三维非均匀地质模型中的逐段迭代射线追踪

地震射线追踪是地震定位、层析成像、偏移等领域的重要正演环节.随着这些领域研究的深入,针对传统的网格结构和层状结构在描述复杂地质模型遇到的很大困难,我们采用大小不等、形状各异的地质块组成的集合体来描述三维复杂地质模型,并用三角形面片来描述地质块之间的物性间断面,理论上可以描述任意复杂的地质模型.为适应任意非均匀速度分布的地质模型,基于费马原理,本文发展了与之相适应的逐段迭代射线追踪方法.该方法属于弯曲法范畴,对路径点采用一阶显式增量修正,相对于传统的迭代法,高效省时.数值试验表明,联合逐段迭代法和伪弯曲法的射线追踪扰动修正方案在三维复杂非均匀块状模型中有适用性和高效性.     

库车坳陷复杂高陡构造地震成像研究

复杂构造地震成像主要取决于叠前地震数据品质、偏移速度可靠性和偏移算子成像精度. 库车坳陷异常复杂的近地表条件导致极低信噪比的地震采集数据. 该区逆冲推覆高陡构造刺穿盐体大面积分布, 盐层厚度变化大、顶底面形态复杂, 盐下断裂带破碎、小断块发育, 形成异常复杂的地震成像问题. 本文重点研究三个关键环节:(1)精细的叠前地震预处理研究: 根据该区地震地质复杂性和地震资料特征, 采用一些新的方法技术和技术组合从振幅与时移的大、中、小尺度变化三个层次来解决资料信噪比问题, 重建深部反射信号; (2)三级偏移速度分析研究:利用库车坳陷盐刺穿逆冲推覆构造建模理论及变速成图配套技术解决叠前时间偏移速度场时深转换问题,利用井约束低频速度地震迭代反演技术解决连井层速度场与偏移速度场的融合问题,实现从DMO速度分析、叠前时间偏移速度分析到叠前深度偏移速度分析的有机衔接,建立拓扑结构相对保持的叠前深度偏移速度模型;(3)基于退化Fourier偏移算子的半解析波动方程叠前时间和深度偏移研究, 极大地改善了地震偏移过程中高波数波的成像问题. 通过对库车坳陷大北、博孜、却勒、西秋4和西秋10等复杂高陡构造的叠前时间和深度偏移地震成像处理,取得了较好的应用效果.     

云南地区地壳速度结构的层析成像研究

利用地震波到时和体波层析成像方法反演了云南地区的P波速度结构,根据不同深度的速度异常分析了主要断裂和区域动力作用的深部效应,揭示出壳内低速层的分布范围以及与下地壳流动的联系.研究结果表明,哀牢山—红河断裂两侧的地壳速度结构存在明显的差异,滇中地区的速度异常分布与小江断裂、元谋断裂、程海断裂等南北走向的断裂一致,反映了青藏东部地壳块体顺时针旋转产生的构造效应;滇西南的速度异常分布与哀牢山—红河断裂、无量山断裂、澜沧江等断裂的走向平行,显示了印支块体朝东南方向挤出产生的影响;沿着南汀河断裂分布的低速异常则与印缅块体侧向挤压引起的构造活动有关.壳内低速异常具有分层和分区特征:在哀牢山—红河断裂西侧和澜沧江之间主要分布在地壳中上部,在小江断裂和元谋断裂附近分布在地壳中下部,在滇中地区则广泛分布于地壳底部至莫霍面附近,东、西两侧分别受到小江断裂和哀牢山—红河断裂的限制.其中攀西地区的低速异常与小江断裂和元谋断裂在此附近交汇形成的热流传输通道以及张裂时期强烈的壳幔热交换有关;在哀牢山—红河和澜沧江地区,除了印支块体向东南方向的挤出之外,印缅块体的侧向挤压和向东俯冲也对地壳深部的构造变形产生了一定的影响,由此引发的地幔上涌将导致热流物质沿着断裂通道进入地壳形成低速层.因此,哀牢山—红河断裂不仅在地壳浅部是分隔印支块体和华南块体的地质界限,也是控制两侧区域深部构造变形和壳内韧性流动的分界.     

沉积条件和埋藏过程对深层地层超压的影响

针对沉积条件和埋藏过程对深层地层超压影响缺乏定量化的认识问题,通过构建反映不同沉积条件和不同埋藏过程的地质模型,运用盆地模拟软件数值模拟了不同岩性组合、不同上覆盖层厚度、不同埋藏方式和不同沉积速率条件下深层不同岩性地层超压的分布,并定量分析总结了沉积条件和埋藏过程对深层地层超压的影响。结果表明,随着沉积速率和上覆盖层厚度的各自增大,深层地层中形成的超压强度都会随之增大,并且这种增大作用在深层泥岩中比在深层砂岩中稍大;随着地层中泥岩含量的增大,深层地层中形成的超压强度也会随之增大,相比沉积速率和上覆盖层厚度,地层中泥岩含量的增大引起的深层地层中超压强度的增大作用更为明显;地层埋藏方式的改变可不同程度地引起深层地层中超压强度的改变,这种超压强度的大小改变规律在深层砂岩和泥岩之间、深层不同埋深泥岩之间不一定具有一致性,这与不同埋藏方式下地层中超压的形成同时受到多种演变规律不同因素的叠加效应有关。该研究可为深化认识深层地层超压的形成机制提供重要依据。     

东亚典型构造结的壳幔结构

笔者等在研究亚洲位于青藏高原的东、西构造结,和位于中国台湾和日本伊豆地区的构造结以后,发现这4个典型的构造结的地壳上地幔有共同结构：地壳和岩石圈地幔含有上涌的低速异常,而中—下软流圈有集中凸起的高速异常。对这种壳幔结构特征形成的动力学作用机制,提出了以下解释：两组洋—陆或者陆—陆俯冲带运动交叉处相互挤压和撞击,造成比较薄弱的块体的一端破碎。破碎的高的密度大洋岩石圈块体向软流圈下沉,同时使软流圈上层的热流体上涌,最后形成了构造结,同时产生了地震波速上低下高的壳幔结构特征。     

南海海盆区莫霍面分布规律及其对深部钻探的意义

钻遇莫霍面是人类一直以来的梦想。深海海底是地球上离莫霍面最近的地方,目前有研究推测南海是世界上莫霍面深度最浅的海域之一,但缺乏足够的直接证据。深反射地震探测可以直接揭示岩石圈的构造形态,是莫霍面探测的重要手段。本文基于长达15000 km的深反射多道地震剖面的解释、处理、制图和分析,结合前人的研究,形成了南海海盆区莫霍面反射特征和空间分布的初步认识。① 南海东部次海盆南部早期经历了较快速扩张,岩浆供应充足,受扩张停止后岩浆活动影响较小,基底平坦,地质构造相对简单,同时洋壳地震速度结构不存在异常,且有较强的广角莫霍面反射波和可识别的地幔顶部折射波,具备莫霍面钻探的基本条件。② 南海海盆不同区域的莫霍面反射强度存在较大差异。其中东部次海盆莫霍面反射最为强烈且清晰,西北次海盆次之,西南次海盆仅有零星出现的清晰莫霍面反射且可信度不高。③ 识别南海海盆区莫霍面地震反射长度超过3500 km,首次形成了海盆区深度域莫霍面地震反射空间分布图。与重力反演的莫霍面深度相比,利用深反射多道地震计算的莫霍面深度细节更为丰富,并且可以在垂向上清晰刻画莫霍面的结构。整体上,南海海盆区莫霍面地震反射强烈和可信度高的区域中,深度较浅的区域之一是东部次海盆南部,最浅处仅约9. 5 km,其中水深4. 01 km,洋壳厚度仅5. 54 km。综合判断,东部次海盆南部是南海重要的莫霍面钻探备选区,这对南海莫霍面钻探选址具有重要意义。     

槽波层析成像方法在煤田勘探中的应用——以河南义马矿区为例

在地下煤田的开发中,工作面内的小构造、异常体、煤层厚度变化等是需要解决的关键问题,而槽波探测则为这些问题的解决提供了重要的物探方法.本文对河南义马矿区11061工作面进行槽波透射法测量,在巷道显示的煤层厚度变化为1.5~8 m,从理论频散曲线分析速度与厚度关系,确定125 Hz频率槽波主要用于观测厚度约为2~5 m的煤层厚度变化;有效提取了684个频散曲线,并分别拾取了125 Hz时槽波群速度与走时,采用走时层析成像方法获得工作面内煤层速度、厚度以及高应力区分布特征,回采验证了结果的正确性.     

天然地震折射与反射速度CT的模型实验

为提高天然地震折射与反射速度CT的精度,我们运用“走时最小纵横波速度层析成像”与“波形基本解纵横波速度层析成像”相结合的方法,反演各层界面形状及各层纵波、横波速度。反演结果图与“正演地球模型剖面图”基本一致。本文在数学上发展了“层析成像”的内容,提出“波形基本解纵横波速度层析成像”基本概念,是天然地震简单模型实验的初步尝试,偏重于理论研究,其理论和方法有一定参考价值。天然地震比人工地震复杂,模型实验不足之处,与实际应用有距离,后续论文将给予补充并处理实际天然地震资料。     

沧州地区地壳上地幔的远震P波三维速度结构成像

利用架设在沧州地区的20台流动地震台站于2006年12月至2010年7月间记录的271个远震事件,读取的2308个P波到时数据,采用地震层析成像方法反演得到沧州及其邻区(38.0°N~39.0°N,116.5°E~117.5°E)的地壳上地幔P波三维速度结构。层析成像结果表明,沧东断裂两侧的地壳介质的速度分布表现出明显的横向差异,浅层速度分布同地表地质结构分布相一致。沧东断裂西北侧沧县隆起的地壳速度较高,表明其基底抬升;断裂带东南边的黄骅拗陷速度较低,说明基底埋藏较深。本文的远震层析成像研究结果和前人使用重力、电磁和人工地震的探测结果都表明,沧东断裂带两侧的地质构造和地球物理性质有明显的变化,这种构造差异在整个地壳中都有体现。     

北黄海海域复杂构造区三维地震精细解释技术

研究工区位于北黄海海域陆相断陷沉积盆地内,该区多期构造运动叠加,断裂发育,地震资料品质差。中生代为其主要勘探目的层,为一已证实的含油气区域。结合本区地质特点,对该区进行三维地震解释时所采用的综合解释技术进行了总结,主要包括三维地震资料品质分级评价技术、无VSP井区空间层位标定技术、层位自动追踪技术、三维可视化解释、多属性体断裂解释技术和变速成图技术等实用的解释技术。多种解释手段的联合应用高质高速地完成了本复杂构造区的构造精细解释,完善了该区的解释方案,理顺了复杂断层的切割关系,识别了活动较弱的小断层。特别是对高精度三维速度场的建立,实现了变速成图,消除了高陡构造区速度陷阱所带来的构造假象,为对该复杂区的地震解释和圈闭形态的落实以及进一步的井位部署与地质评价提供了依据。