台湾海峡6.2级地震震区气枪地震资料初步分析

对2019年在台湾海峡6.2级地震震区布设的N01、NE02测线地震测深剖面的Pg波走时进行层析成像反演,获得测线下方地壳上部二维速度结构。对N01测线单道反射地震测深剖面进行多次波衰减等处理,并与Pg波成像结果进行对比。研究结果表明,采用走时层析成像方法与单道反射地震测深剖面获得沿探测剖面沉积层上地壳基底形态特征等具有较好的对应关系。由于测线穿越多个地质构造单元和多条断裂带,走时层析成像和单道反射地震测深剖面结果综合显示研究区结晶基底面起伏较大,沉积层速度和厚度变化较剧烈,受台湾海峡西部新生代构造活动影响,显示了相应的断裂或不同地质构造单元在上部地壳内的结构特征。     

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.     

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.     

三峡地区上地壳结构的远震虚震源反射地震成像

远震虚震源反射成像方法利用远震初至波在台网之下地表与地下界面间形成的反射波(PPdp震相)波形资料进行台网地区地震反射结构研究.此方法先用台网各台站的平均初至波形求取震源信号,再用该震源信号与各道地震记录作反褶积从而取得反射剖面.本文介绍了远震虚震源反射成像的基本原理和实现步骤,并以三峡地区的观测资料为例,得到三峡库首区上地壳的反射地震剖面.成像剖面中解释出的四川盆地和秭归盆地的底界面位置和形态与地表地质观测和大地构造背景吻合.为验证虚震源成像的能力,本文使用弹性波正演模拟合成地震数据,经过处理实际资料一样的步骤获得虚震源成像结果.正演模拟表明,叠加多个远震的反射地震剖面可以有效地改善成像的信噪比和连续性;虚震源成像需要选择特定的震源频率范围,以减轻高频噪音以及低频造成的成像问题.在研究上地壳结构时,建议在不适合主动源采集和缺乏低频信号的地区尝试远震虚震源方法.     

对2003年巴楚-伽师MS6.8地震余震近台记录中特殊震相的初步探讨

2003年3月24日发生在我国新疆巴楚-伽师交界处的Ms6．8强烈地震余震序列的近台记录中普遍存在一组特殊震相，该组震相分别出现在Pg波和Sg波的后面，类似于Pg波、Sg波以分组集丛式出现，多为2～3组，且后续震相的能量有所增强。本文通过理论分析并经合成地震图验证，认为该组震相可能是受当地十几公里深的沉积层影响而形成的一种经过多次反射、折射后的叠加波。为便于描述，文中将其分别称为P1、S1震相。     

气枪探测资料对华北地区地壳低速带的约束

地壳低速带是岩石圈中的力学软弱带,对地震的孕育有重要作用.人工探测和天然地震层析成像资料均表明,华北地区在不同深度上均存在低速带.为进一步对华北地区地壳低速带的特性进行约束,我们分析了在唐山地区进行大容量气枪震源探测所获得的高分辨率观测资料.分析中发现,该地区的地震记录具有如下主要特征:①直达波Pg视速度为6km/s,可以追踪到约70km;②Moho面反射波PmP从50km开始就以强势震相出现;③PmP震相在150km处比Pg震相约滞后2s.本文利用合成地震图,通过波形正演对观测数据进行拟合,结果表明,合成地震图不仅可以解释各种震相的走时,同时也能较好地反映PmP和Pg的相对振幅.模型结果显示:①该地区平均地壳厚度为33km;②在该地区上下地壳各存在一个低速层.通过分析热流和大地电磁测深资料,认为该地区上/下低速层可能分别是流体和热作用的结果.     

华北克拉通北缘(怀来-苏尼特右旗)地壳结构

2009年,中国地质科学院地质研究所与美国俄克拉荷马大学合作实施了一条长453 km的深地震反射、宽角反射与折射、三分量反射地震联合探测剖面. 剖面南起怀来盆地,向北依次穿过燕山造山带西缘、内蒙地轴、白乃庙弧带、温都尔庙杂岩带,到达索伦缝合带. 其中,宽角反射与折射剖面采用8个0.5~1.5 t炸药震源激发,使用300套Texan单分量数字检波器接收,获得了高质量的地震资料. 通过资料分析和处理,识别出沉积层及结晶基底的折射波（Pg）、来自上地壳底界面的反射波（Pcp）,中地壳底界面的反射波（Plp）,莫霍界面的反射波（Pmp）及上地幔顶部的折射波（Pn）等5个震相. 分别采用Hole有限差分层析成像和Rayinvr算法对华北克拉通北缘及中亚造山带南部进行了上地壳P波速度结构成像和全地壳二维射线追踪反演成像. 结果显示：（1）中亚造山带地壳厚度~40 km,变化平缓,低于全球平均造山带地壳平均厚度,可能为造山后区域伸展的结果. 阴山-燕山带附近莫霍明显加深,推测其为燕山期造山过程形成的山根,但该山根很可能在后期被改造. （2）测线中部地壳上部速度较高,对应地表大面积花岗岩出露,而下地壳速度较低,速度梯度低,呈通道状,推测其可能曾为古亚洲洋向南俯冲消亡的主动陆缘,并在碰撞后演变为伸展环境下岩浆侵入的通道. （3）华北克拉通北缘与中亚造山带显示出不同速度变化特征,前者变化相对缓而后者则变化剧烈,二者的分界出现在赤峰-白云鄂博断裂附近.     

山西地区Pb震相记录特征研究

通过识别山西测震台网2016-2018年记录到的ML≥2.5地震事件波形Pb震相,获得山西地区不同震中距Pb震相的记录特征:山西地区Pb震相作为初至震相出现的最小震中距约80km左右,记录形态类似于正弦波,波形特征和Pn波相似,振幅比Pg波小,周期比Pg波大;Pb震相作为后续震相出现,一般呈锯齿状,处于Pn与Pg震相之间,周期较Pn与Pg波小,振幅稍大于Pn波,小于Pg波。通过识别Pb震相,采用在不同震中距范围内实测数据进行线性拟合的方法,得到其传播速度为6.815km/s。     

华北克拉通岩石圈二维P波速度结构特征——文登-阿拉善左旗深地震测深剖面结果

利用超长观测距地震宽角反射／折射剖面探测技术,获得了近东西向横穿华北克拉通不同块体的反映地壳．上地幔岩石圈结构的不同深度、不同属性地震波震相特征数据．通过对各个块体内的地震波震相特征对比分析研究,除识别出地壳内常规的Pg波、PCi波、PmP波和Pn波外,还清楚的对比出了岩石圈尺度的两组震相PL1和PL2波．经过一维、二维地震走时及波形拟合,获得了沿剖面长约1500km的不同块体的壳幔二维速度结构与构造特征．结果表明：沿剖面地壳及岩石圈自东向西加厚趋势的明显,但各组地震波反、折射界面在各个块体内又显示出局部变化明显等特征．结晶基底在各个块体内变化较大,在华北凹陷盆地内最深达到7．8km,在胶东半岛及太行吕梁地块较浅约2．0km;莫霍界面形态整体显示出东浅西深,在鄂尔多斯块体内最深达到46km,而在华北断陷盆地内显示隆起特征;L1界面仅在太行山以西区域显示,深度约为80km,变化较缓．岩石圈L2界面东浅西深在75～160km范围内变化,在太行山以西有一急剧加深趋势,形成一个陡变带．     

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.     

西沙地块地壳结构及其构造属性

西沙地块作为在南海形成演化过程中形成的微陆块,记录了南海演化历史的重要信息,其地壳结构、物质组成及构造属性是探讨南海形成演化的关键.基于采集到的OBS2013-3测线海底地震仪数据,用射线追踪和正演走时拟合方法,获得了西沙地块的二维纵波速度模型.模型显示沉积层速度为2.2~3.2km·s-1,厚度为0.8~3.0km,局部基底面起伏较大,上地壳顶部速度为5.0~5.5km·s-1,下地壳底部速度为6.9km·s-1,上地幔顶部速度为8.0km·s-1.西沙地块的地壳厚度平均为23km,上地壳厚度约为9km,下地壳厚度约为14km,莫霍面埋深为23~27km.从穿过西沙地块的纵、横两条大剖面推算,块体大小约为9.2×105 km3,与华南陆缘相比,表现为整体减薄的陆壳特征.西沙地块与南沙地块垂直于西南次海盆扩张脊分布,根据二者地壳结构的特征对比,二者互为共轭关系.     

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.     

Imaging beneath an opaque basaltic layer using densely sampled wide-angle OBS data1

A combined reflection/refraction (wide-angle) seismic survey was conducted on the continental shelf north-west of Britain, using a conventional streamer with an airgun source, and static ocean-bottom seismometers (OBS) to record wide-angle energy. The shallow structure down to a basaltic layer was reasonably well imaged on the stacked reflection section. The basalts, however, proved to be opaque to the conventional reflection method and prevented the imaging of deeper horizons, where an important velocity inversion was anticipated. This paper reports on the processing, modelling and interpretation of the densely sampled wide-angle OBS data that were coincident with the reflection profile. Eleven OBS instruments were deployed along a 75 km line and recorded signal from a powerful 149 litre (9100 in.³) airgun array fired every 50 m. Data processing was performed using a standard industrial reflection seismic software package prior to first-arrival picking. Processing steps included geometry definition, trace summation and display of the data using various scaling algorithms. An initial model was constructed from 1D velocity-time profiles digitized every 4 km along the stacked section. First arrival traveltime modelling rapidly converged to a detailed model of the structure of the top 5 km of the crust. Modelling revealed the existence of a buried low-velocity Mesozoic sedimentary basin, of a prominent basement horst and of a normal fault penetrating to the basement.     

扬子块体与华北块体在海区的接触关系——来自上下源、长排列多道地震剖面的新认识

在新一轮南黄海区域地质地震调查工作中,针对地震地质条件和勘探目标,设计了新的地震资料采集技术方案——上下源延迟激发+长排列接收,获得了强反射界面之下的深部地层有效反射,揭示了千里岩断裂两侧分布着向南逆冲的构造推覆带.结合重力、磁力反演成果认为,千里岩隆起区为扬子块体与华北块体碰撞接触带,扬子块体向北运动与华北块体碰撞后楔入到华北块体之中.     

Constraining the anisotropy structure of the crust by joint inversion of seismic reflection travel times and wave polarizations

In the context of wide-angle seismic profiling, the determination of the physical properties of the Earth crust, such as the elastic layer depth and seismic velocity, is often performed by inversion of P- and/or S-phases propagation data supplying the geometry of the medium (reflector depths) or any other structural parameter (P- or S-wave velocity, density...). Moreover, the inversion for velocity structure and interfaces is commonly performed using only seismic reflection travel times and/or crustal phase amplitudes in isotropic media. But it is very important to utilize more available information to constrain the non-uniqueness of the solution. In this paper, we present a simultaneous inversion method of seismic reflection travel times and polarizations data of transient elastic waves in stratified media to reconstruct not only layer depth and vertical P-wave velocity but also the anisotropy feature of the crust based on the estimation of the Thomsen’s parameters. We carry out a checking with synthetic data, comparing the inversion results obtained by anisotropic travel-time inversion to the results derived by joint inversion of seismic reflection travel times and polarizations data. The comparison proves that the first procedure leads to biased anisotropic models, while the second one fits nearly the real model. This makes the joint inversion method feasible. Finally, we investigate the geometry, P-wave velocity structure and anisotropy of the crust beneath Southeastern China by applying the proposed inversion method to previously acquired wide-angle seismic data. In this case, the anisotropy signature provides clear evidence that the Jiangshan-Shaoxing fault is the natural boundary between the Yangtze and Cathaysia blocks.     

南海海底地震仪异常数据的分析和处理

海底地震仪(Ocean Bottom Seismometer,OBS)数据处理至关重要,是获取深部地壳结构的基础与前提.2006年实施OBS2006-2测线时,有2台OBS(OBS03,OBS06)数据出现异常,无法使用.由于海上航次花费巨大,采集到的数据弥足珍贵.本文采用数据格式检查、邻近台站对比分析、重采样等方法,成功地对这2台OBS数据进行了解编处理,得到了这两个台站的综合地震记录剖面;利用上述方法对2011年实施的OBS973-3测线中的异常台站OBS03进行了分析处理,同样得到了OBS03台站的综合地震剖面;通过查看两次海上实验班报发现,OBS2006-2测线之OBS06与OBS973-3测线之OBS03内部Sedis编号相同,为同一台记录仪器,再一次验证上述处理方法正确可行;然后对OBS2006-2测线2个台站进行震相识别与走时拾取后,利用前人纵波速度模型开展了射线追踪与走时模拟.此次对异常OBS数据的重新处理工作,不仅为OBS探测提供了宝贵的数据处理经验,而且将提高OBS2006-2测线地壳结构的可靠性和约束性,具有重要的研究意义.     

基于多震相联合反演江苏地区一维速度模型研究

利用地震走时数据,采用联合反演方法获取了江苏地区的一维P波速度模型。与仅采用初至波走时的传统天然地震走时获取方法相比,该方法充分利用了大量存在的续至波参与反演,能有效改进中下地壳的反演能力。针对地震震相目录中常存在震相标识错误的问题,采用的自动判别筛选震相方法能最大限度提高数据走时的精度,可以对不同震相进行有效区分。与其他常用一维速度模型相比,本文反演的模型对Pg、Pn震相走时拟合效果最佳,残差最小。当所用走时数据拥有较高定位精度时,该反演方法能为研究区三维速度结构成像和地震定位提供较可靠的一维速度模型。     

Imaging 3-D crustal P-wave velocity structure of western Yunnan with bulletin data

Western Yunnan is a region with intensive tectonic activity and serious earthquake risk. It is of significant importance to study three dimensional crustal structure of this region to understand the tectonic setting and disaster mechanism. Densification and digitalization of seismic networks in this region provides an opportunity to study the velocity structure with bulletin data. In this study, we collect P-wave data of 10 403 regional earthquakes recorded by 79 seismic stations from January 2008 to December 2010. In addition to first arrivals data (Pg with epicentral distance less than 200 km and Pn), the Pg (or P) data with epicentral distance more than 200 km are also considered as later direct arrivals in the tomographic inversion. We also compare the quantity and the quality of the seismic data before 2010 and after 2010. The test results show that adding the follow-up Pg phase can effectively improve the inversion ability of crustal imaging, and quantity and the data quality are significantly improved since 2010. The tomographic results show that: (1) The Honghe fault zone, which is the major fault systems in this region, may cut through the entire crust, and the velocity contrasts between two sides at lower crust beneath the Honghe fault are estimated at higher than 10%, while the velocity difference below Nujiang fault zone extends only in the upper crust; (2) Most of the earthquakes in the region occurred at the interface of high-velocity media and low-velocity media, i.e., the areas with high velocity gradient, which has been validated in other areas.     

Delineation of Subtrappean Mesozoic Sediments in Deccan Syneclise, India, Using Travel-Time Inversion of Seismic Refraction and Wide-Angle Reflection Data

2-D shallow velocity structure is derived by travel-time inversion of the first arrival seismic refraction and wide-angle reflection data along the E–W trending Narayanpur–Nandurbar and N–S Kothar–Sakri profiles, located in the Narmada–Tapti region of the Deccan syneclise. Deccan volcanic (Trap) rocks are exposed along the two profiles. Inversion of seismic data reveals two layered velocity structures above the basement along the two profiles. The first layer with a P-wave velocity of 5.15–5.25 km s^?1 and thickness varying from 0.7–1.5 km represents the Deccan Trap formation along the Narayanpur–Nandurbar profile. The Trap layer velocity ranges from 4.5 to 5.20 km s^?1 and the thickness varies from 0.95 to 1.5 km along the Kothar–Sakri profile. The second layer represents the low velocity Mesozoic sediments with a P-wave velocity of 3.5 km s^?1 and thickness ranging from about 0.70 to 1.6 km and 0.55 to 1.1 km along the E–W and N–S profiles, respectively. Presence of a low-velocity zone (LVZ) below the volcanic rocks in the study area is inferred from the travel-time ‘skip’ and amplitude decay of the first arrival refraction data together with the prominent wide-angle reflection phase immediately after the first arrivals from the Deccan Trap formation. The basement with a P-wave velocity of 5.8–6.05 km s^?1 lies at a depth ranging from 1.5 to 2.45 km along the profiles. The velocity models of the profiles are similar to each other at the intersection point. The results indicate the existence of a Mesozoic basin in the Narmada–Tapti region of the Deccan syneclise.