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。     

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.

     

南海西北次海盆地壳结构：海底广角地震实验结果

利用完整穿越南海西北次海盆及其两侧大陆边缘的海底广角反射/折射地震测线,反演了该地区的地壳结构.该测线总长484km,共投放海底地震仪（OBS）14台,台站间距30km,组合枪阵激发总容量5160in3（1in3=16.3871cm3）.结合同测线多道地震资料,通过OBS数据的精细处理和初始建模,利用射线追踪正反演技术,获得了西北次海盆地壳速度结构模型.结果表明,地壳厚度从上陆坡的21km减薄至下陆坡的14km,在西北次海盆为7.7km;莫霍面埋深从上陆坡的21km上升到海盆中央的11km.西北次海盆和东部次海盆的地壳速度结构相似,都为大洋地壳,但不同的是层1（沉积层）增厚,层2减薄,该特点在东部次海盆尤其明显.西北次海盆及其两侧边缘构造形态和速度结构对称分布,存在共轭关系,其陆缘张裂机制属纯剪切模式.模型中的西北次海盆北侧陆缘下地壳没有发现高速层,这为南海北部陆缘西部非火山型地壳性质提供了新的证据.西北次海盆海底扩张规模小、时间短,且层2可能经历了玄武岩岩浆的不对称溢流,这可能导致西北次海盆磁条带异常的模糊化.     

天然地震后续PmP震相走时特征及在地壳结构成像中的作用——以日本东北活火山地区为例

天然地震后续PmP震相的射线路径两次穿越地壳内部,能够极大地提高射线的交叉和覆盖程度,对改善地壳内部结构的成像精度具有重要作用.本文首先对不同震源深度的天然地震后续PmP震相走时特征进行了理论研究,发现随着偏移距的增加,不同震源深度的天然地震后续PmP震相的理论走时差逐渐地变小;并且将PmP震相与初至P波震相的到时差进...     

南海西南次海盆与南沙地块的OBS探测和地壳结构

跨越南海西南次海盆南部陆缘和南沙地块中部的OBS973-1测线是南海南部首次采集的海底地震仪(OBS)广角反射与折射深地震测线,本文通过震相分析和走时正演拟合,获得了沿测线的二维纵波速度结构模型.模拟结果显示表层沉积物速度2.5~4.5 km/s,厚度1000~3000 m,局部基底面起伏较大.结晶基底的速度从顶部的4.5~5.5 km/s增加到地壳底部的6.8~6.9 km/s,中地壳有一个小的速度不连续面(0.1~0.2 km/s),而地壳底部的莫霍面有较大的速度反差(1.2 km/s),上地幔顶部的速度为8.0~8.1 km/s.莫霍面埋深和地壳厚度在测线的北段和南段有很大的不同,在测线北段的海盆区,莫霍面埋深约11 km,结晶地壳的厚度仅为5~6 km,表现为典型洋壳的特征,而在测线南段的陆块区,莫霍面埋深最大达24 km,地壳厚度可达20 km,表现为减薄陆壳的特征,从海盆区到陆块区莫霍面埋深和地壳厚度迅速增加.陆块区上下地壳的厚度和变化趋势相似,下地壳没有看到高速层(HVL),可能说明地壳内部是以纯剪拉张的均匀减薄为主,地壳下部的岩浆底侵不发育.对比OBS973-2和OBS973-3测线的结构模型,可以推测南沙地块的中部和东部具有相似的构造性质,西南次海盆两侧是一对非火山型的不对称共轭陆缘.     

多震相走时和波形三维地震成象方法及在祁连山地壳结构研究中？…

本文的理论方法是以几何射线理论为基础发展起来的,天然地震走时反演技术及天然地震 析成像技术。它存在着需求原函数与介质参数的解耦问题。本研究采取了五种方法来改善反结果,包括;利用Ｐｇ、Ｐｍ,Ｐｎ等震相增大约束条件;用已有精度较高的人工地震测深结果作速度约束;用波形反来修改模型,把诸多物理量开发出来互为约束,以修改后的框财作反演,使解的稳定性大大提高;采用最优化过程,选择遗传算法,可以进行震源定位,走     

多震相走时和波形三维地震成象方法及在祁连山地壳结构研究中的应用

本文的理论方法是以几何射线理论为基础发展起来的、天然地震走时反演技术及天然地震层析成像技术。它存在着震源函数与介质参数的解耦问题。本研究采取了五种方法来改善反演结果。包括,利用,Pg,Pn等震相增大约束条件;用已有精度较高的人工地震测深结果作速度约柬：用波形反演来修改模型,把诸多物理量开发出来互为约束,以修改后的模型再作反演,使解的稳定性大大提高：采用最优化过程,选择遗传算法。可以进行震源定位,走时反演,波形反演：得到任意深度的速度分布及从地表到Moho面的速度剖面。用于在祁连山地区的结果表明,这些层析剖面对认识大地构造、重大深部事件动力学是很有益的。     

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.

     

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.     

云南思茅—中甸地震剖面的地壳结构

云南思茅—中甸宽角反射/折射地震剖面切割松潘—甘孜、扬子和华南三个构造单元的部分区域. 我们利用初至波和壳内反射波走时层析成像获得地壳纵波速度结构. 在获得新的地壳速度结构模型基础上,利用地震散射成像思想和低叠加次数的叠前深度偏移方法重建了研究区的地壳、上地幔反射结构. 综合分析研究区地壳P波速度模型和壳内地震反射剖面发现：沿测线从北至南地壳厚度从约50 km减薄至35 km左右,地壳厚度的减薄量主要体现在下地壳,剖面北段下地壳厚度约为30 km,剖面南段下地壳厚度仅为15 km左右;上地幔顶部局部位置P波速度值偏低,一般为7.6～7.8 km/s,反映出云南地区是典型的构造活动区的特点.剖面沿线地壳内地震反射发育,其中莫霍强反射出现在景云桥下方;在景云桥弧形断裂带8～10 km深处出现宽约50 km的强反射带.     

Construction of regional and local seismic anisotropic structures from wide-angle seismic data: crustal deformation in the southeast of China

We present a method to obtain spatial distributions of seismic anisotropy associated with regional stress and local faulting in the crust from wide-angle seismic data. The method contains three steps. The first step consists of obtaining radial- and transverse-component seismic sections using a pre-stack depth migration algorithm from the S-wave velocity model determined by conventional interpretation of picked intra-crustal seismic events. In the second step, we compute time delays between split shear-waves and polarizations of fast split shear-waves by minimizing the transverse-component seismic energy. The time delay and polarization in each layer are derived using a layer-stripping method. The final step is to estimate the average splitting parameters along the whole profile. Thus, the average time delay and polarization can be regarded as caused by the effects owing to regional structure and stress fields, whereas the residual values of the splitting parameters are considered to be related to local structures and local faulting. Our method allows us to construct multi-layer anisotropic images, which may later be interpreted in terms of intra-layer coupling/decoupling or deformation. We present results from a set of three-component seismic data acquired by a controlled source experiment in the southeast region of China. The results demonstrate that the average polarizations and time delays are consistent with the direction and strength of the stress field, and their lateral variations related to local anisotropy match the spatial distribution of surface faulting crossing the acquisition seismic profile.     

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.

     

长乐-南澳断裂带两侧地壳结构差异的地震-重力联合反演

长乐-南澳断裂带出露于福建沿海地区,由于海陆过渡带的特殊性,地球物理探测受到许多限制,难以获得由陆到海的清晰而准确的深部构造形态.2014年福建省地震局采集了横跨长乐-南澳断裂带的广角反射/折射剖面（HX-6）,由于观测系统的缺陷和原始资料信噪比等问题,单纯使用地震数据反演长乐-南澳断裂带的深部地壳结构有很强的不确定性,无法解答断裂带两侧地壳结构存在何种差异,影响了对断裂带构造属性和区域构造演化的正确认识.基于岩石波速和密度有良好的对应关系,地震-重力联合反演可以有效降低多解性.本文采用地震走时拟合和重力异常拟合同步进行的方法,利用最新采集的高质量P波地震走时数据与高精度实测重力数据,反演得到了连城-厦门-金门外海剖面的二维地壳波速-密度结构模型.联合反演结果显示：长乐-南澳断裂带两侧地壳厚度差约3 km,壳内分层结构和上地幔顶部波速-密度无显著变化,推断长乐-南澳断裂带是华南地块正常陆壳和台湾海峡减薄陆壳的分界.本研究结果为进一步研究该区深部构造环境和长乐-南澳断裂带的地球动力学意义提供了新的地球物理学证据.

     

淮南地应力普查确定的地震危险区与相邻区域的地震分析

使用淮南及邻区的地应力普查资料确定了相应的地震危险区，并分析和讨论了其与地震的关系。认为地应力普查是探索地震预报的一种新方法。