初至波层析成像的反演参数选取:以南海中央次海盆三维地震探测数据为例

FAST(first arrival seismic tomography)软件是获取复杂地区三维深部结构的最常用工具之一,而反演参数选取是快速有效地获得真实合理的地震结构的关键环节。以南海中央次海盆三维地震探测数据为基础,采用先固定其中一个参数、选取另外一个参数、再综合选取的控制变量法,详细地介绍了FAST反演参数组合的选取过程。选取结果表明,反演参数组合(阻尼因子λ=2,平滑度权重因子sz=1,反演次数I=4)为南海中央次海盆三维地震结构的最佳反演参数,由此获得的最佳初步速度模型表明中央次海盆具有典型慢速扩张的洋壳结构。此项反演参数选取工作不仅为珍贝-黄岩海山链精细三维地震结构的正式模拟奠定了基础,同时为FAST软件在其他地区的应用提供了丰富的经验与借鉴。     

Kirchhoff向下延拓法在海洋合成多道地震走时反演中的应用*

海洋多道地震数据建模和成像是获取洋壳速度和构造信息的重要手段。海水层的存在使得多道地震拖缆接收到的折射波走时信息仅仅存在于较远的炮检距, 近炮检距被强振幅海底反射波覆盖, 制约了走时数据拾取和反演效果。本文基于波动方程的Kirchhoff积分法, 成功实现了多道地震数据向下延拓, 获取到了更大炮检距区间的初至折射波走时拾取, 并将其应用于洋中脊新生洋壳2A/2B层的合成多道地震数据走时反演。比较向下延拓前后的走时拾取范围及走时反演结果表明, 向下延拓法能够保持地震波场的运动学和动力学特征不变, 在共炮集数据的更大炮检距范围内进行初至折射走时拾取, 从而增加反演的数据选择和浅层射线覆盖, 反演结果能更加准确地分辨出洋壳2A/2B层界面, 并得到更高的分辨率和更准确的速度结构剖面。     

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。     

张裂陆缘地壳结构特征与张裂模式

张裂陆缘作为威尔逊旋回中关键的一环,是研究地球板块构造及其演化过程的重要构造单元.本文阐述了3种类型张裂陆缘(富岩浆型、贫岩浆型和中间型)的地壳结构特征,总结了它们的演化过程与机制,分析表明构造作用、岩浆活动程度、先存结构等是形成不同类型张裂陆缘的主要控制因素.针对南海北部陆缘复杂的构造属性与演化机制问题,提出了今后重点研究方向:南海北部陆缘是否同时具有贫岩浆型与富岩浆型的部分特征;南海北部陆缘丰富的岩浆活动与蛇纹石化地幔剥露能否共存.在南海北部陆缘同时开展三维深地震探测、物理模拟和数值模拟几种手段联合研究,相互约束,共同验证,是建立科学可信的张裂-破裂机制地质模型的必要途径.      

潮汕坳陷中生代沉积层纵横波速度结构

潮汕坳陷残留有巨厚的中生代沉积层,是南海油气勘探的重要区域。已经开展了大量的多道地震反射工作,同时也有折射地震和海底地震仪研究,但尚未开展纵横波联合研究。纵横波联合探测,可以获得更多的地下结构信息,对油气勘探有重要的意义。在OBS2006-3剖面潮汕坳陷中生代沉积层纵波速度结构的基础上,对转换横波震相进行了射线追踪和走时模拟。结果表明,潮汕坳陷中生代沉积层厚度较大,最大厚度达到8km,纵波速度从顶部的4.4km.s–1增加到底部的5.3km.s–1,相应的横波速度由2.6km.s–1增大到3.0km.s–1,泊松比为0.24—0.26,波速比为1.74—1.80,其成分可能包含有砂岩、泥岩和火山岩。同时根据该区的地球物理特征,结合前人的研究,分析了油气勘探潜力。     

南海中央次海盆OBS位置校正及三维地震探测新进展

南海中央次海盆首次开展的三维海底地震仪(ocean bottom seismometer, OBS)探测试验, 对于全面认识南海扩张脊处速度展布特征及海底扩张历史有着重要意义.海底地震仪的位置是研究三维地震结构的关键参数之一, 高精度的三维OBS数据处理, 决定着后期地震结构反演模型的分辨率与准确性.利用直达水波走时信息, 综合最小二乘法反演原理, 并采用蒙特卡罗法模拟OBS降落海底的过程, 完成了南海中央次海盆试验区39台OBS数据格式转换与位置校正工作; 同时探讨了蒙特卡罗法应用于位置校正的精度问题.处理后OBS综合记录剖面中展示了多组清晰可靠、来自珍贝-黄岩火山链下深部结构中的P波震相, 如Pg、PmP和Pn震相, 为下一步南海中央次海盆的三维层析成像奠定了坚实数据基础.      

南海三维热岩石圈结构及地表构造响应

为系统了解南海海底热流特征和岩石圈热结构与地表构造的关系,本文首先以最新海底热流为约束,采用三维数值模拟方法计算得到整个南海的"热"岩石圈底部边界(底界)的埋深,然后开展详细分析壳、幔热流贡献以及岩石圈热结构与地表不同构造单元之间的对应关系.结果显示南海岩石圈底部边界埋深为30～100 km,最浅埋深集中分布在南海海盆水深大于3000 m的区域(如南海西北次海盆、西南次海盆和东部次海盆西侧),以及南海北部陆缘中部、莺歌海盆地、中建南盆地和南薇西盆地,体现了南海深部结构对地表不同构造单元的控制作用;靠近海盆东侧的马尼拉海沟具有较低的海底热流,对应岩石圈底界埋藏也较深,可能与南海和古南海洋壳俯冲有关;吕宋岛弧(119°E—122°E和13°N—17°N)表现出较高的海底热流,同时具有较浅的热岩石圈底界埋深,可能与南海板块和菲律宾海板块双向俯冲有关.     

西沙地块地壳结构及其构造属性

西沙地块作为在南海形成演化过程中形成的微陆块,记录了南海演化历史的重要信息,其地壳结构、物质组成及构造属性是探讨南海形成演化的关键.基于采集到的OBS2013-3测线海底地震仪数据,用射线追踪和正演走时拟合方法,获得了西沙地块的二维纵波速度模型.模型显示沉积层速度为2.2~3.2km·s-1,厚度为0.8~3.0km,局部基底面起伏较大,上地壳顶部速度为5.0~5.5km·s-1,下地壳底部速度为6.9km·s-1,上地幔顶部速度为8.0km·s-1.西沙地块的地壳厚度平均为23km,上地壳厚度约为9km,下地壳厚度约为14km,莫霍面埋深为23~27km.从穿过西沙地块的纵、横两条大剖面推算,块体大小约为9.2×105 km3,与华南陆缘相比,表现为整体减薄的陆壳特征.西沙地块与南沙地块垂直于西南次海盆扩张脊分布,根据二者地壳结构的特征对比,二者互为共轭关系.     

三维OBS探测实验中炮点和OBS位置校正新方法

炮点和海底地震仪(ocean bottom seismometer,OBS)位置校正是三维地震数据处理的基本环节,也是获取高精度三维速度结构的关键所在.本文基于南海洋陆转换带(Continental-Oceanic-Transition zone,COT)IODP367/368钻探区开展的三维OBS深地震探测数据,开展了炮点及OBS位置校正研究,新的校正方法主要体现在三个方面:(1)利用连续三个炮点的平均航向对中间炮点进行位置校正,更真实地反映气枪枪阵与船体之间的软连接状态;(2)根据"滑动窗口"思想将海水声学速度阈值划分成N等份,通过循环测试获得全局最优的OBS位置校正结果,改进了前人方法只能获得局部最优解的问题;(3)针对单条测线穿过的OBS,通过加入其临近测线的直达水波走时,构成视双测线OBS位置校正法,提高了校正精度.49台OBS位置校正结果表明,除3台单测线法校正的OBS在垂直测线方向存在较大不确定性外,其余误差范围均为35m左右.本文改进的OBS位置校正方法,不仅提高了单条测线穿过的OBS位置校正精度,保证后续三维地震结构研究的可靠性,而且为今后类似的OBS位置校正提供了经验和借鉴.