SEDIS Ⅳ型短周期自浮式海底地震仪及应用体会

国家海洋局第二海洋研究所新引进15台SEDIS Ⅳ型短周期自浮式海底地震仪,并成功用于2006年南海中北部海底深部结构调查。详细描述了SEDIS Ⅳ型短周期自浮式海底地震仪的各项指标、主要仪器性能,以2006年南海中北部海底深部结构调查为基础,简要介绍了该型号地震仪的设置、投放、回收方法及数据处理技术,并总结了海上作业及数据处理中获得的一些经验体会。     

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...     

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。     

海底地震仪广角地震试验

介绍了海底地震仪(OBS)的基本原理、结构和海上调查方法,针对解决东海冲绳海槽地壳结构及性质等目的,利用大容量气枪枪阵震源和海底地震仪在东海冲绳海槽首次开展人工地震深部地球物理探测试验。本次试验布设一条NNW—SSE向垂直构造走向的勘测线,共投放海底地震仪40台,回收成功36台。获得了有效的深部地震数据,可识别到Pg、PmP、Pn等多种震相。此次试验是我国在冲绳海槽深部探测中的成功示范,有效填补了该地区深部地震数据的空白,为解决冲绳海槽深部地质问题奠定了坚实的基础。     

海底地震仪数据处理及应用

海底地震仪(OBS)探测在国内进入了快速、自主发展的阶段,并得到广泛应用。目前国内OBS探测以国产仪器及国内科研队伍为主,主要用于海底地壳结构研究及海洋地震监测。介绍了国内OBS广角地震数据处理及速度成像的主要方法,并综合分析了前人提供的不同岩性纵横波速比特征。(1) OBS数据处理包括解编、裁截、时间和位置校正、水平分量旋转(横波处理特有)及其他增强信噪比、提高分辨率的过程。(2)利用rayinvr拟合来自不同界面的反射及折射纵横波,完成已识别震相的确认,得到合理的速度结构。(3)纵横波速比与岩性、孔隙填充物及孔隙度等压实因素息息相关。不同岩性的岩石Vp/Vs与波速的关系分布在不同的区间内,未压实的沉积层普遍具有较高的波速比,含有流体的岩石比含有气体的岩石泊松比要高。     

海底地震仪的性能对比及在渤海试验中的应用

2010年3月,国家海洋局第一海洋研究所在渤海海域开展了深部地震探测试验,试验过程中使用了3种海底地震仪(OBS),包括德国的SEDISⅥ型OBS、法国的Micr OBS和中国的I-7C型OBS共计51台。文章详细描述并比较了以上3种OBS的性能指标,通过对比发现:I-7C型OBS的耦合技术比其他两种OBS更加完善,功耗和数据存储容量方面优势明显;I-7C型OBS和Micr OBS在设置参数和充电时,操作方便,提升了海上工作效率;Micr OBS的水听器性能略有优势,获取的数据清晰度高,连续性好;SEDIS VI型OBS的垂直分量数据在三者之间最优。本文提出了OBS的发展趋势:(1)小型化、便携式;(2)低功耗、大容量;(3)长周期、宽频带;(4)低成本,易回收。最后简要介绍了本次海上试验过程、数据处理方法以及探测试验取得的成果。本次试验成功取得了渤海海域深部地球物理数据,对开展该区域内的深部地质研究具有重要的意义。     

海底地震仪数据处理及应用北大核心CSCD

海底地震仪(OBS)探测在国内进入了快速、自主发展的阶段,并得到广泛应用。目前国内OBS探测以国产仪器及国内科研队伍为主,主要用于海底地壳结构研究及海洋地震监测。介绍了国内OBS广角地震数据处理及速度成像的主要方法,并综合分析了前人提供的不同岩性纵横波速比特征。(1)OBS数据处理包括解编、裁截、时间和位置校正、水平分量旋转(横波处理特有)及其他增强信噪比、提高分辨率的过程。(2)利用rayinvr拟合来自不同界面的反射及折射纵横波,完成已识别震相的确认,得到合理的速度结构。(3)纵横波速比与岩性、孔隙填充物及孔隙度等压实因素息息相关。不同岩性的岩石Vp/Vs与波速的关系分布在不同的区间内,未压实的沉积层普遍具有较高的波速比,含有流体的岩石比含有气体的岩石泊松比要高。     

一种新型潜浮式深海地震仪的设计与试验

鉴于国内外海洋地震台网的缺乏, 本文介绍了一种面向全球海域应用的漂浮式海底地震接收系统(mobile earthquake recording in marine areas by independent divers, MERMAID)。针对潜浮式地震仪MERMAID浮标的研发过程, 建立了浮标的总体设计要求与典型工作循环流程, 设计了液压式浮力调节系统、机械结构等, 并对比分析了不同转速及负浮力下潜过程, 最后进行了实验室压力检测和千岛湖湖试。试验结果表明, 该浮标能在15MPa压力下保持良好的密封性与稳定性, 利用水听器可以有效地采集到天然地震纵波(P波), 同时计算各模块单个周期的能耗, 以验证设计指标。     

用于海底热液pH探测电极自校正的控制技术研究

在海底热液pH值的探测过程中,探测电极的特性会随时间的推移而发生变化。为了实现长期的原位探测,需要一套流体控制系统对探测电极进行自校正与自维护。针对所设计的流体控制系统,遵循低功耗的设计原则,研制了其主控系统,包括硬件设计和软件开发。为了使控制系统能应用于海底热液环境,对其进行了耐压封装设计,并进行了高压水实验,实验结果表明系统在40 MPa的高压下能正常工作。各种测试指标亦表明系统能自动实现pH探测电极自校正与自维护的功能。     

基于背景噪声互相关技术的海底地震仪的时钟校正方法在西南印度洋脊的应用

Seismic monitoring using ocean bottom seismometers(OBS) is an efficient method for investigating earthquakes in mid-ocean ridge far away from land. Clock synchronization among the OBSs is difficult without direct communication because electromagnetic signals cannot propagate efficiently in water. Time correction can be estimated through global positioning system(GPS) synchronization if clock drift is linear before and after the deployment. However, some OBSs in the experiments at the southwest Indian ridge(SWIR) on the Chinese DY125-34 cruise had not been re-synchronized from GPS after recovery. So we attempted to estimate clock drift between each station pairs using time symmetry analysis(TSA) based on ambient noise cross-correlation. We tested the feasibility of the TSA method by analyzing daily noise cross-correlation functions(NCFs) that extract from the data of another OBS experiment on the Chinese DY125-40 cruise with known clock drift and the same deployment site. The results suggest that the NCFs' travel time of surface wave between any two stations are symmetrical and have an opposite growing direction with the date. The influence of different band-pass filters,different components and different normalized methods was discussed. The TSA method appeared to be optimal for the hydrophone data within the period band of 2–5 s in dozens of km-scale interstation distances. A significant clock drift of ~2 s was estimated between OBSs sets through linear regression during a 108-d deployment on the Chinese cruise DY125-34. Time correction of the OBS by the ambient noise cross-correlation was demonstrated as a practical approach with the appropriate parameters in case of no GPS re-synchronization.     

Fidelity of ocean bottom seismic observations

The often poor quality of ocean bottom seismic data, particularly that observed on horizontal seismometers, is shown to be the result of instruments responding to motions in ways not intended. Instruments designed to obtain the particle motion of the ocean bottom are found to also respond to motions of the water. The shear discontinuity across the ocean floor boundary results in torques that cause package rotation, rather than rectilinear motion, in response to horizontal ground or water motion. The problems are exacerbated by bottom currents and soft sediments. The theory and data presented in this paper suggest that the only reliable way of obtaining high fidelity particle motion data from the ocean floor is to bury the sensors below the bottom in a package with density close to that of the sediment. Long period signals couple well to ocean bottom seismometers, but torques generated by bottom currents can cause noise at both long and short periods. The predicted effects are illustrated using parameters appropriate for the operational OBS developed for the U. S. Office of Naval Research. Examples of data from ocean bottom and buried sensors are also presented.     

Quantitative evaluation of a passively leveled ocean bottom seismometer

A problem in the use of ocean bottom seismometers is the difficulty in leveling the sensors while ensuring good coupling to the seafloor. We have investigated the coupling characteristics of the seismic sensors in the new ONR ocean bottom seismometer. In the deployable sensor package for that instrument, a three-component seismometer set is suspended on a 2-axis passive leveling gimbal and is immersed in a viscous fluid. We report tests, conducted in a seismic vault, comparing the output of a gimbaled seismometer set to that of a set rigidly coupled to the ground. Our results show that the degree to which the gimbaled set is coupled to ground motion is a function of the viscosity of the coupling fluid. The coherence between the two sensor sets is poor (<0.4) at some frequencies within the band of interest (0.15 to 20 Hz) and on some components when the viscosity of the coupling fluid is comparatively low (14 Pa-s or 0.16 kSt kinematic viscosity). In addition, the outputs of some components over portions of this frequency band are attenuated and are phase-shifted relative to the outputs of the set rigidly coupled to the ground. Coherence and phase response similarity improve as the viscosity of the coupling fluid is increased. With a coupling fluid viscosity of 980 Pa-s (10 kSt), coherence and phase agreement between the two sensor sets is good (>0.9) across nearly the entire band of interest on all three components. A simple analytical model of the gimbaled seismometer set as a damped, driven, compound-pendulum provides a basis for understanding the test results.     

OBS记录的时间和定位误差校正

根据地震波传播的时距关系,利用海底地震仪子母钟对时记录、测深数据和近炮点数据,使用数据处理软件OBSTOOL,对南海北部采集的海底地震记录进行高精度时钟校正处理。通过反演确定放炮延迟和海底地震仪的漂移参数,为准确反演速度奠定了基础。分析结果显示,南海北部OBS数据放炮延迟为1.278s,最大时钟校正量为2.394 s,OBS偏离测线最大距离为652m,这些将会导致浅层正、反演结果不准确,影响BSR的正确识别。     

海底地震仪及其国内外发展现状

以改进型得克萨斯海底地震仪为主线,详细描述了海底地震仪的工作原理、主要仪器参数、观测方式和回收方法,同时,对美国、日本等几个国家和地区海底地震仪研制和实际观测工作方面的发展状况作了简要介绍,并对海底地震仪的发展趋势和应用前景作了展望。     

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。     

采用射线追踪法的天然气水合物海底地震观测系统设计

射线追踪法是以建立的地下地质模型为基础,研究不同的激发点发出的射线经地下地质界面反射后可以被接收到的信息,从而了解不同的观测系统对于特定地质条件地震资料采集的效果,对于海上地震采集相关参数的确定十分关键.在天然气水合物地震勘探中,丰富的多波勘探信息对于查清水合物内部速度结构、提高地层的分辨率具有重要意义.本文在分析国外天然气水合物海底地震仪(OBS,ocean bottom seismometer)勘探的应用成果基础上,采用射线追踪法理论计算和海上实验,实现了针对天然气水合物的海底地震观测系统设计,试验获得了转换横波记录,取得了良好的应用效果.     

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。     

A technique for conducting seismic refraction experiments on the ocean bed using bottom shots

A technique has been devised for firing arrays of bottom shots on the ocean bed in depths upto 4000 m or more. Ten kilogram explosive charges are dropped from the surface while the shooting ship is navigated acoustically. They are detonated at preset times by an electronic timer which initiates an electrical detonator, detonating cord and cast PETN/TNT explosive. Ranges to ocean bottom seismographs, and the shot instants, can be calculated from the arrival-time differences of the direct and surface-reflected water waves. The accuracy, which is dependent on water-depth and range, was better than 22 m in range and 14 msec in shot instant for our experiments.     

海底电缆鬼波压制及陷频补偿方法研究

受到海底、自由表面等强反射界面的影响, 在海底电缆采集的地震资料中鬼波干扰往往非常发育, 在频谱中表现为明显的陷频现象, 严重影响地震剖面的质量, 给后期的处理解释带来困难。为克服这一困难, 根据海底电缆双检(陆检和水检)对下行波场的不同响应, 在深入研究伪多道匹配滤波技术的基础上提出了伪多道双检合成方法。与传统的求取反射系数的双检合成方法不同, 该方法完全数据驱动。在合成数据和渤海地震资料的实际应用中, 鬼波成分得到了明显的压制, 同时拓宽频带, 补偿陷频, 证明了该方法的有效性。