中国海洋深地震探测与研究进展

对中国（大陆）的海洋深地震探测工作进行了回顾,重点讨论了南海北部边缘OBS探测的几条剖面及动力学意义。介绍了近期在海底地震仪设备研制和引进方面的进展及近期的海洋地壳深地震探测的计划。     

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.      

南海西沙石岛地震台下的地壳结构研究

为加强海上天然地震观测和岩石圈结构研究,我们在南海西沙群岛建立了石岛流动地震台,进行了为期一年多的观测试验.观测结果表明,虽然岛礁区的地震数据受热带气旋影响期间背景噪声较大,但仍能记录到MW 6级以上的地震.本文对具有清晰P波波形的远震记录进行了接收函数处理和计算模拟,得到台站下简单的地壳结构模型,其莫霍面深度为28 km,上地壳顶部有一层2 km厚的低速层,横波速度只有23 km/s,向下逐渐过渡到横波速度为38 km/s的下地壳.与已有的研究结果比较,发现石岛台与琼中台的地壳结构模型是西沙海槽剖面的自然延伸,西沙地块的地壳结构属减薄型陆壳,可与华南地块的正常陆壳对比.     

南海西沙海槽地壳结构的海底地震仪探测与研究

利用中德合作在南海西沙海槽首次获得的海底地震仪探测数据 ,通过震相分析和走时模拟 ,研究了该区的纵波速度模型和地壳结构特征。结果显示 ,新生代沉积层厚 1— 4km ,其下的地壳纵波速度从 5.5km·s- 1 向下逐渐增加到 6.8km·s- 1 ,下地壳未见有明显的高速层 ,地壳厚度在剖面两侧为 2 5km ,向中部逐渐减薄至 8km ,莫霍面在剖面中部上隆 ,其速度反差强烈 ,从地壳底部的 6.8km·s- 1 跳跃到上地幔顶部的 8.0km·s- 1 。这一地壳结构反映出新生代拉张裂谷的特征 ,海槽两侧地壳结构相似 ,南北呈对称分布 ,没有或很少下地壳底侵 ,与南海北部陆缘的东段有很大差别。     

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.     

南海北部陆缘的构造属性问题

以1号断裂为界,南海北部陆缘可分为东,西两段：东段包括北部湾盆地,琼东南盆地,珠江口盆地和台西盆地等,西段包拓莺歌海盆地。两者构造形变特征存在一定的差异性：东段盆地边界断层主要为NE－EW向,为分支断层通过不同类型转换坡连接而成的多支正断层系,因断层位移沿走向有规律变化,在其上盘发育相关褶皱,如横向褶皱;西段盆地边界断层也是由多条分支断层连接的多支断层系,但方向为NW向,以走滑作用为主,上盘没有发育断层相关褶皱。结合新生代岩浆作用,沉降和充填作用及地壳结构等特征分析,南海北部陆缘东段在构造活动上可以分成三个相对活跃时期,即50－40,30－28和10－5Ma左右。每一期拥有各自的特点,并具有不同的动力学来源,前两期与南海的扩张关系密切,3则与南海扩张无成因联系。南海北部陆缘虽然有一定的岩浆活动,但不是张烈的同期产物,因而它在形成机制上属于非火山型被动大陆边缘,其活动性因素是受周边板块相互作用的叠加所致。西段从成因机制上来讲并不属于南海北部陆缘,可能与印－藏碰撞关系更为密切。     

雷琼火山与华夏块体的远震P波走时成像

利用广东及邻省的地震台网共94个地震台站记录的2009—2015年的256个远震波形数据,采用基于波形互相关的自适应迭代技术获得了18968个可靠的P波相对走时残差数据,进而应用FMTT(Fast Marching Teleseismic Tomography)地震层析成像方法确定了雷琼火山与华夏块体深至450km的三维P波速度结构.结果显示,雷琼火山下方100~450km深度显示明显低速异常,该低速异常随深度增加向华夏块体下方扩展.研究认为该低速异常由海南地幔柱热物质上涌造成,雷琼火山为板内热点火山,这与已有体波成像及接收函数成像等结果一致.根据该低速异常的整体特征,推测海南地幔柱向北东方向倾斜,并可延伸至450km以下.华夏块体下方的低速异常,可能是由海南地幔柱热物质上涌过程中不断向北东方向侵蚀而造成.结果同时显示研究区大陆至海域的岩石圈厚度可能具有由厚变薄的过渡特征.     

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.     

中国海——西太平洋典型剖面(南幅)揭示的微陆块-窄洋盆构造格局

基于编制最新地学成果图件的需要,我们整合了最新地质、地球物理资料成果,运用最新的技术方法,开展了中国海—西太平洋地区典型剖面的编制工作.典型剖面(南幅)主要集成了南海地区近年来获得的广角地震探测资料,运用重-磁-震联合反演方法,结合拖网、钻井、地热、地质剖面等,以块体构造学说为编图思想编制而成.典型剖面(南幅)从华南以NNW-SSE向直抵苏拉威西海,穿过了多个构造单元,包括3个陆缘-离散地块区(华南块体—南海北部陆缘、中沙地块、礼乐—北巴拉望地块)、4个海盆区(西北次海盆、中央海盆、苏禄海盆、苏拉威西海盆)、2个俯冲-岛弧区(卡加延脊、苏禄脊),这些构造单元一起构成了西太平洋边缘独特的“微陆块-窄洋盆”构造格局.自古特提斯向欧亚大陆之下俯冲以来,该区域经历了复杂的构造演化过程.在形成这种构造格局的过程中,地壳处在不断消亡和生成的动态循环之中,同时构造应力也处在动态变化之中.通过对区域地球动力学的综合分析,认为这种微陆块-窄洋盆构造格局的形成,很大程度上是由于其位于三大板块交接的独特区域,以及受区域内复杂而丰富的俯冲作用的影响和制约.通过典型剖面编制工作,推动了中国海—西太平洋区域内大地构造和地球物理特征研究,为“跳出南海看南海”提供了良好的研究范例,同时启发我们未来加强对邻区研究空白区域的探索.     

南海北部海陆过渡带地壳平均速度及莫霍面深度分析

南海北部海陆过渡带是一条深地震探测的空白带,其地壳结构研究不仪可以揭示华南沿海地区地震活动规律和构造活动特征,而且可以将以往在海上和陆上使用深地震探测所获得的地壳结构模型进行有效的衔接.鉴于南海北部海陆过渡带地壳结构的重要性,2004年我们在香港外海域进行了一次海陆地震联测实验.本文以此次实验中广东和香港地区固定地震台网以及担杆岛流动台所获得的数据为基础,对各台站接收到的Pg和PmP震相进行了近似横向均一的二维结构模拟,获得了各台站对应的地壳平均速度和PmP反射点处的莫霍面深度值.其结果显示研究区地壳平均速度普遍为6.2km·s-1左右,比全球地壳平均速度6.45km·s-1要低,这可能与普遍发育于华南沿海地带的中地壳低速层有关.研究区东边的SHW台所获得的地壳平均速度为6.7km·s-1左右,要明显高于全球地壳平均速度,它可能是由于局部异常结构所造成的,其与地幔岩浆的侵入作用可能存在一定联系.研究区莫霍面深度在26-35km左右,变化趋势较为明显,从北西向南东方向逐渐变浅,属于地壳减薄型结构,推测其可能与南海北部边缘的形成演化有密切联系.研究表明南海北部海陆过渡带是一个明显的转换地带,它的深部地壳结构特征应该与南海的扩张演化有密切联系,这些认识推进了华南地区和南海北部陆缘地壳结构和构造属性的深入研究.