Для двухслойной модели разлива нефти на поверхности акватории рассмотрены особенности отражения от неё микроволн, обусловленные обводнённой плёнкой нефтепродукта. Диэлектрические свойства воды в модели разлива учитывались по теории Дебая, а диэлектрические свойства обводнённой нефти — по теории, развитой для бинарных систем. Получены данные об изменениях коэффициентов отражения в зависимости от частоты, угла визирования, толщины нефтяной плёнки и содержания влаги в ней. Для частоты излучения $12,4$ ГГц проведены лабораторные измерения отражательных свойств поверхности воды с плёнкой водонефтяной эмульсии. Получены зависимости коэффициентов отражения от толщины плёнки для различного объёмного содержания водной фракции в нефти. Определены комплексные диэлектрические проницаемости водонефтяных эмульсий с заданным объёмным влагосодержанием. Чтобы описать полученные зависимости комплексной диэлектрической проницаемости эмульсии от объёмного влагосодержания, необходимо применять несимметричные формулы для смеси полярной и неполярной жидкостей.