并行计算技术及其在勘探地球物理学中的现状与展望

本文详细阐述了并行计算技术及其在地球物理勘探数据处理中的发展现状和发展趋势,分析了几个代表性的并行算法实例.这些结果表明,在拥有强大的并行机的基础上,基于并行计算开发环境(MPI和PVM等)设计高效的并行算法,通过分配合理的并行粒度、通信开销、负载平衡等执行高效的并行计算,可以有效加快处理速度、降低成本.目前,并行算法在地震数据处理中应用已较为成熟,近年来向更实用的基于PC机群的并行技术发展.然而,在非地震方法中,并行算法应用较少见文献报道,研究尚处于初级研究阶段.在大地电磁的二维和三维正、反演问题上,并行计算技术逐渐得到越来越多关注和重视.随着资源和能源需求的增长,地球物理勘探向深度和广度快速发展,大幅增长的数据量使得高性能并行计算机和高效的并行算法在勘探地球物理学中的发展和应用将占据愈来愈重要的地位.     

中国海-西太平洋地区典型剖面的重-磁-震联合反演研究

重-磁-震联合反演是获取地壳结构的重要方法.此次研究,我们主要基于全球最新的水深、重磁异常、沉积物厚度等数据,结合实测地震数据和前人研究成果,分析了中国海-西太平洋地区的莫霍面展布特征,并利用重磁震联合反演方法获得了跨越中国海-西太平洋典型剖面的地壳结构和异常体分布,揭示了陆壳到洋壳的典型变化规律.结果表明,从浙江地区到马里亚纳俯冲带,地壳结构大致呈现由厚到薄、由老到新、由复杂到简单的特征.浙江地区（扬子块体和华夏块体）地壳结构复杂,三层结构明显,地壳内断裂带发育,并伴有广泛的岩浆侵入;东海地区莫霍面起伏剧烈,地壳厚度变化较大,冲绳海槽地壳明显减薄,是其过渡壳性质的体现;西菲律宾海盆、九州-帕劳海脊、帕里西维拉海盆、马里亚纳俯冲带等构造单元地壳结构相对简单,二层结构明显.其中,西菲律宾海盆和帕里西维拉海盆地壳内部磁异常变化较为剧烈,海盆扩张过程中形成的磁异常体分布广泛,地壳厚度（5~8 km）明显小于陆壳;九州-帕劳海脊地壳厚度可达~20 km,缺失中地壳,表现为岛弧地壳结构;同源的西马里亚纳岛弧和东马里亚纳火山弧地壳结构相似,浅层磁异常体分布广泛,西马里亚纳岛弧地壳厚度（~17 km）略小于东马里亚纳火山弧（~20 km）,体现了裂离的不对称性;马里亚纳海槽具有正常的洋壳结构（~7 km）,但扩张中心未发生明显破裂.对比各构造单元地壳结构的异同点,我们进一步认识到,陆壳与洋壳之间不是孤立的,陆壳可能会演化出洋壳的结构或组分,板块的演化总是处于动态循环过程中.此研究加深了我们对中国海-西太平洋深部构造特征的整体理解,促进了我们对大陆边缘演化与板块相互作用的认识,深化了我国管辖海域及邻近地区的基础地质调查.     

山东地区地壳三维纵横波速度和泊松比结构及其对地震活动性的影响

基于山东及邻区丰富的P波和S波到时数据反演获得了研究区内高精度的三维纵横波速度结构和泊松比异常分布形态。结果表明:2020年济南长清M_S4.1地震震中位于P波、S波高低速异常和高低泊松比异常过渡带,可能是区域构造应力下长清断裂发生左旋走滑运动的结果;2003年青岛崂山M_L4.1地震、崂山震群、乳山震群和长岛震群等的发生可能都受到流体的强烈影响,流体沿已有的较大断裂或相对完整岩体内的裂隙侵入,诱发断裂活动或裂隙破裂,从而导致中强地震或震群活动的发生。      

马尼拉俯冲带的地震层析成像研究

基于国际地震中心的P波走时数据和层析成像反演方法,获得了具有较高分辨率的马尼拉俯冲带的深部速度模型.结果表明,（1）高速的南海俯冲板片沿马尼拉俯冲带的俯冲形态随纬度发生变化,在14°N和16°N之间,板片俯冲角度较大,俯冲深度可达400~500 km,在17°N附近,俯冲板片角度和深度较南部变小,而在18°N附近,俯冲板片以近垂直角度俯冲到地幔转换带;（2）17°N和18°N之间俯冲角度的变化意味着南海板片发生了撕裂;（3）在14°N附近,南海板片由300 km以上的近垂直俯冲转为200~300 km深度的近水平展布,与震源分布存在较大的差异,表明南海板片发生了撕裂,并且导致410 km间断面抬升.根据成像结果计算的不同位置南海板片的俯冲长度和时间表明,南海板片俯冲之前的面积为现今面积的两倍,14°N最先开始发生俯冲,并由南向北扩展.     

山东地区各向异性、地壳厚度及泊松比分布特征

山东地区位于华北东部,包含沂沭断裂带、鲁西隆起等重要构造单元,地质构造演化非常复杂,但目前尚缺乏对山东地区整体的地壳结构、壳内形变、壳幔耦合等方面的研究.本文基于该地区52个地震台站两年的波形记录,采用接收函数Ps转换波分裂和H-κ叠加的方法得到了研究区地壳各向异性、平均地壳厚度以及泊松比特征,为该地区的构造演化提供了重要的地震学约束.结果 表明,研究区地壳结构存在较强的横向不均匀性.鲁西隆起南部地壳各向异性方向可能与断裂和地壳内部的构造拆离有关.泰山地区地壳厚度与泊松比呈现负相关,地壳各向异性不明显,表明泰山处在快速隆升阶段.胶东地区东部较小的地壳厚度和泊松比与地幔上涌和苏鲁造山带发育的超高压变质岩有关.沂沭断裂带南北段的地壳结构具有显著差异,南段地壳厚度与泊松比存在明显的横向变化,表明南段可能存在剧烈的地幔上涌.较厚的沉积层使得济阳凹陷内台站下方的泊松比偏小,而较薄的铁镁质下地壳层则可能是胶北隆起部分台站下方泊松比偏小的主要原因.     

论菲律宾海板块大地构造分区

菲律宾海板块是毗邻中国大陆的一个独特的小型板块。除南端表现十分复杂外,它的构造边界多以海沟为界,比较清楚,然而次级大地构造单元划分则比较复杂。本文根据近年来的研究成果,按照块体构造理论注重统一的地球物理场、相似的地壳结构、有机的成因联系等3个基本原则,将菲律宾海板块划分为3个具有不同构造演化特征的单元,即西菲律宾海块体、四国-帕里西维拉块体和伊豆-博宁-马里亚纳块体。西菲律宾海块体包括两部分:一个是西菲律宾海盆,始新世以来受太平洋板块和印澳板块近南北向的相对俯冲作用影响,并顺时针旋转形成了现今的构造样式,于30 Ma左右停止扩张。另一个包括大东盆岭、花东盆地、帕劳海盆和吕宋岛弧蛇绿岩等洋壳在内的白垩纪洋盆。根据形成年代和形成时的扩张方向可将四国-帕里西维拉块体分为两部分:四国海盆和帕里西维拉海盆,两者以索夫干断裂为界。伊豆-博宁-马里亚纳块体沿博宁高原南缘分为南北两部分,两者表现出不同的地质特征。     

动校正拉伸分析及处理方法

动校正是地震数据处理的重要步骤,当偏移距反射深度比较大时动校正处理使同相轴产生拉伸畸变.常规的动校正切除处理是以牺牲大偏移距地震道信号为代价的.通过理论推导可以得出:交叉同相轴对应着最大的拉伸量,动校正后出现同相轴的增加、混叠乃至畸变;未交叉同相轴动校正后波形变“胖”,其主频降低,频带变窄,振幅值拉大.因此研究无拉伸动...     

层状介质大地电磁的自适应量子遗传反演法

将量子遗传算法引入到层状介质大地电磁数据的反演, 得到了层状介质的大地电磁量子遗传反演法.数值试验结果发现该算法仍然存在较严重的早熟收敛现象.为此, 将自适应思想引入到量子遗传算法中来, 通过动态调整量子遗传算法的模型搜索空间, 建立了一种新的改进型量子遗传算法——自适应量子遗传算法, 使算法在迭代过程中能自适应地寻找模型最优值.通过典型测试函数和层状介质大地电磁模型数值试验, 结果表明, 改进算法有效压制了常规量子遗传算法的早熟收敛性, 提高了算法的搜索效率和反演效果.采用该算法对实际的大地电磁资料进行了处理, 取得了较好的地质效果.      

大地电磁阻尼粒子群优化反演法研究

粒子群优化算法（PSO）是模仿鸟群寻找食物的社会行为的一种全局最优化算法,在多维空间函数寻优、动态目标寻优等方面有着收敛速度快、解质量高且需要设置的参数较少等优点.本文在研究常规粒子群优化算法的基础上,对常规的粒子群算法进行了改进,提出了一种新的惯性权重ω参数振荡递减策略,加快了PSO算法的收敛速度,构造的新算法称为阻尼粒子群优化算法.在MATLAB 6.5 编程环境中对阻尼PSO算法进行了数值实验,并对大地电磁测深的理论模型和实测数据进行了反演试算,结果表明,阻尼PSO算法不依赖于初始模型、能够搜索到全局极值,不易陷入局部极值,是一种快速有效的地球物理反演方法.     

马尼拉俯冲带北段增生楔形态结构及演化过程

为揭示马尼拉增生楔的形态结构并加深对其演化过程的理解,本文对横穿马尼拉俯冲带北段的几条典型地震剖面进行了深度偏移处理,得到叠前深度偏移剖面和深度-速度模型,并对马尼拉增生楔的形态结构及内部特征进行了精细解释,将马尼拉增生楔分为原始沉积段、褶皱变形段、逆冲推覆段和背逆冲段四个部分,分别代表增生楔演化的不同阶段。推断马尼拉增生楔下部存在由早期仰冲的菲律宾海板块的残留块体构成的弧前基盘,弧前基盘是控制马尼拉增生楔形成演化的关键构造。弧前基盘前端是拆离滑脱面突然降阶并在地震剖面上"隐没"的部位;弧前基盘向增生楔底部的不断挤入导致了逆冲脱序断层的渐次发育以及增生楔向弧前基盘之上的不断爬升,导致了增生楔上、下陆坡地貌的分化,并为褶皱变形段和逆冲推覆段的地层形变提供了主要的应力。