震测是藉由声源发出震波能量,再接收穿过地层後之震波信号,观察震波在不同地层中传递的时间变化、振幅大小、频率变化等等来推估探测地区的地质构造、沉积物分布、以及地壳岩石的可能组成与特性。地层中不同性质的岩石具有不同的密度及传递声波的速度,震波在不同性质的岩层中传递的速度影响到震波从声源传到接收器所需的时间。在不同性质岩石的界面上,震波会发生反射与折射现象。反射即是有部分向下传递的震波能量会在界面处折返而向上传递,折射则是有部分向下传递的震波能量从一个岩层进行到另一个性质不同的岩层中时,传递方向会改变。施测者可接收反射回来的震波信号,从回声所走的时间变化来推估反射界面的深度与几何形貌;亦可接收折射信号,从这些震波在不同深度地震中传递的时间和距离,来推估震波在不同地层中传递的速度。
海洋震测获得的资料以垂直海床的地层剖面为主,原理是利用声波量测海床下不同岩层的深度。由於岩性不同,使地层间的声波阻抗有差异,让声波中的一部分能量从不同岩性的交界面反射回来,反射讯号经由受波器接收後,再经由资料的处理及展示,就可以推知研究区域内海床下地层的连续分布情况。
海洋震测的声源分为脉冲型及共振型两种。脉冲型声源主要是利用空气快速膨胀时所产生的低频声波,通常会是时间极短的尖锐波,常见的仪器包括空气枪、放电震源等;共振型声源主要是利用压电晶体的震动,晶体扩张会产生波峰,晶体收缩会产生波谷,这样扩张收缩产生压力脉动。脉冲型声源是大多应用在声纳仪器,如地层剖面仪。在海洋调查工作上,这些仪器各自发挥不同的功能,通常脉冲型声源可以穿透比较深的地层,得到海床下数公里深部地层的反射讯号,而共振型声源在穿透浅层几百公尺後,能量就会消散。
海上震测作业需要震测船及一些特殊的装备。首先配备全球定位系统,以确知震测测线的位置;其次是声源系统,通常是空气枪系统,能在精准的控制下每隔一段时间击发空气枪,瞬间释出高压空气形成震源。在地层中传递的震波能量经过一段时间後可以被拖在船後的震波信号接收浮缆或设置於海底的海底地震仪接收到,知道声源与接收器的位置以及震波传递的时间後,再将收到的信号加以处理与分析就可以用来画出地层的震测剖面(反射震测)或推估出地层的速度构造(折射震测)。
台湾的海洋震测开始於1970年代,台湾中油公司展开海域石油探勘,雇用国外震测船来蒐集海洋震测剖面,帮助研究人员评估可能富集油气的海域。学术界则在1960年代末至1970年代初期时,利用电火花震测系统在「九连号」研究船上进行海域单频道震测,调查台湾海峡及周边海域的地壳构造。1985年完工的「海研一号」是台湾第一艘具有现代化的海上震测作业能力的研究船,利用多频道震测系统在1990年代调查台湾海域的地壳构造,2000年代进行的天然气水合物调查。
国家科学委员会建置的海洋资料库,蒐集并整理了1990年以来的反射震测资料及地层剖面资料,提供台湾周围海域的海洋震测资料。
中文关键字: 多频道震测系统 , 地层剖面仪 , 海洋资料库
英文关键字multi-channel reflection seismic system , sub-bottom profiler , ocean data bank
参考资料