南海东北部内孤立波包的地震海洋学和遥感研究

在南海东北部东沙环礁附近,内孤立波被大量地观测报道.在该地区内孤立波的传播和演化过程仍然存在许多待解决的问题.利用改进的地震海洋学处理方法对2009年夏的一段海洋勘探地震测线进行了重新处理,获得了50 m水深之下的水层反射图像,发现了包含8个内孤立波的下沉型内孤立波包.遥感仪器中分辨率成像光谱仪(MODIS)图像在该段地震测量的3 h内,捕捉到同一个内孤立波包,经处理分析,获得前5个内孤立波的清晰图像.本文采用了两种方法计算内孤立波相速度,方法一是利用不同的叠前共偏移距道集剖面估算内孤立波的视相速度,并根据MODIS图像上内孤立波的传播方向对其进行校正;方法二是利用地震与MODIS图像联测直接获得传播相速度.将这两种方法得到的相速度分别进行对比,发现它们在数值大体一致.地震海洋学剖面可直接获得内孤立波包中8个内孤立波的特征参数,包括振幅、视半高宽和视波间距.该内孤立波包的最大振幅为117 m,最大视半高宽为1020 m,最大视波间距为4100 m.由于地震采集船和内孤立波之间存在类多普勒效应,且二者前进方向存在夹角,所以利用地震与MODIS图像联测得到的传播相速度,结合MODIS图像所推断的内孤立波传播方向对视半高宽和视波间距进行校正.首波的半高宽与遥感估算的特征半波宽的比值是1.75,接近理论比值的1.763;校正后的真波间距和遥感量测波间距数值基本一致.最后,结合地震观测前后的遥感图像和潮流数据推断这一内孤立波包为Type-b型.结果表明,将地震海洋学和遥感方法结合,可以更好地研究内孤立波的特征.     

南海东北部东沙海域海水层反射特征分析

本文基于对南海东北部东沙海域近期采集的多道反射地震资料进行重新处理获得新的地震海洋学数据,分析了该海域内孤立波/内孤立波包、沙丘上方和陡坎附近特殊反射结构特征,从而提供了新的海水层与海底相互作用依据.研究结果表明,除之前已发表文章中地震海洋学资料显示存在的第一模态内孤立波/波包和沙丘上方常见的反射样式-披毛状发射外,地震海洋学资料上还发现了第二模态内孤立波、陡坎上方的上抬型波动反射结构样式.在新的地震海洋学数据中,第一模态内孤立波振幅均小于50 m,宽度上都小于5 km,单个内孤立波的最大振幅约为45 m.内孤立波包的内孤立波振幅都相对较小,均小于40 m,并且与之前不同的是,彼此之间振幅相差不大,没有明显的排列规律.此次地震海洋学数据记录到的第二模态内孤立波,形态较为完整,上层和下层反射的振幅相差不大,在30 m左右;中间层大约在水深130 m位置处,垂向结构的整体大小大于200 m.沙丘上方反射结构普遍存在弱反射层,可能是湍流边界层,并且存在特殊反射样式-披毛状反射.但并不是沙丘上方都存在披毛状反射样式,本文分析它出现在地震海洋学资料上可能是受测线与沙丘走向之间夹角的影响.陡坎区域的水层反射结构则表现为上抬型波动,并常常伴随着同相轴连续性的变化.该波动的大小及反射同相轴的连续性可能取决于陡坎的高度/坡度及水层动力的强度,新数据中出现的一个上抬型波动,高度达20~30 m,它的附近水层还存在一个形态不完整的内孤立波.陡坎附近的水层反射也常常出现弱反射带和小的波动.     

恒春海脊附近第二模态内孤立波的特征研究

以往通过地震海洋学方法发现的大多是第一模态内孤立波,本文在台湾岛以南恒春海脊处捕捉到了两个大振幅凸型第二模态内孤立波.利用叠前偏移剖面得到内孤立波的视相速度约为0.7 m·s^-1,其视传播方向沿地震测线从S到N,总体上满足较大最大振幅的波视相速度也较大的规律.地震海洋学剖面得到的振幅曲线观测值和理论方程计算出的第二模态内波振幅垂向变化理论值之间具有较好的一致性.通过叠前偏移剖面观察该内孤立波细结构的变化,发现在采集过程中,出现反射同相轴后翼变陡、分叉、合并的现象.由于密跃层中心偏离水层中心以及背景剪切流的影响,两个内孤立波尾部发育了高频内波,使得能量耗散增强.此外,第二模态内孤立波的生成和传播特征受到水体层结、黑潮、背景剪切流以及海底地形等多个因素的影响.     

南海海盆东北部内孤立波的地震海洋学研究

以往利用地震海洋学方法发现的内孤立波大多在东沙岛附近,本文在南海海盆东北部首次利用地震海洋学方法发现了海盆中的内孤立波.通过叠前偏移观察该内孤立波细结构的变化,发现内孤立波波形在采集时间段内整体较稳定,内孤立波浅层反射相对深层变化较大.通过改进前人的方法,利用共偏移距道集叠前偏移剖面计算内孤立波视相速度.该方法比直接使用共偏移距道集拟合的共中心点-炮点对曲线线性更好,其计算的内孤立波视相速度为0.82m·s~(-1),内孤立波视传播方向为从NW向SE(172°N方向,0°指向北).     

中美洲海域第二模态内孤立波的地震海洋学研究

以往利用地震海洋学方法发现的内孤立波大多是第一模态内孤立波,本文利用地震海洋学方法首次在中美洲太平洋沿岸海域发现了第二模态内孤立波群.通过叠前偏移观察该第二模态内孤立波群细结构的变化,发现位于陆坡上的第二模态内孤立波ISW4在大约50 s的采集过程中,出现反射同相轴分叉、合并以及密跃层中心深度变化.利用共偏移距道集叠前偏移剖面计算的这些第二模态内孤立波视相速度在0.5 m·s^-1左右,其视传播方向都是沿地震测线从SW到NE(44°N方向,0°指向北).通过对视相速度误差相对较小的三个第二模态内孤立波(ISW1、ISW3和ISW5)的视相速度进行分析,发现总体上第二模态内孤立波视相速度随着水深的增加而增加,另外一般情况下具有较大最大振幅的第二模态内孤立波的视相速度较大.     

南海北部雾状层分布和特征的地震海洋学研究

利用地震海洋学方法在南海北部陆架和上陆坡区域发现了15个雾状层.这些雾状层的延伸长度从几千米到几十千米，厚度十几米到一百米，其顶界所处水深在135 m至715.5 m范围之间.雾状层在地震海洋学剖面上表现为强反射特征.不同于其他传统声学或光学方法，地震海洋学方法分辨率高，且能在短时间内对整个水体进行成像，可以记录到雾状层的时空变化特征，实现对雾状层的"四维"观测.南海北部上陆坡区域是内孤立波浅化、能量耗散集中的区域，在此过程中内孤立波会导致较大的波致流速，侵蚀海底使得表面沉积物再悬浮，进入水体，形成和维持雾状层的存在.     

振幅衰减特性在地震与爆破识别中的应用

基于小震级地震与爆破事件,从快速识别要求出发,分析了P波初动振幅AI和P波最大振幅AP分别与S波最大振幅AS的幅值比判据及其对事件的识别能力．考虑到传播路径对地震与爆破各振幅的影响,选用合理的振幅随距离衰减公式,分别研究了P波、 S波各振幅随震中距的衰减特征,结果显示爆破振幅衰减比地震快; 在100 km处进行衰减校正后重新计算P波与S波幅值比,得到经过衰减校正后的幅值比AI/AS正确识别率从84%提高到98%,AP/AS正确识别率从92%提高到100%,表明经衰减校正后的幅值比判据可以更好地应用于小震级地震与爆破的识别中．      

基于流体动力学数值模拟的海水层反射地震研究

由于多种海水运动同时存在以及地形的影响，海水层结构非常复杂，解释海水层地震相，分析海水运动过程是地震海洋学研究的新方向.本文提出结合流体动力学数值模拟与反射地震正演分析海水层地震相的方法.首先，对地形和流体建模，得到特定条件下流体运动状态；然后用反射地震正演将模拟获得的海水层温盐剖面转换为反射地震数据；进一步和实际测量得到的地震海洋学剖面进行对比，分析地形、海水运动对海水层地震相的影响.以内孤立波浅化过程为例，通过流体动力学数值模拟，获得其浅化过程中出现的下沉型、分裂、转换型三个阶段的海水层剖面；对温盐剖面进行反射地震正演，分析浅化不同阶段海水层反射几何形态、反射结构等特征.这种新方法有望解释复杂地震海洋学图像，深化海底地形对海水运动影响的认识.     

东沙海域内孤立波浅化过程及含圈闭涡核内孤立波的反射地震初探

基于地震海洋学数据,通过叠合波形结构与混合参数空间分布,可以较好地分析内孤立波浅化过程与能量耗散、混合增强的关系.在东沙海域的一条地震剖面上,我们观测到了上陆坡深水区(500～1000 m)、浅水区(300～400 m)两个内孤立波波包,有着明显不同的波形特征.浅水区的内孤立波包的3个内孤立波波形复杂,在波核内部呈现杂乱反射特征,可能是含圈闭涡核的内孤立波,估算的耗散率、扩散率分别达O(10^-5)W·kg^-1、O(10^-2.5)m²·s^-1.该内孤立波包前方,则存在一个第二模态内孤立波.深水区内孤立波包虽然波形相对简单,但诱导的湍流混合强度也较强,形成了内孤立波发育区、陆坡上方厚度达200 m的高耗散率、扩散率区带.在东沙海域上陆坡的深水区、浅水区,内孤立波持续耗散能量,增强了湍流混合.     

海底边界层异常(地震海洋学)反射地震特征的地球物理分析

通过对南海北部与西部大量反射地震剖面海水层部分进行再处理,与以往地震海洋学主要关注海水层内部的反射结构不同,本文重点对海底附近水体的各种复杂反射地震特征进行分类、分析与总结.与传统对海底边界层的定义不同,我们将海底边界附近的水体称之为海底边界层.本文利用传统地震相分析方法,分析海底边界层各种复杂反射地震结构的几何形态、内部反射结构、连续性、振幅以及视频率特征,结合过去相关的地震海洋学研究成果、海底边界层理论与其它各种海底附近作用/过程,不仅对中尺度涡旋、内孤立波和背风波在地震剖面上的反射地震特征进行了归类与分析,并推断最新发现的一些反射地震特征可能揭示的各种海洋作用/过程,例如不同的地震相特征可能反映了海底湍流边界层,海底沉积物再悬浮,天然气渗漏羽状流和麻坑内部异常上升流相关海底界面作用过程.结果分析表明,地震海洋学方法不仅能够对海洋内波、涡旋等物理海洋现象进行研究,同时也能够对海底附近各种复杂海洋作用/过程进行成像,从而拓展了地震海洋学的研究领域,一定程度上也能为过去不能有效对海底边界面发生的各种冷泉热液活动、生物和沉积等作用过程进行现场观测提供新的探测方法和研究视角.     

On the generation and propagation of internal solitary waves in the southern Andaman Sea: A numerical study

Numerous internal solitary waves(ISWs) have been observed in the southern Andaman Sea. In this study, the two-dimensional Massachusetts Institute of Technology general circulation model is applied to investigate the dynamics of ISWs and explore the effects of the bottom topography and tidal forcing on the generation and propagation of ISWs in the southern Andaman Sea. The results show that the large-amplitude depression ISWs are mainly generated via the oscillating tidal flow over the sill of the Great Channel, and the generation of ISWs is subject to the lee wave regime. The Dreadnought Bank cannot generate ISWs itself; however, it can enhance the amplitudes of eastward-propagating ISWs generated from sill A, owing to constructive interference of internal tide generation between the sill of the Great Channel and the Dreadnought Bank. The eastward-propagating ISWs generated by the eastern shallow sill near the continental shelf can propagate to the shelf, where they evolve into elevation waves because of the shallow water. Sensitivity runs show that both the semidiurnal and diurnal tides over the sill of the Great Channel can generate ISWs in this area. However, the ISWs generated by diurnal tides are much weaker than those generated by semidiurnal tides. Mixed tidal forcing has no significant effect on the generation of ISWs.     

用反射地震方法研究物理海洋—地震海洋学简介

地震海洋学是通过传统反射地震勘探方法研究物理海洋学的一种新方法.相对于传统的接触式温盐深测量方法,该方法具有较高的横向分辨率和能快速对整个海水剖面成像等优点,是一种非常有前途的新方法.本文将详细阐述反射地震方法在探测海洋锋温盐细结构、刻画水团边界、海洋内波、黑潮等方面的研究进展.目前海水层温度差异主要通过叠加剖面的反射轴振幅计算得到,但是叠加剖面并没有做真振幅处理.为了解决计算过程中的误差,最后提出在地震海洋学仲利用真振幅偏移结果可以使计算更加合理的设想.     

An Overview of Internal Solitary Waves in the South China Sea

Internal solitary waves (ISWs) are the nonlinear large amplitude waves existing in the oceanic pycnocline. They are very active in the northern South China Sea (SCS). With more and more remote sensing data, in situ observational data and the development of the numerical simulation technology, a number of studies on the characteristics, the source site, the generation, and evolution of the ISWs in the SCS are reported. In this paper, earlier studies on the ISWs in the SCS are summarized and some problems worthy of study are put forward.     

Analysis of time‐lapse travel‐time and amplitude changes to assess reservoir compartmentalization

Fluid depletion within a compacting reservoir can lead to significant stress and strain changes and potentially severe geomechanical issues, both inside and outside the reservoir. We extend previous research of time‐lapse seismic interpretation by incorporating synthetic near‐offset and full‐offset common‐midpoint reflection data using anisotropic ray tracing to investigate uncertainties in time‐lapse seismic observations. The time‐lapse seismic simulations use dynamic elasticity models built from hydro‐geomechanical simulation output and a stress‐dependent rock physics model. The reservoir model is a conceptual two‐fault graben reservoir, where we allow the fault fluid‐flow transmissibility to vary from high to low to simulate non‐compartmentalized and compartmentalized reservoirs, respectively. The results indicate time‐lapse seismic amplitude changes and travel‐time shifts can be used to qualitatively identify reservoir compartmentalization. Due to the high repeatability and good quality of the time‐lapse synthetic dataset, the estimated travel‐time shifts and amplitude changes for near‐offset data match the true model subsurface changes with minimal errors. A 1D velocity–strain relation was used to estimate the vertical velocity change for the reservoir bottom interface by applying zero‐offset time shifts from both the near‐offset and full‐offset measurements. For near‐offset data, the estimated P‐wave velocity changes were within 10% of the true value. However, for full‐offset data, time‐lapse attributes are quantitatively reliable using standard time‐lapse seismic methods when an updated velocity model is used rather than the baseline model.