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。     

空间互相关方法在分析海底沙波迁移规律中的应用

海底沙波具有显著的活动性并能够对海底工程设施造成潜在威胁,因此对海底沙波活动性的评估一直以来受到广泛关注。目前大多数研究者仍利用平面剖面对比来分析海底沙波的迁移特征。然而,该方法难以全面高效地获取海底沙波二维平面迁移矢量。本文基于2007年和2009年的高分辨率多波束测深数据,详细阐述了空间互相关方法在分析北部湾东南海域海底沙波迁移规律中的应用过程。利用实测数据进行对比分析,获得了研究区海底沙波的活动特征,并进一步讨论了空间互相关算法中不同参数的选取对结果的影响。结果显示,利用空间互相关分析方法能够有效获取海底沙波二维迁移矢量,获得的海底沙波迁移速率和迁移方向与前人研究成果吻合,表明了该方法的可行性和可靠性。但在对实际DTM数据进行空间互相关分析时,需根据海底沙波形态、数据质量等因素选取合适的参数及矢量获取方法。本研究实验了一种确定海底沙波迁移规律的新方法,该方法将有效提升获得海底地形变化规律的效率和准确度,可获得更加精细的海底地形动力过程。     

海底地震仪的时间同步技术

海底地震仪(OBS)是记录海底地震数据的主要仪器.在我国,OBS仍处于研究与实验阶段.时间同步的精准度是海底地震仪的重要指标,直接影响了地震数据分析和地震数据反演的准确性.以法国MicroOBS _Plus为例,对海底地震仪时间同步技术进行深入分析,详细介绍其时间同步原理及实现方法,为OBS在海底地震地壳深部结构调查研究等方面的应用提供参考依据.     

海底地震仪双检合并技术与应用

海底地震仪(OBS)技术是近年来新引入我国南海水合物地震勘探中的调查方式,其“密点放炮、稀疏点接收”的观测方式,导致一次反射波浅层照明范围窄;基于下行波与上行波具有相同的震源,且下行波的传播路径更长的特征,利用下行波成像可有效地解决照明范围窄的问题,提升成像精度。针对OBS水检分量气泡严重的特点,设计合理的气泡压制算子,对水检数据进行气泡压制;在此基础上基于双检合并技术进行上行波、下行波波场分离;对下行波数据进行成像处理,获得了很好的成像效果;且最终的成像数据具有丰富的低频信息,能有效地弥补常规拖缆缺失的低频信息,利于后续进行储层反演研究     

SEDIS IV型短周期自浮式海底地震仪数据校正方法

利用15台SEDISIV型短周期自浮式海底地震仪在南海中、北部地壳深部结构调查中所获得的资料,探讨了海底地震仪数据校正的方法和校正后的效果,结果表明:使用该地震仪所获得的原始资料经过放炮时间、炮点坐标数据局部化、海底地震仪位置误差以及记录时间漂移4方面的校正后,数据更趋合理,误差显著降低。放炮时间的校正消除了时钟漂移和时间延迟的误差;炮点坐标数据局部化处理消除了炮点位置整体趋势性偏移的现象;试错法进行位置误差和记录时间的精细校正时,时间漂移的校正量值约为几个到十几个毫秒,位置校正的量值仅在几米到数百米之间,实测数据所绘曲线的形态和位置都与理论曲线十分吻合,可见校正后误差显著降低。     

海底地震仪的性能对比及在渤海试验中的应用

2010年3月,国家海洋局第一海洋研究所在渤海海域开展了深部地震探测试验,试验过程中使用了3种海底地震仪(OBS),包括德国的SEDISⅥ型OBS、法国的Micr OBS和中国的I-7C型OBS共计51台。文章详细描述并比较了以上3种OBS的性能指标,通过对比发现:I-7C型OBS的耦合技术比其他两种OBS更加完善,功耗和数据存储容量方面优势明显;I-7C型OBS和Micr OBS在设置参数和充电时,操作方便,提升了海上工作效率;Micr OBS的水听器性能略有优势,获取的数据清晰度高,连续性好;SEDIS VI型OBS的垂直分量数据在三者之间最优。本文提出了OBS的发展趋势:(1)小型化、便携式;(2)低功耗、大容量;(3)长周期、宽频带;(4)低成本,易回收。最后简要介绍了本次海上试验过程、数据处理方法以及探测试验取得的成果。本次试验成功取得了渤海海域深部地球物理数据,对开展该区域内的深部地质研究具有重要的意义。     

基于地形的海底热液区沉积物分布趋势预测方法研究以西南印度洋中脊龙角区为例

热液区沉积物接受了大量热液物质的输入,其矿物组成及地球化学空间分布特征是多金属硫化物勘探的有效指标。由于重力作用,洋中脊区域沉积物主要分布于低洼和平坦地形区。为了探索地形因素对热液区沉积物分布的影响规律,本文通过ArcGIS提出了一种基于地形数据的海底热液区沉积物分布趋势预测方法,并对西南印度洋中脊龙角区地形数据进行了分析,包括沉积物重力搬运方向提取、沉积物汇集量估算、海底沟谷提取和沉积物源区划分。通过与研究区底质解译结果进行对比验证发现,预测结果与研究区内沉积物的实际分布范围较为吻合,表明本方法在一定程度上可以有效地指示地形影响下海底热液区沉积物的分布情况。本方法对海底硫化物矿产勘探工作具有一定指导意义,可为海底沉积物取样站位设置与海底硫化物成矿远景区圈定提供参考依据。     

基于LZW的海底声学探测数据压缩方法研究

针对海底声学探测仪器采集数据量大而存储容量有限、数据传输带宽不足的实际问题,基于Lempel-Ziv-Welch(LZW)无损压缩算法,研究海底声学探测数据的实时压缩方法,提高数据压缩效果、节省传输带宽。并在LZW无损压缩算法的基础上结合数据存储的特点对压缩结果进行内存重新分配,极大提高压缩比(压缩数据大小/原始数据大小)。利用海底地震仪(OBS)采集的原始声学探测数据进行测试验证,结果表明该方法对于OBS声学探测数据有很好的压缩比,可用于对OBS采集的声学探测数据进行压缩处理,对于海底探测仪器的研发有很好的指导意义。     

天然气水合物矿体的三维地震与海底高频地震联合采集技术——海底地震仪观测系统研究

三维地震与海底地震仪(OBS)联合采集技术在野外地震调查中起着举足轻重的作用,特别是对天然气水合物的地震调查方法的研究。其中对海底地震仪(OBS)的研究能够给天然气水合物调查提供有力的保障,OBS在海底的布设是联合采集的关键,对OBS观测系统的研究显得尤为重要,关系到OBS采集的野外资料的总体质量和后期解释。因此,通过研究,可以选择设计最佳的观测系统,为联合采集技术提供基础数据,降低采集费用、提高作业效率。     

南海北部海域油气资源调查技术及其应用研究——拖缆及海底地震仪联合勘探观测系统研究

拖缆与海底地震仪联合勘探技术在野外地震调查中起着举足轻重的作用,特别是对油气资源的地震调查方法的研究。其中对海底地震仪(OBS)的研究能够给深水油气调查提供有力的保障,OBS在海底的布设是联合采集的关键,对OBS观测系统的研究显得尤为重要,关系到OBS采集的野外资料的总体质量和后期解释。因此,通过研究,可以选择设计最佳的观测系统,为联合勘探技术提供基础数据,降低采集费用、提高作业效率。     

OBS海洋环境信号分析与应用

为研究海洋环境信号在OBS(Ocean Bottom Seismograph)原始数据中的规律及应用,根据OBS原始数据的波形及频谱特征,将研究区划分为5个时间段,依次为旧涌浪阶段、风浪渐强阶段、风浪全盛阶段、风浪消退阶段和新涌浪阶段。结合海洋天气预报,认为上述现象是由偏南风风浪对海流的影响造成的。参考野外地震数据采集记录班报,得到各阶段的时长和距离,计算风浪渐强、全盛和消退阶段OBS附近海流的平均速度。结果表明:OBS原始资料中浅海海洋环境噪音增强的主要因素是风浪,且风浪引起的噪音信号的波形变化特征是渐进式的;OBS可用于接收某种特殊阶段(如台风、海啸等)的噪音信号,并根据噪音信号的波形特征、频谱变化规律和持续时间估算该阶段的海流速度变化。     

利用海底地震仪数据分析台风对海底环境噪音的影响

在海底布设的海底地震仪（OBS）能比较清晰地记录到海底的环境噪音,而台风可以直接或间接的产生在海底传播的弹性波,从而影响海底的环境噪音,并在较大程度上影响OBS的数据记录。本文通过分析台风对工作区的整个影响过程中OBS记录数据的振幅变化,再选择合适的滤波方式,首次发现台风产生的风浪及涌浪在短周期海底地震仪的记录数据上有良好的表现特征,指出了台风对海底环境噪音的另一种可能的影响方式,并由此得出：1）台风产生的风浪和涌浪对海底环境噪音的影响模式不同;2）风浪和涌浪所加强的海底环境噪音的范围和程度不同;3）短周期OBS可以比较清晰的记录涌浪信息,其周期主要是6—8 s,且能量稳定（简称“8秒现象”）。这三点结论为后期的海洋地震研究和海洋学其他研究提供经验与借鉴。     

星载微波散射计海面风场与海洋环境噪声的相关特性分析

根据海洋环境噪声机理及风关噪声已有的研究成果,提出利用星载微波散射计反演的海面风场数据进行海洋环境噪声分析,并对HY-2A和ASCAT数据与噪声谱级的相关性进行了对比分析。选取南海海域作为研究区,利用潜标测量系统获取的噪声数据和多源散射计风场数据开展了相关实验,并采用NCEP海面风场数据进行对比分析。结果表明,ASCAT数据与噪声的相关性优于HY-2A,散射计数据优于NCEP数据,散射计风场更适合海洋环境噪声的分析研究。该研究内容拓展了微波散射计风场数据的应用领域,并为海洋环境噪声研究提供了更好的技术手段。     

OBS记录的时间和定位误差校正

根据地震波传播的时距关系,利用海底地震仪子母钟对时记录、测深数据和近炮点数据,使用数据处理软件OBSTOOL,对南海北部采集的海底地震记录进行高精度时钟校正处理。通过反演确定放炮延迟和海底地震仪的漂移参数,为准确反演速度奠定了基础。分析结果显示,南海北部OBS数据放炮延迟为1.278s,最大时钟校正量为2.394 s,OBS偏离测线最大距离为652m,这些将会导致浅层正、反演结果不准确,影响BSR的正确识别。     

Effects of sediment properties on surface-generated ambient noise in a shallow ocean

Surface-generalized ambient noise in a shallow ocean waveguide with a sediment layer possessing a specific class of density and sound speed distributions capable of describing a realistic seabed environment is considered in this analysis. This class of non-uniform sediment layer has the density and sound speed distributions varying with respect to depth as a generalized-exponential and an inverse-square function, respectively. The study invokes a formulation developed by Kuperman and Ingenito (Kuperman, W. A., Ingenito, F., 1980. Spatial correlation of surface-generated noise in a stratified ocean. J. Acoust. Soc. Am., 67, 1988-1996.) for surface noise generation, in conjunction with the analytical solutions for the Helmholtz equation corresponding to the sediment layer, to arrive at an analytical expression convenient for numerical implementation. The intensity and spatial correlation of the noise sound field are analyzed with respect to the variation of the system parameters, including frequency, sediment layer thickness, sound speed gradient, with emphasis on the effects of sediment properties on the ambient noise field. The results have demonstrated that the intensity of the noise field is relatively sensitive to the variation of the parameters, but the spatial correlation is affected to a less extent, suggesting that the energy distribution, rather than the spatial structure, of the noise field is more susceptible to the environmental variations.     

船舶噪声对浅海海洋环境噪声空间相关的影响

通过对2001年亚洲海国际声学实验(ASIAEX)得到的海洋环境噪声数据进行处理,计算了噪声场空间相关系数、功率谱密度和垂直指向性,分别研究了受到远距离和近距离船舶辐射噪声影响的海洋环境噪声空间相关性.结果表明:船舶距离较远(10 km)时其辐射噪声会导致500 Hz以下的海洋环境噪声的空间相关性提高,而对500 Hz以上噪声的空间相关性没有影响;船舶距离较近(≤10 km)时,船舶辐射噪声会导致500 Hz以下的海洋环境噪声相关系数振荡变化,噪声空间相关性曲线在噪声信号声程差相差四分之一波长时出现第一个零点,对500 Hz以上的海洋环境噪声则会引起噪声能量升高,噪声的空间相关性也相对提高.基于现有理论,分别讨论了远距离船舶和近距离船舶产生的噪声场声学特性,对两种噪声场的海洋环境噪声空间相关性进行了合理的解释.     

海洋环境噪声垂直分布测试和分析

采用船舷法对某海域海洋环境噪声垂直分布进行了测量.数据处理与分析结果表明,在6种接收深度下,当地的海面风生破碎波浪噪声对环境噪声有显著贡献.给出了所测海域环境噪声在0.1～20.0kHz频段的宽带声级和接收深度以及多种频率谱级与风速的对数之间的关系.1.0～4.0kHz频段的谱级与风速的对数呈良好的线性关系,且基本上不受接收深度的影响.     

基于潜标测量的海洋环境噪声谱特性分析

利用海洋环境噪声测量潜标系统对南海典型海域开展了为期3个月的海洋环境噪声测量,16通道海洋环境噪声测量系统每小时测量两分钟噪声信号。数据处理结果表明,800~5 000Hz范围内,噪声谱与风速相关性最好,且风速越大相关性越好,噪声谱与风速的相关性好于与浪高的相关性。风关噪声谱级在海水中部基本不随接收深度发生变化,但由于测量水听器阵长度未能覆盖整个水深,因此未给出海面和海底处谱级变化规律。在400Hz以上的高频段整个风速范围内噪声谱级都随风速发生变化,且噪声谱级与对数风速具有很好的线性关系。     

北冰洋冰下环境噪声：长期冰站观测结果

本文利用中国第9次北极科学考察长期冰站自容水听器记录的数据对北冰洋冰下环境噪声进行了研究。通过对两段7秒长的冰层引起的噪声的时频分析表明：无论是冰层碰撞噪声还是冰层破裂噪声在时域都存在大量的峰值点（呈现脉冲特性）,在频域都存在丰富的频率分量。冰层碰撞噪声可以持续数秒,而冰层破裂噪声的持续时间要短得多（小于几十毫秒）。本文采用高斯分布和对称alpha稳态分布来拟合冰下脉冲噪声。对称alpha稳态分布可以跟踪脉冲噪声的重尾,从而获得更好的性能,而高斯分布则效果不佳。本文还分析了冰下环境噪声观测试验期间采集到的气象参数,推断出冰下脉冲噪声是由较高的风速和升高的大气温度共同作用于冰层造成的。本文还研究了冰下环境噪声长期的功率谱密度变化与气象参数之间的皮尔逊相关系数。     

Variation of underwater ambient noise observed at IORS station as a pilot study

The Ieodo Ocean Research Station(IORS) is an integrated meteorological and oceanographic observation base which was constructed on the Ieodo underwater rock located at a distance of about 150 km to the south-west of the Mara-do, the southernmost island in Korea. The underwater ambient noise level observed at the IORS was similar to the results of the shallow water surrounding the Korean Peninsula (Choi et al. 2003) and was higher than that of deep ocean (Wenz 1962). The wind dependence of ambient noise was dominant at frequencies of a few kHz. The surface current dependence of ambient noise showed good correlation with the ambient noise in the frequency of 10 kHz. Especially, the shrimp sound was estimated through investigations of waveform and spectrum and its main acoustic energy was about 40 dB larger than ambient noise level at 5 kHz.