基于OBS数据的南黄海沉积地层速度结构特征

南黄海盆地是在前古生代变质基底及中-古生代海相沉积基底之上发育起来的中-新生代陆相叠合盆地.本文基于南黄海深部地学探测的主动源地震数据(OBS2013测线),通过多尺度层析成像方法利用初至波走时反演得到测线下方沉积层的纵波速度结构,结合多道地震、重、磁等资料,综合分析南黄海盆地北部沉积地层的特征.结果表明,OBS2013测线下方的地层纵、横向上有多个速度分界面,纵向上以印支面为界,下部挤压与上部伸展地层速度分别呈现高、低速特征;横向上表现为众多断裂,断裂控制了盆地发育,个别断裂发生走滑.断裂将速度剖面划分为四个纵波低速区和五个高速区,6km深度以内纵波速度的低值区(<4.5km·s-1)是中-新生代沉积地层;而高值区(>5km·s-1)归属于不同的形成机制:北部高速区对应千里岩隆起区的变质岩,中部高速区是被挤压的海相沉积地层,南部高速区属于中部隆起,为埋藏较浅、但厚度较大的中、古生代海相地层,部分位置可能含有火成岩.北部坳陷的中、南部区域,在陆相中-新生代沉积盆地之下的海相地层中发育砂岩,该区域(埋深不超过6km)的砂岩沉积分布于约2km厚度的地层中.     

中沙海域的广角与多道地震探测

由于浅滩和暗礁广布,中沙海域(环礁区)长期以来处在南海地震探测的空白区域.为了揭示该区域的地壳结构及地层-构造特征,进而全面刻画南海陆缘新生代伸展过程,我们首次在中沙及其邻近海域完成了1条广角地震测线OBS2017-2和4条多道地震测线的数据采集.对得到的海底地震仪(OBS)数据进行了格式转换、位置校正等初步处理,识别了来自地壳深部的震相并对中沙环礁地壳结构进行了正演模拟;对穿过中沙环礁的多道地震剖面进行了地层-构造解释,共划分出6套地层.OBS2017-2测线处理结果显示,其数据质量良好,深部震相清晰,且位于环礁内的台站震相延伸较长,可达100km以上.中沙环礁地壳性质为轻微减薄的坚硬大陆块体,厚度约为25km左右.多道地震剖面显示,环礁之上沉积层厚度较薄,除环礁西南部存在一条基底断裂——"排洪-美溪断裂"外,基本不存在其他构造-岩浆活动.而在环礁坡脚周缘,有广泛的岩浆侵入和喷出体的存在.中沙环礁上较薄的上地壳厚度和沉积特征指示了该区域可能在古新世时期经历的强烈暴露剥蚀作用.中沙海域最新开展的广角和多道地震探测填补了南海地质地球物理研究的空白,为解读该区的构造-沉积演化提供了数据基础.     

复杂地质结构OBS地震剖面震相识别方法

震相识别对获取深部速度结构至关重要.横穿加瓜海脊的T1测线东段,地形高差达3 km,沉积厚度相差约2 km,沉积基底变化复杂,对海底地震仪（OBS）地震剖面的震相识别增加了难度.本文以该测线东段OBS数据为例,采用地形校正、基底校正、多次波识别、正演模拟、走时投影等多种手段,开展了复杂构造的OBS震相识别研究,获得了测线下方深部速度结构模型.结果表明,采用的方法对复杂地质结构下OBS震相识别是行之有效的,相比传统的方法提供了更多且准确的震相走时信息,获得的速度模型更加可靠.     

浅层结构不确定性对广角地震走时正演模拟结果的影响——以西沙地块OBS2011-1测线为例

海洋地球物理勘探中常使用多道地震数据建立浅部地层模型,结合海底地震仪广角地震数据进行射线追踪和走时反演求取地层速度特征.受采集环境和成本限制,部分海底地震仪测线缺少同步采集的多道地震数据,建立的初始模型其浅层结构有较大不确定性,可能会对正演模拟结果造成严重影响.本研究针对海底地震仪广角地震走时模拟中浅部结构的不确定性因素,使用RayInvr软件构建了理论模型和走时数据体,分析讨论了初始模型沉积层厚度与速度变化对正演模拟结果的影响.之后进行实测数据处理,在MCS2019-3测线数据的约束下建立初始模型,对OBS2011-1测线震相重新进行了走时拟合,将得到的模型结果与先前结果进行对比,得到以下结论:沉积层厚度及速度不确定性对走时模拟结果的浅部结构影响较大,深部结构影响较小;使用错误的速度与基底深度组合来拟合沉积层反射震相PsP,会使台站下方的地壳和地幔折射震相Pg和Pn,以及莫霍面反射震相PmP都出现走时小起伏,走时提前对应沉积层速度与厚度偏大,走时延后对应沉积层速度与厚度偏小;PsP震相缺失时,不同的速度-深度组合都可以很好地拟合震相,但会增加结果的不确定性.     

三维OBS探测实验中炮点和OBS位置校正新方法

炮点和海底地震仪(ocean bottom seismometer,OBS)位置校正是三维地震数据处理的基本环节,也是获取高精度三维速度结构的关键所在.本文基于南海洋陆转换带(Continental-Oceanic-Transition zone,COT)IODP367/368钻探区开展的三维OBS深地震探测数据,开展了炮点及OBS位置校正研究,新的校正方法主要体现在三个方面:(1)利用连续三个炮点的平均航向对中间炮点进行位置校正,更真实地反映气枪枪阵与船体之间的软连接状态;(2)根据"滑动窗口"思想将海水声学速度阈值划分成N等份,通过循环测试获得全局最优的OBS位置校正结果,改进了前人方法只能获得局部最优解的问题;(3)针对单条测线穿过的OBS,通过加入其临近测线的直达水波走时,构成视双测线OBS位置校正法,提高了校正精度.49台OBS位置校正结果表明,除3台单测线法校正的OBS在垂直测线方向存在较大不确定性外,其余误差范围均为35m左右.本文改进的OBS位置校正方法,不仅提高了单条测线穿过的OBS位置校正精度,保证后续三维地震结构研究的可靠性,而且为今后类似的OBS位置校正提供了经验和借鉴.     

穿越东沙隆起和潮汕坳陷的OBS广角地震剖面

为了探明南海中北部陆缘深部地壳结构,使用2D射线追踪正演和反演方法,拟合了一条南海中北部陆缘的OBS广角地震剖面(OBS2006-3).该剖面穿越东沙隆起和潮汕坳陷,长319 km,NNW-SSE走向,共投放海底地震仪14台.速度结构模型表明:潮汕坳陷存在巨厚的中生代沉积,最大厚度达到8 km,速度从顶部的4.4 km...     

海底地震仪浅海广角探测的数据特征与噪声组合压制——以南黄海OBS2016测线为例

2016年6月在南黄海海域实施了海底地震仪(OBS)的二维深地震探测.本文详细分析了在该次地震探测中获得的浅水水域OBS数据的特征,提出了噪声的组合压制方法.研究表明,浅海水域的OBS数据在系统时间、能量及子波等方面存在明显差异,海底多次波干扰严重、有效频段中陷波问题突出,原始台站记录信噪比低、品质差、大炮检距的有效震相难以识别和拾取.本文提出的噪声组合压制处理技术与流程,主要由基于统计子波反褶积的子波整形、基于多项式插值的t-x域线性噪声压制和采用自动搜索的海底多次波压制等三部分组成.净化处理之后,反射/折射震相的波组特征清晰,信噪比得到有效改善与较大提高,可识别震相的范围较常规处理平均扩大60%以上.本文完善了浅水区OBS数据处理的步骤与流程,将为后续地壳结构研究提供可靠的基础数据,可更好的服务于地壳深地震及油气资源的探测.     

三维地震与OBS联合勘探揭示的神狐海域含水合物地层声波速度特征

以三维高分辨地震与海底高频地震仪（OBS）联合勘探数据为基础,获得海底之下沉积层的地震反射成像剖面及多波信息,并以此确定研究区含天然气水合物沉积层的纵、横波速度的变化特征.根据走时反演获得的横波速度与纵波速度对比分析发现,研究区海底之下500 m深度范围内的某些沉积层具有较高的纵横波速度,这一纵波速度升高区域与水合物稳定带对应,而纵波速度下降并且横波速度变化较小的区域,可能与游离气的存在相关.游离气的可能存在与基于这一区域2007年钻探测井结果的普遍认识不完全相符.     

海底天然气水合物OBS多分量地震正演模拟（英文）

根据Ecker的水合物沉积物的三种微观模式,计算含水合物沉积层和含游离气沉积物的弹性模量,分析对比了水合物的不同微观模式、不同水合物饱和度以及不同游离气饱和度对沉积物弹性模量的影响;从纵横波分离的弹性波动方程出发,采用交错网格空间有限差分方法模拟地震波在海底天然气水合物沉积地层的传播,得到纵、横波的海底地震（OBS）共接收点道集。数值算例表明,当水合物作为流体的一部分或胶结颗粒骨架时,仅纵波记录上存在BSR;当水合物胶结颗粒接触,纵、横波记录上均存在BSR。并且,OBS会接收到上行纵波和上行横波在海底界面形成的转换波,干扰横波记录上BSR的识别。     

海底水合物OBS数据全波形反演数值例子

海底地震仪(OBS)广泛应用于海底天然气水合物的调查研究中.通过走时反演获得含水合物沉积层的速度结构是利用OBS数据研究水合物的常用方法.受限于射线理论的高频假设,走时反演结果的分辨率较低.全波形反演方法能够提供高分辨的速度结构.理论上,低频、大偏移距的OBS数据非常适合于全波形反演.但OBS观测方式存在接收点较为稀疏以及接收点位置不确定的问题,OBS的稀疏性以及位置误差可能会影响反演的可靠性以及稳定性.利用南海北部陆坡水合物勘探区的信息建立了数值模型,根据实际的OBS观测参数模拟地震数据,利用频率域全波形反演方法对模拟数据进行全波形反演.结果表明:(1)利用稀疏的OBS数据(OBS间距200 m)进行全波形反演,可以获得稳定的反演结果;(2)全波形反演的结果分辨率较高,能够显示出含水合物沉积层的速度异常;(3)OBS的位置误差对全波形反演的结果影响较大,在我们的数值例子中,当位置误差为12.5 m时,反演结果与真实模型接近,而当位置误差达到25 m时,反演结果中出现较多的高频假象.     

基于HVSR谱比法研究场地反应非线性特征

针对汶川地震近断层的众多量大面广的Ⅱ类场地,选用理县木卡台作为研究对象,采用主震、余震和地脉动记录,基于傅里叶谱HVSR谱比和速度反应谱HVSR谱比结果,研究场地反应的非线性特征。结果表明:主震、余震、地脉动的速度反应谱HVSR谱比曲线平滑,峰值突出,清楚地给出了场地的卓越频率;场地地震反应随着PGA的变化出现明显的非线性反应,随着PGA的增大,小于100 gal余震、100～200 gal余震、200～300 gal余震以及主震的记录中场地卓越频率有向低频偏移的趋势。     

海底地震仪对海上地震定位精度的提升作用——以南澳外海域M_L2.8级地震为例

由于海底地震台站的缺乏,如何提高海域地震定位的精度是目前地震学家面临的问题之一。南海北部陆缘作为板内地震的活跃带,其微震活动在华南沿海和近海海域频发,海上由于未布设相应的地震台网,因此对近海海域地震尤其是微震的定位精度极低。利用2012年南海东北部海陆地震联测期间两台海底地震仪(Ocean Bottom Seismographs,OBS)所记录到的南澳外海域发生的ML2.8级地震为例,对比分析OBS数据加入前后对地震定位结果的影响。这是首次在南海北部陆缘利用OBS联合陆上地震台网对天然地震进行定位的对比研究,结果说明了近海海域OBS的布设将会对我国沿海地震定位精度的提升、地震活动性的特征以及海域断裂构造的研究具有极其重要的意义。     

利用HVSR方法研究广州地区的场地效应及估算地震灾害特征

为获取广州地区的场地效应和沉积层分布情况,2018年初于广州地区布设了100台流动台站进行背景噪声观测。文中利用HVSR方法得到了表征场地效应的共振频率和放大倍数2个参数的分布结果,并利用共振频率-沉积层厚度转换公式得到了广州地区的沉积层分布。文中综合考虑共振频率和放大系数,同时得到了广州地区表征场地易破坏程度的K值分布。研究结果显示:广州地区的共振频率为1～6.5Hz;沉积层厚度整体较小,多为10～25m,珠江下游最厚,达40m;研究区场地整体易破坏程度低,极少区域超过安全值(K20),表明在地震灾害中较为安全。文中结果与地表地形及公开的钻孔数据相符,可为城市整体工程扩建和防灾减灾工作提供基本参考。     

OBS广角地震探测中二次反射Pg震相特征及在地壳结构成像中的作用

在海底地震仪(OBS,Ocean Bottom Seismometer)广角地震探测中,经常可以见到能量很强、连续性很好的多次波震相,但对于如何确定这些多次波的属性以及怎样充分利用它们来约束地下的结构特征,至今还缺乏详细的研究.本文利用南海北部已获取的OBS探测数据,对与地壳折射Pg震相近乎平行并紧随其后的二次反射Pg震相进行了系统分析研究,发现在实测OBS地震记录剖面上,二次反射Pg震相具有连续、清晰、可追踪偏移距较远(约60km以上)等特点,其地震波形和粒子运动轨迹与初至Pg震相相似,但二次反射Pg震相波形最大振幅值和粒子震动能量明显比初至Pg震相大.通过理论模型模拟以及对实测地震剖面三种不同反射层路径的走时计算,确定了二次反射Pg震相主要来自沉积层的反射.在此基础上,对二次反射Pg震相在地壳结构成像中的作用进行分析,发现加入二次反射Pg震相前后,由于反射震相的增加,沉积层界面的约束程度得到极大的提高;另外,通过对理论模型和实测剖面OBS2010地壳结构进行加入二次反射Pg震相前后的分辨率测试,结果发现加入二次反射Pg震相数据后,由于射线密度的增加,沉积层和上地壳结构的成像分辨率有显著改善.     

南海西南次海盆与南沙地块的OBS探测和地壳结构

跨越南海西南次海盆南部陆缘和南沙地块中部的OBS973-1测线是南海南部首次采集的海底地震仪(OBS)广角反射与折射深地震测线,本文通过震相分析和走时正演拟合,获得了沿测线的二维纵波速度结构模型.模拟结果显示表层沉积物速度2.5～4.5 km/s,厚度1000～3000m,局部基底面起伏较大.结晶基底的速度从顶部的4....     

利用地脉动HVSR研究2014年鲁甸6.5级地震场地效应

2014年鲁甸6.5级地震导致龙头山镇位于洪积扇上的大量房屋倒塌,而位于河流阶地上的房屋破坏相对较轻。为找出造成该震害差异的原因,在龙头山镇布设间距50～200 m的高密度观测台阵进行连续地脉动观测,采用HVSR谱比法来研究该地区的场地地震响应,确定场地的卓越频率和放大系数。结果表明:HVSR谱比结果与钻孔资料给出的结果较为一致,位于洪积扇上的场地HVSR峰值频率介于1.5～5.0 Hz,河流阶地上的峰值频率多介于6.0～10 Hz,卓越频率值相对较小(5 Hz以下)的场地与地震中破坏最严重的区域较为相符。     

柴达木盆地东部三湖地区四系米兰柯维奇旋回分析

自然伽马曲线包含丰富的地质信息，能够很好地反映由气候变化引起的地层旋回.本文采用频谱分析对柴达木盆地三湖地区第四系自然伽马测井曲线进行了系统分析.作为频谱分析方法之一的快速傅里叶变换能够将自然伽马曲线从时间（深度）域转换为频率域，然后分析每一个峰值频率的波长及其相互之间的比率关系，寻找那些波长比率与米兰柯维奇周期比率相同或相似的频率，从而捕获高频旋回信息.研究结果表明第四系地层中很好地保存了高频的米兰柯维奇旋回，这样的沉积旋回主要由地球轨道的周期性变化而导致的古气候变化引起的.偏心率周期引起的地层旋回厚度变化范围在92.00~115.00 m之间，黄赤交角引起的地层旋回厚度变化范围在24.55~63.43 m之间，岁差引起的地层旋回厚度变化范围在16.8~26.35 m之间.黄赤交角和岁差是影响该区米兰柯维奇旋回的主要因素，其中岁差的影响最大，而偏心率的影响最小.     

南海北部东沙海域天然气水合物的初步研究

利用地震、测井与地温资料综合分析了南海北部东沙海域可能存在的天然气水合物的分布特征.研究表明,在东沙海域地震剖面上出现似海底反射层、弱振幅带等天然气水合物分布标志,在声波测井曲线上呈现高速、速度倒转等天然气水合物存在特征.似海底反射层的深度与1144站位,及平均地温梯度资料得出的稳定带厚度较吻合.1144站位与1148站位似海底反射层距海底较深,分别为654m与475m.在1144站位附近,弱振幅带的顶界可能代表含天然气水合物沉积层的顶界,约在450m左右.     

南海南部海域中中新世(T3界面)构造变革界面地震反射特征及构造含义

南海南部海域油气资源丰富,由于盆地沉积厚度大、沉积相横向变化快和构造演化复杂等原因,致使该海域新生代地层的划分方案差异大,地层时代的认识也存在较大分歧,这极大地制约了对盆地油气资源评价的正确认识.本文在总结国内外不同分层方案基础上,通过收集国外在南海南部深水区两口关键钻井的资料,开展曾母和北康两盆地重处理二维地震剖面的构造-地层解译,以及联井剖面的井震对比,重新识别和标定新生代重要构造变革面的地震反射特征.根据海域钻井、地层岩性、沉积环境、构造应力体系和古生物资料的综合对比研究,结合婆罗洲陆地测年结果和区域构造事件,重新厘定中中新世T₃构造变革面的发育时代,年龄为15～17 Ma,分析了该界面的构造含义,认为其是南海海底扩张停止的一个构造响应界面,在南海南部海域对应南沙运动,在北婆罗洲地区表现为沙巴造山运动.     

立体气枪阵列延迟激发震源特性及在浅海区OBS探测中的应用

利用中、小容量气枪组成的立体气枪阵列延迟激发震源和海底地震仪(OBS)在我国北部浅海海域开展了人工地震深部地球物理探测试验.基于水深条件和压制水体虚反射、提升低频能量的需要,使气枪震源有足够的输出能量和高品质子波特性,研究了立体气枪阵列延迟激发震源工作机理,经远场子波理论模拟优选了组合参数并进行了海上试验工作.结果表明,中、小容量气枪组成的立体气枪阵列延迟激发震源,适应了浅水海域的激发环境,降低了由虚反射造成的局部陷波和干扰作用,有效地改善了OBS信号的品质,获得了Ps,Pg,PmP,Pn等多种震相.创新了由中、小容量气枪组成的立体气枪阵列延迟激发震源在浅海区OBS探测中的应用,也填补了南黄海海域深地震探测数据的空白,为南黄海、渤海深部地壳结构研究及含油气盆地形成演化研究提供了重要的基础资料.