大容量气枪震源广角地震数据的高频成分分析

大容量气枪震源由于能量集中在低频段、子波一致性好、绿色环保等优点,广泛应用于广角地震探测中,极大地推进了人们对地壳结构和地球动力学过程的认识.气枪信号的有效频带是地震数据质量评价和精细处理一个重要基础参数,以往研究由于数据源和研究方法的局限,认为最高有效频率在10 Hz以下.本文基于福建省地震局采集的大容量气枪源广角地震数据,根据地震道褶积模型分析了有效频带及其影响因素,对不同类型、不同台基条件的地震接收仪器记录的大容量气枪信号数据进行了分频扫描,结果显示台基条件较好的台站数据,在10～20 Hz频段仍有较高的信噪比,说明大容量气枪激发的地震波在经过深部地层衰减后,仍存在相当可观的高于10 Hz的成分.这些高频成分可以显著提升地震信号的倍频程,减少频带过窄带来的旁瓣效应等不利影响,是准确提取走时的必要条件.值得注意的是大容量气枪源数据中PmP震相的主频可达10～12 Hz,显著高于震源子波的主频,据此推断Moho面的广角反射系数有显著的蓝谱特征,因此10 Hz以上成分对准确提取走时、获取更为精细的地壳结构非常重要.本研究对大容量气枪源广角地震探测的野外采集和数据处理提供了关键质量指标,同时提出从构造反演向岩性反演推进是广角地震探测一个重要的研究方向.     

长乐—南澳断裂带两侧地壳结构差异的地震-重力联合反演

长乐一南澳断裂带出露于福建沿海地区,由于海陆过渡带的特殊性,地球物理探测受到许多限制,难以获得由陆到海的清晰而准确的深部构造形态.2014年福建省地震局采集了横跨长乐一南澳断裂带的广角反射/折射剖面(HX-6),由于观测系统的缺陷和原始资料信噪比等问题,单纯使用地震数据反演长乐一南澳断裂带的深部地壳结构有很强的不确定性,无法解答断裂带两侧地壳结构存在何种差异,影响了对断裂带构造属性和区域构造演化的正确认识.基于岩石波速和密度有良好的对应关系,地震-重力联合反演可以有效降低多解性.本文采用地震走时拟合和重力异常拟合同步进行的方法,利用最新采集的高质量P波地震走时数据与高精度实测重力数据,反演得到了连城一厦门一金门外海剖面的二维地壳波速-密度结构模型.联合反演结果显示:长乐一南澳断裂带两侧地壳厚度差约3 km,壳内分层结构和上地幔顶部波速-密度无显著变化,推断长乐一南澳断裂带是华南地块正常陆壳和台湾海峡减薄陆壳的分界,本研究结果为进一步研究该区深部构造环境和长乐一南澳断裂带的地球动力学意义提供了新的地球物理学证据.     

海底地震仪的信号传递效果和噪声水平

单球式海底地震仪（以下简称OBS）由于其成本低、操作简便的优点在天然地震研究、人工地震探测中获得了广泛应用.本文首先分析多型进口和国产OBS在台湾海峡西部采集的地震数据,发现同一台OBS上的垂直向速度检波器（Z分量）的信噪比常显著低于压力检波器（H分量）,由于这两种检波器记录的都是海底的垂向振动信号,推测速度检波器的低信噪比更多的与仪器特性有关.然后从信号传递和噪声水平两方面分析影响速度检波器信噪比的因素：为检测速度检波器与OBS壳体的耦合效果,对某型宽频带OBS和陆上地震仪进行了同址同步观测试验,发现OBS的整机灵敏度有较大的差异;为分析速度检波器的水底噪声特征,以H分量记录作为基准,对比分析了同一台仪器不同站位的Z分量噪声水平,发现速度检波器在浅海区受到较大的次生干扰.本文指出OBS的内部耦合和水流次生干扰是至今尚未引起大家重视而又严重影响资料品质和多波探测成效的两个关键问题,这一研究结果对于改进OBS结构设计和制造工艺,以及OBS数据多分量处理方法研究有重要的参考意义.