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。     

海陆地震联测流动台站布设及信号分析

利用海上大容量气枪作为震源,陆上固定台网和流动台站作为接收台阵的海陆地震联测试验在南海北部已开展多次,其中流动台站的布设一直是野外试验中至关重要的工作之一。作者以2011年海南岛海陆地震联测试验为基础,对野外流动台站的布设过程及注意事项进行了分析总结;从同一震源不同台基记录信号的差异性、不同震源同一台基记录信号的变化特征以及相近接收距离不同台基记录的信号特征等方面对以下3个不同类型台基上流动台站接收到的气枪信号进行了对比分析,发现接收到的气枪信号与台基的稳定性、环境噪音的大小存在紧密关系。在相近接收距离下,当布设台基为山脚成片的基性岩石时,流动台站接收到的信号信噪比很高,且波形持续时间较短,能量较为集中;当布设台基为河边冲积的岩石时,流动台站接收到的信号信噪比较差,且波形持续时间较长,能量较为分散,导致信号的到时难以分辨;而当布设台基为山顶半悬浮大块岩石时,流动台接收到的信号的信噪比最差。从处理的地震剖面可知,台基为成片出露的基性岩石时,震相数据最为清晰,拾取也更准确。     

香港与珠三角地区海陆联合地震探测的数据处理

介绍了香港与珠三角地区海陆联测地震数据处理的一般流程及方法,讨论了导航数据记录时间存在误差的问题及其解决方法,对数据处理程序进行了改进,使之更加通用化。提出了数据处理中需要改进之处,对较远的地震台站采用滤波、均衡、剪切等处理手段,突出弱震相,压制强噪音。广东和香港地区的大部分固定台站均可清晰识别出有效信号,这是首次利用固定台站记录到远距离海上气枪信号,最远接收距离达到240多公里,获得了较好的观测结果。     

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。     

南海东北部海陆联测地震数据处理及初步结果

为开展南海东北部海陆过渡带和滨海断裂带横向深部结构研究，利用陆上流动地震台记录与海上气枪放炮相结合的方法，首次在广东汕头沿海进行了海陆联合深地震探测。详细介绍了该次海陆联测地震数据处理的主要步骤与流程，并针对海陆联测地震数据和常用地震软件编写了3个格式转换程序。应用这3个程序和SAC、SU等地震软件得到了初步的数据处理结果。在南澳台和新塘台的单台地震记录剖面中可以清晰地识别出多种震相，得到许多有用的地震信息，证明海陆联测的野外工作和第1阶段的数据处理工作是成功的，为下一步地壳深部结构的研究打下了良好的基础。     

南海西南次海盆广角地震探测

2010年12月—2011年3月在南海西南次海盆开展了海底地震仪(Ocean Bottom Seismometer,OBS)探测,采用Sedis IV型、I-4C型和MicrOBS3种不同型号的OBS,以4×24.5L的大容量气枪为震源,获得了覆盖西南次海盆残留扩张脊的3D人工地震数据。从处理的地震数据可知,此次试验是一次比较成功的地震实验,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。选取剖面1中的7台OBS进行了2D剖面处理。初步建模结果表明,南海西南次海盆地壳结构为普通洋壳,海山顶部沉积层很薄,莫霍面埋深较浅。     

基于OBS和MCS数据的水合物地层速度特征

天然气水合物是一种新型的清洁能源, 南海北部神狐海域的地质条件有利于水合物的形成和储藏。传统的多道地震(MCS)数据难以得到精确的速度信息, 并且只能从时间域上判断地质体纵向分布。海底地震仪(OBS)是一种常用的主动源地震仪器, 可以接收到更清晰的气枪信号。相比于MCS, OBS剖面上的折射震相可以揭示较深部的地层速度信息。文章结合MCS和OBS的优势, 识别水平叠加剖面上的反射层位, 并得到初始模型; 将OBS剖面和水平叠加剖面拼合, 从而判断OBS剖面上反射震相所对应层位; 拾取OBS台站上的反射和折射震相, 使用RayInvr软件正演模拟得到水合物存在区域的二维速度模型, 解决了MCS中较为困难的时深转换问题。最终模型显示了水合物、游离气区域的埋深、厚度和速度, 以及似海底反射(BSR)下方更深部界面的深度和速度特征。     

海陆地震联测:相邻地震台站的信号及震相特征对比

2004年作者在香港外海域进行了一次海陆地震联测实验,文章利用此次实验中的两个相邻固定台站珠海台和澳门台所记录的气枪信号数据,从波形、波谱特性和震相等方面分析了相邻地震台站对气枪信号的响应特征.结果显示,来自不同距离处的地震波波形和波谱特征在同一台站上变化不大,但在不同台站上的响应有所差别,珠海台受背景噪声影响更为强烈,其信号波形扰动大,具有较多高频成分,优势频率响应比较尖锐,而澳门台响应则比较平缓.对研究区下方速度结构进行了二维结构模拟,分析了台站附近速度结构对地震波到时的影响.珠海台PmP震相走时相对滞后,由于深圳断裂带穿过两台站之间,其引起的花岗岩基底破碎或上地壳厚度的差异都可能导致珠海台基底地震波速度的降低,这可能也是引起两台站对相同震源信号具有不同波形及波谱响应的因素之一.     

国产OBS的时间矫正方法——以2019年台湾海峡地壳结构海陆探测实验为例

时间服务系统对利用走时层析成像方法进行地下介质速度结构反演至关重要。海底地震仪(ocean bottom seismometer, OBS)工作期间由于没有GPS时间接入, 其时间误差(包括守时误差和授时误差)主要来源于内部石英晶振的准确程度, 受到外部环境变化以及开关机等因素影响。长期实践发现, 部分国产OBS在记录气枪信号以及天然地震信号时存在较大的时间偏差。本文对2019年福建及台湾海峡地壳结构海陆探测实验所获得的53台次国产OBS记录进行了时间服务系统矫正。其中, 针对OBS授时误差, 利用出海前不中断采集的一致性试验和运输船运输过程中产生的晃动互相关进行时间矫正; 针对守时误差, 采用计算实际采样频率与理论采样频率偏差进行矫正; 通过对比矫正前后OBS记录到的天然地震信号, 进行秒级别的检测。结果表明, 经过以上步骤矫正的OBS数据, 其时间记录的准确性得到了显著提高, 从而降低了震相识别、走时拾取的时间误差, 为标准化国产OBS数据采集作业流程提供了重要参考。     

台湾海峡西南部的海陆联合深地震探测资料特点与处理对策

为调查长乐—南澳断裂带和滨海断裂带的展布、形态和深部构造背景,福建省地震局使用大容量气枪震源和海底地震仪将深地震探测拓展到台湾海峡西南部,配合陆上的水库气枪震源、吨级爆破点和流动地震仪实现了海陆双向激发接收。文章详细介绍了2013—2015年间在台湾海峡西南部采集的6条二维广角地震剖面的观测系统、采集参数和数据预处理方法。对资料的整理分析表明:震源激发参数和仪器接收点位选择合理,大部分共接收点道集记录能清晰地识别出Pg、Pm P、Pn、Sg、Sm S等震相;通过气枪固定点多次激发进行叠加的方法,获得了信噪比相当于吨级爆破的共炮点道集记录。陆上台站数据品质较佳,而海底地震仪数据信噪比较低,可能是由于海底吸收衰减较为严重。数据处理中针对台湾海峡西南部沉积层速度较低且基底面起伏剧烈的问题,将共接收点域拾取的走时分选到炮域,避免了表层改正残差造成深部构造假象的问题。     

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。     

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。     

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。     

海底地震仪实测信号特性分析

置于海底数百米至数千米的海底地震仪(OBS)的实测信号相比陆地地震仪具有不同的特性;由于水的作用或记录信号源频率的不同,短周期OBS和宽频带OBS记录的信号又有明显的差异。文章对南海西南次海盆地震探测期间记录的人工气枪震源和天然地震实测信号进行了时频分析,结果如下。1)气枪作业后在海底激发两种噪声:一是水的波动不断叠加形成的长波,周期50s左右,以水平分量为主;二是高频噪声,主要是OBS底座细微晃动引起的。2)宽频OBS对于水下移动目标激发海底波动具有很好的探测能力,特别是水平分量可以获得大振幅且周期特征清晰的记录,并能够指示方向。3)宽频OBS能记录到清晰的天然地震信号,为研究调查区岩石圈结构增添了更多的信息,短周期OBS对远震直达P波有很好的记录。国产宽频I-4C型OBS碰巧记录了日本M9.0级大震。     

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。     

南海北部海陆联合深地震探测及其地质学意义

南海北部海陆地震联测经历了旧气枪震源的初始试验、大容量气枪的引进与改造、陆上台站和海底地震仪联合接收等3个阶段,填补了海陆过渡带深部结构的研究空白,其结果显示滨海断裂带在速度结构上表现为低速特征,并揭示了南海北部陆缘地震带的深部发震构造与地壳内部低速结构和交叉断裂的耦合作用存在紧密联系。西沙和南沙海陆联测为北部联测的进一步工作,可以构建穿越南海北部陆缘、西沙地块到南沙地块等陆缘的超长地壳结构剖面,对我们揭示南沙地块内部微块体结构、南沙地块及其邻区的深部速度结构以及南沙地块与周边海盆、陆块间过渡带的综合地质地球物理结构,了解南沙地块现今的构造状态与构造变迁历史,解译南沙地块裂离演变过程等具有重要意义。     

台湾海峡西南部的海陆联合深地震探测资料特点与处理对策*

为调查长乐—南澳断裂带和滨海断裂带的展布、形态和深部构造背景, 福建省地震局使用大容量气枪震源和海底地震仪将深地震探测拓展到台湾海峡西南部, 配合陆上的水库气枪震源、吨级爆破点和流动地震仪实现了海陆双向激发接收。文章详细介绍了2013—2015年间在台湾海峡西南部采集的6条二维广角地震剖面的观测系统、采集参数和数据预处理方法。对资料的整理分析表明: 震源激发参数和仪器接收点位选择合理, 大部分共接收点道集记录能清晰地识别出Pg、PmP、Pn、Sg、SmS等震相; 通过气枪固定点多次激发进行叠加的方法, 获得了信噪比相当于吨级爆破的共炮点道集记录。陆上台站数据品质较佳, 而海底地震仪数据信噪比较低, 可能是由于海底吸收衰减较为严重。数据处理中针对台湾海峡西南部沉积层速度较低且基底面起伏剧烈的问题, 将共接收点域拾取的走时分选到炮域, 避免了表层改正残差造成深部构造假象的问题。     

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。     

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.     

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。