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.     

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.     

南海东北陆缘的地壳速度结构及其构造意义: 来自广角地震剖面的约束

南海东北部深部地壳结构蕴含着南海陆缘伸展张裂过程的重要信息。在南海东北陆缘布设的一条广角地震测线(DP13)沿NW-SE方向依次穿过东沙隆起和台西南盆地。本文利用射线追踪和正演走时拟合软件RayInvr构建地壳纵波速度结构,模型表明：沉积层速度1.6～4.6 km/s,厚度0.5～3.8 km,横向分布不均匀,沉积基底起伏剧烈;莫霍面埋藏深度由陆架区的25.5 km急剧减小到陆坡下方的13 km,随后向下陆坡远端增深至16 km;陆架处东沙隆起下方地壳厚度从～25 km减薄到～21 km,下陆坡远端地壳厚约10～13 km,地壳拉张因子分别为1.3～1.5和2.6～3.1,表现为轻微和中等减薄;陆坡区台西南盆地内地壳厚度从17 km急剧减薄至7～8 km,地壳拉张因子高达4.6,呈超伸展减薄;地壳厚度由陆向海非单调减薄,地壳伸展具有明显的空间差异性;陆架-上陆坡和下陆坡下地壳底部发现两个相对孤立的不连续高速体,速度分别为7.0～7.5 km/s和7.0～7.3 km/s,厚度分别3～5 km和1～3 km,前者位于古太平洋俯冲带前缘,几乎与南海东北部高磁异常重叠,推测由中生代古太平洋板...     

南海与拉布拉多海深部结构及扩张演化史对比

南海中央次海盆残余扩张脊的深部地震探测对于研究南海的形成演化和动力学机制至关重要.本文借助拉布拉多海残余扩张脊内部结构的研究,获得了扩张脊在扩张期和扩张后形成过程的认识.并从多个方面将拉布拉多海与南海进行对比分析,对残余扩张脊的形成环境和形成机制等得到了一些初步认识:两者同属于慢速扩张,扩张过程中,构造作用占主导地位,岩浆作用次之,扩张脊内部结构具有相似性;海盆扩张时期,两者都发生了洋脊跃迁,指示了重要了构造事件;两者的大陆边缘同属于非火山型不对称被动大陆边缘,海盆扩张初期岩石圈以拉张为主,岩浆活动较弱等.这些认识必将为南海中央次海盆残余扩张脊的内部结构研究以及后期的地质解释提供思路和依据.     

初至波层析成像的反演参数选取:以南海中央次海盆三维地震探测数据为例

FAST(first arrival seismic tomography)软件是获取复杂地区三维深部结构的最常用工具之一,而反演参数选取是快速有效地获得真实合理的地震结构的关键环节。以南海中央次海盆三维地震探测数据为基础,采用先固定其中一个参数、选取另外一个参数、再综合选取的控制变量法,详细地介绍了FAST反演参数组合的选取过程。选取结果表明,反演参数组合(阻尼因子λ=2,平滑度权重因子sz=1,反演次数I=4)为南海中央次海盆三维地震结构的最佳反演参数,由此获得的最佳初步速度模型表明中央次海盆具有典型慢速扩张的洋壳结构。此项反演参数选取工作不仅为珍贝-黄岩海山链精细三维地震结构的正式模拟奠定了基础,同时为FAST软件在其他地区的应用提供了丰富的经验与借鉴。     

考虑非均匀地幔的重力-地震联合建模

本文提出在综合地球物理研究中，为了使重力数据处理和反演更加符合实际的地质情况，重力-地震联合建模分析时应当考虑非均匀地幔物质的重力效应.本文针对含油气盆地结构、断裂构造、大陆边缘演化和洋陆转换带等热点地质问题，广泛调研了全球范围内多个地区的综合地球物理研究成果，及其对应的地幔深部结构，发现地幔的横向不均一性是普遍存在的.在以往许多基于重力、地震数据的综合研究实践中，重力异常分离和建模分析通常都是在地壳内部（莫霍面以上）进行的.这种处理方式实际上是以均匀地幔为假设前提，虽然简化了重力异常分离和建模分析的难度，但忽略了地球深部的不均匀性所带来的重力异常，所获得的剩余重力异常和在此基础上进行的密度结构反演、地质解释会存在偏差.本文通过对模型界面的2D正演，定量探讨了非均匀地幔对布格重力异常的影响.在对四川盆地的实例研究中，剥离了非均匀地幔的重力效应，2.5D重震联合模拟的结果明显优于均匀地幔假设条件下的结果.     

中国海——西太平洋典型剖面(南幅)揭示的微陆块-窄洋盆构造格局

基于编制最新地学成果图件的需要,我们整合了最新地质、地球物理资料成果,运用最新的技术方法,开展了中国海—西太平洋地区典型剖面的编制工作.典型剖面(南幅)主要集成了南海地区近年来获得的广角地震探测资料,运用重-磁-震联合反演方法,结合拖网、钻井、地热、地质剖面等,以块体构造学说为编图思想编制而成.典型剖面(南幅)从华南以NNW-SSE向直抵苏拉威西海,穿过了多个构造单元,包括3个陆缘-离散地块区(华南块体—南海北部陆缘、中沙地块、礼乐—北巴拉望地块)、4个海盆区(西北次海盆、中央海盆、苏禄海盆、苏拉威西海盆)、2个俯冲-岛弧区(卡加延脊、苏禄脊),这些构造单元一起构成了西太平洋边缘独特的“微陆块-窄洋盆”构造格局.自古特提斯向欧亚大陆之下俯冲以来,该区域经历了复杂的构造演化过程.在形成这种构造格局的过程中,地壳处在不断消亡和生成的动态循环之中,同时构造应力也处在动态变化之中.通过对区域地球动力学的综合分析,认为这种微陆块-窄洋盆构造格局的形成,很大程度上是由于其位于三大板块交接的独特区域,以及受区域内复杂而丰富的俯冲作用的影响和制约.通过典型剖面编制工作,推动了中国海—西太平洋区域内大地构造和地球物理特征研究,为“跳出南海看南海”提供了良好的研究范例,同时启发我们未来加强对邻区研究空白区域的探索.     

张裂陆缘地壳结构特征与张裂模式

张裂陆缘作为威尔逊旋回中关键的一环,是研究地球板块构造及其演化过程的重要构造单元.本文阐述了3种类型张裂陆缘(富岩浆型、贫岩浆型和中间型)的地壳结构特征,总结了它们的演化过程与机制,分析表明构造作用、岩浆活动程度、先存结构等是形成不同类型张裂陆缘的主要控制因素.针对南海北部陆缘复杂的构造属性与演化机制问题,提出了今后重点研究方向:南海北部陆缘是否同时具有贫岩浆型与富岩浆型的部分特征;南海北部陆缘丰富的岩浆活动与蛇纹石化地幔剥露能否共存.在南海北部陆缘同时开展三维深地震探测、物理模拟和数值模拟几种手段联合研究,相互约束,共同验证,是建立科学可信的张裂-破裂机制地质模型的必要途径.      

南海中央次海盆OBS位置校正及三维地震探测新进展

南海中央次海盆首次开展的三维海底地震仪(ocean bottom seismometer, OBS)探测试验, 对于全面认识南海扩张脊处速度展布特征及海底扩张历史有着重要意义.海底地震仪的位置是研究三维地震结构的关键参数之一, 高精度的三维OBS数据处理, 决定着后期地震结构反演模型的分辨率与准确性.利用直达水波走时信息, 综合最小二乘法反演原理, 并采用蒙特卡罗法模拟OBS降落海底的过程, 完成了南海中央次海盆试验区39台OBS数据格式转换与位置校正工作; 同时探讨了蒙特卡罗法应用于位置校正的精度问题.处理后OBS综合记录剖面中展示了多组清晰可靠、来自珍贝-黄岩火山链下深部结构中的P波震相, 如Pg、PmP和Pn震相, 为下一步南海中央次海盆的三维层析成像奠定了坚实数据基础.