约占地球表面60%的海洋覆盖了大多数容易发生地震的板块边界，因此在海洋开展地震观测，对研究地震活动、大洋地壳演化和地球深部结构是非常重要的。由于宽频带海底地震仪的快速发展，海洋地震学在地壳尺度的板块俯冲、岛弧和弧后盆地等研究方向取得一系列进展。同时，因为仪器的定位、时钟和电源等困难，使得在大部分海域内海底宽频带地震数据过于稀少，限制了对全球范围内地球深部模拟研究。由于海底蕴藏丰富的油气和可燃冰等矿藏，利用海水中激发的气枪、电火花等作为主动震源，在海水中或海底接收高频地震波信息，经过一系列的数据处理技术可以得到海底沉积层的速度结构和波阻抗变化的界面反射率图像，为海底资源勘探开发提供关键构造信息。

对于地壳尺度的海洋地震学研究来说，海洋地震观测的发展是推动相关科学研究的至关重要的因素。

最早的海底观测之一，是1937～1940年由美国宾夕法尼亚州利哈伊大学的课题组实施的。此后，美国、苏联、日本等国家的工作组都曾致力于海底地震仪的研发。首先，为了验证海底观测的可行性，记录海底噪声是首要目标。然而，那时候仍然还没有比较理想的仪器来记录和监测噪声。

20世纪70年代初期，海底地震仪研发成功，随后首先被用到西太平洋海洋岩石圈的深部结构研究中。假定海洋中震源激发的信号可以被长的偏移距接收到，在海底1000千米尺度范围布置的海底地震仪记录到的数据，可以很好地解释说明早期的板块构造理论。另外，当时的很多研究成果也证实了大尺度横向非均匀性和各向异性的存在，这些特征可以作为解释岩石圈起源和扩张历史的有力根据。但是，海洋岩石圈的地震学属性仍然没有较好的认识。

20世纪70年代，很多研究机构，尤其是欧洲国家的OBS技术得到了空前的发展和进步。技术的改革和进步涉及很多方面：地震检波器或水听器、数字的或模拟的、连续的或程序式的记录、系留式或弹射式回收、盒式磁带或盘式磁带、调频或是直接记录等等。

在20世纪六七十年代，海洋地震学相关的重大研究成果并不是主要通过海底地震仪来获得的，因为这期间海洋地震仪仍然处于仪器的发展阶段。一些主要的成果，诸如全球地壳结构，上地幔Pn速度的各向异性等，都是运用地震折射方法，通过双船实验或者声呐浮标系统进行炸药或气枪实验获得的。

与此同时，很多研究还致力于提高地震数据的可靠性与保真度。对此，今后的一个发展趋势是结合深海钻探计划（DSDP）以及后续的大洋钻探计划的深井数据来提高研究结果的准确性。这些实验项目中用的是短周期的传感器，在海底之下记录到的数据比海底表面记录到的数据信噪比要高30dB，尤其是对水平分量的效果更好。

由于对海底油气资源勘探开发的需求，采用轮船携带气枪、电火花主动震源和短周期多道、多缆的拖缆记录仪器在海水中采集，以及近几年开始在海底采集的海底电缆（OBC）和海底节点（OBN），极大地发展了海洋地震短周期反射波数据采集技术和地震数据处理技术。

近年来，海洋地震学中地壳尺度的研究趋向于利用更多的地震数据，包括地震反射和折射数据等。换句话说，就是结合了宽方位角和入射角的地震数据。例如，在日本海，海底是平坦的盆地，而基底却是崎岖不平的复杂构造，如果不考虑用反射方法所刻画出来的起伏的基底构造的影响，而只用折射数据来反演海底之下的结构，会产生错误的假象。

海洋地震学的研究任务主要是地壳尺度的海底构造运动和海底矿产资源的勘探开发，同时包括海洋观测及仪器研发和海洋中采集的地震波数据的处理。

海底构造运动的研究主要包括洋壳的结构与形成机制，古大陆的演化过程，板块运动与地幔对流，海底地形与地貌以及俯冲消减系统等方面。

而发生在海洋地区的浅源地震，按地震发生的构造环境的不同可以划分为四种类型：①大洋中脊型地震，是由新生洋脊的扩张活动引起的，属于正断层活动性质，但震级一般都较小，5级左右；②转换断层型地震，是由于两个相邻板块之间发生水平滑动引起的，属于平移断层活动性质的，震级可达7～8级；③大陆型地震，是由平移断层活动导致的；④海沟型地震，属于正断层或者逆断层活动。

总的来说，发生在海洋地区的地震一般都与海底的构造运动以及地球内部活动有关，通过对地震的活动性进行分析，可以推测和揭示洋底特殊构造的形成时期和演化发展历史；对于较大的地震，利用海底地震仪记录到的地震数据，运用背景噪声成像、接收函数或者波形拟合等方法，可以反演地壳的速度结构；通过观测地震前后海底地形构造不同方向上的滑移量，可以分析当时地震发生的成因以及应力分布；另外，俯冲带处的双地震带现象对于更加合理地解释板块运动有着重要的意义。

海洋地震学的一个研究内容，主要是对俯冲带破坏性地震的动力学的认识，以及对大洋岛弧、高地或弧后盆地结构的理解等。

在20世纪70年代以前，海洋地震学尚且不能很好地解释板块的构造运动。在最近的几十年里，海洋传感器的发展及其大量使用使得高精度的二维结构图的获取成为可能。在这之前，二维结构模型是在一维模型的基础上沿着横向结构变化最小的方向延拓得到的。大范围、多尺度三维结构的成像，例如海岭和热点的深根，是我们研究的趋势和目标。

地震反射和折射的研究一直以来被当成两种独立的方法对待。地震反射得到的结果具有很高的空间分辨率，但是深度上穿透往往有限，折射正好相反。现在，这两种数据可以互相结合，互相补充，来更好地理解地震结构。另外，多道高密度地震数据可以详细地描述沉积层的横向非均匀性，同时校正折射数据来更好地约束更深部的结构。

正如陆地地震学为了推测目标地质体的构造和演化历史，必须同时考虑地质和地球化学的数据一样，海洋地震学也必须考虑这些方面的信息。相比于陆地来说，海洋地震学的研究工具更多一些，除了独特的海底采样工具外，还有深潜装置、条带测深装置以及深部取芯工具等。

当海洋板块俯冲到大陆板块之下时，地震就会发生，火山也会爆发。在不同的区域，发生的模式也会不同。板块俯冲带是与岛弧的增长及弧后盆地的扩张紧密联系在一起的。描述这些变化的特征，进而理解这些过程的是怎样和为什么发生的，是海洋地震学的一个主要目标。

发生在板块俯冲带区域的地震，大多数是逆冲板块事件，在20世纪发生的最大的两次地震分别是1960年的智利大地震（9.5级）和1964年的阿拉斯加大地震（9.2级）。海洋板块以每年几个厘米的速度，向大陆或岛弧下面俯冲，经过几百万年的积累可以导致地震发生时产生米量级的滑移量。因此，这些板间地震可由板块构造理论来解释。

另一方面，逆掩板块的结构对于板块间相互作用结果的理解也是很重要的。海洋岛弧是由洋壳形成的，一旦这种俯冲过程开始，就可以假定存在两种主要的环境：增长和侵蚀。这些过程在岛弧发育中所起到的作用都可用海洋地震学的相关理论来解释。

除此之外，海洋地震学还可用来研究日本海沟地区的活跃孕震带、南海海槽的破裂带以及环太平洋会聚带的消减特征。

海洋岛弧是海洋群岛的一种，成弧状排列，通常是由一系列的火山链组成，位于两个会聚型构造板块的交界处。海洋岛弧的尺度通常只有几百千米，仅有很小一部分出露于海平面以上。

海洋岛弧一部分可能最终附着于大陆，并形成陆壳的一部分。这样的地壳结构，由于经历了有关地壳增长以及演化的进程，而具有显著的全球性。这些问题的相关研究目前也只能依靠海洋地震学的方法，利用海底OBS的数据来开展和实施。

海洋资源被界定为在海洋内外营力作用下形成并分布在海洋区域内，在现代和可预见的将来可供人类开发利用并产生经济价值，以提高人类当前和将来福利的物质、能量和空间等。它的范围涵盖海洋生物资源、海水及化学能源、海洋能源、海洋空间资源、海底矿产资源。其中，海底矿产资源主要有海洋油气资源、天然气水合物、大洋多金属结核、热液硫化物以及深海稀土等多种矿产。

海底矿产资源的分布情况可以通过多种地球物理探测手段来确定。对于海洋油气资源的勘探开发来说，目前使用最为广泛、最为有效的方法是海洋地震勘探。海洋地震勘探就是在海洋上用人工方法在一定的沉放深度激发地震波，研究地震波在海底下地层中的传播情况，通过分析处理各个接收器记录到的振动信息，来查明地下的地质构造，为寻找油气藏或其他矿产资源服务的一种探测方法。在油气勘探中，利用地震资料不仅能确定地下的构造形态、断裂分布，而且能了解地层岩性、储层厚度、储层参数，甚至能直接指示地下油气的存在；在油气开发中，地震资料同测井、岩芯资料以及其他地下地质资料相结合，能对储藏进行描述和监测。

海洋地震勘探一般采用走航式的观测系统，在航行中连续地进行地震波的激发和接收，震源为空气枪震源或电火花震源，装有水听器的电缆拖在船后接收地震信号。除了接收器，电缆的内部还有磁罗经、罗经鸟、声学鸟、RGPS、压力传感器和深度传感器等装置，为了让电缆的比重与海水基本相同而漂浮在海面上，通常的做法是往电缆里面充油，近些年为了提高抗噪能力，增强信号的质量，减少外业过程中的操作失误，又发展出了固态电缆。外业数据采集一般为单船作业，记录仪器和震源在同一条船上，不过为了适应不同的观测系统，多船作业逐渐变成一种趋势。

海洋地震观测与陆地不同，主要是向海底投放海洋地震仪来记录观测地震信号。

海洋地震仪主要由三分量水听传感器、具有信号放大/滤波/采样功能的电子器件、实时时钟和电源（碱性电池或者锂电池）组成。其适用的区域范围很广，可以从几乎没有沉积物的起伏洋脊到陡峭的海沟，依靠自身的重力下沉，同时利用GPS系统来约束实际安放的位置。海洋地震仪一般为电磁速度传感器，特征频率在1～4.5赫兹赫兹之间，低频类型的传感器体积较大，但可以很好地记录远震的低频信号。目前，宽频带海洋地震仪的应用越来越广。

事实证明，对于精确探测海底深部结构来说，使用海洋地震仪比在海洋表面使用水听器得到的结果更为有效和可靠。特别是，只用容积为10公升的气枪源进行激发，海洋地震仪记录得到的剖面就可以显示出广角的反射震相。另外，300千米长的剖面的探测任务，只用几十个间隔10～20千米，以蛙跳方式布设的OBS就可以完成。同时，我们也不能忽略反射地震学方法的重要性，有时候把OBS数据和地震勘探反射数据结合起来，可以更准确地刻画海底深部的精细构造。

海洋地震仪阵列对于分析下潜板块的边界十分有效。大的地震发生后，可以立刻向海底投放海洋地震仪，来确定主断层面及其复杂和起伏程度。目前，连续实时的地震监测系统已经被大范围地投入使用，而且规模越来越大，特别是在日本海附近。在长期观测的OBS阵列上记录到的远震数据，可以用来揭示上地幔的主要特征，使得大洋中脊、大规模火成岩省、地幔柱的研究成为可能。

由于深海投放和回收OBS的技术瓶颈和昂贵的价格，长久以来大面积海洋缺少地震观测信息。自2006年来自美国、英国和欧洲的研究机构和学术组织开展MERMAID项目，目标是研发一种海洋自主地震记录仪，其成本相对较低，可以自动潜入水深3千米以下，当仪器接收到一个有效地震信号时可以自动上浮到海面，然后通过卫星向数据中心发送仪器当前的GPS位置和经过压缩后的地震记录。MERMAID项目以及随后升级版本可以较低的成本构建全球海洋范围内的长周期浮动的地震观测网络。

海洋采集的地震数据的处理与分析与陆地采集数据的处理流程基本相似，在海水表面下一定深度采集的数据需要去除鬼波和消除海底相关多次波。现代地震数据处理分析技术通常分为时间域的常规处理和深度域成像处理，对油气资源勘探来说，后续的还将综合地质信息、测井、钻探岩心等进行综合解释性研究。

主要是指在时间域对数据进行排列、分选、去噪、反褶积、速度分析、正常时差校正（NMO）、叠加和叠后时间偏移等基本步骤。当存在反射面较陡或者断层发育时，可以进行叠前时间偏移处理。常规处理方法是建立在横向速度均匀假设基础上的，在实际应用中，通常需要满足地下介质参数在横向上不存在小尺度、剧烈的变化的情况。

（2）深度域处理

主要是通过迭代的方法建立地下介质参数的深度域模型，同时利用叠前深度偏移也获得地下波阻抗变化界面的反射率图像。相对于常规时间域处理来说，深度域处理能够更精确地刻画横向上小尺度、剧烈的介质参数变化，给出更清晰的断层位置和强波阻抗界面图像。主要方法包括：多源多道数据叠前深度偏移，偏移速度分析，反射波层析建模，折射层析建模、有限频敏感核层析全波形反演等。