西南印度洋中脊三维地震探测中炮点与海底地震仪的位置校正

在海上实施三维地震探测过程中,人工震源枪阵中心与船上GPS的距离及地震探测作业中的船行方向造成炮点实际位置与预设位置有一定偏差;自由落体投放的OBS由于海流的影响会偏离原定设计位置(投放点),因此,炮点与海底地震仪(OBS)的位置校正是三维地震结构研究中的基本环节.本文利用艏向信息校正了炮点位置;采用蒙特卡洛和最小二乘法方法对海底地震仪的位置进行了校正,并探讨了直达水波曲线特征.结果表明 OBS位置一般偏离设计点1 km左右,其误差范围在20 m以内,校正后的OBS记录剖面展示了真实的记录情况.该研究结果为下一步西南印度洋的三维层析成像研究提供了坚实数据基础,同时为今后南海的三维深部地壳结构探测提供经验与借鉴.     

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.     

低信噪比浅水区OBS测线初至拾取研究

浅水区OBS(Ocean Bottom Seismograph)测线往往具有信噪比较低,空间假频发育严重的问题,导致OBS测线初至拾取困难,进而影响反演速度模型的可靠性.本文通过直达波校正,正演模拟校正和射线互逆实现对浅水区OBS测线初至的准确拾取和质控.直达波校正消除主要的时钟漂移量.通过多道地震与OBS的联合处理,充分利用多道地震浅层速度模型较准确的特点,通过正演模拟构建OBS道集,弥补了实际采集的OBS道集浅层空间假频严重的问题,正演模拟法基本消除了剩余时钟漂移量,校正后的OBS道集符合层析成像的要求,同时也解决了近偏移距初至拾取的问题.利用射线互逆的方法,通过不同OBS道集组合不同偏移距组的对比验证,解决了中远偏移距初至拾取对比验证问题.三步法基本解决低信噪比浅水区OBS测线初至拾取的问题,为速度反演获得准确的模型奠定了基础.     

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....     

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.     

海底地震仪实用技术探讨

海底地震仪(OBS)广角地震探测技术已广泛应用于研究边缘海和大洋深部构造,与多道地震相比,其优势主要在于OBS通常使用4个分量,可以记录转换剪切波(S波);另外,在作业时还可以同时记录到天然地震.但对于不同科学目标(如洋陆过渡带或拆离断层)和不同工区(2D剖面或3D工区),其野外数据采集、室内数据处理、模型正反演及其误差分析都有差异且较为复杂,规范这个过程十分重要.本文根据多年的实际经验,结合2010年西南印度洋中脊开展的OBS地震试验的某测线数据采集、处理和模型正反演过程,详细介绍了OBS地震调查的海上作业(仪器投放,炸测和仪器回收)、数据处理(炮点和OBS位置校正,钟漂校正和滤波技术)、建模反演(RayInvr正演模型和阻尼最小二乘法反演)和模型分析评价(误差统计,模型分辨率和不确定性测试)的方法和流程,并总结了提高OBS回收率、数据处理、震相识别、2D与3D工区模型参数化、确定模型分辨率及其不确定性的实用技巧.     

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.     

深渊着陆器坐底位置的精确测量和反演计算

深渊着陆器在下潜过程中,由于受到海流的影响,其坐底位置会偏离投放点,偏离量和偏离方向很难估计,而声学水下定位方法在深渊海区不太适用.通过在海面进行气枪十字放炮作业,利用炮点准确位置和时间信息,以及海底地震仪(Ocean Bottom Seismometer,OBS)记录的直达水波到时,对深渊着陆器的坐底位置进行精确测量可以提供有效定位数据.该方法对采集得到的数据进行预处理,使用蒙托卡洛方法结合最小二乘法,对万泉号着陆器实际坐底位置进行了反演校正,得到三个潜次的位置校正偏移量分别为211m、178m、861m,偏移方向各不相同,校正精度为±20m,比以往的定位精度大为提高.此外,该方法测量确定了三个海底标志物的精确位置,为未来万米无人或载人潜器提供了可靠的水下参考坐标.     

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.     

噪声HVSR法在OBS探测中的应用——以珠江口外海OBS台阵为例

噪声谱比法(horizontal-to-vertical spectral ratio, HVSR)通常用于确定沉积层的厚度,而应用于海底地震仪(OBS)以获取海底沉积厚度的研究较少.本文将HVSR法应用于珠江口外海域OBS台阵中,验证了该方法用于OBS探测中的可靠性.通过对珠江口外海27台OBS收集的三分量地震噪声记录进行处理,得到了所有台站的HVSR曲线.有23台OBS的HVSR曲线可获取与沉积层厚度相关的峰值频率,通过经验公式可以计算得到沉积层厚度.结果显示,珠江口外海域沉积层(新生代地层)厚度范围为100～3500 m,研究区东南部沉积层远厚于西北部,且沉积厚度受到NEE向滨海断裂带控制.本文获得的结果与以往依靠反射地震剖面和钻井等获得的沉积层厚度结果基本一致.进一步分析发现研究区新生代地层具有多层结构,大部分HVSR曲线在5～12 Hz存在振幅最大的波峰,认为是与第四系厚度相关的峰值频率,继而确定第四系厚度为20～50 m.本研究拓展了HVSR法的应用领域,为获取海底沉积层厚度提供了一种新的可靠方法.     

南海巴士海峡三维OBS探测的异常数据恢复

为了探明南海东北部马尼拉俯冲带北段的地壳结构属性,2016年4—6月,"实验2"号科考船执行基金委共享航次,在巴士海峡区域实施三维海底地震仪（OBS）深地震探测实验.实验总共投放48台国产便携式OBS,最终回收41台,放炮测线长2300 km,有效放炮10800次,获得了宝贵的第一手数据资料.但初步处理显示,新研发的25台OBS数据异常,未能识别有效震相,给后续计算模拟带来极大困难.为此,本文对异常数据进行了深入分析,通过数据格式检查、导航放炮时间查对、相邻台站信号对比、外部时间和内部时间分析等手段,发现数据异常的原因是采样间隔发生了变化,由设置的4.0 ms变为实际的4.5 ms,导致内部时间出错,无法正确裁截和对齐震相.新版仪器为节能优化,调低了CPU主频,导致在较高采样率情况下,实际采样间隔比预设要长,这是造成数据异常的主要原因.通过修正采样间隔和数据重采样的方法,我们成功恢复了异常数据,获得了清晰的地震剖面.此项研究不仅挽救了宝贵的地震数据,为下一步地壳结构研究提供数据基础,而且提升了国家基金委共享航次的科学意义,可为今后国产仪器的研发和使用提供重要参考.     

国产海底地震仪的时间记录与原始数据精细校正

海底地震仪(OBS)的时间记录对数据处理是至关重要的.实践发现,部分国产便携式OBS的数据记录存在较大的内部时间误差,并且实测地震剖面异常的同相轴"断阶"、"倾斜"现象时有发生.我们通过自激自收试验,对这些异常现象进行了验证,确认其来源于OBS数据文件内部时间漂移,以及数据处理程序存在的缺陷.统计表明,A、B型OBS内部时间漂移量在250Hz的预设采样率下为0～40ms,L、S型OBS在100Hz下为0～90ms.这个量级的时间漂移,会对OBS数据处理、计算模拟产生影响.进一步,我们采用计算实际采样间隔、调整采样间隔、数据重采样的方法,对这种误差进行校正,并且改进了相关的OBS数据处理程序.本文的研究加深了对OBS数据时间记录误差的认识,得到了OBS数据文件内部时间漂移的分布规律,使得中等及较大程度的内部时间漂移的精细校正得到重视,进而完善了OBS数据处理步骤和流程,对OBS数据的有效利用进行了重要补充,为国产OBS的广泛使用、仪器研发提供了重要参考.     

海底地震仪的信号传递效果和噪声水平

单球式海底地震仪（以下简称OBS）由于其成本低、操作简便的优点在天然地震研究、人工地震探测中获得了广泛应用.本文首先分析多型进口和国产OBS在台湾海峡西部采集的地震数据,发现同一台OBS上的垂直向速度检波器（Z分量）的信噪比常显著低于压力检波器（H分量）,由于这两种检波器记录的都是海底的垂向振动信号,推测速度检波器的低信噪比更多的与仪器特性有关.然后从信号传递和噪声水平两方面分析影响速度检波器信噪比的因素：为检测速度检波器与OBS壳体的耦合效果,对某型宽频带OBS和陆上地震仪进行了同址同步观测试验,发现OBS的整机灵敏度有较大的差异;为分析速度检波器的水底噪声特征,以H分量记录作为基准,对比分析了同一台仪器不同站位的Z分量噪声水平,发现速度检波器在浅海区受到较大的次生干扰.本文指出OBS的内部耦合和水流次生干扰是至今尚未引起大家重视而又严重影响资料品质和多波探测成效的两个关键问题,这一研究结果对于改进OBS结构设计和制造工艺,以及OBS数据多分量处理方法研究有重要的参考意义.     

玉树地震震源区速度结构与余震分布的关系

利用玉树震区21个应急流动地震台站和青海省地震台网固定地震台站的观测数据,采用双差层析成像方法,对2010年4月14日至6月15期间发生的地震进行了重定位,并反演得到了玉树地震震源区的三维速度结构.重定位结果揭示余震主要沿NW向成窄带状分布在断层的两侧,表明脆性破裂应力释放主要集中于一个狭窄的区域内.在西北端,余震偏离玉树—甘孜断裂分布,在SW向也有分布,推测可能与南西向次级断裂有关.双差层析成像得到的速度结构在浅部与地表地质构造相一致,中上地壳的速度结构显示巴颜喀拉地块为高速异常,羌塘地块为低速异常.玉树地震余震分布与特定的速度结构存在相关性：主震发生在高低速过渡带偏高速体的一侧,余震主要分布在高速体外围,高速体内部几乎没有余震分布.一般说来,中上地壳的高速体通常具有较高的强度,可以积累较强的孕震能量.主震发生后,高速体内积累的弹性能量向周边释放,可能是导致高速体周边余震发生的主要原因.     

三维地震与地面微地震联合校正方法

由于地面微地震监测台站布设在地表,会受到地表起伏、低降速带厚度和速度变化的影响,降低了微地震事件的识别准确度和定位精度,限制了地面微地震监测技术在复杂地表地区的应用.因此,将三维地震勘探技术的思路引入到地面微地震监测中,提出了三维地震与地面微地震联合校正方法,将油气勘探和开发技术更加紧密地结合在一起.根据三维地震数据和低降速带测量数据,通过约束层析反演方法建立精确的近地表速度模型,将地面微地震台站从起伏地表校正到高速层中的平滑基准面上,有效消除复杂近地表的影响.其次,根据射孔数据和声波测井速度信息,通过非线性反演方法建立最优速度模型,由于已经消除复杂近地表的影响,在进行速度模型优化时不需要考虑近地表的影响,因而建立的速度模型更加准确.最后,在精确速度模型的基础上,通过互相关方法求取剩余静校正量,进一步消除了复杂近地表和速度模型近似误差的影响.三维地震与地面微地震联合校正方法采用逐步校正的思路,能够有效消除复杂近地表的影响,提高微地震数据的品质和速度模型的精确度,保证了微地震事件的定位精度,具有良好的应用前景.     

唐山及邻区双差层析成像研究

收集唐山及邻区2010—2018年76个固定地震台站的震相数据,采用双差层析成像的方法,联合反演了唐山及其邻区中上地壳的震源位置和P波三维速度结构。结果表明:在浅层研究区P波速度的变化特征与地表地质构造和活动断裂的展布具有较好的一致性。唐山断裂两侧速度差异明显,其附近P波速度结构横向不均性显著;中地壳存在明显的低速异常,推测可能与幔源物质侵入有关。重新定位后震中位置更加集中,M_L3.0以上地震主要位于P波高、低速变化较强烈的区域。     

地震环境噪声成像中的地形影响校正

以传统地震环境噪声面波成像方法研究地壳速度结构时,在一些极端的地形条件下,结果与真实结构会存在较大偏差.我们以地震波场三维正演模拟为基础,提出了一种地形校正方法.我们保留了传统噪声面波成像简单的两步反演法,在面波层析成像和一维速度结构反演的基础上,通过地震波场三维模拟近似估计地形和散射波场的影响,并据此校正瑞利波频散曲线,最终反演得到校正地形影响的S波速度结构.理论测试与在实际观测数据上的应用都证明了校正方法的有效性,同时也显示了地形校正的必要性.