南黄海OBS数据转换横波分析及其地质意义

多分量地震勘探在减小地球物理反演问题多解性的同时提供了更丰富的地下信息,可以从量化的意义上真正实现岩性勘探.由于地壳结构的复杂性及转换横波的特殊性,南黄海地壳结构研究中基本未涉及横波.本文使用南黄海OBS数据,在不同剖面上对比分析纵横波走时、视速度以及质点运动轨迹,基于纵波理论模型对转换横波震相进行射线追踪和走时试算,识别并拟合了来自不同地层的转换横波震相.研究表明,北部坳陷中主要发生了PPS转换,转换界面为陆相沉积层底界面.千里岩隆起区除了发生转换界面为陆相沉积底界面的PPS转换还有转换界面为海底的PSS转换.断层活动引起岩石破碎,高波速比特征的断层边界为胶莱盆地在海上部分的边界圈定再添证据.千里岩地区高速地层成分含有花岗岩,其纵横波速比为1.67~1.68;推测北部坳陷中的海相沉积北-南地层不同,依次为碳酸盐岩及砂岩两类地层.

     

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...     

分体式宽频带海底地震仪的研制、测试和数据质量分析

基于水平分量和垂直分量噪声数据之间的相关性,可以通过水平到垂直分量的传递函数去除垂直分量的倾斜噪声。本文以2019—2020年磐鲲海底地震仪南海测试的数据为例,描述了该方法的原理和过程,并对比了去除倾斜噪声前后的地震波形以及瑞雷波的频散特征。结果表明：倾斜噪声的去除明显提高了海底地震仪的低频段地震波形的信噪比,使得地震面波更有利于海洋岩石圈深部结构成像;此外,尽管磐鲲海底地震仪的调平系统使地震计的倾角（1.0°）远小于其容倾角（2.5°）,在底流作用下,海底地震仪还是产生了明显的倾斜噪声。因此,地震仪调平系统的性能对海底地震仪的数据质量有着非常重要的影响。     

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.     

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.

     

噪声HVSR法在OBS探测中的应用——以珠江口外海OBS台阵为例

噪声谱比法(horizontal-to-vertical spectral ratio, HVSR)通常用于确定沉积层的厚度, 而应用于海底地震仪(OBS)以获取海底沉积厚度的研究较少.本文将HVSR法应用于珠江口外海域OBS台阵中, 验证了该方法用于OBS探测中的可靠性.通过对珠江口外海27台OBS收集的三分量地震噪声记录进行处理, 得到了所有台站的HVSR曲线.有23台OBS的HVSR曲线可获取与沉积层厚度相关的峰值频率, 通过经验公式可以计算得到沉积层厚度.结果显示, 珠江口外海域沉积层(新生代地层)厚度范围为100~3500 m, 研究区东南部沉积层远厚于西北部, 且沉积厚度受到NEE向滨海断裂带控制.本文获得的结果与以往依靠反射地震剖面和钻井等获得的沉积层厚度结果基本一致.进一步分析发现研究区新生代地层具有多层结构, 大部分HVSR曲线在5~12 Hz存在振幅最大的波峰, 认为是与第四系厚度相关的峰值频率, 继而确定第四系厚度为20~50 m.本研究拓展了HVSR法的应用领域, 为获取海底沉积层厚度提供了一种新的可靠方法.

     

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.     

中沙海域的广角与多道地震探测

由于浅滩和暗礁广布,中沙海域（环礁区）长期以来处在南海地震探测的空白区域.为了揭示该区域的地壳结构及地层-构造特征,进而全面刻画南海陆缘新生代伸展过程,我们首次在中沙及其邻近海域完成了1条广角地震测线OBS2017-2和4条多道地震测线的数据采集.对得到的海底地震仪（OBS）数据进行了格式转换、位置校正等初步处理,识别了来自地壳深部的震相并对中沙环礁地壳结构进行了正演模拟;对穿过中沙环礁的多道地震剖面进行了地层-构造解释,共划分出6套地层.OBS2017-2测线处理结果显示,其数据质量良好,深部震相清晰,且位于环礁内的台站震相延伸较长,可达100 km以上.中沙环礁地壳性质为轻微减薄的坚硬大陆块体,厚度约为25 km左右.多道地震剖面显示,环礁之上沉积层厚度较薄,除环礁西南部存在一条基底断裂——"排洪-美溪断裂"外,基本不存在其他构造-岩浆活动.而在环礁坡脚周缘,有广泛的岩浆侵入和喷出体的存在.中沙环礁上较薄的上地壳厚度和沉积特征指示了该区域可能在古新世时期经历的强烈暴露剥蚀作用.中沙海域最新开展的广角和多道地震探测填补了南海地质地球物理研究的空白,为解读该区的构造-沉积演化提供了数据基础.     

海底广角地震剖面反演方法对比——以南海礼乐滩OBS剖面为例

广角地震测线（OBS973-2）位于南海南部陆缘,其地壳深部构造是研究南海共轭扩张及形成演化的直接证据之一.本文采用2D射线追踪技术,结合与之重合的多道地震测线（NH973-2）时深转换结果,对OBS973-2测线重新进行了正、反演研究,得到了礼乐滩及邻近海区的精细地壳结构.与前人结果相比,本文基于正反演速度模型,把测线分为陆壳区（0~200 km）、洋陆过渡区（200~280 km）和洋盆区（280~370 km）.地壳结构在不同区域差异明显,陆壳区沉积层厚度横向差异大,且速度横向不均匀,地壳整体厚度大（约20 km）,有横向速度差;洋陆过渡区速度和厚度横向均匀,地壳减薄（约8 km）;洋壳区地壳厚度减薄至6 km.与以往研究相比,新的认识集中在两个方面,（1）在方法上,综合广角地震和多道地震数据,借助正演和反演方法,能够得到更多更可靠的地壳结构信息.（2）在地壳结构上,结合广角地震与多道地震,得到洋陆过渡区莫霍面向海减薄的形态及其埋深（约12~18 km,海平面为0 km）;进一步验证礼乐滩区域在洋陆过渡区没有明显的高速层,为非火山型陆缘,其共轭扩张点为中沙地块;陆壳区上地壳强烈的拉张作用在速度模型表现出横向速度异常和低速区,在多道地震剖面上表现为大量10~20 km的正断层.     

基于OBS数据的南黄海沉积地层速度结构特征

南黄海盆地是在前古生代变质基底及中-古生代海相沉积基底之上发育起来的中-新生代陆相叠合盆地.本文基于南黄海深部地学探测的主动源地震数据（OBS2013测线）,通过多尺度层析成像方法利用初至波走时反演得到测线下方沉积层的纵波速度结构,结合多道地震、重、磁等资料,综合分析南黄海盆地北部沉积地层的特征.结果表明,OBS2013测线下方的地层纵、横向上有多个速度分界面,纵向上以印支面为界,下部挤压与上部伸展地层速度分别呈现高、低速特征;横向上表现为众多断裂,断裂控制了盆地发育,个别断裂发生走滑.断裂将速度剖面划分为四个纵波低速区和五个高速区,6 km深度以内纵波速度的低值区（< 4.5 km·s^-1）是中-新生代沉积地层;而高值区（>5 km·s^-1）归属于不同的形成机制：北部高速区对应千里岩隆起区的变质岩,中部高速区是被挤压的海相沉积地层,南部高速区属于中部隆起,为埋藏较浅、但厚度较大的中、古生代海相地层,部分位置可能含有火成岩.北部坳陷的中、南部区域,在陆相中-新生代沉积盆地之下的海相地层中发育砂岩,该区域（埋深不超过6 km）的砂岩沉积分布于约2 km厚度的地层中.

     

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.     

南黄海Heuksan盆地的地震地层学研究

南黄海中的南HEUKSAN盆地是一个介于矩形到菱形之间、大小大致为32 km×13 km的盆地.这个盆地有两个最厚的沉积中心;一个在盆地西部中央,地震双程到时2.2 s的部位;另一个在盆地东部中央位置.二者之间以中央隆起相隔.盆地的地震剖面可以进一步划分为古生代到三叠纪时期的前地堑相沉积,新生代的地堑充填沉积及中新世到上新世时期的的内凹沉积.地堑充填时期的沉积可以分为两个地震层序A和B.层序A和B又可以进一步划分为3到4个亚层序.在南HEUKSAN盆地利用地震层序学的方法对上始新统地震剖面进行了较为详细的分析.认为古水流大部分是从盆地的西部流入的.因此推断其沉积物源主要来自西北部地区,其次来自于盆地的北部.顶积层为三角洲相.根据反射地震剖面的连续性、振幅和反射频率等在上始新统的地震剖面上划分出4个地震相带.地震相A区主要位于两大沉积中心部位.为三角洲前缘泥砂.相带B位于沉积区的西北边缘为平坦三角洲的沙砾.相带C2沿着南部的盆地边缘断裂带分布,为冲积扇.结论认为:始新统的地震解释剖面表明当时主要为三角洲沉积.主要沉积物来自西北的陆源区和南HEUKSAN盆地的西北部.在盆地的南部边缘,沿着盆地的边界断层发育有冲积扇的沉积环境.     

南黄海地区中强地震的发震背景

依据《地震分析预报方法指南》,利用MAPSIS软件,对南黄海地区发生中强地震前的地震活动及相关地震学参数进行了分析研究,概述了该地区中强震前的发震背景。     

基于背景噪声互相关技术的雅浦俯冲带海底地震仪时间校正

由于电磁波无法在水中传播,导致海底地震仪(OBS)与全球定位系统(GPS)无法进行实时对钟,因此会产生一定的时钟漂移.而受船时、海况等影响,被动源OBS在回收后往往电量亏损,致使设备回收时并没有完成对钟,无法直接利用对钟前后的时钟漂移量进行线性校正.本文选取中国科学院海洋研究所2016—2017年间在雅浦俯冲带进行的长周期被动源OBS实验所获得的数据,利用背景噪声互相关方法对OBS进行了时间校正.结果发现,各OBS在经过一年左右时间的布放后,时钟漂移量在1～3 s之间,且基本呈线性趋势,将该结果平均分配到每天从而完成线性校正.另外,探讨了时钟的非线性漂移、误差源、参考台站的选取等因素对时钟准确度的影响,为OBS的数据处理进行了有益的探索.     

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。