MC1微功耗宽频带数字地震仪

介绍了一种完全自主研发的新一代数字地震记录设备——MC1微功耗宽频带数字地震仪. 它的最大的特点是系统功耗小于300mW，体积小、重量轻、成本低廉，非常适合于天然地震的野外流动观测，也可应用在人工地震和工程地震等其他领域.     

宽频带海底地震仪的研制

为填补我国海洋地震监测和海洋地震研究的空白,获得对海洋地震多发区域的监测能力,特此进行宽频带海底地震仪的研制.本文详细介绍了宽频带海底地震仪的设计目标、基本工作原理、组成结构及性能技术指标和研制过程.此外,还介绍了宽频带海底地震仪在中国南海东北部海域应用实例的实验结果,展示了宽频带海底地震仪在3000m海底所记录到的数据资料.     

国产海底地震仪研制现状及其在海底结构探测中的应用

海底地震仪(Ocean Bottom Seismographs,OBS)及由其组成的海底流动地震观测台阵是近年来发展起来的高新技术,在油气探测、科学研究、防灾减灾等方面有广泛的用途,是地球物理仪器与探测技术发展中的一个新增长点.本文介绍了由中国科学院地质与地球物理研究所研制成功的宽频带、7通道海底地震仪((I-7C)OBS)的性能、指标以及关键技术的实现.同时,介绍了(I-7C)OBS近年来在渤海、南海以及西南印度洋的5次海上试验与应用的结果.5次应用试验中均有国外同类型的一起参加,(I-7C)OBS在性能指标、回收率和数据质量等方面都有较好的表现.2010年以来,国产OBS在我国各海区经过上百台次的海上作业(超过半数工作水深在2000 m以上),仅丢失一台.仪器回收率超过98%,数据完整率超过95%.一些航次的首席科学家认为我国国产OBS已经达到国际先进水平.     

基于eCos的海底地震仪嵌入式软件系统

针对海底地震仪在文件存储,数据通信等方面的观测要求,在海底地震仪的研制中引入了eCos（Embedded Configurable Operating System）系统,开发了基于该系统的具有数据采集、文件存储、仪器状态控制、网络数据通信、无线通信等功能的海底地震仪控制软件.本文在对海底地震仪的系统结构和工作模式作简要说明的基础上,重点介绍了eCos系统构建过程,海底地震仪控制软件的结构,指出该软件系统可有效地提高海底地震仪观测系统运行的稳定性和可靠性.     

海底地震仪实用技术探讨

海底地震仪(OBS)广角地震探测技术已广泛应用于研究边缘海和大洋深部构造,与多道地震相比,其优势主要在于OBS通常使用4个分量,可以记录转换剪切波(S波);另外,在作业时还可以同时记录到天然地震.但对于不同科学目标(如洋陆过渡带或拆离断层)和不同工区(2D剖面或3D工区),其野外数据采集、室内数据处理、模型正反演及其误差分析都有差异且较为复杂,规范这个过程十分重要.本文根据多年的实际经验,结合2010年西南印度洋中脊开展的OBS地震试验的某测线数据采集、处理和模型正反演过程,详细介绍了OBS地震调查的海上作业(仪器投放,炸测和仪器回收)、数据处理(炮点和OBS位置校正,钟漂校正和滤波技术)、建模反演(RayInvr正演模型和阻尼最小二乘法反演)和模型分析评价(误差统计,模型分辨率和不确定性测试)的方法和流程,并总结了提高OBS回收率、数据处理、震相识别、2D与3D工区模型参数化、确定模型分辨率及其不确定性的实用技巧.     

基于实时数据传输的宽频海底地震仪

介绍了由中国科学院地质与地球物理研究所自主研发的基于实时数据传输的宽频海底地震仪.其在继承了原有沉浮式OBS体积小、重量轻、宽频带等优点的基础上,具有接口灵活、时钟精准、监测数据可靠实传、系统健壮可自恢复、在线升级的特点.仪器可作为各种海底观测台网的子节点并可单独使用,为实现对海底地震监测、海啸预警等长期观测提供有力支持,从而达到对其进行长期评估和实时预警的目的.     

海底地震观测的非接触连接器设计及试验

为了将有缆式海底地震仪连接到海底观测网,以便向地震仪提供电能并传输数据,提出一种非接触式水下连接器设计,并对该设计进行功能验证。非接触式连接器利用电磁耦合原理,采用特殊电磁线圈传输电能和信号,通过控制电能和信号传输的频谱分布来避免二者传输时的相互干扰。实验给出连接器的电磁线圈设计以及硬件电路设计,并通过实验测试来验证设计的正确性及可靠性。     

Microseismicity around rupture area of the 1944 Tonankai earthquake from ocean bottom seismograph observations

Along the Nankai trough, southwestern Japan, the Philippine Sea plate (PSP) is subducting beneath the Eurasian plate, and large interplate earthquakes have occurred repeatedly with a recurrence interval of about 100-200 years. The most recent large thrust event in the eastern Nankai trough off Kii Peninsula was the 1944 Tonankai earthquake. In this region, current seismicity is very low and hypocenters are not determined accurately by the land seismic network. We conducted microseismicity observations around the rupture area of the 1944 Tonankai earthquake using ocean bottom seismographs (OBSs). Hypocenters were determined using a 2-D seismic velocity structure model based on an airgun-OBS seismic survey. Results obtained show that the seismicity was relatively active near the trough axis. These earthquakes may relate to deformation of the subducting Philippine Sea plate. On the other hand, microseismicity in the rupture area of the 1944 Tonankai earthquake was very low. This low-level seismic activity in the co-seismic rupture area of the 1944 Tonankai earthquake likely relates to a single large asperity off Kii Peninsula.     

低信噪比海底多分量地震数据波场分离方法

以多分量地震观测为基础,联合纵波和转换横波数据能更有效地估计地下介质的弹性和物性参数,提升地质构造成像与油气储层描述的精度.在海底多分量地震数据处理过程中,观测记录的上-下行波分解和P/S波分离可压制水层鸣震以及P与S波之间的串扰,对偏移成像和纵横波速度建模至关重要.但受海底环境、仪器与观测因素共同影响,许多海底多分量地震资料都无法基于现有的海底波场分离方法与流程取得合理的结果.本文以海底声波场与弹性波场分离基本原理为基础,通过对方法流程的修正,摆脱常规流程对中小偏移距直达波信号的依赖性.借助模拟数据实验讨论了波场分离对海底介质参数、噪声的敏感性.结合东海YQ探区海底多分量地震资料上-下行P/S波分离及其叠前深度偏移处理,验证了本文方法流程的可行性.

     

分体式宽频带海底地震仪的研制、测试和数据质量分析

宽频带海底地震仪（OBS）是进行海洋岩石圈结构成像等地震学基础研究的核心仪器设备.本文介绍了南方科技大学自行研制的分体式宽频带OBS（命名为磐鲲）的设计特点及其在南海深海区的测试状况;并对于设备性能和数据质量进行了细致分析.除了分体式结构以外,磐鲲还具有独特的抗底流设计、地震计自动分离装置、宽频带地震计（100 Hz~120 s）、以及低功耗和长工作时间等特点.与2012年在南海进行的地震观测实验中的OBS设备相比,磐鲲在回收率、水平方位确定、调平装置以及时钟精度等OBS设备的基本性能方面都有了明显的提高;更为重要的是,得益于独特的抗底流结构,磐鲲记录的地震波形质量有了较大改善,尤其是水平分量,达到了与附近陆地台站相近的数据质量,而低频成分（>10 s）的噪声水平低于国际同类OBS.这些分析说明磐鲲记录的数据可以实现绝大多数地震学研究目标,包括应用于接收函数和各向异性等需要使用三分量地震数据的常用方法.此外,其数据的宽频带特征,尤其是较高质量的低频信号（如长周期面波的频散特征和低频体波的有限频效应）,将更有利于研究海洋岩石圈和上地幔的深部结构和过程.

     

国产海底地震仪研制现状及其在海底结构探测中的应用

简要概括了国产主动源海底地震仪（OBS）数据处理中常见的时间异常现象,以OBS2020-1测线的实际处理为主并结合了OBS处理中对数据异常校正取得的部分进展为实例,通过检查数据记录格式、计算相邻数据文件间的时间差、对比不同处理方法所得剖面、分析初始时间和采样时间是否异常、使用数据重采样等手段,对OBS时间异常问题进行了分类处理和校正。分析显示,国产OBS在数据记录中普遍存在的时间问题大部分均能解决,通过本文提供的方法可以避免处理不当所导致的OBS地震剖面出现同相轴“断阶”、“倾斜”,甚至“缺失”等现象,确保了有效震相的完整性,有效解决了OBS数据时间异常问题,提高了数据的质量和利用率,为后续开展走时层析成像奠定了良好的基础,并为今后主动源OBS数据处理流程和方法提供了借鉴。     

Topography of the mantle discontinuities beneath the South Pacific superswell as inferred from broadband waveforms on seafloor

We analyzed seismic waveforms recorded by the broadband ocean bottom seismographs deployed in the South Pacific superswell to determine the depths of the mantle discontinuities using a receiver function method. We estimated the thickness of the mantle transition zone (MTZ) to be 245 km on average beneath the superswell region, which is close to the global average. The MTZ is found to be thinned locally beneath the Society hot spot by 30 km. Temperature anomalies computed from the thinned transition zone and the Clapeyron slope of the olivine phase transformations are 150–200 K beneath the Society hot spot. Previous studies, using land-based data, suggested the presence of a hot MTZ beneath the Pitcairn hot spot. The locally hot transition zone beneath the hot spots is attributed to narrow mantle plumes probably rising from the lower mantle. The normal average thickness obtained from the present study indicates that there is no broad upwelling across the transition zone beneath the entire superswell region at present.     

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。     

Quasigeostrophic planetary waves in a two-layer ocean with one-dimensional periodic bottom topography

Although the study of topographic effects on the Rossby waves in a stratified ocean has a long history, the wave property over a periodic bottom topography whose lateral scale is comparable to the wavelength is still not clear. The present paper treats this problem in a two-layer ocean with one-dimensional periodic bottom topography by a simple numerical method, in which no restriction on the wavelength and/or the horizontal scale of the topography is required. The dispersion diagram is obtained for a wavenumber range of [?π/L _b , π/L _b ], where L _b is the periodic length of the topography. When the topographic?β?is not negligible compared to the planetary β, the Rossby wave solutions around the wavenumbers which satisfy the resonant condition among the waves and topography disappear and separate into an infinite number of discrete modes. For convenience, each mode is numbered in order of frequency. As topographic height is increased, the high frequency barotropic Rossby wave (mode 1) becomes a topographic mode which can exist even on the f plane, and the highfrequency baroclinic mode (mode 2) becomes a surface intensified mode. Behaviors of low frequency modes are somewhat complicated. When the topographic amplitude is small, the low frequency baroclinic modes tend to be bottom trapped and the low frequency barotropic modes tend to be surface intensified. As topographic amplitude further increases, the relation between the mode number and vertical structure changes. This change can be attributed to the increase of the frequency of the topographic mode with the topographic amplitude.