马里亚纳海沟南段TS01测线的广角地震探测和地壳结构

马里亚纳海沟是西太俯冲系统的重要组成部分, 因复杂的地质环境和活跃的俯冲, 长期以来是地球科学领域关注和研究的热点区域.广角地震测线TS01位于马里亚纳俯冲系统的最南段, 横穿卡罗琳海底高原、马里亚纳海沟和弧前地块.本文基于测线上9个OBS台站所记录的高质量反射、折射震相, 通过震相走时拟合和正演模拟的方法, 获得了TS01测线的精细速度结构.此外, 本文还通过卫星重力数据和多波束水深数据, 计算获得了布格重力异常, 反映了区域的地壳厚度变化; 并沿测线进行了重力模拟, 与速度模型相互验证、共同约束了TS01测线的壳幔结构.最终结果显示, 弧前地块呈现楔状, 海沟内壁速度值较低, 呈现了构造侵蚀的特征; 俯冲板片的地壳速度在4.0~7.2 km·s^-1之间, 厚12~13 km, 该厚度介于正常洋壳和海底高原类型地壳之间; OBS台站丰富的反射震相约束了上下板片交界面、俯冲板片中地壳和莫霍面等关键地质界面.重力模拟揭示了上地幔顶部的蛇纹石化现象.本文研究结果为揭示海底高原附近的俯冲动力学机制提供了有力支撑.

     

海域天然地震资料采集方法综述

天然地震探测是提取地球深部结构信息的最有效手段之一.而海域约占地表总面积的70%,所以对海域开展地震探测十分重要.但海域有水体覆盖,海底地貌条件复杂,导致海域天然地震资料采集难度非常大,探测程度远低于陆域.针对海域地震采集环境的特殊性,人们先后发展了不同类别的海域天然地震资料采集技术.本文对埋入式、沉底式和漂浮式等传统的和新兴的非常规海域天然地震采集方法、仪器技术参数及其所采集的地震信号质量进行了介绍.然后总结了不同采集方法的优缺点.总体来看,埋入式永久海底地震台网建设成本高,不适宜大规模部署;沉底式海底地震仪(OBS)投放成本低、效率高,适合于密集台阵部署;漂浮式海域潜标地震仪(MERMAID)可以在深海区域采集强震P波信号,对全海域三维成像探测具有独特优势;新兴的海底光缆地震仪对应变敏感,适宜于海啸预警.以上信息有助于推动天然地震探测技术在海域更广泛的应用.     

南海西南部深水水道的多波束地形与多道反射地震研究

基于高分辨率多波束地形与多道地震资料精细解释,发现了南海西南部陆坡区5条大型深水水道.这5条水道可分成两类：1、5号水道延伸短,横剖面呈V形,弯曲度低,属顺直水道,侵蚀作用主导;2-4号水道延伸长,横剖面呈U形,弯曲度高,属弯曲水道,侵蚀-沉积作用主导.水道走向NEE-NE,长度大于350 km的有2条,宽度最大达2 km,切割深度最大达150 m.推测这些水道是陆源物质重力流作用形成的,是该区陆源物质通过陆架输送到南海西南次海盆的重要通道.陆坡区这些水道基本发育天然堤.在下游区域第二长的2号水道谷底明显高于周缘海底,水道-天然堤沉积已逐渐演变为朵叶沉积.这些水道的深部对应基底隆起区,说明深部构造的晚期活动控制了水道的平面位置,重力流与深部构造晚期活动共同控制了水道的形成演化.     

中国海洋深地震探测与研究进展

对中国（大陆）的海洋深地震探测工作进行了回顾,重点讨论了南海北部边缘OBS探测的几条剖面及动力学意义。介绍了近期在海底地震仪设备研制和引进方面的进展及近期的海洋地壳深地震探测的计划。     

OBS广角地震探测中二次反射Pg震相特征及在地壳结构成像中的作用

在海底地震仪（OBS,Ocean Bottom Seismometer）广角地震探测中,经常可以见到能量很强、连续性很好的多次波震相,但对于如何确定这些多次波的属性以及怎样充分利用它们来约束地下的结构特征,至今还缺乏详细的研究.本文利用南海北部已获取的OBS探测数据,对与地壳折射Pg震相近乎平行并紧随其后的二次反射Pg震相进行了系统分析研究,发现在实测OBS地震记录剖面上,二次反射Pg震相具有连续、清晰、可追踪偏移距较远（约60 km以上）等特点,其地震波形和粒子运动轨迹与初至Pg震相相似,但二次反射Pg震相波形最大振幅值和粒子震动能量明显比初至Pg震相大.通过理论模型模拟以及对实测地震剖面三种不同反射层路径的走时计算,确定了二次反射Pg震相主要来自沉积层的反射.在此基础上,对二次反射Pg震相在地壳结构成像中的作用进行分析,发现加入二次反射Pg震相前后,由于反射震相的增加,沉积层界面的约束程度得到极大的提高;另外,通过对理论模型和实测剖面OBS2010地壳结构进行加入二次反射Pg震相前后的分辨率测试,结果发现加入二次反射Pg震相数据后,由于射线密度的增加,沉积层和上地壳结构的成像分辨率有显著改善.     

海域活动断裂探测和古地震研究

我国地震活动强烈 ,不仅在陆域的不同地震区带内有强烈的地震活动 ,而且在不同海域也有强震发生 ,如在渤海、南黄海、台湾海峡和北部湾等海区均发生过多次 6～ 7 级地震 ,有的海域地震的重复性很高 ,如渤海及邻近海域自公元 1 54 8年以来已先后发生过 4次 7级以上地震 ,南黄海在最近 50 0年内已发生过 1 0次以上 6～ 7级地震 ,台湾海峡在 1 7世纪和2 0世纪先后发生过多次 7级以上地震。近 40年来 ,我国对陆域活动构造和地震构造的调查和研究取得了很大进展 ,尤其是最近 2 0年来 ,由于定量活动构造学的发展 ,对陆域大地震发生的构造条件及…     

海底地震仪数据处理方法及其在海洋油气资源探测中的发展趋势

海底地震仪(Ocean Bottom Seismograph,OBS)技术是近年发展起来的主要用于海洋地震监测、海底结构调查和海洋油气资源勘探的地球物理技术,其发展前景与OBS仪器本身的发展及OBS数据处理技术的进展息息相关.目前,OBS数据处理主要采用广角地震测深数据处理方法,辅以天然地震层析成像技术,并最终反演深部速度结构.本文简要概括了OBS的发展历程;并以2010年和2011年渤海海陆联测中两条OBS测线的实际数据处理以及部分学者在OBS数据处理中所取得的进展为实例详细介绍了OBS数据处理流程中的频谱分析及其应用,环境噪音分析,增益、带通滤波和反褶积等常规处理,时间校正,震相拾取及反演处理;对OBS在海洋油气资源探测中的应用情况和发展趋势进行了讨论.通过频谱分析发现气枪信号优势频带范围为3～15Hz,OBS垂直分量近偏移距频谱能客观反映OBS与海底的耦合情况;通过噪音分析发现OBS记录的噪音强度与水深和偏移距成反比,并与海底沉积环境密切相关.OBS数据处理方法与平台建设任重道远,也是OBS技术更早进入油气资源探测领域的关键环节之一,应进行深入研究.     

南海中北部地壳深部结构探测新进展

2006年8～10月间．国家海洋局第二海洋研究所使用德国SEDIS型三分量海底地震仪以气枪为震源在南海中北部开展了广角地震反射／折射勘测．这是我国大陆科研单位第一次自主开展长距离多剖面的海底地震仪人工地震探测。勘测线共三条。总长达1176．8km．工区最大水深4137m．共投放48台次,回收成功率95-8％。所获得的数据质量良好,深部信息丰富．可直观地分辨出照、Pn、PmP等震相,为南海中北部深部地壳结构、洋壳与陆壳分界和西北、西南次海盆的形成演化研究提供了重要的依据。     

海底地震仪对海上地震定位精度的提升作用——以南澳外海域M_L2.8级地震为例

由于海底地震台站的缺乏,如何提高海域地震定位的精度是目前地震学家面临的问题之一。南海北部陆缘作为板内地震的活跃带,其微震活动在华南沿海和近海海域频发,海上由于未布设相应的地震台网,因此对近海海域地震尤其是微震的定位精度极低。利用2012年南海东北部海陆地震联测期间两台海底地震仪(Ocean Bottom Seismographs,OBS)所记录到的南澳外海域发生的ML2.8级地震为例,对比分析OBS数据加入前后对地震定位结果的影响。这是首次在南海北部陆缘利用OBS联合陆上地震台网对天然地震进行定位的对比研究,结果说明了近海海域OBS的布设将会对我国沿海地震定位精度的提升、地震活动性的特征以及海域断裂构造的研究具有极其重要的意义。     

海底地震仪浅海广角探测的数据特征与噪声组合压制--以南黄海OBS2016测线为例

2016年6月在南黄海海域实施了海底地震仪（OBS）的二维深地震探测.本文详细分析了在该次地震探测中获得的浅水水域OBS数据的特征,提出了噪声的组合压制方法.研究表明,浅海水域的OBS数据在系统时间、能量及子波等方面存在明显差异,海底多次波干扰严重、有效频段中陷波问题突出,原始台站记录信噪比低、品质差、大炮检距的有效震相难以识别和拾取.本文提出的噪声组合压制处理技术与流程,主要由基于统计子波反褶积的子波整形、基于多项式插值的t-x域线性噪声压制和采用自动搜索的海底多次波压制等三部分组成.净化处理之后,反射/折射震相的波组特征清晰,信噪比得到有效改善与较大提高,可识别震相的范围较常规处理平均扩大60%以上.本文完善了浅水区OBS数据处理的步骤与流程,将为后续地壳结构研究提供可靠的基础数据,可更好的服务于地壳深地震及油气资源的探测.

     

南海巴士海峡三维OBS探测的异常数据恢复

为了探明南海东北部马尼拉俯冲带北段的地壳结构属性,2016年4—6月,"实验2"号科考船执行基金委共享航次,在巴士海峡区域实施三维海底地震仪（OBS）深地震探测实验.实验总共投放48台国产便携式OBS,最终回收41台,放炮测线长2300 km,有效放炮10800次,获得了宝贵的第一手数据资料.但初步处理显示,新研发的25台OBS数据异常,未能识别有效震相,给后续计算模拟带来极大困难.为此,本文对异常数据进行了深入分析,通过数据格式检查、导航放炮时间查对、相邻台站信号对比、外部时间和内部时间分析等手段,发现数据异常的原因是采样间隔发生了变化,由设置的4.0 ms变为实际的4.5 ms,导致内部时间出错,无法正确裁截和对齐震相.新版仪器为节能优化,调低了CPU主频,导致在较高采样率情况下,实际采样间隔比预设要长,这是造成数据异常的主要原因.通过修正采样间隔和数据重采样的方法,我们成功恢复了异常数据,获得了清晰的地震剖面.此项研究不仅挽救了宝贵的地震数据,为下一步地壳结构研究提供数据基础,而且提升了国家基金委共享航次的科学意义,可为今后国产仪器的研发和使用提供重要参考.     

南海西南次海盆北缘海底地震仪测线深部地壳结构研究

基于2009年和2011年采集的海底地震仪数据,辅以多道地震数据,对南海西南次海盆北缘的地壳结构进行了探索.利用二维射线追踪的反演方法建立测线上的模型.利用声学基底面的反射波,下地壳顶界面的反射波和莫霍面的反射波走时的反演勾绘了地层中的不连续界面,利用自声学基底面下的折射波和来自上地幔的首波来反演整条测线的P波速度结构...     

西南印度洋中脊三维地震探测中炮点与海底地震仪的位置校正

在海上实施三维地震探测过程中,人工震源枪阵中心与船上GPS的距离及地震探测作业中的船行方向造成炮点实际位置与预设位置有一定偏差;自由落体投放的OBS由于海流的影响会偏离原定设计位置(投放点),因此,炮点与海底地震仪(OBS)的位置校正是三维地震结构研究中的基本环节.本文利用艏向信息校正了炮点位置;采用蒙特卡洛和最小二乘法方法对海底地震仪的位置进行了校正,并探讨了直达水波曲线特征.结果表明 OBS位置一般偏离设计点1 km左右,其误差范围在20 m以内,校正后的OBS记录剖面展示了真实的记录情况.该研究结果为下一步西南印度洋的三维层析成像研究提供了坚实数据基础,同时为今后南海的三维深部地壳结构探测提供经验与借鉴.     

利用反射地震和多波束资料研究南海西北部麻坑的结构特征与成因

麻坑通常是由海底流体逸散形成的一种海底表面的残留地貌.本文所研究的区域主要位于南海的西北部,包括琼东南盆地的西南部和中建南盆地的中北部.该区域海底表面主要覆盖细粒沉积物,并且底流活动强烈,底流水道发育,为麻坑的形成和发育提供了有利条件.麻坑发育的主要因素是流体逸散系统,本文通过反射地震资料在本区发现了断层、气烟囱、泥火山、泥底辟、声空白/声混浊、强反射等多种与流体逸散相关的指示特征.麻坑的几何特征随着区域的不同会有较大变化.首先本区麻坑的尺寸跨度较大,与底流水道伴生的麻坑和广乐隆起的麻坑表面宽度通常是几十米到数百米,其他区域麻坑的表面宽度通常可达数千米,被称为巨型麻坑.其次本区麻坑的表面形态复杂多样,有圆形、椭圆形、新月形、环形等.各种不同的形态有可能指示了麻坑的不同发育阶段,新月形麻坑可能发育程度较低,其次是环形,圆形则相对较为成熟.据此推断发育程度较低的新月形麻坑有可能是活动麻坑,而地震海洋学的资料也倾向于证实这一点.     

南海海底地震仪异常数据的分析和处理

海底地震仪(Ocean Bottom Seismometer, OBS)数据处理至关重要,是获取深部地壳结构的基础与前提.2006年实施OBS2006-2测线时,有2台OBS(OBS03,OBS06)数据出现异常,无法使用.由于海上航次花费巨大,采集到的数据弥足珍贵.本文采用数据格式检查、邻近台站对比分析、重采样等方法,成功地对这2台OBS数据进行了解编处理,得到了这两个台站的综合地震记录剖面;利用上述方法对2011年实施的OBS973-3测线中的异常台站OBS03进行了分析处理,同样得到了OBS03台站的综合地震剖面;通过查看两次海上实验班报发现,OBS2006-2测线之OBS06与OBS973-3测线之OBS03内部Sedis编号相同,为同一台记录仪器,再一次验证上述处理方法正确可行;然后对OBS2006-2测线2个台站进行震相识别与走时拾取后,利用前人纵波速度模型开展了射线追踪与走时模拟.此次对异常OBS数据的重新处理工作,不仅为OBS探测提供了宝贵的数据处理经验,而且将提高OBS2006-2测线地壳结构的可靠性和约束性,具有重要的研究意义.     

西沙地块海底地震仪转换横波的数据处理与震相识别

主动源海底地震仪（OBS）转换横波震相的分析和模拟,能够从泊松比的角度更准确地约束地下结构和物质组成,有助于地壳精细结构和构造属性的研究.本文对南海北部陆缘西沙地块的OBS2013-3测线进行了转换横波数据处理和分析,通过能量扫描法求取极化角,并对OBS水平分量数据进行旋转,获取了径向分量数据.结合本测线的地质情况,求解佐布里兹（Zoeppritz）方程,得到了不同转换模式的能量分配关系,定量地指示了沉积基底和海底面为主导的P-S转换界面,Moho面为次一级转换界面.在OBS2013-3测线的各个台站径向分量地震剖面上识别出了一系列PPS和PSS型转换震相,最大偏移距达到130km,并进行了初步的正演模拟试算和验证.结合本测线实际情况,对OBS转换横波研究的基础问题进行了探讨.这些工作为后续的二维横波速度结构和泊松比结构模拟、物质组成和地壳属性分析打下了坚实的基础,为研究方法的进一步完善提供思路.