Optimal filtering high-resolution seismic reflection data using a weighted-mode empirical mode decomposition operator

Gas-hydrate related processes in deep-water marine settings exist on spatial scales that challenge conventional seismic reflection profiling to successfully image them. The conventional approach to acoustic identification of buried hydrates is to use advanced, cost-prohibitive survey techniques and highly customized software to define subsurface structure wherein compositional changes may be modeled and/or interpreted. This study adopts a different approach derived from recent theoretical advancements in signal processing. The method consists in optimal filtering high resolution, single-channel seismic reflection data using the Empirical Mode Decomposition (EMD). The time series is decomposed in sub-components and the noisy portions are suppressed adopting the technique that we referred as Weighted Mode(s) EMD. The optimal filtering greatly improves the resolution and fidelity of the seismic data set.High Resolution single channel seismic profiles, acquired over a carbonate\hydrates site in the northern Gulf of Mexico, manipulated in such way, show a complex, shallow subsurface, and suggest potential evidence for buried gas hydrates.     

Moveout approximation for vertical seismic profile geometry in a 2D model with anisotropic layers

I introduce a new explicit form of vertical seismic profile (VSP) traveltime approximation for a 2D model with non‐horizontal boundaries and anisotropic layers. The goal of the new approximation is to dramatically decrease the cost of time calculations by reducing the number of calculated rays in a complex multi‐layered anisotropic model for VSP walkaway data with many sources. This traveltime approximation extends the generalized moveout approximation proposed by Fomel and Stovas. The new equation is designed for borehole seismic geometry where the receivers are placed in a well while the sources are on the surface. For this, the time‐offset function is presented as a sum of odd and even functions. Coefficients in this approximation are determined by calculating the traveltime and its first‐ and second‐order derivatives at five specific rays. Once these coefficients are determined, the traveltimes at other rays are calculated by this approximation. Testing this new approximation on a 2D anisotropic model with dipping boundaries shows its very high accuracy for offsets three times the reflector depths. The new approximation can be used for 2D anisotropic models with tilted symmetry axes for practical VSP geometry calculations. The new explicit approximation eliminates the need of massive ray tracing in a complicated velocity model for multi‐source VSP surveys. This method is designed not for NMO correction but for replacing conventional ray tracing for time calculations.     

地震资料小波剖面制作系统

对不同的小波变换算法和小波基函数进行了研究，得到了适用于地震资料处理的最佳小波基函数，并用Visual C 语言开发了基于Windows操作平台下的地震资料小波剖面制作系统。利用小波剖面制作系统和最佳小波基函数对煤田实际地震资料进行了处理，取得了令人满意的地质效果。     

银川盆地岩石圈结构——长观测距宽角反射与折射剖面结果

利用2014年完成的穿过银川盆地人工源宽角反射与折射剖面的3炮长观测距资料,采用基于地震波走时反演方法的Rayinvr算法得到了研究区地壳和上地幔的速度结构.结果表明:研究区地壳厚度为42—48 km,莫霍面沿剖面展布形态呈现出东西两侧浅、中部较深的特征,莫霍面最深的区段位于贺兰山下方. P波速度沿剖面随着深度的增加呈正梯度增大,然而在深度约为90—103 km的岩石圈地幔中,识别出两组较明显的反射界面,两组界面之间并未发现P波速度随深度而显著增加,表明研究区下方存在与地球平均模型中速度随深度增加而增大不相符的速度结构,推测银川盆地下方岩石圈与软流圈之间可能存在速度过渡带.      

深地震反射剖面揭示的渭河盆地西安坳陷的地壳精细结构

2005年,跨西安坳陷完成一条NW方向,69 km长的深地震反射剖面,首次获得该区域的地壳精细结构、主要断裂展布和深、浅构造关系图像.地震反射CMP叠加时间剖面显示,以反射事件C为界,地壳被分成上下两部分.上地壳由多组近水平反射带组成,具有分段连续性好、局部存在反射带明显错断或形态突变等特征,清晰地刻画出西安坳陷新生代沉积分层、坳陷底界、渭河断裂带、临潼-长安断裂带和秦岭山前断裂带的几何形态和关系.反射事件C是结晶地壳内宽度约0.5 s的反射带,最深处位于桩号30 km,底界约6.5 s,向西北缓慢抬升至5.5 s,向南东迅速抬升至5.5 s.下地壳有两个明显的反射事件RA、RB: RB是位于桩号40~47 km之间的局部反射团, 而RA为宽度约2 s、向坳陷倾斜的反射带.以桩号38 km为界,反射Moho形态截然不同,而且出现了显著的错断:大桩号方向,反射Moho为位于双程走时11~14 s水平的反射分段连续的过渡带,宽度约3 s;小桩号方向,反射Moho为一宽度约2 s、并向大桩号倾斜的反射分段连续的过渡带,其形态和反射事件RA相同.根据地震波速度资料,求得这几个反射带顶界的深度分别为:10.5~13.5 km(反射带C)、20.3~21.5 km(反射带RB)、16.8~34.3 km(反射带RA)和32~36.7 km(反射带Moho)左右.作者认为形态一致的反射事件RA和反射Moho很可能是古秦岭洋向华北地台俯冲的遗迹.此外,西安坳陷内错断新生界深达反射事件C的渭河和临潼-长安断裂带和莫霍错断的存在,表明该地区地壳现今活动性很强,是未来强震发生值得注意的地区.     

大地坐标计算在地震宽角反射/折射探测中的应用研究

本文对大地坐标在主动源人工地震宽角反射/折射探测剖面各个环节中的应用分别给予了阐释.大地坐标贯穿于整个主动源人工地震剖面勘探工作中,从野外地震剖面设计、地震勘探资料成果计算、资料解释都需要大地坐标参入定位、换算、成果输出等.用Visual Basic6.0编写了大地坐标转换与直角坐标相互转换、桩号计算、炮检距计算等多方面功能的应用程序.该程序在地震宽角反射/折射剖面设计及资料解释各个环节中得到了广泛的应用,在人工地震地壳结构探测与研究过程中起到了重要作用.     

Acquisition and processing of high-resolution reflection seismic data from a survey within the complex terrain of the Bavarian Folded Molasse

A high‐resolution reflection seismic survey was carried out in the southern part of the Bavarian Molasse Basin in 1998 and 1999. The survey aimed to investigate the near‐surface structure of the complicated transition from the unfolded Foreland Molasse to the Folded Molasse, and the Folded Molasse to the internally complicated thrust systems of the Helveticum, the Ultrahelveticum and the Rhenodanubian Flysch. The study is linked to the TRANSALP seismic project, and the results help to fill the gap between the surface and the upper 300–500 ms two‐way traveltime (TWT), typical of deep‐reflection seismic experiments. The environmental conditions encountered in the study area required that particular attention be paid to the acquisition parameters for the three seismic lines (each about 4 km long). The energy source was a small vibrator; the geophone spread, spacing and frequency range were adjusted to image reflectors, which were expected to dip steeply southwards. In general, the unprocessed field records did not show signals that could be attributed to specific reflectors. Individual trace processing considerably improved the data quality, taking into account the influence of the Quaternary cover and also the strong lateral velocity variations of the shallow subsurface. The effects of the various processing steps, such as muting, refraction statics, residual statics and velocity analysis, are discussed. To assess the NMO velocities, the qualitative analysis of the seismic energy in a common‐shotpoint gather offered advantages over an analysis in a common‐midpoint gather or in a stacked section, and proved to be very effective. As demonstrated along the Miesbach 9801 line, low‐velocity zones extend locally down to about 400 ms, adjacent to zones of extremely high velocities close to the surface, reflecting steeply dipping strata. Besides the Quaternary cover on top, the Miesbach 9801 and Miesbach 9802 lines exhibit many horizontal reflections, in places down as far as 1400 ms TWT, indicating the sedimentary sequences of the unfolded Foreland Molasse. The southern part of both lines is dominated by southward‐dipping reflection bands, indicating units of the Folded Molasse. The reflection pattern shown by the Miesbach 9901 line suggests that there is almost no Quaternary cover. Southward‐dipping elements reflect the internal structure of the Folded Molasse, whereas a rather diffuse reflection signature may be attributed to Rhenodanubian Flysch units.     

辽西兴城地区深反射地震剖面初步研究

为了分析和研究辽西兴城地区深部地下结构,深部探测与实验研究专项SinoProbe在辽西进行了深反射地震实验研究.本文报告了在辽西东部进行的一次二维近垂直深反射地震实验结果,测线西起葫芦岛市西老爷庙村,东至兴城市区外首山附近的郭家店,方向约为北偏西33°,剖面全长21.93 km.在共中心点叠加剖面发现了5个主要反射波组,分别出现在双程走时6 s,6.5 s,7.5 s,8 s,10.4 s左右.论文对主要反射波组地球物理特征进行了描述、分析,并结合邻区深部地震资料研究成果,得出三点认识：一是研究区域地壳可分为上、下两层结构,上地壳内无明显反射层位,下地壳呈现“凹陷”特征;二是观测到来自莫霍面反射信号（10.4 s TWT）,对应莫霍面深度约为30 km左右（速度按地壳平均速度6 km/s折算）,莫霍面西深东浅,东部较西部约抬升600 m;三是本区域莫霍面可能由一组横向速度、厚度不一致的多个薄层构成.     

银川地堑地壳挤压应力场:深地震反射剖面

银川地堑位于南北地震带北段,地质结构复杂,活动构造发育.为了调查银川地堑的构造特征及断裂分布情况,布设了NW向跨银川地堑的深地震反射剖面,首次获得银川地堑地壳的精细结构.结果表明,银川地堑具有典型的拉张-挤压型沉积盆地特征,上地壳反射连续性好,层位丰富,能量强,断裂发育.下地壳和莫霍面记录了挤压与拉张的发展过程.奠霍面...     

高保真高分辨率遥测地震勘探采集系统研制及应用

矿产资源勘探尤其是金属矿勘探具有地质条件复杂、勘探深度大、分辨率要求高等特点.常规地震勘探技术与装备难以满足复杂地形高精度三维地震勘探需求.针对该技术难题,研发一套高保真、高分辨率轻便分布式混合遥测地震勘探系统迫在眉睫.鉴于此本文开发了信号高保真高分辨率数据采集技术、实时通讯及采集单元无址链接技术和多媒介混合遥测技术等一系列关键技术.成功研制出SE863单站单道分布式混合遥测地震数据采集系统,该系统由31位高分辨率采集单元链、集3 G/4 G无线通讯及有线通讯的交叉数据管理站、便携式主控站以及测控软件组成.支持二维、三维高密度地震反射波勘探、散射成像、天然源透射成像等地震数据采集工作.利用该套系统与428XL地震数据采集系统进行同步对比,并将该系统交付第三方使用完成了1 km²三维地震勘探实验,结果表明该系统设备轻便、性能稳定、分辨率高、数据质量好,是我国具有完全自主知识产权的高精度轻便分布式地震勘探技术装备,大大增强了我国地震勘探技术核心竞争力.

     

深反射剖面揭示的芦山7.0级地震发震构造

芦山地震发生在龙门山断裂带前缘.关于芦山地震的发震断层,有的认为是前山断裂——双石—大川断裂,有的认为是山前断裂——大邑断裂拟或其他隐伏断裂,发震断裂究竟是哪条断裂以及芦山地震是不是汶川地震的余震?目前仍存在较大争议.震后穿过芦山地震区完成了一条长近40km的深地震反射剖面,以确定芦山地震的发震构造.反射剖面显示浅部褶皱和断裂构造发育,在上地壳存在6条逆冲断裂,下地壳存在一条非常明显的变形转换带,在深度16km左右还存在一个滑脱层,浅部的6条断裂最终都归并到该滑脱层上.参考主余震精定位结果,芦山地震的发震断裂应该是位于双石—大川断裂和大邑断裂之间的隐伏断裂F4,F2和F3断裂受控于发震断裂而活动,形成剖面上"Y"字型余震分布现象.隐伏断裂F4属山前断裂,不是前山断裂,因此芦山地震不是汶川地震的余震.     

高分辨折射和浅层反射地震方法在活断层探测中的联合应用

浅层反射地震方法是城市活断层探测常用的技术,但在基岩埋深比较浅的地区,往往只能识别出基岩顶面的反射波,而仅根据反射地震剖面上单个同相轴的变化很难准确判定断层是否存在.浅层地层的错断往往会引起速度的横向变化,利用高分辨折射地震方法采集的数据,应用层析成像方法获得的速度剖面,能够反映地下速度结构的变化,可以从另一方面揭示浅层断层存在的可能性.在四川某地,将这两种方法同时应用于活断层浅层地震勘探中.结果表明,两种方法联合应用可在一定程度上弥补浅层反射地震勘探方法在基岩埋深较浅地区的不足.     

龙门山山前彭州隐伏断裂高分辨率地震反射剖面

彭州断裂是龙门山山前一条重要的隐伏断裂.为了调查彭州断裂的位置、性质及其活动性,5·12汶川MS8.0地震发生后,作者采用可控震源和高精度的地震反射勘探方法,对彭州隐伏断裂进行了高分辨率地震反射成像.本文利用获得的浅层地震剖面资料并结合石油地震反射剖面,给出了彭州断裂的空间展布特征以及断裂两侧的新生代地层厚度.结果表明,彭州断裂为一条走向NE、倾向NW、倾角约为58°～62°的逆断层,该断层向上错断了第四纪沉积层,具有明显的第四纪活动,向下大约在深度8～10 km左右收敛到向西缓倾的滑脱面之上.研究结果为评价断裂的活动性和灾后重建提供了地震学证据.     

Study of the feasibility of an aquifer storage and recovery system in a deep aquifer in Belgium

Abstract

The feasibility of aquifer storage and recovery (ASR) was tested in a deep aquifer near Koksijde, Belgium. To achieve this, oxic drinking water was injected into a deep aquifer (the Tienen Formation) that contains anoxic brackish water. The hydraulic properties of the aquifer were determined using a step-drawdown test. Chemical processes caused by the injection of the water were studied by two push—pull tests. The step-drawdown test was interpreted by means of an inverse numerical model, resulting in a transmissivity of 3.38 m²/d and a well loss coefficient of 0.00038 d²/m⁵. The push—pull tests identified mixing between the injection and pristine waters, and cation exchange, as the major processes determining the quality of the recovered water. Mobilization of DOC, aerobic respiration, denitrification and mobilization of phosphate were also observed.     

北京地区地壳精细结构的深地震反射剖面探测研究

长度100 km、NW向穿过三河—平谷8.0级地震区和北京地区主要断裂构造的深地震反射剖面,揭示了该区地壳精细结构图像和断裂的深浅构造特征.结果表明,该区地壳以TWT6～7 s左右的强反射带为界分为上地壳和下地壳,上地壳厚约18～21 km,下地壳厚约13～15 km.剖面TWT3～4 s以上,反射层位丰富,构造形态清晰,且在剖面上具有明显不同的构造特征;在三河—平谷地震区以西,剖面揭示了2～3组反射能量较强的反射震相和一系列错断基底面的断裂,在三河—平谷地震区以东,为一套自东向西倾伏的密集强反射层,这套反射具有典型的沉积盆地特征,盆地最深处约为8～9 km.剖面揭示的地壳深断裂倾角陡直,该断裂切割、扰动了下地壳物质和壳幔过渡带,向上延伸至上地壳,将地壳深部构造与浅部断裂联系在一起,构成了该区最主要的深浅构造特征.     

地震勘探观测系统定义模块的实现

地震勘探资料处理软件系统中观测系统定义是必不可少的模块.本文论述了在Linux环境下使用QT图形可视化工具集成多种方法实现观测系统定义的过程和思路,本模块能够处理多种文件格式实现观测系统定义,还可以根据施工班报快速定义单边放炮、双边放炮、中间放炮两边接收等多种观测系统,并给出几种图形显示辅助观测系统的质量控制.     

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,得到了峨眉山大火成岩省内带的高分辨率结构图像.从两种仪器采集的深地震反射资料显示,节点地震仪采集的资料能够达到目前常用的有缆式地震仪428XL采集的深反射资料效果,甚至在局部特征上表现更好,从而有利于这种低成本、高效率、多种数据的采集方式的发展.叠加剖面结果显示,沿剖面下地壳自西向东呈现逐渐隆升特征,在剖面西部双程走时13 s（约40 km深度）处,出现一段约17.5 km厚的密集反射带,至剖面东部,密集反射带顶端双层走时为11 s,底部为16 s.结合早期地质和地球物理研究结果,本文推测这种密集反射特征是由峨眉山大火成岩省形成时内带侵入地壳的铁镁质物质造成的结果,对应于二叠纪地幔柱活动遗迹.

     

深地震反射剖面揭示的海原断裂带深部几何形态与地壳形变

由于活动的青藏高原不断的隆升和推挤作用,在西南向东北的推挤作用和周缘块体的阻挡以及东北缘内部块体挤压形变的作用下,形成了多个走向不同的青藏高原东北缘构造体系.新生代构造变形和地震活动强烈,区内分布多条大型深断裂带.海原断裂是青藏高原东北缘发育的弧形活动断裂带中规模最大、活动最为强烈的一条左旋走滑型断裂带,是重要的大地构造区边界,也是控制现今强震活动的活断层.本文利用2009年完成的高分辨率深地震反射剖面的北段资料,对其进行初步构造解释,揭示出海原断裂带的深部几何形态和其两侧地壳上地幔细结构.结果显示海原断裂并不是简单的陡立或者较缓,其几何形态随着深度变化.在海原断裂之下的Moho并未错断的反射特征显示海原断裂并不是直接错断莫霍面的超壳断裂.海原断裂带及两侧岩石圈结构和构造样式的研究为探讨青藏高原东北缘岩石圈变形机制提供地震学依据.     

龙门山断裂带中段深地震宽角反射/折射剖面研究

射线追踪方法是研究地震波在横向非均匀地壳介质中传播的重要方法.本文推导了理论走时对网格化节点速度的偏导数公式,提出了针对深地震宽角反射/折射剖面数据反演的联合迭代法,并使用该方法对横跨龙门山断裂带中段的一条深地震宽角反射/折射剖面进行了反演和解释.首先,对每一炮的观测数据进行一维反演,在此基础上插值出一个粗略的二维速度模型;然后,使用射线追踪方法计算理论走时,再根据理论走时与观测走时的拟合程度对二维模型进行调整,以获得更加接近实际的二维速度模型;最后,利用联合迭代法对观测走时进行反演,经反复迭代使所有接收点理论走时与实测走时的残差平方和最小,最终获取该剖面的二维地壳速度结构.反演结果表明:测线东段的沉积盖层明显厚于中段褶皱带和西部高原,中部褶皱带部分地区出现基岩裸露;构造转换带两侧的地层分界面近于水平层状分布,其西侧的中、下地壳内各存在一个层间速度间断面;构造转换带内存在薄厚不等的低速层,自西向东有增厚趋势.此外,龙门山断裂带的3条主断裂向下深切结晶基底,这是由于西部松潘—甘孜地块自西向东运动,受到刚性扬子地块的阻挡,沿铲式断裂向上爬升所致;而在断层上盘距地表约15 km深处出现的最大剪应力极值区,正是发生汶川M_S8.0地震的震源位置.      

呼和浩特—包头盆地岩石圈细结构的深地震反射探测

跨呼和浩特-包头盆地(以下简称"呼包盆地")完成的91.8 km长的深地震反射剖面,揭示了呼包盆地的岩石圈精细结构和断裂的深、浅构造特征.结果表明,本区地壳和岩石圈具有清晰的层状反射结构特征,其中,地壳厚度约45~48 km,岩石圈厚度约82~87 km.莫霍面在大青山之下出现约3.5 km的抬升,暗示大青山的隆升不是因为地壳物质增厚所致,即大青山可能不存在"山根".呼包盆地为南浅、北深的"箕状"断陷盆地,盆地沉积层最厚处位于大青山山前,其厚度约为7~8 km.鄂尔多斯北缘断裂和大青山山前断裂作为呼包盆地的南、北边界断裂,在剖面上均表现为由3~4条断裂组成的"Y"字形断裂构造,它们对呼包盆地的形成、地层沉积、基底变形和地震活动都有重要的控制作用.剖面揭示的岩石圈深断裂位于大青山山前断裂的下方,该断裂向上进入上地壳,向下切割中-下地壳、莫霍面,进入上地幔.深断裂的存在为深部热物质的上涌与能量强烈交换提供了通道,而上涌的软流层物质与岩石圈地幔发生交代和侵蚀作用导致岩石圈减薄.