深地震反射剖面探测技术发展现状

由石油地震勘探发展而来的深地震反射剖面探测技术,采用炸药震源、长排列、多次覆盖等方式接收来自地壳或上地幔的反射信号,经过去噪、校正、叠加、偏移等处理过程,可获得地壳尺度范围内的精细时间剖面,是研究深部构造特征、探讨构造演化过程的重要手段,发挥着其他地球物理方法不可替代的作用.深地震反射探测技术自上世纪由美国率先提出以来,经过几十年的发展历程,依托一系列的深部探测计划,获得了多条重要的深反射剖面,解决了包括造山带演化过程、盆地构造模式、矿集区深部构造特征等众多地质问题,得到了众多地质学家和地球物理学家的认可.目前深反射探测技术已经发展成为一种系统的、方法技术成熟的、结果可靠的深部结构探测方法,在关键地区也常常作为研究深部精细结构的先行军.我们通过总结近些年深地震反射剖面探测的实例,从采集技术、数据处理、综合解释等方面概述了深地震反射剖面探测技术取得的一系列新进展及应用,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、联合解释等.这些新技术的应用不仅有效提高了深地震反射剖面成像质量,也解决了深地震反射探测中面临的地形构造复杂、施工不便等问题,使得深地震反射探测在解决特定地区地质...     

粤东滨海断裂带第四纪活动特征研究

我国东南沿海滨海断裂带是1条活动强烈的地震构造带,位于珠江口盆地北缘的粤东滨海断裂带是其重要组成部分,确定该断裂带的几何展布位置与最新活动特征对科学评价华南沿海地区地震危险性、地震构造和地球动力学具有重要科学意义.通过综合分析近年来南海东北部海域地质地貌、地震反射剖面、深部探测、地震活动等方面的研究成果,总结了粤东滨海...     

青藏高原东缘深部地球物理与大陆动力学研究进展

经过数十年的努力,我国青藏高原深部地球物理与大陆动力学领域的研究呈现蓬勃的发展态势,取得了一系列研究成果.《地球物理学报》以青藏高原为专辑,集中在2017年6期刊发36篇文章,涵盖了青藏高原深部地球物理与大陆动力学方面的一批最新研究成果.这些工作涉及地震特性与大陆动力学、壳幔结构与地震各向异性、深部电性结构及密度结构等研究方向.本文将从这几个研究方向简要介绍收入本专辑论文的研究工作,分享青藏高原深部地球物理与大陆动力学的研究成果.     

我国深部探测技术与实验研究进展综述

深部探测技术与实验研究专项(SinoProbe,2008-2012)是我国历史上实施的规模最大的地球深部探测计划.专项开展了全国4°×4°、华北和青藏高原1°×1°的大地电磁阵列观测,建立了全国地球化学基准网(含78种元素),完成了青藏高原、华南-中央造山带、华北和东北等四条超长深地震反射剖面,部署了罗布莎、金川、腾冲、南岭、庐枞和铜陵等大陆科学钻探实验,开展了青藏高原东南缘和华北地区地应力监测;在我国东部长江中下游和南岭成矿带开展的矿集区立体探测卓有成效.同时,专项还开展了岩石圈三维结构与地球动力学数值模拟、大陆地壳结构与演化的综合研究.专项全面实施以来,已经完成约6000 km的深地震反射剖面,成功研究、实验了地壳与地幔深部探测的一系列技术方法,积累了丰富经验,极大地加快了我国深部探测的进度,在国内外产生了强烈的反响.专项实现了技术组合创新、技术进步与重大科学发现的并举,适应我国地质地貌条件和地壳/岩石圈结构特征,初步形成了具有不同层次、不同尺度、不同精度探测空间组合的深部探测技术方法体系,建立了若干各具地质特色的探测试验基地.专项实验已经取得了一系列重大突破与重要成果,深部探测关键仪器装备自主研发获得重大突破,为全面开展地壳探测工程的组织实施奠定了必要的技术基础.     

汶川地震和九寨沟地震断层作用及动力学过程研究进展——纪念汶川地震十周年

2008年5月12日汶川地震（M_S8.0）发生后,各部门组织开展了一系列汶川地震相关的地学研究,包括国家科技专项"汶川地震断裂带科学钻探"项目.经过十年的持续探究,在地震地质、震源物理、地震实验、地震动力学、深部地球物理和长期监测等方面研究取得了一系列重大突破与重要成果.在汶川地震十周年之际,《地球物理学报》集中在2018年第5期刊发39篇文章作为汶川地震十周年专辑,专辑涵盖了汶川地震和九寨沟地震断层作用与动力学过程以及相关领域的一批最新研究成果.这些工作涉及汶川地震断层作用、地震参数及地震动力学数值模拟、汶川地震前地震活动性与多参数异常、晚第四纪构造与地震活动及其地表作用、青藏高原东部壳幔结构与龙门山断裂带深部构造和九寨沟地震等六方面的研究.本文将从这六个研究方向简要介绍收入本专辑论文的研究工作,呈现地震断层作用及动力学过程等研究成果,为深入认识大地震孕育和发生过程提供重要的基础.     

我国地震的现今地球动力学研究的进展与方向

本文从活动构造、大陆地壳形变与现代地壳运动、地震活动区与大震震源区的深部探测及动力学、大陆强震区的地壳介质结构与地震成因、构造的物理及数值模拟、大陆岩石圈动力学以及地球动力学模型研究七个方面扼要介绍了近年来我国开展的与地震有关的现今地球动力学研究进展和取得的一系列新认识以及研究动向。在此基础上提出了微动态地球动力学，上地幔的非均匀性、深浅部构造关系及其动力学和地球动力学模型的理论研究三个应该优先发展的研究领域。     

闽西南大排多金属矿区地球物理响应特征与找矿启示

大排多金属矿区位于闽西南坳陷大田—龙岩次级坳陷带南部,政和—大埔深大断裂西侧,是福建省较大的多金属矿产地之一.随着找矿勘查的不断深入,对在该矿区外围和深部寻找隐伏矿床提出了迫切需求,但研究区地表地形崎岖、植被茂密,以往很少进行高精度大比例尺的综合地球物理调查,因此对隐伏的控矿构造、赋矿层位和火成岩体分布的认识远不能满足深部找矿的需求.本文实施了反射地震、可控源音频大地电磁剖面测量和大比例尺航磁面积性测量,在成矿理论和找矿模型的指导下采用反射地震真地表偏移成像技术、可控源音频大地电磁二维带地形反演技术和航磁数据精细处理与三维反演技术,提取识别了剖面浅层逆冲推覆控矿构造和赋矿层位的反射地震特征,与成矿关系密切的燕山期火成岩体的地震、电磁特征,以及控矿构造和隐伏岩体平面分布的航磁异常特征.在地表地质和已知钻孔岩心及物性的约束下,构建了剖面的综合地球物理的地质解释模型,包括浅层推覆构造和控矿地层分布,推断解释大断裂6条,次级断裂16条和3处较大的隐伏岩体分布,为深入认识研究区的矿床成因和分布规律,指导在外围和深部找矿提供了地球物理有效响应特征.     

中国地壳、上地幔精细结构和大陆动力学研究的序幕——从1958年柴达木沉积盆地深部地震反射探测看半个世纪来该科学领域的发展导向和启迪

喜马拉雅山系的崛起、青藏高原的隆升以及与成山、成岩、成盆、成矿和成灾相关的深层过程是东亚乃至全球地球动力学研究中最为重要的科学事件.1958年始在柴达木盆地的地震反射探测与地壳、上地幔精细结构和大陆动力学研究开启了青藏高原地球内部研究的先河,半个世纪以来它影响并引导着我国这一科学领域的发展和前进.本文为纪念地壳与上地幔精细结构和大陆动力学在中国的诞生而作.柴达木盆地壳、幔精细结构地震反射探测结果表明:柴达木盆地的沉积层巨厚可达15~19 km,且存在着迴折波和不同类型与路径的多次波.地壳厚达50~52 km,且存在着高速梯度夹层和低速层.Moho界带为由高、低速相间的薄层束组构,且上地幔顶部纵波速度为8.1 km/s.从这一基点出发,对包括柴达木盆地在内的青藏高原地球深部与地球动力学研究中的几个科学问题进行了思考!为今后青藏高原地球物理深化研究的内涵和布局提出了初步的见解.     

北京平原西北部地壳浅部结构和隐伏活动断裂——由地震反射剖面揭示

已有地质和地球物理研究结果表明,北京平原区存在有多条第四纪隐伏活动断裂和隐伏盆地.为了研究该区的地壳浅部结构、断裂的空间展布、断裂活动性以及深浅构造关系,2006年,在北京平原的西北部地区完成了1条60次覆盖的中深层地震反射剖面和跨断裂的浅层地震反射剖面.结果表明,沿剖面结晶基底埋深约为3～6 km在结晶基底以上,地震反射剖面揭示了一套连续性较好的强反射震相,应是新生代、中生代和古生代的沉积岩系;在结晶基底之下,为一系列横向连续性较差、能量较弱的短小反射事件,可能代表了变质程度较高的结晶变质岩系或不成层的其他岩体.中深层和浅层地震剖面揭示的断裂具有上下一致的对应关系和明显的第四纪活动,对本区地堑-地垒状盆岭构造和新生代地层厚度具有重要的控制作用.本项研究不仅可进一步提高对北京地区新构造活动的认识,而且研究中所采用的方法技术对其他地区的深浅构造探测研究也有借鉴意义     

地震海洋学回顾与展望

地震海洋学是利用反射地震勘探方法来研究海洋水体温盐结构的一门新兴学科.相对于传统的物理海洋学测量手段,其主要优势在于该方法有效的提高了水平方向的分辨率,并具有短时间内对整条海水剖面进行快速成像的特点.本文论述了地震海洋学在温盐反演、海洋内波、涡旋、海洋混合参数提取等方面的研究成果及发展趋势,并就水体的浅层结构地震影像分析及地球固液系统相互作用进行了探讨.今后地震海洋学有望在温盐剖面反演新算法、浅层水体结构信息的探索、固体地球与海水层之间相互作用的研究等方面取得进展,而新时期的地震海洋学研究有赖于不同观测手段的联合调查与分析.     

Deep seismic reflection profiling of sedimentary basins offshore Brazil: Geological objectives and preliminary results in the Sergipe Basin

The first deep seismic reflection profiles offshore Brazil were acquired in Campos Basin and processed to 10 s TWT in 1984. Starting in 1989, Petrobrás acquired an extensive data set of deep seismic profiles using special acquisition equipment capable of effectively penetrating through the sedimentary layers and imaging the whole crustal architecture. These deep (18 s TWT) seismic reflection profiles extend across the Atlantic-type marginal basins, from the platform to the deepwater province, presently considered frontier regions for petroleum exploration. This work addresses the geological objectives of a deep seismic profile in the Sergipe Basin and discusses the results obtained by integrating regional seismic, gravity and magnetic data. When combined, these data provide evidence that deep seismic reflectors observed in the Sergipe Basin are related to intracrustal-upper mantle structures rather than sedimentary features. The deep seismic reflection profile in the Sergipe Basin also suggests that, rather than a non-volcanic passive margin, the deepwater extension of this basin is marked by several magmatic structures, including thick wedges of seaward-dipping reflectors and volcanic plugs. These magmatic features are associated with basinforming processes resulting from lithospheric extension during the breakup of Gondwana in the Early Cretaceous and subsequent emplacement of oceanic crust. These results are compared to the crustal scale structures observed in the Campos Basin, in the southeastern margin of Brazil. The interpretation of the deep structure of these basins indicates that final separation between the South American and African plates formed passive margins characterized by different patterns of crustal attenuation underlying the rift blocks.     

背景噪声提取体波方法研究进展

地球深部结构探测是地球物理学的核心领域,而地震体波可以深入地球内部且分辨率较高,是研究地球内部结构不可或缺的技术手段。基于背景噪声提取高信噪比体波信号技术的迅速发展,极大地促进了地震学的发展和应用范围,使其在地球深部结构成像、城市浅层空间探测等领域日益发挥出重要作用。本文详细综述了如何利用地震干涉法及台阵处理技术提取出用于研究不同探测尺度（局部、区域、全球）的各类体波信号。其中,地震干涉法通过对地震台站记录到的波形信号进行互相关,抵消掉重合的射线路径,最后得到台站对之间的地震记录;而台阵处理方法是基于接收器台阵发展起来的数据处理手段,该技术不仅能够进一步提高信噪比（SNR）,而且能够获得方位信息。一般来讲,背景噪声中包含的体波信号能量远低于面波信号能量,提取难度大。本文着重介绍了Bin-叠加法、双波束方法（DBF）以及相位加权叠加法（PWS）,并对3种方法的适用条件进行了总结。      

地球内部壳幔介质地震各向异性与动力学响应

实际的地球介质十分复杂,远非当今人们所采用的理想模型可以概括,因为其属性和结构的变异是非均匀、非线性和各向异性的.在研究地球内部壳幔介质与结构、构造与属性差异、金属矿产资源和油、气、煤能源的勘查中,无论是区域构造格局、岩相和结构特征(如裂缝、破碎带、不同尺度的洞穴以及一些不规则几何体)均十分复杂.近年来基于成山、成盆、成矿、成岩和成灾研究的不断深化,对地下介质各向异性的研究受到广泛的关注.地震波动传播理论和介质与结构的物理属性研究结果表明:地震各向异性在成因上主要是由岩石、矿物和晶体的晶格优势取向、应力场异常变异和构造裂缝与深部物质运移造成的.为此,本文对14次地震各向异性会议的主体内涵进行分析,在此基础上,指出了在各向异性研究的发展进程中、特别是在应用中尚存在着的一些问题.在深化认识地球内部物质物理属性的基础上,探讨了S波分裂和偏振效应与地震各向异性与介质结构分区、构造活动,油气田勘探与岩相特征,裂隙与构造精细刻划和地震活动区(带)深部介质与构造环境的深层过程和动力学响应的关系.最后提出了地震各向异性在地球物理学发展中的作用和今后的任务.     

南北构造带岩石圈结构与地震的研究

南北构造带是中国大陆东西部大地构造的主要分界,也是大陆内部强烈地震发生的主要地区之一.2008年汶川MS8.0地震发生后,在南北构造带及周边地区进行了大量的野外科学考察、深部地球物理探测和流动地震观测,在岩石圈结构与构造、强震发生的深部构造环境和动力学过程等方面获得了重要的进展.本文综述近年来发表的一批研究成果,包括岩石圈结构的深部地球物理探测和成像,地震层析成像,地震各向异性和壳幔变形,与近期发生的强烈地震相关研究,以及与大陆动力学有关的研究等.自2000年以来,我国建成了具有1000多个地震台站的国家和区域地震台网.它们在实时为地震监测服务的同时,其产出的海量数据还提供用于地球科学研究.一批作者在国内外发表了研究成果,大大提高了对南北构造带的认识.我们虽然取得许多共识性的重要成果,但是也存在一些问题,发现不同作者的结论是相互矛盾的.其原因之一可能是,现有台网的数据成像分辨率和精度仍不足以识别在地壳深处的细节,例如在孕震尺度概念下的地震危险区.加强流动地震观测,提高台站分布的密度,取得高可信度的目标模型是解决问题的重要方面.近年来"中国地震科学台阵观测"计划在南北构造带上实施的大型流动台阵观测,结合固定地震台网的资料,加上高分辨率深部地球物理探测,以获得高可信度的地壳上地幔三维精细结构及物性成像,是提高地震科学和大陆动力学研究水平的一个有效途径.     

用有限元法正演京津唐地区二维构造的大地电磁测深资料

本文阐述在大地电磁测深工作中,用有限单元法,模拟计算京津唐地区二维地质构造的大地电磁响应。 文章前部分,论述了用有限单元法正演二维大地电磁测深曲线的原理及其数学公式推导。文章后部分,根据两条测线实测的大地电磁测深结果并结合其它地球物理探测资料,给出了两个二维剖面模型,并计算了两种极化的视电阻率曲线。两条实测剖面分别是横切唐山地震带的马兰峪—柏各庄剖面及横过北京地区北北东构造走向的文化营—王辛庄剖面     

High-resolution seismic imaging of crooked two-dimensional profiles in greenstone belts of the Canadian shield: results from the Swayze area,Ontario, Canada

In 2017, the Metal Earth multi-disciplinary exploration project acquired a total of 921 km of regional deep seismic reflection profiles and 184 km of high-resolution seismic reflection profiles in the Abitibi and Wabigoon greenstone belts of the Superior province of Canada. The Abitibi belt hosts several world-class mineral deposits, whereas the Wabigoon has sparse economic mineral deposits. Two high-resolution surveys in the Swayze area, a poorly endowed part of the western Abitibi greenstone belt, served as pioneer surveys with which to better understand subsurface geology and design a strategy to process other surveys in the near future. Swayze seismic data were acquired with crooked survey geometries along roads. Designing an effective seismic processing flow to address these geometries and complex geology required straight common midpoint lines along which both two-dimensional prestack dip-moveout correction and poststack migration processing were applied. The resulting seismic sections revealed steeply dipping and subhorizontal reflections; some correlate with folded surface rocks. An interpreted fault/deformation zone imaged in Swayze north would be a target for metal endowment if it extends the Porcupine–Destor structure. Because of the crooked line geometry of the surveys, two-dimensional /three-dimensional prestack time migration and swath three-dimensional processing were tested. The prestack time migration algorithm confirmed reflections at the interpreted base of the Abitibi greenstone belt. The swath three-dimensional images provided additional spatial details about the geometries of some reflections, but also had less resolution and did not detect many reflectors observed in two dimensions. Geological contacts between felsic, mafic and ultramafic greenstone rock layers are thought the main cause of reflectivity in the Swayze area.     

地球物理学及地球动力学研究与计算数学

地球物理学是20世纪,特别是在其中叶以后迅速发展起来的一门边缘科学.它以物理学、数学和信息科学为依托,并与地质学、地球化学密切结合;以研究和探索地球内部介质的属性、结构变异和深部物质与能量的交换、深层过程和动力学响应.这在促进社会与经济的发展和科学与技术的进步中占有重要地位,因为大量资源的需求和自然灾害的防范在人类生活和生存空间以及可持续发展中乃核心所在.在研究和探索这一系列的地球科学问题的进程中,首先必须通过地表进行高精度的地球物理探测、观测和高分辨率的数据采集,进而利用不同的数学方法反演计算地球内部介质的精细结构和其物理—力学过程与动力学响应.基于此,本文主要讨论了：1）地球物理学和地球动力学的发展趋势及特点;2）地球物理学的发展对计算数学的需求;3）地球动力学和数值模拟与计算地球物理学.最后对这些问题和基本导向进行了讨论.