基于随机介质模型的统计分析在深反射地震中的应用

深反射地震勘探是揭示地球深部构造的一种地球物理探测方法.由于不同于沉积地层的反射特征,深反射地震资料的解释需要不同于浅层水平层状介质的解释方法.基于随机介质模型的统计分析为深反射地震解释提供了新的途径.本文首先介绍了地球深部结构中非均质性的统计特性研究成果,阐述了随机介质模型的基本概念及二维随机介质的建立方法,讨论了随机介质模型参数的含义.通过正演模拟的方法分析了随机介质的地震响应特点,对比实际深反射地震资料可对地壳中反射透明区、上下地壳界面、莫霍面反射以及非均质入侵体的地震响应提出合理解释.然后总结了从反射地震数据估算随机介质参数的方法及存在的问题,结合实例论述了随机介质参数分析在深反射地震解释中的作用.最后探讨了该方法的优缺点及应用前景.     

深地震反射剖面探测技术发展现状

由石油地震勘探发展而来的深地震反射剖面探测技术,采用炸药震源、长排列、多次覆盖等方式接收来自地壳或上地幔的反射信号,经过去噪、校正、叠加、偏移等处理过程,可获得地壳尺度范围内的精细时间剖面,是研究深部构造特征、探讨构造演化过程的重要手段,发挥着其他地球物理方法不可替代的作用.深地震反射探测技术自上世纪由美国率先提出以来,经过几十年的发展历程,依托一系列的深部探测计划,获得了多条重要的深反射剖面,解决了包括造山带演化过程、盆地构造模式、矿集区深部构造特征等众多地质问题,得到了众多地质学家和地球物理学家的认可.目前深反射探测技术已经发展成为一种系统的、方法技术成熟的、结果可靠的深部结构探测方法,在关键地区也常常作为研究深部精细结构的先行军.我们通过总结近些年深地震反射剖面探测的实例,从采集技术、数据处理、综合解释等方面概述了深地震反射剖面探测技术取得的一系列新进展及应用,包括高精度可控震源采集技术、线条图处理技术、全波形反演技术、联合解释等.这些新技术的应用不仅有效提高了深地震反射剖面成像质量,也解决了深地震反射探测中面临的地形构造复杂、施工不便等问题,使得深地震反射探测在解决特定地区地质...     

Skeletonization技术及其在深地震反射剖面解释中的应用

"深部探测技术与实验研究"(SINOPROBE)专项的启动揭开了中国"入地"计划的序幕.大规模的深地震反射剖面是该计划最重要的组成部分之一,如何从深地震反射剖面中获取更多有用的信息成为我们即将面临的重要课题.Skeletonization技术是西方国家在实施深部探测计划时发展的一项深地震剖面信息提取分析技术,对我们具有重要的借鉴意义.本文在研究前人工作的基础上,综述了Skeletonization技术的基本原理及其在国内外的发展,并在此基础上介绍了该技术在深地震反射剖面解释中的应用,最后结合我国刚刚启动的SINOPROBE计划对其进一步的发展进行了展望.     

现代功率谱估算在反射地震剖面随机介质参数估算中的应用

由于地壳深部物质呈现出多尺度的非均质性,导致了地震剖面上反射能量弱、同相轴连续性差、多成带状分布.传统的反射地震解释方法难以有效应用到深反射地震资料解释中.统计分析的方法为深反射地震资解释提供了新的工具,地下介质这种随机分布的非均质性可以借助随机介质模型来进行描述.深反射地震剖面继承了地下介质的非均质性,因此可以通过从反射地震剖面估算随机介质参数来研究地下介质非均质性的空间分布.由于地震剖面长度有限,随机介质参数估算中自相关函数计算误差较大,导致了估算的不准确.现代功率谱估算克服了短数据自相关函数难以准确求取的问题,提高了参数估算准确性.模型计算和实际数据测算都证明了该方法能有效提高自相关函数计算精度和随机介质参数剖面的分辨率.     

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.     

基于S变换的软阈值滤波在深地震反射数据处理中的应用

深地震反射原始单炮数据是非平稳的弱能量反射信号,信噪比较低.如何提高信噪比一直是深地震反射数据前处理中的一大难题.S变换是一种适用于分析非平稳信号的时频变换方法.同其他分析时变信号的方法相比,S变换的基本小波不必满足小波在时间域均值为零的容许性条件,它的时频分辨率与分析信号的频率有关,且其在时间域的积分可以得到傅里叶频谱,其反变换也简单.因此,S变换容易表示深地震反射信号复杂的时频特性.本文在S变换的基础上,利用软阈值滤波方法对深地震反射数据进行处理,实验结果表明,该方法有效地提高了信噪比,压制了有效频带范围内的混频干扰,突出了弱反射信号,使得波组信息更加丰富,有利于连续追踪有效反射波组和识别薄地层,特别是提高了深部Moho界面反射层位的分辨率,为深地震反射剖面后续处理和准确解释奠定了基础.     

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。     

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.     

泉州盆地及其邻区地壳深部结构的探测与研究

泉州盆地及其邻区地处我国大陆东南沿海地震带北段。通过对泉州盆地进行深地震反射探测，获得了该地区近地表至Moho面的精细几何结构及其深浅构造关系图像。这是该区第一条深地震反射探测剖面。分析结果表明，泉州盆地及其邻区地壳厚度变化在29．5～31．0km，由上地壳和下地壳组成。上地壳和下地壳又可以各分为2层。泉州盆地及其邻区近地表至浅部断裂发育，这些断裂向地壳深部最大延伸深度为6-12km，断裂的倾角随深度增加而逐渐变小，呈铲形正断层终止于上地壳上部反射界面C1，以上。在永安-晋江断裂带之下的上地壳下部和下地壳中，存在着切割上、下地壳分界面和Moho面的高倾角深断裂，尽管深浅部断裂构造不相连接，但由于深部存在深断裂，具有发生中强以上地震的深部构造环境。这一深地震反射探测成果的获得，使得泉州盆地及其邻区深部资料解释的可靠性和探测精度比以往显著提高；深浅部构造组合取得了统一的解释结果；地壳的分层和结构特征更为确切和精细；首次发现了上地壳的拉张性构造及铲式正断层组合特征。不仅有助于泉州及其邻区地震危险性的综合判定，而且对深化东南沿海地震带及台湾海峡深部动力学过程的认识具有重要意义。     

线形区域的主辅线反射地震调查方法

本文提出主辅线反射地震法, 它由一条主测线和1～2条辅测线共同组成一个反射地震观测系统,其中辅线位于主线的一侧或两侧,大致与主线平行,只在辅线上观测而不放炮.这种系统的成本仅比原常规单线增加20%左右,但是,它却可以同时取得三方面的调查成果：(1)主线常规反射地震剖面,(2)主线与辅线之间区域的表层地震波速层析图,(3)主线与辅线之中线上的反射地震剖面.用比地震剖面略高的费用,主辅线反射地震实现了了解线形区域下方侧向可对比的地质构造变化的目标, 对线形区域的调查尤其适用,而且在中国大陆科学深钻孔区完成的主辅线反射地震调查证实了这一论断.这次主辅线反射地震法调查说明科学深钻孔区地下3000～3600m 深度还可能有规模较大的榴辉岩体存在, 现有金红石矿体储量有可能扩大若干倍.同时,主辅线反射地震法调查提供了一个后备孔位,它是将来扩大矿区储量的首选勘探孔位.     

深地震反射剖面构造信息识别研究

随着我国深部探测计划的实施,近年来在中国大陆地区实施了多条深地震反射剖面,获得了大量揭示地壳上地幔精细结构的宝贵资料. 为了更充分地挖掘这些资料中所包含的深部构造信息,本文在研究和总结前人工作的基础上,提出一种快速识别深地震反射剖面构造格架的方法. 该方法通过数据预处理、强振幅提取、中值滤波、对象识别、连续性计算和连续性滤波实现对深地震反射剖面构造格架识别. 同时,该方法还可通过对象倾角计算对复杂区域进行属性分析.     

用深反射大炮对大巴山-秦岭结合部位的地壳下部和上地幔成像

根据近垂直反射原理对秦岭和大巴山结合部位的深地震反射测线上的5个大药量的反射大炮进行静校正、去噪、速度求取、CDP分选等处理获得沿深地震反射测线的大炮单次覆盖剖面.单次剖面和原始单炮数据结果初步显示:深地震反射测线最南端TWT 16 s处存在地幔反射,该地幔反射界面向北可以追踪到凤凰山下TWT 18.5 s.地幔反射在原始大炮数据表现为信噪比较高的连续震相.莫霍面反射在凤凰山南10km,TWT在16 s,从该处向南莫霍面震相难以识别,不能追踪;从该处向北,莫霍面反射可连续追踪,界面变化平缓、南深北浅,在测线最北端莫霍面反射TWT 14.2 s.初步认为测线最南端的地幔反射为扬子板块向北俯冲证据.     

各国地壳上地幔深地震反射研究计划与进展

当前世界上采用的深部探测地球物理技术主要是地震学方法，七十年代以来，美、英、法、德、加拿大、澳大利亚等发达国家相继开展了各自的深地震反射研究计划ＣＯＣＯＲＰ、ＢＩＲＰＳ、ＥＣＯＲＳ、ＤＥＫＯＲＰ、ＬＩＴＨＯＰＲＯＢＥ＆ＡＣＯＲＰ。共完成深地震反射测线４万公里左右，获得了岩石圈的形成与演化，地球动力学过程，及地球深部构造等方面重要信息，从八十年代开始，我国在不同构造带上实施了１５００公里左右的深地震     

若尔盖盆地-西秦岭造山带结合部位深反射资料的静校正和去噪技术

深地震反射剖面技术是探测岩石圈精细结构的有效手段.通常情况下工区地质情况复杂,尤其在盆山结合部位,地表地形起伏大,地下构造复杂,其深地震反射资料具有低信噪比、干扰强、构造复杂等特点,给后续处理和解释造成很大困难,因此获得真实的叠加剖面是地质解释的前提和基础.复杂地区低信噪比深地震反射资料处理的关键是做好静校正和去噪工作.本文以若尔盖盆地－西秦岭造山带接合部位深地震反射资料作为例,通过方法试验和参数测试,找到适合该工区的静校正方法和去噪技术,得到较好的处理结果,为揭示若尔盖盆地－西秦岭造山带结合部位的细结构提供了可靠的依据.     

利用深地震反射大、中炮数据研究地壳深部结构—以六盘山深反射数据为例

为获得全地壳的有效反射信息,深地震反射数据采集常增加大药量的大炮和中炮来提高地球深部反射信息的信噪比;但深地震反射数据处理中用同一套流程和参数无差别的对待大、中、小炮数据,只考虑到大、中、小炮数据共性,忽视了不同激发药量数据间的差异,没深入挖掘和充分利用大炮、中炮数据特性,进而使一些在大、中炮原始数据上有较高信噪比的深部反射信息在常规剖面上却不能很好的体现,甚至不能成像.本文根据大、中炮的特征进行处理对地壳深部结构成像,弥补常规处理中存在的一些不足.并针对大、中炮数据联合处理中的静校正、资料净化、速度求取、AVO加权叠加等技术进行阐述.通过对大、中炮处理剖面与常规剖面对比分析发现,小炮适合中上地壳成像.大炮和中炮深部信噪比较高,有利于中下地壳和上地幔成像,在深地震反射资料处理中须区分对待.     

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.     

用近垂直方法提取莫霍面——以六盘山深地震反射剖面为例

根据近垂直地震反射原理和Moho面上下深地震反射资料频率低的特征,运用深地震反射资料的近垂直反射数据,通过静校正、资料净化、共检波域叠加等叠前和叠后处理技术,对六盘山莫霍面结构进行成像.初步结果显示出横过六盘山莫霍面起伏、断错的结构特征.六盘山东侧的鄂尔多斯地块莫霍面东高西低、变化平缓、结构完整;靠近六盘山前缘莫霍面错断,可能与壳内走滑作用有关;西侧的青藏高原东北缘莫霍面西高东低,靠近六盘山呈现汇聚挤压、明显缩短的特征;六盘山复杂的莫霍面结构,揭示了六盘山地壳早期双向挤压、晚期山前侧向走滑的构造图像.     

薄覆盖层地区隐伏断层及其上断点探测的地震方法技术——以废黄河断层为例

通过在同一条测线上应用三种不同地震勘探手段(共偏移距地震反射法、横波反射法与高分辨率折射法)联合反演的方法,获得了测线控制地段内废黄河断层的确切位置、上断点埋深以及速度分布图像.探测结果表明:在薄覆盖层地区的断裂调查中,上述三种技术手段的联合反演要比单独使用其中任何一种手段更加可靠,并能从不同角度查明断层的位置、性质及其特征,为钻孔联合剖面位置的布设和钻孔深度的设计提供地震学依据.经高精度钻孔联合地质剖面证实,三种地震勘探方法反演得到的主要地层界面和构造特征都与钻孔联合地质剖面吻合较好.试验表明了上述三种地震勘探方法在基岩面埋深较浅地区联合反演的可行性以及地震勘探与钻孔联合地质剖面相结合的工作方法的有效性.     

利用深地震反射剖面揭示峨眉山大火成岩省下地壳结构

峨眉山大火成岩省位于扬子板块西缘,紧邻三江构造带,其复杂的地质背景使得该火成岩省的内带受到强烈改造和变形.由于缺少高精度的地球物理探测,导致对该地区地壳的精细结构了解不够,很大程度上影响了对大火成岩省形成机制的认识.我们在大姚元谋段实施了一条深地震反射剖面,试验了一种基于节点地震仪的深地震反射数据采集方法,得到了峨眉山...     

S变换谱分解技术在深反射地震弱信号提取中的应用

在深反射地震资料处理中,当来自深部的有效弱信号和噪声干扰频带差异较小且难以区分时,传统滤波方法的应用会受到限制.谱分解方法是一种使用离散傅里叶变换,基于信号的频率-振幅谱等信息生成高分辨率地震图像的方法,通常用来识别介质物性横向分布特征,处理复杂介质内频谱变化和局部相位的不稳定性等问题,包括定位复杂断层和小尺度断裂等.S变换作为一种新的时频分析方法,具有自动调节分辨率的能力,近些年来被广泛应用到勘探地震、大地电磁等数据处理中,逐渐成为地球物理方法中噪声压制的有效方法之一.与常规石油反射地震资料相比,深反射主动源地震为了探测深部结构信息,常采用大药量激发方式、长排列观测系统等,导致深部有效信号基本湮灭在噪声干扰之中.针对深反射数据特点,本文结合谱分解和S变换技术,首先设计了简单的脉冲函数实验数据,证实S变换方法的有效性,同时说明谱分解方法的效果受所用时频分析方法影响较大,而其中决定分辨能力的变换窗函数的选取尤为重要.在此基础上,分别应用到深反射地震资料的单道和叠加剖面实际数据上,对比分析了传统变换谱分解和S变换谱分解的应用效果,单道资料对比结果表明:相比传统谱分解,S变换谱分解方法具有自动调节分辨率的能力,能够精确的标定深反射地震资料中弱信号不同时刻的频率分量;叠加剖面资料应用结果表明:由S变换谱分解得到的剖面结果与其他谱分解方法结果整体上具有较高的一致性,同时清晰地刻画出原叠加剖面上被噪声湮灭的低频细节特征,提高了剖面的分辨率及同相轴连续性;对比结果明显看出,Gabor变换谱分解方法得到的结果同相轴较为破碎,分析原因认为这是由Gabor变换的时频分解方法的定长窗函数所致,窗口大小不会随着信号频率的变化来调节长度,只能在处理的过程中根据一定的记录长度范围选取窗函数参数,而S变换谱分解方法在窗函数的选取时,通过时变信号的局部频率特征自动调节窗口长度,能够更好的刻画各个频段的细节特征,在深反射剖面成像应用中效果尤为明显.本文结果表明S变换谱分解技术在深地震叠加剖面上的应用有效地提高了来自深部弱反射信号的信噪比和分辨率,并刻画出了叠加剖面上所不具有的低频细节特征,在实际深反射地震资料处理中能有效保护低频弱信号获得更好的成像效果.本文为深地震反射资料中弱信号的保护处理找到一种有效的方法.