高分辨折射和浅层反射地震方法在活断层探测中的联合应用

浅层反射地震方法是城市活断层探测常用的技术,但在基岩埋深比较浅的地区,往往只能识别出基岩顶面的反射波,而仅根据反射地震剖面上单个同相轴的变化很难准确判定断层是否存在.浅层地层的错断往往会引起速度的横向变化,利用高分辨折射地震方法采集的数据,应用层析成像方法获得的速度剖面,能够反映地下速度结构的变化,可以从另一方面揭示浅层断层存在的可能性.在四川某地,将这两种方法同时应用于活断层浅层地震勘探中.结果表明,两种方法联合应用可在一定程度上弥补浅层反射地震勘探方法在基岩埋深较浅地区的不足.     

玉溪-临沧剖面宽角地震探测——红河断裂带及滇南地壳结构研究

云南位于南北地震带南段,地震活动具有频度高、强度大的特点,中小地震几乎遍及云南南部,是中国大陆内部地震活动最强的地区之一.滇南地区跨越多个重要的地质构造单元和多条地震带,其中红河断裂带是跨越该地区的一条大型的走滑断裂带,作为印支地块和华南地块两大地块的分界断裂,对人们认识板块相互运动及其深部动力学背景具有重要意义.中国地震局于2010年启动了"中国地震科学台阵探测--南北地震带南段"项目,在云南省中西部跨越红河断裂带布设一条近东西向的深地震宽角反射/折射探测剖面,本文利用该东西向深地震宽角反射/折射剖面来研究红河断裂带及滇南地区详细的地壳结构及其孕震背景.研究结果表明:沿测线地壳结构呈西薄东厚的特征,以红河断裂带为界,断裂带以西地壳较薄,约34 km,以东地壳加厚至44 km左右;红河断裂带两侧速度结构具有明显的差异,断裂带西侧速度较低,东侧速度明显偏高.由震相特征及获取的地壳结构可以看出,红河断裂带两侧由浅至深速度结构的异常特征说明该古缝合带两侧块体地壳结构岩性的巨大差异性.     

大陆及其边缘地震探测国际讨论会综述

1988年7月1—8日于澳大利亚堪培拉举行了大陆及其边缘地震探测国际讨论会,会上主要交流了世界各国近年来用地震反射方法探测岩石圈的工作经验及成果。全球3万公里的深反射地震剖面及三维人工地震观测,给出了大陆及其边缘地区的岩石圈细结构图像,为研究地壳演化及深部过程提供了重要依据。本文综合介绍了这次国际讨论会的主要内容,包括:全球深地震反射剖面的主要成果及展望、岩石圈细结构及反射性质的研究、人工地震的地壳三维成像,及数据搜集和处理方法的进展。     

结晶岩地区深地震数据采集关键技术与方法

深反射地震是了解深部地质结构的主要手段,获取高品质的数据是给出合理地质解释的基础.在结晶岩地区,由于地层成层性差、非均质性严重,地震散射效应明显,导致地震波场复杂,同时结晶岩为非理想弹性体,不利于地震波能量转换,有效反射能量弱,信噪比低.加之深反射地震的目标层较深且受环境噪声干扰严重,高频信号衰减快,地震资料主频较低.这些因素使得在结晶岩区难以获得高品质的地震资料,为探索提高该类地区深反射地震资料质量的方法和技术,本文依托长江中下游成矿带2009—2014年深反射地震数据采集工作,在精细设计、严格施工的基础上,从激发和接收入手,开展了"轴向不耦合激发"、"宽频接收"和"宽线观测"等技术方法试验研究.结果表明,这些方法技术措施提高了下传弹性波能量,展宽了接收地震信号的频带,提高了覆盖次数和信噪比,有效改善了地震原始资料的品质和成像效果.研究结果对今后结晶岩地区深地震反射数据采集工作具有重要的实用价值和参考意义.     

利用深反射地震数据构建的多阶面波频散曲线反演近地表横波速度结构——以跨班公湖—怒江缝合带深反射地震资料为例

深反射地震剖面法为了获取深部结构特征常常采取大的偏移距采集数据.目前公开发表的相关资料中,鲜有利用深反射地震炮集数据获取近地表的结构特征.为此,本文通过正演测试了相关数据处理流程,即利用有限差分正演了起伏地表模型的大偏移距地震单炮弹性波场特征,通过共检波点域面波信号F-K频谱叠加构建新方法,从深反射地震数据集中提取了高品质的多阶面波频散曲线,再利用多阶面波联合反演获得了近地表的结构特征.在前述正演流程基础上,利用跨越班公湖—怒江缝合带的SinoProbe深反射地震剖面中的实际炮集数据,求取了基阶和一阶瑞利波频散曲线,联合反演后得到近地表横波速度结构.该结果与初至波走时反演获取的纵波速度结构具有较好的一致性,且在近地表的浅层分辨率较纵波速度结构特征更高,而更与已有地质认识相吻合.本文提供的相关数据处理流程表明利用深反射地震炮集数据,也能够获取近地表浅层的横波速度结构.     

三江地区地壳结构及动力学意义:云南遮放-宾川地震反射/折射剖面的启示

位于中国云南省的三江地区的断裂主要包括金沙江-红河断裂、澜沧江断裂和怒江断裂(三江断裂带). 通过解释跨过滇西构造域中腾冲与保山地块的遮放-宾川宽角反射/折射地震剖面, 文中以地震波旅行时层析成像方法获得了地壳纵波速度结构, 以地震散射成像方法获得地壳反射结构, 从而重建了研究地区的地壳、上地幔反射结构. 给出的研究区地震P波速度和反射结构图像表明:该剖面的地壳结构可以划分为3个块体, 各块体间地壳速度与反射图像具有明显差异, 保山段地壳速度较东西两段为低, 莫霍界面反射强. 该地区地壳厚度为40 km左右, 并具有从西向东增厚的趋势. 腾冲南, 即剖面上80~115 km地段, 在8~10 km深处存在一组亮点形式的强反射带, 莫霍界面反射波场在横向变化明显. 对三江断裂地带地壳增厚的方式, 地震孕育的构造环境及腾冲、保山地块、潞西海槽之间的接触关系等问题进行了讨论.     

人工源深部地震探测与壳幔结构及对异常体的分辨

利用地震波场研究地球内部壳、幔结构的方法主要包括天然地震波场中的远地震观测法、近地震观测法和人工源地震深部探测法.其中,由于人工源地震探测的震源位于浅表层介质中,且其震源位置、爆炸时间、接收条件等均为精确已知,因此其所得结果的精度最高、且最为准确.人工源深部地震探测分为深部地震宽角反射和折射剖面探测及深部近垂直反射波法探测.前者可求得壳、幔介质的分层结构和速度分布,后者可较详细了解地壳构造形态的细节.两种方法具有不同的特点、但却相辅相成.当今,将深地震宽角反射/折射和深反射法联合观测以取得较详细的速度结构和构造展布特征将必成地球内部研究的必然轨迹.     

深反射地震剖面数据处理的主要技术方法

深反射地震剖面技术以其探测精度高的优势被作为岩石圈精细结构研究的先锋技术,并取得了突飞猛进的发展.但是,因为探测剖面长,地表地形复杂等原因,对深反射地震数据处理的改进一直是地球物理学家关注的关键内容.近十几年来,随着探测工作量的增加和处理技术的发展,涌现出不少新思路用以深地震反射数据处理,特别在静校正、速度分析、去噪和一致性处理等重要环节更是优化了原处理技术,提升了深反射地震数据处理的水平.本文阐述了深反射地震数据的基本特点,结合实例对当前深反射地震数据处理中使用的主要技术进行了系统的总结,对比了一些方法的优缺点,并对深反射地震数据处理技术的未来发展方向进行了展望.     

太行山东缘汤阴地堑地壳结构和活动断裂探测

采用深、浅地震反射和钻孔地质剖面相结合的探测方法,对太行山东缘汤阴地堑的地壳结构和隐伏活动断裂进行了研究.结果表明,该区地壳厚度约36~42 km,莫霍面从华北平原区向太行山下倾伏.汤阴地堑是一个受汤东断裂控制的半地堑构造,其基底面形态与莫霍面展布呈"镜像"关系.汤东断裂是1条继承性的隐伏活动断裂,该断裂向上错断了埋深约20 m的中更新世晚期地层,向下延伸至上地壳底部.综合分析深地震反射和已有深地震宽角反射/折射剖面结果,发现深地震反射剖面上的中-下地壳强反射层和壳幔过渡带反射,与深地震宽角反射/折射剖面上出现的中-下地壳正负速度梯度变化层有着较好的对应关系,这表明本区中-下地壳和壳幔过渡带可能为一系列速度递变层或高低速物质的互变层,埋深约15~16 km的强反射带为上地壳与中-下地壳的转换带,壳幔过渡带的底界为地壳与地幔的分界.研究结果为深入理解该区的深部动力学过程、分析研究深浅构造关系、评价断裂的活动性提供了依据.     

基于地震探测的盐源盆地构造特征及动力学意义

基于覆盖盐源盆地的短周期天然地震台阵和布设的一条人工地震测线所获得的地震数据,从中提取地震能量属性,并通过地震层析成像获得该地区的浅部地震速度结构,继而对短周期地震台阵一个月的噪声数据进行互相关得到经验格林函数,再通过时频分析获得相速度频散曲线,反演获得不同深度的S波速度分布。研究结果显示,盐源盆地地震特征主要分为三层:浅部为低速新生代沉积地层,P波速度为1.0—2.1 km/s,反射轴明显、连续性好,反射能量强,S波速度为中高南低,南部低速体与盐源断裂走向一致,新生代盆地整体呈南深北浅,沉积发育和构造形态受盐源断裂控制;中部为中低速三叠系地层,P波速度为3.5—4.5 km/s,反射轴不连续,反射能量较弱,S波速度逐渐变大,整体变化变小;深部为高速古生代地层,地震反射较为杂乱,反射能量弱;上地壳存在滑脱面,该界面为沉积盖层与结晶基底的分界面,且向浅部发育一系列断层,其中金河—箐河断裂为盐源盆地与康滇地块的分界线,这些断裂带也是盐源盆地地震频发的部位。      

延庆—怀来地区重力异常分析与地震预测的研究

从延庆—怀来地区重力异常出发，讨论了该区地质、地球物理场特征，为配合深地震反射专题研究，先对该区地壳结构和平均视密度分布进行了研究，提出了地震活动机遇大和反映强的地带，深化了该区的研究程度     

苏北大陆科学钻探靶区深反射地震的叠前深度偏移

由于深反射地震数据具有信噪比低和记录长度长等特点,叠前深度偏移方法的应用有许多困难．为此,我们研究了一种适合于深反射地震的叠前深度偏移方法;包括：用逆风有限差分方法计算程函方程;在常规速度扫描的基础上,用协方差控制提高速度分析精度;用联合反演算法计算层速度,再插值后得到初始速度模型;用Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ法作为偏移速度分析工具,求得最终的速度模型;最终的速度模型作为有限差分深度偏移的输入,求得最终的偏移结果．用该方法对“中国大陆科学深钻工程”东海二维深反射地震数据ＤＨ－４线进行了叠前深度偏移,取得了良好的效果。     

北京－怀来－丰镇剖面地壳上地幔构造与速度结构研究

近期完成的近东西向的北京——怀来——丰镇宽角反射/折射剖面斜穿北西向的张家口——渤海地震带，并在延怀盆地与一条深反射剖面重合，其目的是探测研究延怀盆地及外围地区的地壳上地幔构造、速度分布及其与地震活动的关系．结果表明:地壳呈层状结构，地壳厚度由顺义的35.0 km向西逐渐加厚至42.0 km；壳内界面近于水平或由东向西缓倾；在延怀盆地地壳呈高低速相间的特征．上地壳的下部存在明显的低速体，并有两条地壳深断裂带延伸至莫霍面，这与延怀地区地震活动密切相关．      

辽西兴城地区深反射地震剖面初步研究

为了分析和研究辽西兴城地区深部地下结构,深部探测与实验研究专项SinoProbe在辽西进行了深反射地震实验研究.本文报告了在辽西东部进行的一次二维近垂直深反射地震实验结果,测线西起葫芦岛市西老爷庙村,东至兴城市区外首山附近的郭家店,方向约为北偏西33°,剖面全长21.93 km.在共中心点叠加剖面发现了5个主要反射波组,分别出现在双程走时6 s,6.5 s,7.5 s,8 s,10.4 s左右.论文对主要反射波组地球物理特征进行了描述、分析,并结合邻区深部地震资料研究成果,得出三点认识：一是研究区域地壳可分为上、下两层结构,上地壳内无明显反射层位,下地壳呈现“凹陷”特征;二是观测到来自莫霍面反射信号（10.4 s TWT）,对应莫霍面深度约为30 km左右（速度按地壳平均速度6 km/s折算）,莫霍面西深东浅,东部较西部约抬升600 m;三是本区域莫霍面可能由一组横向速度、厚度不一致的多个薄层构成.     

西秦岭—东昆仑及邻近地区地壳结构——深地震宽角反射/折射剖面结果

在青藏高原东北缘,穿过阿尼玛卿缝合带东端完成了一条637 km的近南北向深地震宽角反射/折射剖面.获得的地壳结构剖面表明,该地区Moho界面埋深48～51 km,北浅南深,横向变化不大,而地壳内部构造在不同的地质构造块体差异明显.在下地壳内出现的两组能量较强的P₃、P₄波组,反映了研究区下地壳的反射性质和多层结构特征.阿坝弧形断裂以南和阿尼玛卿缝合带附近壳内界面变形强烈,壳内低速异常结构明显,特别是在缝合带下方20 km以下的中下地壳异常的低速结构可以解释为存在延伸至中下地壳的破碎带构造特征.在剖面南段反映西秦岭褶皱带至松甘块体相应的地震记录出现复杂、强烈的中下地壳反射和相对较弱的Moho反射震相是该地区地壳结构的明显特征.     

西秦岭-东昆仑及邻近地区地壳结构——深地震宽角反射/折射剖面结果

在青藏高原东北缘,穿过阿尼玛卿缝合带东端完成了一条637 km的近南北向深地震宽角反射/折射剖面.获得的地壳结构剖面表明,该地区Moho界面埋深48～51 km,北浅南深,横向变化不大,而地壳内部构造在不同的地质构造块体差异明显.在下地壳内出现的两组能量较强的P3、P4波组,反映了研究区下地壳的反射性质和多层结构特征.阿坝弧形断裂以南和阿尼玛卿缝合带附近壳内界面变形强烈,壳内低速异常结构明显,特别是在缝合带下方20 km以下的中下地壳异常的低速结构可以解释为存在延伸至中下地壳的破碎带构造特征.在剖面南段反映西秦岭褶皱带至松甘块体相应的地震记录出现复杂、强烈的中下地壳反射和相对较弱的Moho反射震相是该地区地壳结构的明显特征.     

应用地震层析成象技术研究深部速度结构

罗马尼亚Ｖａｎｃｅａ地震区是大陆上发生与板块磁撞和削减有关的中深部地震活动的地区之一。本文介绍了应用地震层析成象方法研究该地区深部速度结构成果。在研究中使用了地方和区域地震所记录的４３３个浅源和中部地震的到时资料反演求解深至２００ｋｍ的三维速度结构,在走时和射线路径的计算中利用了有效的三维射线跟踪技术,在反演中采用ＬＳＱＲ算法,高分辨率的地震层析图象揭示了速度结构的广泛不均匀性,结果表明,地震层析     

南北地震带滇西南地区地壳速度结构与构造研究:勐海-耿马-泸水深地震探测剖面结果

位于南北地震带南段的滇西南地区是中国地质构造运动和地震活动较为强烈的地区之一.该区的地质构造背景和深部物理场特征研究是重要的基础科学问题.2013年,在滇西南地区完成了一条长600 km的勐海-耿马-泸水深地震宽角反射/折射和高分辨地震折射联合探测剖面,利用获得11次爆破地震记录截面上6组清楚的壳内P波震相,采用有限差分反演和射线走时正演拟合技术构建了该区的基底速度结构和地壳二维P波速度结构模型.结果显示:沿剖面地壳厚度由南向北逐渐加厚,基底形态呈现出明显的横向起伏变化,在南汀河断裂带附近,基底结构呈现出凹、隆相间的变化形态,基底埋深最浅处约为1.0 km,在腾冲与澜沧附近,基底埋深约为5.0 km.该区中、下地壳速度总体呈现出随深度的增加而增大的变化特征,在块体边界和断裂构造带的下方,速度等值线出现明显紊乱和P波速度的突变.本区莫霍面深度由南向北逐渐加深,且横向起伏变化较大,莫霍面最浅处位于勐海附近,其深度约为32.0 km,最深处位于腾冲附近,深约40.5 km.在耿马与永德之间,莫霍面出现快速上隆和下凹的明显变化,其变化幅度约为4.0 km.在南汀河断裂带、龙陵-瑞丽断裂、大盈江断裂和腾冲火山区的下方,基底速度结构、地壳二维P速度结构、剖面平均速度分布和壳内界面展布还出现从基底至莫霍面顶部的明显变化,显示出断裂构造带下方的地壳速度和介质物性与其两侧的地壳物质具有明显的差异,暗示这些断裂不但具有一定的规模,而且可能延伸至下地壳或上地幔顶部.该区地震主要发生在10~20 km的深度范围内,且地震活动呈现出与壳内介质速度差异、断裂带分布的相关性.研究结果可为分析研究滇西南地区地震活动的深部构造背景、地震精确定位、构建发震构造模型等提供重要的壳幔结构数据,为评价该区的地震危险性和防震减灾规划的制定提供重要参考.     

深反射地震资料的偏移处理

本文在对偏移理论和相关算法进行概括性的梳理和总结之外,主要针对深反射地震资料叠前偏移方法进行介绍,对初始数据的规则化、偏移孔径、去假频因子以及速度模型等关键参数进行详细的测试和深入地探讨.适当的规则化处理能提高深反射地震资料中反射信号的连续性和剖面整体能量的均一性;合理的偏移孔径能让波场能量很好地收敛、陡倾角反射层能够准确归位以及岩石圈中、深部的精细结构能较好地成像,同时又不至于引入严重的偏移噪音;通过选择适当的去假频因子来减少剖面上的高频干扰,使得整个剖面的高、低频能量分布适中;精确的速度模型是影响偏移结果的关键性因素,通过对速度模型的不断迭代优化,能显著地提高深反射地震剖面的中、深部偏移成像的精度和准确性,为后续深反射地震资料的综合解释打下良好基础.     

延庆怀来地区高分辨率浅地震反射剖面

在延庆怀来地区穿过深断裂位置开展的浅地震反射测量获得了高分辨率的地壳浅部结构图像。结果表明,研究区内浅层断裂发育,覆盖层分层清晰,具有良好的反射性质。基底为前震旦纪地层,埋深500 ～1 000m 不等,由一系列无规律的弱反射构成。狼山断裂是延矾盆地北缘的控制性断裂,在剖面上呈铲形,反映了年轻发育阶段的伸展构造特征