海底地震仪重新定位:以东沙群岛海域为例

利用海底地震仪(OBS)进行探测时,一般采用自由下落的方式将OBS布设在海底。由于海流和海底地形的影响,OBS的位置一般都偏离设定的位置。OBS重新定位是OBS数据处理的基础,不正确的位置信息将导致错误的观测系统信息,从而影响后续的处理效果。直达水波包含了OBS的位置信息,一般利用直达水波的走时,采用最小二乘的方式来确定OBS的实际位置。炮点位置精度、放炮时间延迟、炮点分布方式、OBS时钟漂移、走时拾取误差以及海水速度变化等因素都会影响重新定位的精度。文章采用数值方式研究这些因素对重新定位精度的影响,并对东沙群岛海域实际的OBS站位进行精细重新定位。数值结果表明,直线排列的炮点不能很好地反演出OBS的位置,应该采用十字或者井字分布的炮点;在偏移距小于10km时,海水速度结构的精度对重新定位的影响可以忽略;对OBS重新定位影响最大的是由放炮时间延迟、时钟漂移以及走时误差共同构成的右端项误差,5ms的右端项误差可引起40m左右的偏差。实际数据重新定位的结果较好,符合数值研究的结果。     

海底地震仪实测信号特性分析

置于海底数百米至数千米的海底地震仪(OBS)的实测信号相比陆地地震仪具有不同的特性;由于水的作用或记录信号源频率的不同,短周期OBS和宽频带OBS记录的信号又有明显的差异。文章对南海西南次海盆地震探测期间记录的人工气枪震源和天然地震实测信号进行了时频分析,结果如下。1)气枪作业后在海底激发两种噪声:一是水的波动不断叠加形成的长波,周期50s左右,以水平分量为主;二是高频噪声,主要是OBS底座细微晃动引起的。2)宽频OBS对于水下移动目标激发海底波动具有很好的探测能力,特别是水平分量可以获得大振幅且周期特征清晰的记录,并能够指示方向。3)宽频OBS能记录到清晰的天然地震信号,为研究调查区岩石圈结构增添了更多的信息,短周期OBS对远震直达P波有很好的记录。国产宽频I-4C型OBS碰巧记录了日本M9.0级大震。     

西南印度洋洋中脊热液A区海底地震仪数据处理初步成果

在西南印度洋热液活动A区(49°39′E)开展的三维海底地震仪(OBS)探测实验为研究该区域的深部地壳/上地幔结构提供了重要基础,而OBS数据处理是获取研究区三维速度结构的基础环节。文章介绍了此次实验中所用的3种不同类型OBS(国产、法国和德国OBS)的数据处理流程,包括地震数据解编处理、截裁处理和地震信号的可视化处理;并以第2790炮为例分析了3种类型OBS记录数据的波形和频谱特征。结果表明,由于受不同类型OBS的频带、传感器和拾震器等影响,国产与法国OBS都能记录到长周期和短周期噪音,而德国OBS只记录到短周期噪音;但经带通滤波后,3种类型OBS都能够很好地压制噪音,突出有用的气枪信号;对比3种类型OBS(分别以OBS04、OBS08和OBS23为例)沿主测线X1X2的综合记录剖面,发现3种类型OBS都能够记录到多组清晰可靠的P波震相,如直达水波、Pg、PmP和Pn震相,为下一步A区的三维层析成像奠定了坚实数据基础。     

天然气水合物矿体的三维地震与海底高频地震联合采集技术——海底地震仪观测系统研究

三维地震与海底地震仪(OBS)联合采集技术在野外地震调查中起着举足轻重的作用,特别是对天然气水合物的地震调查方法的研究。其中对海底地震仪(OBS)的研究能够给天然气水合物调查提供有力的保障,OBS在海底的布设是联合采集的关键,对OBS观测系统的研究显得尤为重要,关系到OBS采集的野外资料的总体质量和后期解释。因此,通过研究,可以选择设计最佳的观测系统,为联合采集技术提供基础数据,降低采集费用、提高作业效率。     

OBS调查技术方法及其在南黄海的应用

介绍了OBS(海底地震仪)的发展现状、结构和工作方法,针对南黄海海域多道地震调查难以解决的深部沉积层速度求取和地层结构问题,设计并实施了南黄海地区OBS调查,获得了有效的深部反射波和折射波数据,为解决南黄海深部地质问题奠定了坚实的基础。     

海洋广角地震数据校正方法探讨

海洋广角地震数据的采集具有高投入、高风险及高难度等特点,这使得从海洋上采集到的地震数据显得异常宝贵,但往往由于各种客观条件(如气候条件、定时定位条件、仪器条件及人为因素等)的限制,导致采集到的地震数据存在一些缺陷.以南海地区开展的海陆地震联测及海底地震仪(OBS)探测的试验数据为例,对导航数据时间误差、部分陆地固定台站...     

南海南部海底地震仪试验及初步结果

采用德国SedisIV型海底地震仪(OBS)和中国科学院地质与地球物理研究所自主研发的OBS,以4×24.5L的大容量气枪阵列为震源,于2009年4～6月在南海南部开展了OBS试验,获得了两条勘测线,其中OBS2009-1测线(剖面1)从南海西南次海盆南部陆缘延伸到海盆中央,另一条OBS2009-2测线(剖面2)穿过礼乐滩东部向西北延伸进入海盆。由剖面2的14台OBS采集的广角地震反射、折射勘测地震数据可知,此次试验,OBS地震记录清晰、震相丰富,所使用的气枪有足够的能量输出,显示了其良好的工作能力,是一次比较成功的地震勘测。数据初步处理和初至波层析成像结果表明,礼乐滩地块的基底较高,很有可能与南海北部陆缘存在共轭关系,但与南海北部陆缘不同的是,北部陆缘有较厚的沉积层覆盖,而礼乐滩块体上的沉积层很薄;东部次海盆地壳明显被拉薄,海盆内的地壳也很薄,莫霍面埋深较浅。     

海底地震仪的时间同步技术

海底地震仪(OBS)是记录海底地震数据的主要仪器.在我国,OBS仍处于研究与实验阶段.时间同步的精准度是海底地震仪的重要指标,直接影响了地震数据分析和地震数据反演的准确性.以法国MicroOBS _Plus为例,对海底地震仪时间同步技术进行深入分析,详细介绍其时间同步原理及实现方法,为OBS在海底地震地壳深部结构调查研究等方面的应用提供参考依据.     

精密枪控计时器设计及在海底数据采集中的应用

为了获得海底地震仪(ocean bottom seismograph,OBS)在海洋地球物理勘探中更真实准确的数据处理剖面,必须消除导航、定位时间、定位精度对OBS数据采集和处理的影响。通过分析时间定位精度对OBS数据处理的影响及计时误差来源,开发了精密枪控计时器以提高时间定位精度和消除常规计时误差,计时精度达到0.01ms,实现了高精度导航定位、炮点定位、时间定位和计时,保证OBS地震数据采集的准确性和精度。经稳定性测试,生产试验后的数据分析表明,该设备时间精确、定位性能完全满足OBS多分量地震勘探要求并可应用于其他需要高精度计时的海洋地球物理勘探领域。     

OBS海洋环境信号分析与应用

为研究海洋环境信号在OBS(Ocean Bottom Seismograph)原始数据中的规律及应用,根据OBS原始数据的波形及频谱特征,将研究区划分为5个时间段,依次为旧涌浪阶段、风浪渐强阶段、风浪全盛阶段、风浪消退阶段和新涌浪阶段。结合海洋天气预报,认为上述现象是由偏南风风浪对海流的影响造成的。参考野外地震数据采集记录班报,得到各阶段的时长和距离,计算风浪渐强、全盛和消退阶段OBS附近海流的平均速度。结果表明:OBS原始资料中浅海海洋环境噪音增强的主要因素是风浪,且风浪引起的噪音信号的波形变化特征是渐进式的;OBS可用于接收某种特殊阶段(如台风、海啸等)的噪音信号,并根据噪音信号的波形特征、频谱变化规律和持续时间估算该阶段的海流速度变化。     

南海北部海域油气资源调查技术及其应用研究——拖缆及海底地震仪联合勘探观测系统研究

拖缆与海底地震仪联合勘探技术在野外地震调查中起着举足轻重的作用,特别是对油气资源的地震调查方法的研究。其中对海底地震仪(OBS)的研究能够给深水油气调查提供有力的保障,OBS在海底的布设是联合采集的关键,对OBS观测系统的研究显得尤为重要,关系到OBS采集的野外资料的总体质量和后期解释。因此,通过研究,可以选择设计最佳的观测系统,为联合勘探技术提供基础数据,降低采集费用、提高作业效率。     

台湾海峡OBS地震记录中二次Ps震相的特征及应用

在海底地震仪(ocean bottom seismometer,OBS)广角地震记录剖面上,经常可以见到震相清晰且连续的多次波信号,多次波和初至波是由相同的震源信号产生的,也是地壳真实结构的反映。但是在通常的OBS数据处理过程中,经常将多次波作为无效信号剔除掉,对其属性及应用的研究比较少。文章通过对台湾海峡南部OBS探测测线HXN01数据的处理,对多个台站记录到的二次震相进行了识别与拾取,并以OBS0106台站为例,对识别出的二次Ps震相进行了系统的研究分析,发现二次Ps震相的波形特征和质点运动轨迹与初至震相相似,但波形最大振幅值明显大于初至震相。通过Rayinvr射线追踪方法模拟,确定了二次Ps震相的主要反射层,并发现加入二次震相后,台站下方浅部沉积层射线覆盖密度有显著提升,射线覆盖的区域也明显增加,为沉积层精细结构的反演提供了更为丰富的数据基础。另外,对理论模型的地壳结构进行加入二次Ps震相前后的反演测试,结果显示加入二次Ps震相数据后,沉积层的界面深度误差得到明显的改善。     

南沙地块OBS2019-2测线数据处理与震相识别

为揭示南海南部陆缘的地壳结构,研究其张裂-破裂机制,开展共轭陆缘对比,我们在南沙地块礼乐西海槽附近的洋陆转换带上完成了OBS2019-2测线的探测工作。相较于北部陆缘,南部陆缘已有的海底地震仪(ocean bottom seismometer,OBS)测线较少,对深部地壳结构的研究也较少,因此OBS2019-2测线就尤为重要。文章重点阐述了OBS2019-2测线的数据处理工作,包括UKOOA文件制作、数据格式转换、位置校正、单个台站综合地震记录剖面的生成等,然后在剖面图中对各类深部震相(Pg、PcP、PmP、Pn)进行识别追踪,并建立初步的模型;使用Rayinvr软件进行走时试算工作,验证了震相识别的准确性。处理结果显示OBS2019-2测线的深部震相清晰,最远震相可以连续追踪到120km以外,数据整体质量良好,能为后续速度建模和构造解释等工作提供坚实基础。     

Combination of Least Square and Monte Carlo Methods for OBS Relocation in 3D Seismic Survey Near Bashi Channel

Abstract

The relocation of ocean bottom seismometers (OBSs) is a key step in analyzing the three-dimensional seismic tomographic structure of crust and mantle. In order to get the accurate location of OBSs on the seafloor, we analyze the travel times of direct water waves emitted by air-guns. The Monte Carlo and least square methods have been adopted to calculate the true OBS location. The secondary time correction is necessary if the arrivals of direct water waves show overall time drift during relocation which maybe originates from remnant of linear clock drift correction and average errors of travel time picking, mean water velocity assumption, and experiment geometry. We have improved the original OBS relocation procedure which we used previously for other experiments by deliberateness of a secondary time correction and automatically approaching the really mean water velocity. A series of synthetic tests are carried out firstly to document the feasibility of our procedure and then it is applied on a real experiment. In here, we relocate 28 OBSs in total were relocated in 3D seismic survey near Bashi Channel. Relocation results show that the drifting distances for the 28 OBSs range from 65 to 1136 m between the deployed and relocated locations deduced by relocation results. The Pearson correlation coefficient between OBS drifting direction and sea current direction is 0.79, indicating that the two sets of data are highly linearly related and further manifest the sea current as the most possible driving force for OBS drifting during landing on the seafloor but its detailed influence mechanism is unclear by now. This research is necessary and critical for velocity structure modeling, and the optimal relocation program provides valuable experiences for 3D seismic survey in other area.     

OBS浊度标定与悬沙浓度误差分析

利用光学后向散射浊度计OBS-3A,在长江河口南槽进行大小潮周期连续观测。利用OBS室内和现场浊度标定,计算不同潮时OBS观测悬沙浓度相对误差,并对影响其观测精度因素进行分析。主要结果有:(1)现场OBS标定R值比室内标定偏低,但也在0.8以上;(2)大潮平均相对误差值变化比小潮大,在悬沙浓度低于1.5kg/m3条件下,大小潮悬沙浓度平均相对误差都在15%以下;(3)悬沙粒径大小是影响OBS观测精度的主要因素,生物、泥沙颜色、水色和水中气泡等因素也对观测结果产生一定影响。     

南海IODP 367-368钻探区深地震探测的OBS站位设计分析

借助于国际大洋发现计划平台, 于2017年2月—6月间在南海实施第三次科学钻探(IODP 367-368航次)。海底地震仪(OBS)深地震探测和国际大洋发现计划(IODP)钻探成果相结合, 可以对南海北部洋陆转换带(COT)边界及地质属性的确定提供更好、更全面的深部地质过程解释。文章基于IODP 367-368钻探提出的三种可能设想(下地壳出露、最老洋壳出露、上地幔出露), 分别建立了三种初始速度模型。利用Rayinvr及Tomo2d软件, 对每一种初始模型分别开展了不同OBS间距的射线追踪和走时模拟测试对比, 以及模型的分辨率测试。测试结果表明: OBS间隔为7km比间隔为10km具有更好的射线路径与密度覆盖; 对于上地幔出露模型, 需要足够长的探测测线(>100km), 才能有效得到30km深处信息; 分辨率测试说明, OBS间距需要设置小于或等于7km时, 才能有效分辨20km速度异常体(即模糊带)。     

南海北部陆缘OBS2018-H2测线地壳结构初步结果

南海北部陆缘洋陆转换带实施的OBS2018-H2测线的地壳速度结构, 将为探讨南海张裂-破裂机制提供重要证据。文章介绍了OBS2018-H2测线前期数据处理流程, 包括多道反射地震数据处理、海底地震仪OBS (Ocean Bottom Seismometer)数据格式转换、炮点和OBS位置校正, 以及OBS震相的初步识别, 并对地壳结构进行了初步分析。结果表明: 炮点和OBS位置校正效果良好; 多道反射地震数据为建立初始速度模型提供了良好约束; OBS综合地震剖面识别了多组清晰的P波震相, 包括Pw、Pg、PmP和Pn震相。根据测线西侧OBS36、OBS37两台站的震相分布特征初步估算台站下方地壳厚度约为6~7km, 与根据多道地震剖面LW3的双程走时估算的厚度6~9km大致相符。