近12 000 km深反射剖面，远远超过之前50年工作量总和，并且对于青藏高原的探测截至2019年底，据不完全统计，已经完成深地震反射剖面累计约5 115 km（高锐等，2021）（图1），取得了一系列的发现：如在青藏高原发现的构造叠置现象解释为喜马拉雅地壳增厚的新机制（Gao et al., 2016a）；获得了青藏高原雅鲁藏布江缝合带的深部特征（Dong X Y et al., 2020; Guo et al., 2017, 2018）；系统总结了青藏高原及其周缘深地震反射剖面所揭示的大陆碰撞的深部过程（高锐等，2021）.在东北松辽盆地深地震反射剖面结果中，发现了索伦—西拉木伦—长春—延吉缝合线中部古亚洲洋最终关闭的残余痕迹，给出了贺根山—黑河缝合线形成的详细模型（Fu et al., 2021a,2021b).在华北的深反射探测中，Zhang等（2014）发现了中亚造山带索伦段缝合线下方来自地幔的玄武岩基底，认为是碰撞造山过程中发生了底侵作用，改造了原有的莫霍面形态.华南深反射剖面中，董树文等（2013）找到了华南隐伏古老造山带的深部构造特征，认为是岩浆的底侵作用使大量的幔源物质上涌，导致地壳发生构造变形（Dong S et al.,2020）.在成矿带方面，吕庆田等（2003）在铜陵矿集区多条深反射剖面中发现了透明反射区和弱反射区，认为可能是岩浆作用导致地壳混合岩化，并控制了铜陵矿集区的物质来源；另外，在穿过长江的6条深反射剖面中，发现“长江深断裂带”中存在“鳄鱼嘴”构造，控制了成矿岩浆岩的分布（吕庆田等，2003）.澳大利亚、加拿大等国也进行了较多的深部成矿研究，如：横跨澳大利亚Olympic Dam矿床的一条深反射剖面，发现矿集区下地壳存在一个明显的弱波阻抗区域，推测可能为岩浆通道，为成矿提供了物源条件（Drummond et al.,2006）；加拿大一条深反射剖面揭示了Sudbury构造（为似椭圆形的Sudbury火成杂岩体）深部的非对称性，对找矿具有直接的指导意义（Eaton et al.,2010）.深反射探测技术在造山带、构造带以及成矿带的成功应用，使得这种方法在解决特定地质问题中具有越来越重要的作用.

图1 青藏高原深地震反射剖面探测工作程度图（截止2019年底，修改自高锐等，2021）.红线和黑线由中国地质科学院地质研究所岩石圈团队为主完成；黄线为INDEPTH项目，由中国地震局完成Fig.1 The deep seismic reflection profile detection in the Qinghai-Tibet Plateau (By the end of 2019, modified from Gao et al.,2021).Red lines and black lines are mainly completed by the lithosphere team of the Institute of Geology, Chinese Academy of Geological Sciences; Yellow line is INDEPTH project, which is completed by China Earthquake Administration

目前，深地震剖面技术在解决重大地质问题的同时，也面临着一些新的挑战，如：地表地形起伏剧烈，地质构造复杂，仪器精度不够等.这些挑战给数据采集、处理、解释带来一定的难度，给提高探测精度带来一定的挑战.近些年随着高精度仪器的推广、方法技术的进步，深地震反射剖面逐渐向着探测范围更广、深度更深、精度更高的方向发展，在野外采集、数据处理、成果解释上都得到了一定改进与提升，也有了一些新的应用与发展.本文根据近些年的研究成果，总结了深地震反射探测技术在不同方面（采集、处理、解释）的进展，包括高精度可控震源采集技术、线条图处理技术、全波形反演技术等.这些新技术的出现，不仅给深地震反射剖面探测带来了新的生机，同时也为解决地质问题提供了可靠的技术支撑.随着仪器设备的改进、方法技术的革新，必将使得深地震反射探测技术在揭示岩石圈结构、解决深部地质构造问题方面扮演其他方法不可替代的作用.

1 深反射地震采集技术进展

1.1 组合激发采集技术

深反射探测为了获得全地壳的精细结构，在采集参数上进行了不断的优化，包括震源、道间距、覆盖次数、采样率等方面（表1）（卢占武等,2016; Reddy and Rao, 2013; Siddique et al., 2014; 王海燕等, 2010），经过近几十年的发展，采集参数都有了大的改进，形成了一套适用性强、采集精度高的组合激发采集方式.目前，激发方式采用多种药量组合的大、中、小炮激发的方式，相比于最早的Vibroseis震源，提高了不同深度信号的采集质量（Chadwick and Pharaoh, 1998; Finetti et al., 2001;Finetti, 2004）；炮间距从最初134～400 m不等，发展到现在小炮80～250 m、中炮280～1 000 m、大炮20 000～50 000 m等不同组合的方式；井深从10～15 m，发展到现在小炮 20～30 m、中炮28～50 m、大炮50～75 m组合井激发方式；接收道数从48道、96道、120道、240道、360道等，发展到现在中小炮720道、大炮1 200道的接收方式，增加了排列长度，使得远偏移距的反射信息可被接收到；采样间隔从4 s、2 s，发展到现在1 s的采样间隔，可接收更高频率的有效信号；覆盖次数从24次、30次、48次、60次、75次等，发展到现在50～120次的覆盖次数（DEKORP Research Group, 1990; Fu et al., 2021a; 高锐等, 2001, 2002; 刘保金等, 2007; 王海燕等, 2017），很好地压制了噪声，提高了信噪比；道间距从50 m、60 m、80 m、100 m等，发展到现在的40 m、50 m道间距采集（Andrew et al., 2004; Drummond and Goleby, 1993;酆少英等, 2020; Fu et al., 2021b; 李洪强等, 2013），提高了采集精度，如卢占武等（2010）通过10 m和40 m不同道距的试验，发现10 m道距可以获得丰富的矿区浅层信息，揭露出浅层控矿构造及其与深部的联系（图2）.深反射数据采集中，大、中、小炮的组合激发采集方式（图3）、覆盖次数的提高、道距的减小、井深的增加及采样间隔的减小，提高了资料的采集质量，不仅可以有效地压制干扰波，拓宽有效波的频带范围，还可从浅、中、深等不同层次对全地壳结构进行高精度成像，为研究构造演化、碰撞造山、构造成矿等提供深部高分辨率地球物理依据（Gao et al., 2016a, 2016b; Malinowski, 2016; 王海燕等, 2017）.

图2 不同道距单炮对比.（a）大炮激发单炮记录；（b）变道距排列混合接收的单炮记录；（c）40 m道距单炮记录（修改自卢占武等，2010）Fig.2 Comparison of single shot with different track distances.(a) Shot gather of large explosive; (b) Shot gather acquired by viable receiver spacing; (c) Single shot record with 40 m track distance (modified from Lu et al., 2010)

图3 深反射观测系统示意图Fig.3 Schematic diagram of deep reflection observation system

表1 国内外主要深地震反射探测计划采集参数表Table 1 Acquisition parameters of main deep seismic reflection detection plans at domestic and abroad

1.2 高精度可控震源采集技术

深反射探测技术通常采用炸药震源采集来自地壳底部乃至莫霍面的反射信息，炸药震源虽然能量大、信号强，但是野外施工有可能会存在一定风险，且由于环保监管力度的不断加大，炸药审批手续也越来越繁杂.可控震源作为一种无污染、激发灵活的震源形式，通过人工控制的震动来激发地震波，不涉及炸药爆破作业，是目前震源发展的新趋势.可控震源的工作原理是在一段时间内连续向地下激发频率不断变化的扫描信号，扫描信号的振幅、频率和时长等参数根据勘探需求设计，然后利用相关技术将原始记录变换为类炸药的常规地震记录.可控震源基本激发参数主要有扫描长度、初始频率、终止频率、驱动幅度、斜坡长度与检波器型号等，通过设置合理的激发参数，可以提高信号采集的质量.王海波等（2019）应用高精度可控震源 EV56，通过 SN7C-10（自然频率为 10 Hz）、SN5-5（自然频率为5 Hz）、DSU1（自然频率为10 Hz）三种不同型号检波器记录，发现反射叠加剖面浅层信息清晰可见，深层莫霍面反射信息可连续追踪，反射剖面质量相对较好，因此通过高精度可控震源激发可以获得深层有效反射信息（图4）.李忠雄等（2017）采用可控震源和井炮激发，在北羌塘凹陷与中央隆起带之间的托纳木—笙根地区开展了420 km的高密度高覆盖宽线地震采集试验，认为可控震源高密度高覆盖采集获得的资料基本等同于井炮激发的地震资料，并且获得了反射同向轴清楚、连续可用于地质构造解释的高精度反射地震剖面.目前，可控震源作为应用于深反射采集的新方式，不仅可以应用于陆地深反射探测，而且可以满足接收来自莫霍乃至上地幔的反射信息，因此，可控震源作为新形式的激发震源所带来的优势，必将使得深反射数据采集变得更加灵活、适用性更强.

图4 不同检波器叠加剖面分析.（a）SN7C-10 检波器；（b）SN5-5 检波器；（c）DSU1 检波器（修改自王海波等，2019）Fig.4 Stack profile analysis of different geophones.(a) SN7C-10 Geophone; (b) SN5-5 Geophone; (c) DSU Geophone (modified from Wang et al., 2019)

1.3 节点式地震观测技术

近些年，节点式地震仪依托其成本低、布放简便、频带范围宽的优势，开始广泛用于地震数据的采集（Bao et al., 2019; Liu et al., 2017; Roux et al.,2016; Wang and Tian, 2018）.目前，节点式地震仪的数据主要用于背景噪声成像、接收函数成像和微动（SPAC）成像，进行深反射数据采集近几年才被提出，此方式可以减少施工的成本，并获得频率更低的反射数据，提高中下地壳、莫霍面等深层反射界面的成像精度，为研究深部构造特征提供更加有力的证据.目前，任彦宗（2021）利用428XL与Zland-3C节点地震仪（图5）共同采集深反射地震数据，通过对比两种采集仪器深反射剖面结果，研究了峨眉山大火成岩省内带绿汁江断裂以西的精细地壳结构（图6），从节点地震仪与常规有缆地震仪采集获得的资料对比看，构造面貌呈现一致性，说明节点地震仪在主动源数据采集中具有有效性.因此，节点式地震仪，相对于常规的节点仪，拓宽了频带宽度，增强对低频信号的识别，提高了对于深层结构的识别能力.并且在复杂地表采集时，具备灵活布设、施工方便的优点.节点式地震仪必将成为深反射数据采集发展的重要方向，有可能代替传统节点仪器成为深反射数据采集的重要工具.

图5 Z-Land节点仪与充电架Fig.5 Z-Land node instrument and charging rack

图6 不同仪器240 m道间距的叠加剖面.（a）有缆地震仪428XL记录的数据；（b）节点地震仪记录的数据；（c）和（d）分别为图（a）和（b）的局部放大图像（修改自任彦宗，2021）Fig.6 Stack profile with 240 m channel spacing of different instruments.(a) Data recorded by cable seismograph 428XL; (b) Data recorded by node seismograph; (c) and (d) are partially enlarged images of figures (a) and (b), respectively (modified from Ren, 2021)

1.4 大炮一次覆盖技术

美国内华达州曾进行的深反射大药量激发试验，发现大药量激发可以产生高分辨率、高信噪比的地震数据，在复杂构造地区，相对于常规的石油地震勘探观测系统，可明显提高深反射的成像精度.特别是在青藏高原及周缘地区，由于地壳较厚，介质的非完全弹性突出，地震波衰减较快，而且地形起伏剧烈，近地表速度变化大，地震子波同相轴很难叠加到一起.因此，提高爆破当量、并采用深井激发是采集下地壳反射信息有效途径之一（Li et al.,2013; 王建民等, 2020）

大炮一次覆盖技术就是基于深反射数据采集中的大、中炮记录，通过反射数据处理，得到反映地下岩石圈骨架的时间剖面，例如：在青藏高原东北缘（西秦岭）的一个200 kg单炮记录上，可直接获得了来自莫霍面的反射波同相轴（Li et al.,2009）；卢占武等（2009）利用多个数吨级大炮，成功穿透青藏高原巨厚地壳，获得了来自莫霍面的有效反射信号.酆少英等（2020）利用15个大炮资料进行一次覆盖处理后，揭示了青藏高原侧向碰撞带岩石圈结构特征（图7）.Li等（2018）利用穿过雅江缝合线的两条反射剖面中的大炮记录，获得了缝合带下方较厚的莫霍深度（约是全球地壳平均厚度的2倍），认为印度板块正以不同的角度俯冲到青藏高原下方（图8）.

图7 青藏高原侧向碰撞带深反射剖面（修改自酆少英等，2020）Fig.7 Deep reflection profile of lateral collision zone of Tibetan Plateau (modified from Feng et al., 2020)

图8 大炮深反射剖面.YZS-A位于雅江缝合线西部，YZS-B位于雅江缝合线东部（修改自Li et al., 2018）Fig.8 Large-shot deep reflection profiles.YZS-A is located in the west of Yarlung Zangbo Suture and YZS-B is located in the east of Yarlung Zangbo Suture (modified from Li et al., 2018)

通过增加井深和药量形成单次或低次覆盖剖面，每隔1个排列长度加放一个大炮，可以有效获得莫霍反射信息，这主要得益于大药量激发产生的地震波，有足够的能量下传至地壳底部甚至上地幔内部并返回地表接收器.因此，大炮一次覆盖技术不仅能获得莫霍反射和地幔内部反射等关键的深部结构信息，而且，当常规的叠加剖面深层信噪比不令人满意时，还可以为中小炮叠加剖面处理提供参考.

2 深反射地震处理方法进展

深反射地震数据处理技术经过几十年的发展改进，目前已经形成了一套较为成熟的数据处理流程，包括建立观测系统、去噪、静校正、能量恢复、叠加、偏移等（图9）.但是随着数据采集难度的增大，采集的数据质量信噪比往往较差，因此，针对特殊的问题，出现了一些新的处理方法.

图9 深地震反射数据处理流程图Fig.9 Deep seismic reflection data processing flow chart

2.1 线条图处理技术

随着国内外深反射探测计划的实施，获得了大量能够揭示地壳结构特征的高精度反射剖面，但是在后期的处理解释中，往往会忽略掉一些信息.为了能够全面获得深反射剖面中的有效信号，线条图处理技术在深反射数据处理中被提出并利用.该方法通过预处理、强振幅提取、滤波、目标识别、连续性计算等步骤，充分提取深地震反射剖面中的反射信息.同时，该方法还可以计算出目标的倾角，对复杂区域进行特殊分析.如：李文辉等（2012）通过对庐枞地区深地震反射剖面进行线条图处理，识别出深地震反射资料中的主要构造格架信息，其效果较传统的图像处理方法而言有显著改善（图10）.另外，此种方法忽略了波形特征描述、迭代等步骤，相比于模式识别更具高效性.

图10 深地震反射剖面.（a）为原始叠加剖面；（b）线条图处理（修改自李文辉等，2012）Fig.10 Deep seismic reflection profile.(a) Original stack profile; (b) Line drawing processing (modified from Li et al., 2012)

2.2 全波形反演技术

深反射地震探测是研究岩石圈结构、解决深部地质问题的重要手段.目前，从深反射地震剖面获取地下速度结构的方法主要依赖于走时层析成像，这种方法从理论上限制成像的分辨率.为了实现利用深反射地震剖面对上地壳尺度进行高精度速度成像的目的，必须利用全波场资料进行波形反演，提高成像精度.

目前，全波形反演技术逐渐被应用在深反射速度成像上.如崔永福等（2016）采用一种多尺度时间域分层全波形反演方法，通过将层析成像和全波形反演获得的速度模型进行叠前深度偏移，发现全波形反演得到的速度模型可以有效地改善目的层的成像精度，在其研究区域消除了由于速度不准造成的火成岩边缘及以下断层和破碎带（图11椭圆所示）的构造假象以及奥陶系以下假低幅度隆起构造（图11箭头所示）.Davy等（2018）利用全波形反演方法对西班牙加利西亚地区深部大陆构造边缘进行精细速度结构成像，相对于传统的层析成像，剖面的质量有明显的提高，特别是对于断层位置的刻画，成像效果得到明显改善，认为剖面9 s的位置（黄线）连续反射同相轴的下方横向速度变化增大，表明了上地幔蛇绿岩化的特征，这是正断层与水发生水合作用的结果（图12）.Li等（2021）利用深反射数据，通过全波形反演成像，获得了青藏高原南部穹隆构造近地表3 km范围内的纵波速度结构，研究发现：Mabjia穹窿下方3 km（自地表）有两个高速体，速度高达6.6 km/s和7.2 km/s，这可能与榴辉岩相或镁铁质侵入体相关.另外，作者认为南北向构造挤压引起中地壳的逆冲叠置增厚和上部地壳的隆起，以及中地壳的逆冲叠置增厚是控制Mabja穹隆形成的主要机制.孙思宇等（2021）利用反射波波形反演，代替了回折波信息，提高了深层反演质量，通过实际资料测试，可获得高分辨率的速度模型，改善深部目的层成像质量，有利于目标评价.

图11 层析成像速度模型.（a）层析成像速度模型；（b）波形反演速度模型；（c）和（d）波形反演速度的叠前深度偏移结果（修改自崔永福等，2016）Fig.11 Tomographic velocity model.(a) Tomography velocity model; (b) Waveform inversion velocity model; (c) and (d) Prestack depth migration results of waveform inversion velocity (modified from Cui et al., 2016)

图12 全波形反演结果对比.（a）初始速度模型；（b）全波形反演速度模型；（c）反射地震成像；（d）反射地震剖面覆盖初始速度模型；（e）反射地震剖面覆盖全波形反演速度模型（修改自Davy et al., 2018）Fig.12 Comparison of full waveform inversion results.(a) Initial velocity model; (b) Full waveform inversion velocity model;(c) Reflection seismic imaging; (d) Reflection seismic profile covering initial velocity model; (e) Reflection seismic profile covering full waveform inversion velocity model (modified from Davy et al., 2018)

通过前人的研究发现，利用深反射数据进行全波形反演，可获得高分辨率的地壳浅部速度结构，一方面可以为深反射静校正处理、深度域变换提供更高精度的浅表速度.另一方面，可以根据反演的速度特征，研究包括盆地、造山带、沉积层的构造变化.因此，利用深反射数据进行全波形反演，在研究浅部构造演化中可发挥重要的作用.

2.3 时深转换技术

由于反射剖面接收的深部信息，跨度较大，往往经过多个构造单元或者地质单元，受到了多种因素的影响，使得速度变化剧烈，因此深反射数据处理最终往往只能提供时间域的剖面，很难提供深度域结构剖面.但是深度域剖面更加能够直观地反映构造形态信息，对于研究碰撞造山、深部成矿、断裂形态等具有重要的意义.目前，利用深反射剖面进行时深转换的研究较少，多集中在有测井约束的时深转换，或是用于速度变化较小的海洋地层深度域成像研究，如陶天生等（2020）以东海陆架盆地中部某凹陷41口钻井垂直地震剖面数据（VSP）为基础，构建不同的时深关系模型，利用三维地震勘探中获取的层速度资料计算每口井的时深对应关系，探讨不同模型在深部地层时深转换的准确性，建立了研究区时深转换的分段拟合模型，提高了深部地层时深转换的准确度.汪俊等（2020）利用南海北部陆缘某海域反射剖面，基于多公式拟合的方式对深反射剖面进行时深转换，获得复杂沉积区深度域剖面，认为通过公式拟合、地质模型约束等手段提高速度模型可靠性相比于叠前深度偏移处理性价比更高.沉积地层多公式拟合的方式适用范围更广，可对不同构造或沉积地层进行时深转换工作（图13）.相对于海上而言，陆地上的速度变化更为剧烈，给时深转换也带来了一定的难度.杨瑨（2020）通过传统速度普选取、层析成像和正演模拟，不断修正和完善速度模型，获得了地壳尺度范围内的深度域剖面，认为松辽盆地基底南向俯冲并可能存在多次俯冲痕迹，同时在中间出现了较为明显的成像减弱带，推测可能为混杂岩带或花岗岩侵入.

图13 深度域和时间域剖面图.（a）地震剖面的“时间-层速度”关系拟合结果对比；（b）地震解释资料的深度域剖面（修改自汪俊等，2020）Fig.13 Depth and time domain profiles.(a) Comparison of fitting results of "time-layer velocity" relationship of seismic profile;(b) Depth domain profile of seismic interpretation data (modified from Wang et al., 2020)

利用深反射时间剖面获得深度域剖面，目前虽然有一些成果研究，但是由于深部速度难以约束，浅部速度变化较大，使得建立的速度模型往往存在不确定性.但是，随着国内外仪器和方法技术的改进与提升，必然会提高地下速度体的成像精度，这对于建立可靠的速度模型提供了保障，相信深反射时深转换今后将成为研究地壳高精度特征的重要手段.

3 深反射数据与其他方法联合解释

在进行地球物理探测时，往往会因为研究对象的不同，采取不同的方法或者是利用不同的地震波，研究不同深度、不同层次的地下结构特点，这样会损失其他波形记录的有效信息，使得研究结果具有局限性、多解性.因此，合理的利用不同的方法或者不同的波形信息，解决同一个地质问题，可以增加结果的可靠性、唯一性.目前，利用深反射探测与其他方法联合研究地下结构的例子较多，解决了一些重要的地质问题（李英康等, 2019; Liu et al.,2021; Thiel et al., 2020; Tian et al., 2021）.

3.1 深反射成像与折射成像联合解释

3.1.1 初至波折射层析与深反射剖面联合约束近地表结构

反射波成像主要是利用强波阻抗界面的反射信息，获得能够反映地下界面信息的时间剖面，由于没有利用速度信息，因此界面不具有深度意义，不能够反映出反射界面的深度.而折射层析成像通过走时或者波动方程，可以得到纵波速度剖面，根据速度的变化特征研究断层、成矿及岩体形态.因此，通过反射成像与折射层析成像联合探测，可以从不同角度对地壳基底结构形态、隐伏金属矿位置以及断层延伸状态进行高精度成像研究（邓小娟等，2019），例如谢樊等（2021）利用横过中亚造山带的深反射剖面，通过初至波走时层析成像获得了地下3 km范围内的纵波速度结构，并结合深地震反射剖面，建立了古亚洲洋双向俯冲与剩余微陆块碰撞缝合的构造模式.秦晶晶等（2020）利用折射、反射成像方法，分析了郯庐断裂浅部结构特征，认为其近地表速度结构（图14）横向变化较大，沉积层基本小于200 m，断裂带位置显示为低速凹陷，其最大厚度在600～650 m之间.初至波折射层析成像不仅可以为深反射解释提供浅部的约束参考，还可以为反射地震资料处理的静校正量计算、偏移成像以及时—深转换等提供速度约束.

图14 折射与反射综合解释图.（a）射线路径；（b）折射层析成像图；（c）和（d）分别为对应的反射剖面图（修改自秦晶晶等，2020）Fig.14 Comprehensive interpretation of refraction and reflection.(a) Ray path; (b) Refraction tomography;(c) and (d) are the corresponding reflection profiles(modified from Qin et al., 2020)

3.1.2 宽角反射/折射剖面与深反射剖面联合解释地壳结构

宽角反射/折射可接收来自地壳及上地幔的有效地震波场特征，这些不同类型的波列携带了大量的信息，存在于Pg、Pn、Pmp等震相中，通过对震相的拾取，利用走时层析成像方法，可获得壳内速度结构特征（李文辉等，2021；滕吉文，2021）.宽角反射/折射与深反射探测均可用于研究地壳及上地幔结构问题，但是所提供的信息不同，宽角反射/折射主要提供速度信息，深反射主要提供界面信息，并且宽角反射探测精度往往低于深反射探测，对于研究深部岩浆活动、莫霍变化及上地幔特征等，宽角反射可发挥重要的作用，但是对于浅部构造、沉积层变化研究，深反射剖面可以提供更高精度的成像.如：Li等（2013）通过利用宽角反射/折射方法对华北克拉通北缘一条450 km剖面进行成像，根据不同的速度特征探讨了不同时期构造运动及岩浆活动对于深部构造的改造过程（图15）；李英康等（2019）通过宽角反射/折射与深地震反射联合探测，建立了跨越四川盆地及其周边的地壳结构模型，认为扬子块体受到了来自青藏高原东缘及江南造山带的逆冲推覆，这些推覆作用造就了川西—江南造山带构造模式.目前，宽角反射/折射和深反射探测是公认的分辨率最高的两种深部地球物理探测手段（滕吉文，2021）.两者相互约束解释，对于深部结构成像可以发挥至关重要的作用.

图15 速度模型解释图.北倾的虚线为深反射剖面结果，上地壳的圆点代表速度等值线（修改自Li et al., 2013）Fig.15 Explanatory diagram of velocity model.The north inclined dotted line is the result of deep reflection profile, and the dots on the upper crust represent velocity isolines (modified from Li et al., 2013)

3.2 深反射成像与面波成像联合解释

面波携带了多种信息，包括构造、岩石物性、流体等，利用深反射中的面波成像可以获得浅部速度特征，弥补深反射数据对于浅层结构探测精度的不足.张辉等（2020）利用深反射数据中的面波信号，通过共检波点域面波信号成像新方法，获得了跨越班公湖—怒江缝合带浅地表横波速度结构特征，不仅可以为静校正、起伏地表叠前深度成像和全波形反演等提供浅层速度结构模型，还可以为深反射地震数据处理解释增加可靠性.赵盼盼等（2020）通过背景噪声成像获得了龙门山地区高角度铲形构造的断层形态，与同测线的深反射剖面对比，可以很好地吻合，使得解释的结果更具可靠性（图16）.面波成像可用于研究区域构造及速度特征，在深反射剖面上赋予速度等物性信息，对于研究成矿成藏、构造运动、孕震机制、断裂伸展等方面可提供可靠的地球物理信息.

图16 噪声层析成像与深地震反射剖面的比较（修改自赵盼盼等，2020）Fig.16 Comparison between ambient noise tomography and deep seismic reflection profile (modified from Zhao et al., 2020)

3.3 深反射数据与接收函数联合解释

接收函数作为研究深部构造的地球物理方法，可以提供地下强反射界面信息，揭示莫霍面、LAB界面、410 km界面、660 km界面等深度及形态变化信息，对于研究深部构造，物性变化具有较好的参考价值.但接收函数对于中上地壳一些构造界面分辨率却很弱，因此，采用接收函数与深反射剖面联合解释，可以从浅、中、深不同角度研究地壳至上地幔结构变化特征，两者相互约束，可对全地壳范围内进行高质量成像研究.Tian等（2021）通过跨越青藏高原与鄂尔多斯地块狭长边界接收函数剖面，结合深反射和重力等资料，发现陇西上地壳逆冲到鄂尔多斯地块上，形成了六盘山，下地壳形成了一个10 km厚的地壳根，认为陇西盆地与鄂尔多斯地块的会聚，不是使高原变宽，而是使山脉变窄（图17）.对于碰撞造山、深部构造特征研究接收函数和深反射联合解释可以起到重要的作用，但是接收函数由于其探测精度低于深反射，接收函数只能在大的构造格架中给与深反射剖面解释提供一定的参考约束.

图17 深地震反射剖面与接收函数综合解释图.黑色虚线为速度界面，红色和蓝色底图为接收函数结果，黑线底图为深反射叠加剖面，蓝线为宽角得到的莫霍深度（修改自Tian et al., 2021）Fig.17 Comprehensive interpretation of deep seismic reflection profile and receiver function.The black dotted line is the velocity interface, the red and blue base maps are the receiver function results, the black line is the deep reflection stacked profile, and the blue line is the Moho depth obtained from the wide angle (modified from Tian et al., 2021)

3.4 深反射剖面与大地电磁联合解释

大地电磁剖面和深反射剖面联合解释，不仅可以研究地壳和上地幔的地层界面，还可以赋予不同构造带其物质状态信息.Dong等（2020）通过一条过雅鲁藏布江缝合带的深反射地震剖面，在测线南部发现了类似透明反射，并呈高阻的深部特征，认为是拉萨地体遭受强烈碰撞挤压的结晶基底；剖面北部9 s以上的反射层与冈底斯岩浆带相对应，呈低阻特征，较好地解释了此区域位置的深部岩浆活动.Thiel等（2020）通过对澳大利亚中部（Musgrave省）进行三维大地电磁成像，在大于65 km的地层中发现了北澳和南澳克拉通与最古老的西澳克拉通碰撞的最初形态，浅部（20 km）的电性结构代表了马斯格雷夫造山运动变形的特征，并且参考深反射剖面对其浅部构造变形有了更好的诠释（图18）.大地电磁与深反射剖面联合解释，从不同物理角度相互约束印证，对深反射所提供的界面信息赋予电阻率特征，在研究构造基底、矿产分布、岩浆活动等方面发挥着重要的作用.

图18 澳大利亚Musgrave省深反射剖面与大地电磁剖面综合解释图.（a）和（b）深反射偏移剖面解释图；（c）深反射剖面与大地电磁剖面叠加解释图（修改自Thiel et al., 2020）Fig.18 Comprehensive interpretation of deep reflection profile and magnetotelluric profile in Musgrave Province, Australia.(a) and(b) Interpretation of deep reflection migration profile; (c) Superposition interpretation of deep reflection and magnetotelluric profile (modified from Thiel et al., 2020)