地震体波走时层析成像方法研究综述

地球介质参数是地震深部探测的重要目标,蕴含了丰富的地球结构和演化信息.全波形反演技术由于计算量大的原因,目前阶段在实际壳幔结构成像应用中还存在较大的难度.基于P波和S波到时的体波成像仍然是壳幔精细速度结构成像的重要途径.本文主要介绍了三种具有代表性的地震体波走时层析成像方法,即基于高频近似射线理论的成像方法、基于程函方程数值解的初至波成像方法及有限频成像方法.基于射线理论的成像方法计算量小,计算效率高,长期以来是体波成像的主要方法之一;基于程函方程数值解的成像方法,在初至波走时成像方面有优势,但是要求网格节点较密,计算量大;有限频成像方法基于波动方程理论,比射线理论包含更丰富的介质信息,但是由于计算量大,目前在实现过程中引入简化的假设,成像效果还有较大的提升空间.     

基于Matlab平台GUI的地震走时层析成像快速实现

地震走时层析成像是地球物理反演中的成熟方法之一,已在许多领域得到广泛应用,并取得了良好的效果。本文围绕地震走时层析成像GUI的快速实现,首先简要介绍了地震走时成像方法的原理和方法,并基于Matlab软件平台,利用GUI开发环境编写了二维横向非均匀地震走时层析成像图形用户界面(GUI),实现了方便快捷地反演地震测深资料的速度结构并以人机交互方式快捷灵活地将图像显示出来;结合实际观测资料处理结果表明,本文编制的GUI软件能够有效地实现地震走时层析成像结果的窗口化、图像化和快捷化。     

地震走时层析成像方法及在陨石坑探测中的应用

地震走时层析成像是地球物理反演中成熟的方法之一,已在许多领域得到广泛应用,并取得了良好的效果。本文介绍的地震层析成像方法包括模型参数化、射线追踪和理论走时计算、非线性方程组的线性化、线性化方程组的求解以及解的评价。观测数据使用了中国地震局地球物理勘探中心在岫岩陨石坑取得的浅层地震折射资料,反演得到两条近垂直交叉剖面的P波速度结构。结果表明,该坑为一简单坑,直接撞击形成的区域为直径约1．8km、深度约700m的坑体;坑中心深度约700m周围以及向下出现的7．0km／s以上的高波速可能是陨石撞击时所产生的高温高压使表层岩石达到熔融状态,改变了围岩的性质,致使围岩速度升高。     

浅层地震反射和折射层析成像在海州—韩山断裂探测中的联合应用

海州—韩山断裂是连云港地区一条重要断裂,属于海泗断裂带的西边界断裂。断裂隐伏于较浅的覆盖层之下且控制了基岩岩性分界。浅层地震反射法作为断层探测的首选方法,对海州—韩山断裂进行探测时仅能识别出基岩顶面反射波,难以实现对断裂的准确判别。而折射层析成像法适用于速度横向差异大的区域,可获取断层两盘岩性速度差异信息,进而判定断层位置,弥补反射法的不足。本文在跨海州—韩山断裂同一位置上联合应用浅层地震反射和折射层析成像两种探测方法,进行了钻孔联合剖面探测和合成地震记录验证。研究表明,浅层地震反射和折射层析成像两种方法联合探测海州—韩山断裂,较单一方法可对断层实现更精准的定位,获取更丰富的断层信息,为类似地质条件下的断层探测提供了思路。     

井间地震数据直达波走时层析成像

本文利用矢量射线追踪正演模拟技术计算地震波直达波传播的路径及走时,进而利用射线走时及路径的内插,发展了弯曲射线迭代反演技术.该方法可用来重建井间地层的速度图像.基于所发展的方法,我们对较为复杂的典型地质模型进行了井间速度重建.结果表明该方法是一项快速、高精度的走时层析成像技术.     

利用井间地震层析成像方法探测隐伏断层

针对目前隐伏断层探测中存在的技术难题,提出了在地面反射地震勘探初步确定的断点附近,用井间地震层析成像方法探测隐伏断层及其上断点的埋深。首先介绍井间地震技术的应用现状和井间地震层析成像的基本原理,并结合实例讨论了井间初至走时层析成像的野外数据采集和室内资料处理方法。芦花台隐伏断层的井间地震层析成像结果表明,采用弯曲射线追踪方法反演得到的跨芦花台隐伏断层的井间纵波速度结构图像与钻孔联合剖面揭示的断层特征相吻合。     

天津地区上地壳构造及沧东断裂折射地震走时成像

采用初至波成像方法,对天津地区上地壳进行成像,获得了塘沽-武清地区上地壳P波速度精细结构,成像结果反映了沧县隆起两侧凹陷盆地不断拉张下沉的特征.基于Colin Zelt 提出的初至波成像方法,给出了一种判断隐伏断裂的成像方法,数值模拟和对沧东断裂的成像结果显示出该方法的有效性,同时也对沧东断裂进行了空间判断和分析.     

全球非均匀模型中的远震走时层析成像

远震走时层析成像是研究地球内部结构的重要工具. 通常, 远震走时层析成像使用一维地球参考模型计算研究区域外地震射线. 由于地球存在广泛非均匀结构, 传统远震走时层析成像在计算射线时忽略了研究区域外非均匀结构对射线的影响, 最终导致对研究区域内的成像结果产生影响. 为了减小模型外地球非均匀结构对远震走时层析成像的影响, 本文利用迎风差分格式数值求解程函方程, 得到全球非均匀模型中的远震射线, 以此为基础发展了基于全球非均匀模型的远震走时成像方法. 为了检验本文成像方法提升成像精度的有效性, 选取青藏高原东北缘为研究对象. 合成测试和实际数据成像结果显示, 在考虑地球非均匀结构以后, 成像结果更精确, 结果展现更多成像细节.

     

台湾海峡西南部深地震探测剖面Pg波走时层析成像

采用走时有限差分层析成像方法,利用2014年在台湾海峡西南部区域得到的3条海域测线的Pg波资料,获得了沿探测剖面沉积层上地壳基底的速度结构、基底形态和埋深。3条剖面基底深度为1.5~4.2km。基底埋深虽有一定变化,但仅在局部地区起伏较明显,显示了断裂或凹陷在上部地壳内的结构特征。通过和台湾海峡地质构造区划进行对比,反演得到的基底结构特征与地震剖面穿过区域的地质构造比较吻合,本次走时层析成像结果也为后续深部结构的反演提供了可靠的浅层速度信息。     

反射地震走时层析成像中的大型稀疏矩阵压缩存储和求解

反射地震走时层析成像是一种精度较高的速度求取方法,最终可归结为线性方程组的求解.方程组具有很大的维数,常规解法需要很大的存储量和计算量.本文考虑到当投影函数取为走时残差,图象函数取为慢度残差时,灵敏度矩阵中的元素表示射线经过网格的长度的特殊物理意义,采用行索引的压缩存储方式,在射线追踪正演模拟过程中直接压缩存储灵敏度矩阵,在层析反演过程中利用压缩后的矩阵进行求解,大大降低了存储量和计算量.     

用地震反射剖面研究汤阴地堑上地壳结构与断裂特征

汤阴地堑位于太行山脉与华北平原的过渡带,是太行山前重要的地质构造单元。为研究汤阴地堑上地壳结构和断裂特征,利用安阳市与新乡市活断层探测获得的深、浅地震反射剖面,结合研究区已有地震、地质资料,对汤阴地堑浅部结构、汤东断裂特征进行分析研究。结果表明,汤阴地堑北部与南部地壳结构差异明显。地堑北部是由汤东断裂控制的半地堑,地堑内反射震相丰富、反射波层组关系清晰,多组新生代、古生代沉积层强反射不整合地覆盖在自西向东倾伏的结晶基底反射T_g上,且随着深度增加,地层倾角增大,显示出明显的多期掀斜运动特征。地堑南部表现为由汤东、汤西断裂共同控制的断陷型地堑,地堑内新近系底界面反射波TN自西向东倾伏,其下为一些横向呈水平或东倾、延续性较短的反射震相。地堑南部与北部不同的反射震相特征表明,测线控制区域内的汤阴地堑沉积环境与运动特征可能有所差异。汤东断裂为走向NE,倾向NW的铲型正断层,汤西断裂为走向NE、倾向SE的正断层,北部中深层地震反射剖面上未发现该断层的存在。     

Joint exploration of crustal structure in Fuzhou basin and its vicinities by deep seismic reflection and high-resolution refraction as well as wide-angle reflection/refraction

~~Joint exploration of crustal structure in Fuzhou basin and its vicinities by deep seismic reflection and high-resolution refraction as well as wide-angle reflection/refraction1.Ma,X.Y.,The Atlas of Lithospheric Dynamics of China(in Chinese),Beijing:Atlas Publishing Company,1989,1-68. 2.Liao,Q.L.,Wang,Z.M.,Wang,P.L.et al.,Explosion-generated earthquake study on crustal deep structure in Fuzhou-Quanzhou-Shantou region,Acta Geophysica Sinica(in Chinese),1988,31(3):270-280. 3.L…     

浅层地震勘探资料揭示汤东断裂特征

汤东断裂是汤阴地堑的东界断裂,也是太行山山前一条重要的隐伏活动断裂。为了查明汤东断裂的产状、性质及其浅部构造特征,跨断裂开展了高分辨率浅层地震剖面探测,获得了高信噪比的浅层地震反射波叠加剖面。本文根据浅层地震剖面结果并结合研究区地质资料和已有深地震探测成果,对汤东断裂的浅部构造特征进行了分析和讨论。结果表明:汤东断裂为1条走向NNE、倾向NWW的铲型正断层,其浅部表现为由2—3条断层组成的Y字形构造,并错断了埋深约30—50m第四纪地层,断裂向下延伸至上地壳底部,属晚第四纪以来的隐伏活动断裂。汤东断裂两侧新生代沉积差异明显,断裂上升盘内黄隆起一侧,新生代沉积层较薄,其底界埋深约480m,下降盘汤阴地堑一侧,沉积了巨厚的新生代地层。研究结果为确定汤东断裂位置、评价断裂的活动性提供了基础资料。     

High-Resolution Seismic Reflection Profiling of the Fenhe Fault in Taiyuan City

In this paper, we demonstrate the high-resolution seismic reflection data for a depth range of several hundred meters across the Fenhe fault in Taiyuan city, China. In combination with the relevant borehole logs, these data provide useful constraints on the accurate position, geometry and deformation rate of the fault, as well as the kinematics of recent fault motion. The highresolution seismic reflection profiling revealed that the western branch of the Fenhe fault is a high angle, eastward dipping, oblique-normal fault, and cutting up to the lower part of the Quaternary system. It was revealed that the top breaking point of this fault is at a depth of～70m below the ground surface. A borehole log across the Fenhe fault permitted us to infer that there are two high-angle, oppositely dipping, oblique-normal faults. The eastern branch lies beneath the eastern embankment of the Fenhe river, dipping to the west and cutting into the Holocene-late Pleistocene strata with a maximum vertical offset of～8m. Another borehole log across the northern segment of the Fen]he fault indicates that the western branch of this fault has cut into the Holocene-late Pleistocene strata with a maximum vertical offset of～6m. The above-mentioned data provide a minimum average Pieistocene-Holocene vertical slip rate of 0.06～0.08mm/a and a maximum average large-earthquake recurrence interval of 5.0～6.7ka for the Fenhe fault.     

Distribution and structural characteristics of the Xi'an Section of the Weihe Fault

The results of seismic deep reflection,high resolution refraction and shallow artificial seismic exploration indicate that the fault on the northern bank of the Weihe river is composed of two faults,one is the Yaodian-Zhangjiawan fault and the other is the Chuanzhang-Zuitou fault.The 22 km long Yaodian-Zhangjiawan fault of EW-striking starts from Chenjiagou via Yaodian town,Qianpai village,Bili village,Wujia town and Zhangjiawan to Jiajiatan.The 15 km long Chuanzhang-Zuitou fault striking near EW starts from Chuanzhang via Mabei to Zuitou.The Weihe fault offset the basement and upper crust,the reflecting layers of TQ,TN,TE and Tg are ruptured at depth of about 15 km.In the deep part,the Weihe fault and the secondary fault form a Y-shaped structure or a synthetic low angle intersection.The Weihe fault is a listric normal fault.The fault has obvious structural characteristics of a reversed-drag normal fault and a normal drag normal fault with the depth of 1 000 m,and also has the characteris-tics of syngenetic sediment.The Weihe fault is one of the faults which control the basin sediment,and it is the boundary fault of Xi’an depression and Xianyang salient.The depth of the fault decreases from the west to east gradually,the deep part intersects with the Lintong-Chang’an fault at the intersection part of Weihe River,Jinghe River and Bahe River and the shallow part connects with the Weinan-Jingyang fault.The seismic exploration re-sults indicate that no fault exists on southern bank of the Weihe River.     

漳州盆地及其邻区地壳深部结构的探测与研究

漳州盆地及其邻区地处我国大陆东南沿海地震带中段。通过该地区高分辨率折射及宽角反射，折射地震探测剖面，获得了该区地壳几何结构与速度结构、地壳深浅部断裂的几何形态和构造关系等。结果表明，该区地壳分为上地壳和下地壳。上地壳的厚度为16．5～18．8km，下地壳厚度为12．0～13．0km。上地壳分为上下两部分。在上地壳下部有一个低速层，速度约为6．00km／s，低速层顶面深度为12．0km左右，厚度约为5．0km。下地壳也分为上下两部分。Moho界面的深度为29．0～31．8km。该区6条地壳浅部正断层大部分向地下延伸深度不超过4km，最大延伸深度达5km左右。据推测，浅部正断层下方有一条高倾角地壳深断裂带，该断裂带向下断至Moho面，向上断至上地壳下部低速层中。深浅部断裂构造不相连接。漳州盆地深浅部构造组合特征表明，九龙江断裂带是该区内一条特征明显、具有复杂深浅构造背景的深断裂带。这一深地震探测成果的获得，使得该地区深部资料解释的可靠性和探测精度比以往显著提高；对深浅部构造的组合可作统一解释，地壳的分层和结构特征更为确切和精细；首次发现上地壳的拉张性构造及铲式正断层组合特征，不仅有助于对漳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深部动力学过程的认识具有重要意义。     

夏垫断裂东北段地震勘探资料研究

为查明夏垫断裂东北段的空间位置、性质及其活动性,由大厂八百户起向东北方向,经过三河齐心庄至北京马坊镇,以可控震源激发方式,完成高分辨率浅层地震勘探测线7条,长约22 km.各地震反射时间剖面波组特征变化明显,断裂特征清晰,获取了准确的断点定位及断裂发育特征,展现了自八百户经齐心庄至马坊镇延伸约20 km范围内夏垫断裂的...     

Exploration and Research of Deep Crustal Structures in the Zhangzhou Basin and Its Vicinity

INTRODUCTIONThe Zhangzhou basinislocated onthe southeast coast of Fujian Province .Interms of geotectonicunits ,it lies in the east Fujian volcanic fault-depression zone between the Wuyi-Daiyun mountainupheaval zone and depression zone of Taiwan Straits of the south China block. In terms ofseismotectonics ,it islocatedinthe middle sectionof the southeasterncoastal seismic zone .In history,the area was influenced by repeated destructive earthquakes , and the seismic activity was closely…