基于面波走时的三维结构面波直接成像：方法综述与应用

利用面波频散数据进行各向同性和各向异性横波速度结构成像是研究全球和区域构造变形、获取地壳上地幔和近地表精细结构的一种非常有效的方法.传统的基于频散数据的面波成像通常采用两步法,即首先反演二维相速度或群速度分布图,然后再基于格点的纯路径频散反演格点下方的一维横波速度模型,之后再拼合成三维速度模型.在本文中我们较为详细地综述新发展的基于面波频散走时的三维面波直接成像方法体系,即面波一步法成像.该方法体系包括通过所有路径、不同频率的面波频散走时直接反演三维各向同性横波速度结构的方法（DSurfTomo）、直接反演三维方位各向异性横波速度结构的方法（DAzimSurfTomo）,以及直接反演三维径向各向异性横波速度结构的方法（DRadiSurfTomo）.新的面波直接成像方法计算不同周期的面波射线路径,从而更好地考虑复杂结构下面波射线路径弯曲对成像精度的影响.随后我们介绍面波直接成像方法的应用实例,包括地壳上地幔及地壳浅部的多尺度各向同性和各向异性横波速度结构的成像,这些成像研究为认识区域构造演化、孕震构造、断裂带浅部结构、成矿构造、城市地下结构等提供了重要的约束.最后我们讨论面波直接成像方法...     

华夏地块东南部地壳地震各向异性特征初步研究

本研究采用SAM剪切波分裂分析方法,使用福建区域数字地震台网记录到的（1999年01月～2003年12月）的波形资料,挑选符合剪切波窗口条件的记录,得到华夏地块东南部地区23°N～29°N,116°E～120°E）10个台站的剪切波分裂参数. 研究结果表明,该区域快剪切波平均偏振方向为NW109.4°±42.6°,慢剪切波平均时间延迟为2.5±1.5(ms/km),快剪切波平均偏振方向对应该区的水平主压应力方向. 闽东台站NW方向的快剪切波偏振优势方向揭示了NW向的水平主压应力和NW走向断裂的构造意义. 两个闽西台站NE方向的快剪切波偏振优势方向与区域水平主压应力方向不一致,与NE走向的断裂一致,体现了局部构造和局部应力场的复杂性. 本研究证实,位于活动断裂上的台站的快剪切波偏振方向的优势方向与断裂走向一致,位于海边或岛上的台站的快剪切波偏振方向较为离散,主要是受到不规则表面地形和断裂交汇的影响. 慢剪切波延迟时间的空间分布特征,显示沿海地区慢剪切波延迟时间变化较大,而内陆地区则较为平缓.     

强地震附近视电阻率各向异性变化的原因

讨论了强地震、孕震晚期阶段、震源区及附近介质的物理变化过程,证明了视电阻率变化最显著的方向与最大加载方向之间的正交关系,建立了真、视电阻率各向异性变化与裂隙率ν、骨架电阻率ρ_o、饱水裂隙电阻率ρ_f的本构关系,解释了视电阻率各向异性变化的原因.研究认为：在强地震孕震晚期阶段,在震源区及附近地壳近地表的较深部,介质微裂隙发育,其走向沿最大主压应力方位优势取向,低阻水充填微裂隙,导电通道连通,引起最大主压应力方向真电阻率变化最显著的真各向异性变化,从而产生垂直主压应力方向视电阻率变化最显著的视各向异性变化,低阻水在其物理过程中起了显著作用.     

自相似型各向异性自组织介质中地震波场动力学响应

地下岩石结构/构造和矿物组成在小尺度上存在的不均匀性和各向异性会导致地震波速度的分形分布,进而衍生出自组织介质模型. 本文针对地球内部岩浆垂向侵入及横向溢流为特征的岩浆作用,开展自相似型各向异性自组织介质的地震波动力学响应研究. 基于二维自组织介质模型和声波方程,本文利用有限差分法模拟了不同强度岩浆侵入和溢流作用形成的自组织介质中地震波场,并进行了波场特征分析. 研究结果表明：（1）在横向溢流作用为主的自组织介质中,横向相关长度小于地震波波长的条件下,聚焦效应随着横向相关长度的增大而增强,地震波能量随之增强;反之,在横向相关长度大于地震波波长的条件下,散射效应随横向相关长度的增大而增强,地震波能量随之减弱. （2）在垂向侵入作用为主的自组织介质中,随着垂向相关长度增大,散射效应增强,地震波的能量也随之迅速减弱. （3）岩浆作用的自组织强度增强,地震波的能量增大,而中心频率无变化. （4）自组织介质具有相同的小尺度扰动,其速度梯度背景越小,地震波能量在炮点附近越集中. （5）当多层自组织介质共存,特征层位的波场特征仍以各自的自组织特性为主,因此利用实际资料中不同层位的地震反射特征可推测地下介质的自组织性质.     

基于构造约束的波阻抗边界刻画

通过边界保护正则化和约束反演,在反演的目标函数中引入各种先验信息约束,以解决波阻抗反演的病态问题和带限问题.为了克服波阻抗模型边界过于平滑,在反演中引入地层和断层等构造信息约束,并且通过调整地层分界面和断层处的正则参数值来实现构造约束.此外,采用各向异性扩散法进行平滑处理,改善反演结果.通过合成数据测试和实际资料反演,证明了本文提出的方法对刻画模型边界是有效的.     

松辽盆地西北边界部分地球物理特征

松辽盆地是我国东北地区重要的地质构造单元.为探测松辽盆地西北部边界基底分布、深部结构与构造关系,沿扎兰屯经齐齐哈尔至林甸实施了约240 km的综合地球物理的探测研究,利用重力、电法等地球物理方法对其进行了综合地球物理解释.研究结果揭示了研究区的速度结构分布、重力分布、基底起伏形态及电性结构等地球物理特征:(1)满-绥断面速度资料显示,嫩江岩石圈断裂有明显的速度分界,其东南侧的松辽盆地与大杨树坳陷具有连续统一的速度结构;(2)重力反演基底显示,松辽盆地与大杨树坳陷基底连续,具有统一的基底特征;(3)二维电性反演显示,大杨树坳陷和松辽盆地两构造电性层连在一起,低阻分布形态也是一样的.以上结果结合满-绥断面速度结构分布表明大杨树坳陷是松辽盆地西部的延续,松辽盆地西部边界应扩展到大杨树坳陷西部边界,即嫩江岩石圈断裂.     

基于振幅梯度凌乱性检测算法的页岩气裂缝预测在长宁地区的应用

裂缝预测在页岩气开发中具有重要意义,其中大尺度裂缝对钻井工程有重要影响,中尺度裂缝提供了页岩气储集空间和渗透率,小尺度裂缝控制了储层的含气性,并对压裂效果有显著影响.高精度裂缝预测既是页岩气地质甜点预测主要任务,也是工程甜点研究的难点和关键.本文以地层倾角、方位角和边缘属性为约束,对地震资料沿着构造方向开展各向异性扩散滤波断层增强处理,提高断裂在地震上的可解释性,再对断层增强后的地震资料求取地震振幅梯度矢量,通过三维空间内各个方向搜索振幅梯度矢量的凌乱性,其中凌乱性最强的方向便为断裂发育位置,以此实现页岩气裂缝预测,通过对比传统的相干属性,该算法得到的裂缝预测结果具有更高的纵向连续性和横向分辨率.将该方法应用于长宁某实际页岩气工区,结合井上实钻数据和生产数据表明,该裂缝预测算法对川南页岩气的开发和生产具有较好指导意义.     

三江侧向碰撞带地质构造与岩石圈各向异性

位于青藏高原东南缘的三江侧向碰撞带是研究青藏高原物质东流和印度板块东向下插等科学问题的关键区域,地质构造复杂,变形强烈,地震活动频繁,分布有丰富的金属矿床．为了更好的认识三江侧向碰撞带内复杂的岩石圈结构和强烈的变形特征,本文对三江侧向碰撞带岩石圈地震各向异性进行梳理,结合断裂分布、地震活动、地壳变形、应力分布及深部结构,得到以下认识和结论．研究区内地表运动方向整体上呈现出绕喜马拉雅东构造结顺时针旋转的变化形态,深部构造复杂,地壳厚度发生剧烈变化,速度结构横向变化明显．岩石圈范围各向异性特征具有横向分区、垂向分层特征;上地壳快S波优势偏振方向为近NS方向,但在局部范围呈横向分区特征,与地表变形、主压应力方向有较好的一致性;中下地壳介质有着与上地壳大致相同的各向异性对称轴,快S波对称轴呈近NS向或NNW向;岩石圈各向异性呈南北分区特征,26°20′N是一个重要的分界线,北侧的地壳各向异性与岩石圈各向异性的快S波对称轴都为NS方向,总体一致,南侧的地壳各向异性与岩石圈各向异性快S波对称轴不一致,岩石圈各向异性快S波对称轴为EW方向．26°20′N以南,上地幔各向异性可能与受到印度板块东北部东...     

天津静海-津南剖面地壳上地幔电性结构特征

在天津市区南部的静海-津南一线布置了32个大地电磁测深点,剖面方位角92°,对采集的资料采用远参考与Robust技术进行了处理和解释.对该区的构造维数及构造方向做了分析,揭示了该剖面地壳上地幔电性结构特征,并进行了划分.成果显示:中下地壳存在双层低阻构造层,上地幔表现为中、高阻互层.在断裂带附近受构造活动影响,低阻高导构造层会发生上下错断与缺失.沧东、白塘口、天津断裂均是多组断层构成的断裂带,控制了双窑凸起、白塘口凹陷、板桥凹陷及静海斜坡带次级构造单元.     

沉积岩中横波速度各向异性实验研究

作为流体静力学应力与轴向应力的函数，我们进行了沉积岩中横波速度系统性的实验研究，通过在岩石样品中传播偏振的横波并从垂直偏振的接收器接收信号而证实了沉积岩中横波速度各向异性的存在，观测到的速度各向异性的大小与施加应力的大小、性质与岩样的岩性有关，页岩表现出与非轴向及流体静力学应力无关的很大的速度各向异性，从而说明优势取向矿物的存在，砂岩也表现出很大的速度各向异性，但其各向异性与应力有极大的依赖性，还发现流体静力学应力压制速度各向异性，而非轴向应力使之加强，这意味着优势取向裂隙的存在，石灰岩表现出弱各向异性，这些实验观测对于岩性的识别等可能是有所帮助的。