人工源深部地震探测与壳幔结构及对异常体的分辨

利用地震波场研究地球内部壳、幔结构的方法主要包括天然地震波场中的远地震观测法、近地震观测法和人工源地震深部探测法.其中,由于人工源地震探测的震源位于浅表层介质中,且其震源位置、爆炸时间、接收条件等均为精确已知,因此其所得结果的精度最高、且最为准确.人工源深部地震探测分为深部地震宽角反射和折射剖面探测及深部近垂直反射波法探测.前者可求得壳、幔介质的分层结构和速度分布,后者可较详细了解地壳构造形态的细节.两种方法具有不同的特点、但却相辅相成.当今,将深地震宽角反射/折射和深反射法联合观测以取得较详细的速度结构和构造展布特征将必成地球内部研究的必然轨迹.     

我国深部探测技术与实验研究进展综述

深部探测技术与实验研究专项(SinoProbe,2008-2012)是我国历史上实施的规模最大的地球深部探测计划.专项开展了全国4°×4°、华北和青藏高原1°×1°的大地电磁阵列观测,建立了全国地球化学基准网(含78种元素),完成了青藏高原、华南-中央造山带、华北和东北等四条超长深地震反射剖面,部署了罗布莎、金川、腾冲、南岭、庐枞和铜陵等大陆科学钻探实验,开展了青藏高原东南缘和华北地区地应力监测;在我国东部长江中下游和南岭成矿带开展的矿集区立体探测卓有成效.同时,专项还开展了岩石圈三维结构与地球动力学数值模拟、大陆地壳结构与演化的综合研究.专项全面实施以来,已经完成约6000 km的深地震反射剖面,成功研究、实验了地壳与地幔深部探测的一系列技术方法,积累了丰富经验,极大地加快了我国深部探测的进度,在国内外产生了强烈的反响.专项实现了技术组合创新、技术进步与重大科学发现的并举,适应我国地质地貌条件和地壳/岩石圈结构特征,初步形成了具有不同层次、不同尺度、不同精度探测空间组合的深部探测技术方法体系,建立了若干各具地质特色的探测试验基地.专项实验已经取得了一系列重大突破与重要成果,深部探测关键仪器装备自主研发获得重大突破,为全面开展地壳探测工程的组织实施奠定了必要的技术基础.     

华北地壳上地幔结构及其大地震深部构造成因

华北克拉通是中国大陆东部的一个重要的大地构造单元.20世纪60~70年代,华北地区发生了一系列强烈地震.近半个世纪以来,中国地震学家对华北地区地壳上地幔结构开展了大量的探测和研究,在地壳上地幔结构以及与强烈地震相关的深部构造环境等重大地球科学问题上取得了显著的进展.华北大震区的深地震剖面探测显示了地壳上部铲式正断层和低角度的滑脱构造与震源下方贯通下地壳直至莫霍面的高角度深断裂共存的复杂构造图像.地震层析成像揭示,华北大震大多都发生在高速与低速区的过渡带上,而唐山地震区中-下地壳存在明显的低速异常.震源区下方的低速异常带,地壳深浅构造不一致,高角度超壳深断裂,上地幔顶部速度偏低,以及莫霍界面局部隆起等,是华北伸展构造区深部孕震环境的共同特征,表明华北岩石圈结构具有高度不均匀性.华北克拉通现今的强烈地震活动性以及偏低的下地壳速度,显著区别于世界上其他稳定克拉通.所有这些都是华北克拉通破坏的重要证据.尽管深地震探测和地震层析成像研究大大丰富了深部构造和孕震环境的知识,一些深层次的问题需要进一步的研究.     

基于随机介质模型的统计分析在深反射地震中的应用

深反射地震勘探是揭示地球深部构造的一种地球物理探测方法.由于不同于沉积地层的反射特征,深反射地震资料的解释需要不同于浅层水平层状介质的解释方法.基于随机介质模型的统计分析为深反射地震解释提供了新的途径.本文首先介绍了地球深部结构中非均质性的统计特性研究成果,阐述了随机介质模型的基本概念及二维随机介质的建立方法,讨论了随机介质模型参数的含义.通过正演模拟的方法分析了随机介质的地震响应特点,对比实际深反射地震资料可对地壳中反射透明区、上下地壳界面、莫霍面反射以及非均质入侵体的地震响应提出合理解释.然后总结了从反射地震数据估算随机介质参数的方法及存在的问题,结合实例论述了随机介质参数分析在深反射地震解释中的作用.最后探讨了该方法的优缺点及应用前景.     

20世纪90年代我国对地壳上地幔结构的人工地震探测研究

介绍了20世纪90年代我国人工地震探测在研究大震区和潜在震源区深部细结构，发震构造的深部特征、介质物性，地壳和上地幔结构与地球动力学过程，火山深部结构，油气生成的深部构造环境等方面取得的成果，以及人工地震资料解释中P波和S波的联合应用，浅层地震反射法在地壳浅层细结构、深浅构造关系研究方面取得的进展。     

深地震反射剖面构造信息识别研究

随着我国深部探测计划的实施,近年来在中国大陆地区实施了多条深地震反射剖面,获得了大量揭示地壳上地幔精细结构的宝贵资料. 为了更充分地挖掘这些资料中所包含的深部构造信息,本文在研究和总结前人工作的基础上,提出一种快速识别深地震反射剖面构造格架的方法. 该方法通过数据预处理、强振幅提取、中值滤波、对象识别、连续性计算和连续性滤波实现对深地震反射剖面构造格架识别. 同时,该方法还可通过对象倾角计算对复杂区域进行属性分析.     

高分辨深反射地震探测采集处理关键技术综述

深反射地震勘探以其可靠性强和精度高的特点,一直作为深地探测的主要技术之一.其中分辨率又作为评价深反射地震勘探质量的关键指标之一,在理论研究及实际生产中都有着重要的意义.文章将深反射地震勘探中影响分辨率的主要因素划分为采集、地质、处理三方面,采集因素主要包括子波激发、空间采样率、接收及观测系统设计;地质因素则主要包括深部波阻抗变化、深部地质体尺度、浅部构造、吸收衰减等,针对以上因素人们提出了静校正、振幅恢复、反褶积、偏移等处理方法来提高深反射地震勘探的分辨率.本文阐述了影响深反射地震勘探分辨率的主要因素,并对提高深反射地震勘探分辨率的主要方法进行了总结与展望.     

沈阳市活断层深地震反射勘探研究

本文通过深地震反射探测,获得了沈阳市区北部Moho面以上的地壳深部结构和剖面,上地壳复杂的断裂组合关系和下地壳高角度的深断裂共同构成了该区的深、浅构造关系,其结果为沈阳市活断层的地震危险性评价奠定了基础。     

泉州盆地及其邻区地壳深部结构的探测与研究

泉州盆地及其邻区地处我国大陆东南沿海地震带北段。通过对泉州盆地进行深地震反射探测，获得了该地区近地表至Moho面的精细几何结构及其深浅构造关系图像。这是该区第一条深地震反射探测剖面。分析结果表明，泉州盆地及其邻区地壳厚度变化在29．5～31．0km，由上地壳和下地壳组成。上地壳和下地壳又可以各分为2层。泉州盆地及其邻区近地表至浅部断裂发育，这些断裂向地壳深部最大延伸深度为6-12km，断裂的倾角随深度增加而逐渐变小，呈铲形正断层终止于上地壳上部反射界面C1，以上。在永安-晋江断裂带之下的上地壳下部和下地壳中，存在着切割上、下地壳分界面和Moho面的高倾角深断裂，尽管深浅部断裂构造不相连接，但由于深部存在深断裂，具有发生中强以上地震的深部构造环境。这一深地震反射探测成果的获得，使得泉州盆地及其邻区深部资料解释的可靠性和探测精度比以往显著提高；深浅部构造组合取得了统一的解释结果；地壳的分层和结构特征更为确切和精细；首次发现了上地壳的拉张性构造及铲式正断层组合特征。不仅有助于泉州及其邻区地震危险性的综合判定，而且对深化东南沿海地震带及台湾海峡深部动力学过程的认识具有重要意义。     

若尔盖盆地-西秦岭造山带结合部位深反射资料的静校正和去噪技术

深地震反射剖面技术是探测岩石圈精细结构的有效手段.通常情况下工区地质情况复杂,尤其在盆山结合部位,地表地形起伏大,地下构造复杂,其深地震反射资料具有低信噪比、干扰强、构造复杂等特点,给后续处理和解释造成很大困难,因此获得真实的叠加剖面是地质解释的前提和基础.复杂地区低信噪比深地震反射资料处理的关键是做好静校正和去噪工作.本文以若尔盖盆地－西秦岭造山带接合部位深地震反射资料作为例,通过方法试验和参数测试,找到适合该工区的静校正方法和去噪技术,得到较好的处理结果,为揭示若尔盖盆地－西秦岭造山带结合部位的细结构提供了可靠的依据.     

邢台7.2级地震震源区的电磁阵列剖面法测量与电性特征研究

为了取得邢台地震区地壳细结构,对该区进行了综合地球物理方法探测,其中电磁阵列剖面法（EMAP）测量在我国尚属首次．EMAP剖面穿过邢台7．2级地震区,经过EMAP阻抗求取、空间滤波处理和二维反演解释,剖面显示出清晰的地壳电性细结构特征：4km以上电性简单,4-20km深度电性复杂;震源区电性复杂,非源区简单;发震深度变化复杂;震源区电性突变,显示隐伏高角度断裂,高寻层不连续部位为发震部位．其观测结果对于了解该区的构造背景、发震构造和深部构造的关系有重要意义．     

利用宽角反射/折射和深反射探测剖面揭示三河-平谷大震区深部结构特征

利用三河—平谷8.0级大震区实施的深地震反射剖面与宽角反射剖面探测方法获得的结果进行了综合研究和解释. 结果表明：两种探测方法给出的地壳基本分层是一致的,在三河—平谷大震区上地壳的埋深为21～23km,莫霍界面的深度为36～37km;该地区基底结构起伏变化较大,浅部断裂发育,在确定的数条断裂构造带中夏垫断裂是一条特征明显、深浅共存的断裂构造带;震源区周围差异明显的速度异常结构和特殊而复杂的地质构造环境意味着这些部位是发生大地震的有利部位;该地区莫霍界面起伏变化和较厚的反射叠层以及局部复杂的楔形反射带的存在等现象表明,该地区地壳结构发生过强烈的挤压、变形,同时也反映出岩浆活动对下地壳结构进行了物质的和结构的强烈改造,从而构成了该地区复杂的地壳深部结构,可将其视为三河—平谷8.0级大地震孕育和发生的深部要素.     

邢台7.2级地震震源区的电磁阵列剖面法测量与电性特征研究

为了取得邢台地震区地壳细结构,对该区进行了综合地球物理方法探测,其中电磁阵列剖面法（EMAP）测量在我国尚属首次．EMAP剖面穿过邢台7．2级地震区,经过EMAP阻抗求取、空间滤波处理和二维反演解释,剖面显示出清晰的地壳电性细结构特征：4km以上电性简单,4—20km深度电性复杂;震源区电性复杂,非源区简单;发震深度变化复杂;震源区电性突变,显示隐伏高角度断裂,高寻层不连续部位为发震部位．其观测结果对于了解该区的构造背景、发震构造和深部构造的关系有重要意义．     

内蒙古准苏吉花钼矿及外围反射地震和层析成像探测

由于金属矿区地质构造的复杂性,地震反射方法在金属矿区的应用效果一般较差.为解决金属矿勘查中的方法技术问题,在内蒙古准苏吉花斑岩型钼矿床及其外围地区开展了地震层析成像和高精度反射地震联合勘探的方法技术研究.高精度反射地震采用2台套大功率可控震源激发,5m道间距,960道接收,80次水平叠加的工作方法;地震层析成像采用了1000道采集,10m道间距,9990m接收排列长度,采用炸药震源激发,炮间距约2500m,最小炮检距10m,最大炮检距10500m,采用排列中间或单边激发的相遇观测系统.两种探测方法均获得了能清晰反映深部地质结构和构造的反射地震和层析速度剖面.试验研究结果表明,地震层析成像不但可弥补反射地震资料在探测浅表层方面的不足,而且还可为反射地震资料偏移处理提供有用的速度信息,从而提高反射地震资料的处理效果;该联合勘探结果还为在该区寻找深部隐伏金属矿指明了新的找矿靶区.     

太行山东缘汤阴地堑地壳结构和活动断裂探测

采用深、浅地震反射和钻孔地质剖面相结合的探测方法,对太行山东缘汤阴地堑的地壳结构和隐伏活动断裂进行了研究.结果表明,该区地壳厚度约36~42 km,莫霍面从华北平原区向太行山下倾伏.汤阴地堑是一个受汤东断裂控制的半地堑构造,其基底面形态与莫霍面展布呈"镜像"关系.汤东断裂是1条继承性的隐伏活动断裂,该断裂向上错断了埋深约20 m的中更新世晚期地层,向下延伸至上地壳底部.综合分析深地震反射和已有深地震宽角反射/折射剖面结果,发现深地震反射剖面上的中-下地壳强反射层和壳幔过渡带反射,与深地震宽角反射/折射剖面上出现的中-下地壳正负速度梯度变化层有着较好的对应关系,这表明本区中-下地壳和壳幔过渡带可能为一系列速度递变层或高低速物质的互变层,埋深约15~16 km的强反射带为上地壳与中-下地壳的转换带,壳幔过渡带的底界为地壳与地幔的分界.研究结果为深入理解该区的深部动力学过程、分析研究深浅构造关系、评价断裂的活动性提供了依据.     

Skeletonization技术及其在深地震反射剖面解释中的应用

"深部探测技术与实验研究"(SINOPROBE)专项的启动揭开了中国"入地"计划的序幕.大规模的深地震反射剖面是该计划最重要的组成部分之一,如何从深地震反射剖面中获取更多有用的信息成为我们即将面临的重要课题.Skeletonization技术是西方国家在实施深部探测计划时发展的一项深地震剖面信息提取分析技术,对我们具有重要的借鉴意义.本文在研究前人工作的基础上,综述了Skeletonization技术的基本原理及其在国内外的发展,并在此基础上介绍了该技术在深地震反射剖面解释中的应用,最后结合我国刚刚启动的SINOPROBE计划对其进一步的发展进行了展望.     

北京地区地壳精细结构的深地震反射剖面探测研究

长度100 km、NW向穿过三河—平谷8.0级地震区和北京地区主要断裂构造的深地震反射剖面,揭示了该区地壳精细结构图像和断裂的深浅构造特征.结果表明,该区地壳以TWT6～7 s左右的强反射带为界分为上地壳和下地壳,上地壳厚约18～21 km,下地壳厚约13～15 km.剖面TWT3～4 s以上,反射层位丰富,构造形态清晰,且在剖面上具有明显不同的构造特征;在三河—平谷地震区以西,剖面揭示了2～3组反射能量较强的反射震相和一系列错断基底面的断裂,在三河—平谷地震区以东,为一套自东向西倾伏的密集强反射层,这套反射具有典型的沉积盆地特征,盆地最深处约为8～9 km.剖面揭示的地壳深断裂倾角陡直,该断裂切割、扰动了下地壳物质和壳幔过渡带,向上延伸至上地壳,将地壳深部构造与浅部断裂联系在一起,构成了该区最主要的深浅构造特征.     

利用深地震反射剖面揭示峨眉山大火成岩省下地壳结构

峨眉山大火成岩省位于扬子板块西缘,紧邻三江构造带,其复杂的地质背景使得该火成岩省的内带受到强烈改造和变形.由于缺少高精度的地球物理探测,导致对该地区地壳的精细结构了解不够,很大程度上影响了对大火成岩省形成机制的认识.我们在大姚元谋段实施了一条深地震反射剖面,试验了一种基于节点地震仪的深地震反射数据采集方法,得到了峨眉山...     

大容量气枪震源陆地反射地震探测——以长江中下游铜陵地区为例

为了实验大容量气枪震源陆地水体流动激发反射地震探测效果,在长江中下游安徽省铜陵段,采用气枪船长江航道流动激发、沿江岸布设反射地震仪器接收的非纵弯线工作方式,得到了反映测线经过地区地壳深部结构和构造特征的反射地震数据。原始资料信噪比较低,但部分资料不同部位仍可辨认出来自地壳及莫霍面反射波组。就传播距离而言,地震波传播的水平距离最大可达21km,垂直深度可达30km以上。在数据处理中,根据原始资料特点,针对性采用了非纵弯线面元定义、三维层析静校正、叠前多域去噪及组合反褶积技术,最终得到的叠加时间剖面上具有丰富的壳内反射波组。结果显示,测线经过地区的地壳结构为双层结构,总厚度为30.0～36.0km。上地壳呈现隆坳相间的反射特征,下地壳存在多组叠层状弧型反射波组,莫霍面反射特征清晰,由2～3个反射同相轴组成,呈现SW端向NE段抬升的形态。剖面经过地区存在一个切穿下地壳和莫霍面的深部断裂,应该是长江深断裂的反映。研究结果充分说明,大容量气枪震源可应用于陆地流动水体地壳精细结构的深地震反射探测。     

三峡地区上地壳结构的远震虚震源反射地震成像

远震虚震源反射成像方法利用远震初至波在台网之下地表与地下界面间形成的反射波(PPdp震相)波形资料进行台网地区地震反射结构研究.此方法先用台网各台站的平均初至波形求取震源信号,再用该震源信号与各道地震记录作反褶积从而取得反射剖面.本文介绍了远震虚震源反射成像的基本原理和实现步骤,并以三峡地区的观测资料为例,得到三峡库首区上地壳的反射地震剖面.成像剖面中解释出的四川盆地和秭归盆地的底界面位置和形态与地表地质观测和大地构造背景吻合.为验证虚震源成像的能力,本文使用弹性波正演模拟合成地震数据,经过处理实际资料一样的步骤获得虚震源成像结果.正演模拟表明,叠加多个远震的反射地震剖面可以有效地改善成像的信噪比和连续性;虚震源成像需要选择特定的震源频率范围,以减轻高频噪音以及低频造成的成像问题.在研究上地壳结构时,建议在不适合主动源采集和缺乏低频信号的地区尝试远震虚震源方法.