南海北部陆缘OBS2018-H2测线地壳结构初步结果*

南海北部陆缘洋陆转换带实施的OBS2018-H2测线的地壳速度结构, 将为探讨南海张裂-破裂机制提供重要证据。文章介绍了OBS2018-H2测线前期数据处理流程, 包括多道反射地震数据处理、海底地震仪OBS (Ocean Bottom Seismometer)数据格式转换、炮点和OBS位置校正, 以及OBS震相的初步识别, 并对地壳结构进行了初步分析。结果表明: 炮点和OBS位置校正效果良好; 多道反射地震数据为建立初始速度模型提供了良好约束; OBS综合地震剖面识别了多组清晰的P波震相, 包括Pw、Pg、PmP和Pn震相。根据测线西侧OBS36、OBS37两台站的震相分布特征初步估算台站下方地壳厚度约为6~7km, 与根据多道地震剖面LW3的双程走时估算的厚度6~9km大致相符。     

南沙地块OBS2019-2测线数据处理与震相识别*

为揭示南海南部陆缘的地壳结构, 研究其张裂-破裂机制, 开展共轭陆缘对比, 我们在南沙地块礼乐西海槽附近的洋陆转换带上完成了OBS2019-2测线的探测工作。相较于北部陆缘, 南部陆缘已有的海底地震仪(ocean bottom seismometer, OBS)测线较少, 对深部地壳结构的研究也较少, 因此OBS2019-2测线就尤为重要。文章重点阐述了OBS2019-2测线的数据处理工作, 包括UKOOA文件制作、数据格式转换、位置校正、单个台站综合地震记录剖面的生成等, 然后在剖面图中对各类深部震相(Pg、PcP、PmP、Pn)进行识别追踪, 并建立初步的模型; 使用Rayinvr软件进行走时试算工作, 验证了震相识别的准确性。处理结果显示OBS2019-2测线的深部震相清晰, 最远震相可以连续追踪到120km以外, 数据整体质量良好, 能为后续速度建模和构造解释等工作提供坚实基础。     

南黄海OBS 2013海陆联合深地震探测初步成果

为了研究渤海—山东半岛—南黄海一线的深部构造特征,利用海区气枪震源和陆区爆破震源探测,于2013年在胶东、渤海和南黄海布设了一条海陆联合深部地震探测剖面。海陆联测剖面包括渤海和南黄海两条海底地震仪(Ocean Bottom Seismometer,OBS)测线和一条陆上地震测线,是首次在南黄海地区布设的OBS深地震测线。文章对南黄海段测线上的海底地震仪数据进行了数据预处理,其中包括地震数据解编处理、截裁处理等,结果表明,此次实验海底地震仪记录质量良好,可以清晰地识别出Ps、Pg、Pm P等多组震相,还首次观察到了来自千里岩隆起带上的P波震相,说明数据处理流程是可行的;再结合地质地球物理资料,初步分析了南黄海不同构造单元的震相特征,为下一步地壳速度结构的模拟及解释工作奠定了良好的基础。     

海底地形校正在正确拾取OBS震相中的重要作用

海底地震仪(ocean bottom seismometer,OBS)探测是获得海底深部地壳结构的首选方法。正确拾取OBS记录中折射/反射震相,对获得准确的深部速度结构非常重要。当OBS布设在崎岖海底时,起伏的海底地形会影响OBS地震记录剖面中Pg、Pm P、Pn等岩石圈内部震相的展布特征,如南海东部次海盆中横穿珍贝-黄岩海山链的A4M4地震测线和西南印度洋中脊横穿扩张脊的Y3Y4测线,强烈的地形高差变化增加了这些测线上OBS台站地震剖面的震相识别难度。在震相拾取之前,通过地形校正方法消除海底地形对震相的影响;地形校正后,根据震相视速度及其展布趋势可以准确地识别震相,有效地提高了震相识别的可靠性。地形校正方法在上述地区的震相识别与速度结构研究方面发挥了重要作用,同时为今后在其他地形变化复杂地区的OBS震相识别提供了经验与借鉴。     

西南印度洋洋中脊热液A区海底地震仪数据处理初步成果

在西南印度洋热液活动A区(49°39′E)开展的三维海底地震仪(OBS)探测实验为研究该区域的深部地壳/上地幔结构提供了重要基础,而OBS数据处理是获取研究区三维速度结构的基础环节。文章介绍了此次实验中所用的3种不同类型OBS(国产、法国和德国OBS)的数据处理流程,包括地震数据解编处理、截裁处理和地震信号的可视化处理;并以第2790炮为例分析了3种类型OBS记录数据的波形和频谱特征。结果表明,由于受不同类型OBS的频带、传感器和拾震器等影响,国产与法国OBS都能记录到长周期和短周期噪音,而德国OBS只记录到短周期噪音;但经带通滤波后,3种类型OBS都能够很好地压制噪音,突出有用的气枪信号;对比3种类型OBS(分别以OBS04、OBS08和OBS23为例)沿主测线X1X2的综合记录剖面,发现3种类型OBS都能够记录到多组清晰可靠的P波震相,如直达水波、Pg、PmP和Pn震相,为下一步A区的三维层析成像奠定了坚实数据基础。     

南海东部马尼拉俯冲带深部结构新认识*

2015—2018年, 国家自然科学基金重大研究计划“南海深海过程演变”的重点支持项目“南海东部马尼拉俯冲带深部结构探测与研究”以马尼拉俯冲带为研究重点, 从深部地球物理的角度探索南海形成演化史与运行规律。项目执行期间, 在国家基金委共享航次协助下, 先后开展和参与5次综合地球物理探测, 共投放海底地震仪(Ocean Bottom Seismometer, OBS)台站73台次, 海底电磁仪(Ocean Bottom ElectroMagnetometers, OBEM)仪器5台次, 累积放炮达13872炮, 成功获得了60台OBS数据和5台OBEM数据。同时, 取得了一系列创新性研究成果: (1)基于人工地震探测及天然地震层析成像结果, 确定南海东北部的地壳属性为受到张裂后期岩浆活动影响的减薄陆壳(12~15km), 划分了南海北部陆缘洋陆边界(Continent-Ocean Boundary, COB); (2)根据多道地震反射剖面, 划分了马尼拉俯冲带北部增生楔前缘的精细结构; (3)圈定了南海停止扩张时洋壳范围; (4)初步构建了南海与菲律宾海板块构造演化模型。本项目为重大研究计划“南海深海过程演变”核心科学问题(海底扩张的年代与过程)提供了实质性的证据, 同时为南海构造演化生命史的“骨架”提供了重要的基础数据, 具有深远的科学意义。     

南海南部海底地震仪试验及初步结果

采用德国SedisIV型海底地震仪(OBS)和中国科学院地质与地球物理研究所自主研发的OBS,以4×24.5L的大容量气枪阵列为震源,于2009年4～6月在南海南部开展了OBS试验,获得了两条勘测线,其中OBS2009-1测线(剖面1)从南海西南次海盆南部陆缘延伸到海盆中央,另一条OBS2009-2测线(剖面2)穿过礼乐滩东部向西北延伸进入海盆。由剖面2的14台OBS采集的广角地震反射、折射勘测地震数据可知,此次试验,OBS地震记录清晰、震相丰富,所使用的气枪有足够的能量输出,显示了其良好的工作能力,是一次比较成功的地震勘测。数据初步处理和初至波层析成像结果表明,礼乐滩地块的基底较高,很有可能与南海北部陆缘存在共轭关系,但与南海北部陆缘不同的是,北部陆缘有较厚的沉积层覆盖,而礼乐滩块体上的沉积层很薄;东部次海盆地壳明显被拉薄,海盆内的地壳也很薄,莫霍面埋深较浅。     

东沙群岛西南海区海底地震测线OBS2015-1揭示的深部地壳结构

为深入理解南海北部多道地震测线D80显示的深反射信息,沿此测线布置OBS(15台)地震测线(OBS2015-1),测线长300km,方向NNW—SSE,从水深800m陆坡延伸至3760m深海平原。文章利用Obstool软件进行预处理(位置校正和时间校正等)、震相识别,利用FAST tomography软件进行速度层析成像。速度结果表明,新生代沉积层速度1.6~3.5km·s-1,厚度约2km;中生界速度3.5~5.5km·s-1,平均厚度约3km。在洋陆过渡带处,沉积基底受新生代岩浆活动影响,有较大起伏。在上陆坡处,上地壳存在向上凸起约5km的高速异常,在多道地震剖面中表现为杂乱反射的背斜构造,上覆晚新生代地层也同步形变,推测可能是新生代晚期岩浆侵入造成。地壳厚度由陆坡的23~20km减薄至洋盆的8km。地壳下部存在7.0~7.6km·s-1的高速层,高速层由陆坡的5km左右逐渐递减至海盆的2km左右,因上陆坡和洋陆过渡带晚新生代岩浆活动活跃,作者认为地壳下部高速层是由海底扩张停止后岩浆侵入形成。     

海底地震仪数据处理及应用北大核心CSCD

海底地震仪(OBS)探测在国内进入了快速、自主发展的阶段,并得到广泛应用。目前国内OBS探测以国产仪器及国内科研队伍为主,主要用于海底地壳结构研究及海洋地震监测。介绍了国内OBS广角地震数据处理及速度成像的主要方法,并综合分析了前人提供的不同岩性纵横波速比特征。(1)OBS数据处理包括解编、裁截、时间和位置校正、水平分量旋转(横波处理特有)及其他增强信噪比、提高分辨率的过程。(2)利用rayinvr拟合来自不同界面的反射及折射纵横波,完成已识别震相的确认,得到合理的速度结构。(3)纵横波速比与岩性、孔隙填充物及孔隙度等压实因素息息相关。不同岩性的岩石Vp/Vs与波速的关系分布在不同的区间内,未压实的沉积层普遍具有较高的波速比,含有流体的岩石比含有气体的岩石泊松比要高。     

南沙地块海底地震仪转换横波震相识别最新进展

通过挖掘海底地震仪记录的转换横波信息,可以促进对地壳岩性、均质性的认识。以南海南沙地块OBS973-1剖面上18个台站的数据为实例,阐明了海底地震仪横波震相识别的方法。首先对三分量OBS(Ocean Bottom Seismometer)地震数据进行带通滤波、维纳滤波、极化滤波等去噪处理,然后利用能量扫描法求得极化角进行水平分量坐标旋转,求取最佳径向分量。数据处理结果表明,相对于OBS记录的磁罗盘方位角,能量扫描法求取的极化角更为准确可靠。最后通过OBS973-1地震剖面垂直分量与径向分量上的纵横波走时对比、质点运动轨迹、速度模型试算等手段,进一步确定了转换横波震相的类别。在南沙地块OBS探测中成功地在10个台站中识别出了PgSs、PnSc、Pms等震相,不仅可以为下一步横波速度结构模拟提供坚实的数据基础,而且可以为今后OBS转换横波在其他地区的有效应用与推广提供借鉴。     

海底地震仪数据处理及应用

海底地震仪(OBS)探测在国内进入了快速、自主发展的阶段,并得到广泛应用。目前国内OBS探测以国产仪器及国内科研队伍为主,主要用于海底地壳结构研究及海洋地震监测。介绍了国内OBS广角地震数据处理及速度成像的主要方法,并综合分析了前人提供的不同岩性纵横波速比特征。(1)OBS数据处理包括解编、裁截、时间和位置校正、水平分量旋转(横波处理特有)及其他增强信噪比、提高分辨率的过程。(2)利用rayinvr拟合来自不同界面的反射及折射纵横波,完成已识别震相的确认,得到合理的速度结构。(3)纵横波速比与岩性、孔隙填充物及孔隙度等压实因素息息相关。不同岩性的岩石Vp/Vs与波速的关系分布在不同的区间内,未压实的沉积层普遍具有较高的波速比,含有流体的岩石比含有气体的岩石泊松比要高。     

台湾海峡OBS地震记录中二次Ps震相的特征及应用

在海底地震仪(ocean bottom seismometer, OBS)广角地震记录剖面上, 经常可以见到震相清晰且连续的多次波信号, 多次波和初至波是由相同的震源信号产生的, 也是地壳真实结构的反映。但是在通常的OBS数据处理过程中, 经常将多次波作为无效信号剔除掉, 对其属性及应用的研究比较少。文章通过对台湾海峡南部OBS探测测线HXN01数据的处理, 对多个台站记录到的二次震相进行了识别与拾取, 并以OBS0106台站为例, 对识别出的二次Ps震相进行了系统的研究分析, 发现二次Ps震相的波形特征和质点运动轨迹与初至震相相似, 但波形最大振幅值明显大于初至震相。通过Rayinvr射线追踪方法模拟, 确定了二次Ps震相的主要反射层, 并发现加入二次震相后, 台站下方浅部沉积层射线覆盖密度有显著提升, 射线覆盖的区域也明显增加, 为沉积层精细结构的反演提供了更为丰富的数据基础。另外, 对理论模型的地壳结构进行加入二次Ps震相前后的反演测试, 结果显示加入二次Ps震相数据后, 沉积层的界面深度误差得到明显的改善。     

OBS记录的时间和定位误差校正

根据地震波传播的时距关系,利用海底地震仪子母钟对时记录、测深数据和近炮点数据,使用数据处理软件OBSTOOL,对南海北部采集的海底地震记录进行高精度时钟校正处理。通过反演确定放炮延迟和海底地震仪的漂移参数,为准确反演速度奠定了基础。分析结果显示,南海北部OBS数据放炮延迟为1.278s,最大时钟校正量为2.394 s,OBS偏离测线最大距离为652m,这些将会导致浅层正、反演结果不准确,影响BSR的正确识别。     

珠江口区域海陆联合三维地震构造探测的数据处理与震相识别

以海上气枪和陆地人工爆破作为震源,利用陆地流动地震台站、固定地震台站和海底地震仪(OBS)同步接收信号,首次在南海北部珠江口区域进行了海陆联合三维地震构造探测。文章详细介绍了此次海陆联测的地震数据采集和观测系统、数据预处理方法和震相识别。固定、流动地震台站和OBS大部分均能较清晰地识别出多种震相,包括Pg、Pc P、Pm P、Pn、Sg等深部震相。气枪和人工爆破震源的联合使用以及海陆密集台站的同步接收信号,有效地提高了海陆过渡带的射线覆盖和交叉程度,为获取研究区海陆过渡带的地壳精细结构奠定了基础。     

珠江口外潜在强震区海陆地震联测的初步结果

海陆地震联测是研究海陆过渡带深部地壳结构的有效的地球物理方法。为了研究珠江口外潜在强震区的深部发震构造,对比分析了2004年和2010年珠江口外海陆地震联测的数据特征,重点对2010年海陆地震联测实验的OBS2010-1测线进行分析。通过对该测线采集数据的初步分析可知,此次实验数据质量较高且完善性好,多道地震探测获得了清晰的浅部结构,固定地震台、流动地震台和海底地震仪记录的震相信息丰富,固定台接收气枪信号的最远接收距离约为360km,为研究该潜在强震区的深部发震构造打下了良好的基础。     

OBS纵波资料镜像叠前时间偏移处理

四分量海底地震仪(OBS)是一种新的接收仪器,其获得的地震数据信息量大,整体信噪比较高,频率成分丰富,具有较高的使用价值。OBS用于研究深部地壳结构已取得较好进展,但较少应用到油气勘探和盆地研究中。在南海西北部采用大容量气枪阵列(0.083m3)作为震源、利用OBS记录气枪震源的反射和折射信息,在油气勘探中是一种新的尝试。为正确使用OBS地震资料,必须采用不同于常规地震资料处理的方法,文中开拓性地使用了镜像叠前时间偏移处理方法。镜像叠前时间偏移处理方法是利用海面多次波进行成像的技术,包括OBS资料矢量保真处理、P分量(压力分量)和Z分量(垂直分量)的叠前处理和镜像叠前时间偏移处理等;其中矢量保真处理主要进行检波点位置二次重定位和检波点方向重定位及倾角校正,P、Z分量的叠前处理包括零相位化处理与地震道修改,P、Z矢量合并(P and Z summation)、剩余静校正、镜像叠加和多次波衰减等。采用镜像叠前时间偏移处理方法获得的剖面获得了较好的成像效果。     

南海中北部OBS2006-3地震剖面中横波的识别与应用

纵横波联合探测可以获得丰富的地下结构信息.纵横波速比和岩石泊松比在预测岩石圈的岩性、物性等介质属性方面有重要的作用.通过对比南海中北部OBS2006-3地震剖面垂直分量和径向分量上的纵横波走时、视速度以及质点运动轨迹,识别出了转换横波震相.本文以OBS8和OBS10台站的数据为例,说明了横波识别的方法,并在拟合好的P波速度模型基础上,利用RayInvr软件对转换横波震相进行了射线追踪,确认了PwSs3、PgSs3、PmS等几组转换震相,计算了这两个站位下的波速比和泊松比.根据OBS2006-3测线下地壳高速层的P波速度(Vp=7.20-7.25 km·S-1)、S波速度(Vs=4.20-4.23 km·s-1)、泊松比(0.24)等参数,初步推断下地壳高速层是由上地幔岩浆底侵作用形成.     

无震脊或海山链俯冲对超俯冲带处的地质效应

全球海底分布着众多的无震脊或海山链,且在太平洋、印度洋及大西洋均存在靠近俯冲带的海岭。除小安德列斯弧外的巴拉克达脊和蒂勃朗脊起源自转换断层外,一般认为它们由与板块构造动力学迥异的地幔柱动力学所形成的。在板块汇聚边缘处,与扩张脊处所形成的正常洋壳一起,无震脊或海山链俯冲于陆缘弧或洋内弧之下,其对弧及弧后地区的地质效应(构造、地貌、地震以及岩浆作用等)有别于正常洋壳俯冲。无震脊或海山链的俯冲通常造成俯冲带地区的上驮板块的局部异常抬升、俯冲剥蚀作用效应的加强、海沟的向陆迁移以及地震强度的增加。同时,无震脊或海山链俯冲时,其携带的具富集地球化学特征的物质不仅影响着地幔地球化学,也对弧及弧后火山熔岩化学产生明显影响,并对超俯冲地区的热液矿床的形成产生重要影响。最后,本文指出了我国有关无震脊或海山链俯冲的可能的研究方向包括黄岩海山链俯冲对吕宋岛弧的可能影响、印度洋无震脊俯冲对青藏高原局部地区的影响,有我国学者参与的IODP344航次的研究对象——科科斯脊俯冲对哥斯达黎加地震成因的效应以及位于西太平洋地区靠近俯冲带的一些无震脊等。     

台湾岛与吕宋岛之间的马尼拉海沟北段地壳结构和变形

菲律宾海板块沿台湾岛和吕宋岛之间东倾的马尼拉海沟向欧亚板块仰冲。板块汇聚边缘自南而北逐渐由南海岩石圈的正常俯冲过渡到台湾造山带的初始碰撞。与俯冲相关的地震遍及台湾附近，往台湾方向增生体急剧增宽。为了认识这种以俯冲一碰撞转换带为特征的汇聚板块边缘，我们分析了12条位于吕宋岛与台湾岛之间横切马尼拉海沟的地震反射剖面。结果显示，南海海盆北部基底通常向东和向南倾。在马尼拉海沟北段，海沟充填沉积物南部比北部多，t0层序界面是近海沉积与海沟充填沉积物的界面。可能由于台湾地区的碰撞作用，t0层序北部坡度更平缓或者被抬升。构造分析显示，马尼拉海沟北段俯冲地壳具有三个特征带：正断层带（NFZ）、原始逆冲带（PTZ）和逆冲带（TZ）。正断层带主要由俯冲地壳顶部或上部的一系列正断层组成，在接近深海沟的部位，这些正断层逐渐被海沟充填沉积物所覆盖，暗示正断层带发生在地壳开始弯曲、并引起上部沉积层重力变化的地方。由于增生体附近板块边缘强烈的汇聚作用，一些被埋藏的正断层而被活化为隐伏逆冲断层。原始逆冲带位于正断层带和增生体的前缘逆冲带之间，含隐伏的逆冲断层或者褶皱而不是逆冲断层。海沟区正断层、隐伏逆冲断层和逆冲断层在地壳结构中的连续分布，指示隐伏逆冲断层是沿着之前拉张正断层的位置发育的。上部沉积层的脆性变形很可能是强烈的挤压作用和水分较少的原因所致，最终隐伏逆冲断层可能向上发展，成为海底逆冲断层。     

马里亚纳海沟俯冲带深地震现状对马尼拉海沟俯冲带的研究启示

综述了马里亚纳海沟俯冲带二维(2D)和三维(3D)深地震探测的研究进展,要点如下:1)伊豆—小笠原岛弧下方玄武质火山岩的物质成分基本一致,中地壳的速度特征与陆壳相似,岛弧底部镁铁质到超镁铁质的壳幔过渡层(crustmantle transition layer,CMTL)通过拆沉(delamination)等作用返回地幔,实现由岛弧到陆壳的演化;2)不同年龄的洋内岛弧具有不同的速度结构特征,说明它们的地壳密度不同,可用不同的模型来解释;3)岛弧体系中速度结构及演化历史在时间和空间上的特征变化,揭示了俯冲开始时洋壳和地幔的属性以及俯冲开始的原因。马尼拉海沟与马里亚纳海沟相比,虽然地质背景不同,但研究方法可以借鉴。今后的马尼拉海沟俯冲带探测的重点包括海底地震仪2D/3D联合探测、海底电磁探测,以及天然地震的长期观测等。马尼拉海沟项目的实施将加深对俯冲带运行机制的认识。