标定大陆科学钻探孔区地震反射体

在中国大陆科学钻探孔区 (江苏省东海县南部 )进行了系统的地球物理调查 ,包括二维地震测网和专门的地震剖面 ,大地电磁法和位场方法等 .地震调查表明 ,在超高压变质岩出露区上地壳充满了反射体 ,包括倾斜反射体与上拱的反射弧 .本文介绍大陆科学钻探先行研究中地震调查的成果 .根据大陆科学钻探预先导孔的岩芯和测井资料、井旁VSP和数值模拟结果证实 ,高波速的榴辉岩体、破碎断裂带和大型韧性剪切带都可引起倾斜的地震反射 ,而上拱的弧形反射体则是由近似直立的榴辉岩体和其中的破碎带的综合反映 .由于地壳深部广泛分布着经受变质的岩石 ,上述研究结果对标定地壳中的反射地震信号具有一定意义     

标定大陆科学钻探孔区地震反射体

在中国大陆科学钻探孔区(江苏省东海县南部)进行了系统的地球物理调查,包括二维地震测网和专门的地震剖面,大地电磁法和位场方法等.地震调查表明,在超高压变质岩出露区上地壳充满了反射体,包括倾斜反射体与上拱的反射弧. 本文介绍大陆科学钻探先行研究中地震调查的成果.根据大陆科学钻探预先导孔的岩芯和测井资料、井旁VSP和数值模拟结果证实,高波速的榴辉岩体、破碎断裂带和大型韧性剪切带都可引起倾斜的地震反射,而上拱的弧形反射体则是由近似直立的榴辉岩体和其中的破碎带的综合反映.由于地壳深部广泛分布着经受变质的岩石,上述研究结果对标定地壳中的反射地震信号具有一定意义.     

中国大陆科学钻探孔区全观式三维地震采集

大陆科学钻探不仅是打一口钻,而是深部钻探同地球物理遥测结合起来的相互反馈系统,这里地球物理遥测主要是指三维深反射地震. 中国大陆科学钻探孔区三维地震调查是大陆科学钻探工程的一项重要内容. 在数据采集中提出了全观式三维地震调查新技术,它是指排列不滚动的三维地震调查,即将地震检波器铺满全部测区的一种地震采集方法,尤其适合于有限面积的三维地震工作. 这种方法的优点是：(1)快速高效; (2)叠加次数高; (3)与常规三维地震相比成本大幅度减少. 在中国大陆科学钻探孔区内进行的全观式三维地震测量,全面实现了预期目标,包括：(1) 配合钻探查明孔区地质构造,将钻探的一孔之见扩展到深6000m、长宽超过3000m的三维岩柱;(2)提供高精度定位的地壳反射体以供标定;(3)发现中、下地壳及地幔内的反射体等.     

中国大陆科学钻探孔区的垂直地震剖面调查

苏鲁超高压变质带的研究对了解发生在地幔深处的大陆动力学作用具有重要意义.近年来在此带中进行了大陆科学钻探和以深反射地震为主导的详细的综合地球物理调查,为研究超高压变质带地壳上地幔组构提供了难得的基础资料.根据大陆科学钻探工程的安排,在钻探取心,测井和地面三维地震观测的同时,还在5000 m的钻孔中用三分量数字检波器,对地表激发传播到井中的地震波场作垂直地震剖面（VSP）观测,目的是将传感器放在钻孔内,近距离、高精度和高分辨率地观测井周围由于超高压变质带的构造特征和岩石岩性特征引起的波场变化.通过零偏移距和非零偏移距VSP调查,我们首次在超高压变质带取得了深度达5000 m的精细的横波速度和泊松比等地球物理属性数据,作出了钻井岩心柱、测井、VSP纵波速度、横波速度和纵横波速度比、VSP上行波和地面地震资料的桥式综合对比图,使不同尺度的地质和地球物理调查资料互相连接在一起. 零偏和非零偏VSP观测可以标定主孔地质剖面各深度地质体的地震反射特性、井旁地震剖面上各个同相轴的地质属性,并对井旁局部地质构造作精细成像.由此观测取得的横波速度资料,成为建立孔区横波速度模型主要的资料来源,这种模型也是地面多波观测数据处理不可缺少的.因此,建议在进行大陆科学钻探时尽可能安排VSP地震调查.     

标定大际科学钻探孔区地震反射体

在中国大陆科学钻探孔区（江苏省东海县南部）进行了系统的地球物理调查，包括二维地震测网和专门的地震剖面，大地电磁法和位场方法等，地震调查表明，在超高压变质岩出露区上地壳充满了反射体，包括倾斜反射体与上拱的反射弧，本文介绍了大陆科学钻探先行研究中地震调查的成果，根据在陆科学钻探预先导孔的岩芯和测井资料，井旁VSP和数值模拟结果证实，高波速的榴辉岩体，破碎断裂带和大型韧性剪切带都可引起倾斜的地震反射，而上拱的弧形反射体则是由近似直立的榴辉岩体和其中的破碎带的综合反映，由于地壳深部广泛分布着经受变质的岩石，上述研究结果对标定地壳中的反射地震信号具有一定意义。     

变质岩区地震波速度的特点及其影响因素--以中国大陆科学钻探孔区为例

地震波速度是地震勘探中最重要的一个参数，而VSP测量是一种比较直接且行之有效的获取地震波速度的方法。文中结合中国大陆科学钻探工程预先导孔和先导孔的VSP速度分析成果，总结超高压变质岩地区地震波速度的主要特征；探讨影响变质岩地震波速度的因素。认为除密度和岩性外，变质作用的类型和强度是决定性因素，而变质期后和／或后期的各种构造地质作用对变质岩地震波速度的影响是显著的，但范围常常又是局部的。     

中国大陆科学钻探孔区的数字三分量反射地震调查

本文将简要介绍在大陆科学钻探孔区进行数字三分量地震勘探试验数据采集处理技术,以及取得的初步成果. 鉴于结晶岩地区波场的复杂性,在剖面调查之前要先进行波场特征调查,才能确定三分量地震调查观测系统采集参数.数据处理中与水平分量处理有关的三个困难环节包括静校正、速度分析与动校叠加,必须有所创新.在大陆科学钻探工程中,三分量数字地震调查之所以放在终孔后才进行,主要是因为三分量地震解释要以钻孔资料和VSP成果为基础.如果没有岩芯物性测定资料或VSP纵横波速度计算曲线,横波速度剖面模式就难以建立,水平分量数据处理和解释就难以进行.与单分量地震调查相比,水平分量采集处理提供了转换波信息,可反映独特的很有意义的地质信息.在三分量数字地震调查X分量深度叠加剖面左半边深度2600～3400 m区段出现密集的水平反射层,与Z分量反射剖面和变质岩片倾向不一致.对比主孔气体异常曲线可知,这些水平反射是地层中流体含量升高的反映.     

中国大陆科学钻探主孔动态地温测量

介绍了大陆科学钻探主孔完钻后4次的钻井测温数据,地温梯度随深度的变化趋势,系统的热导率测试结果及其温压校正. 地温测量显示,浅部（100m以上）的4次测量结果有较大的区别,而100m以下测量温度趋于一致.在900～1600m井段,温度略有波动,可能存在地下水活动.到了深部,温度与深度呈现良好的线性关系. 在0～500m,500～2700m,2700～3600m及3600m以下这4个井段范围内,地温梯度随深度降低或增加的趋势交替变化,平均地温梯度24.8±3.4℃/km. 198块岩芯样品测试结果表明,热导率变化范围在1.711～3.6 W/(m·K),平均2.716±0.403 W/(m·K). 依据实测的温度-深度进行温压校正后,热导率为1.989～3.652 W/(m·K),平均2.808±0.363 W/（m·K）. 热导率随深度的变化趋势与地温梯度的变化趋势并不能完全相互补偿,表明影响地温梯度的其他因素不容忽视. 大陆科学钻探温度测量,为今后进一步研究超高压变质带深部地热场及其地球动力学含义提供了可靠的基础数据.     

苏北大陆科学钻探靶区重磁异常反演解释

对江苏东海县毛北地区重、磁观测异常进行了处理和特征分析,并根据科学钻探主要目标体榴辉岩与其围岩有达0.9×103kg/m3的明显密度差,进行了等效密度反演成像与综合地震约束反演计算.给出了该地区重力异常模型,可作为综合地质与地球物理研究的一个基础.     

A comparative study of seismic tomography models of the Chinese continental lithosphere

The Chinese mainland is subject to complicated plate interactions that give rise to its complex structure and tectonics. While several seismic velocity models have been developed for the Chinese mainland, apparent discrepancies exist and, so far, little effort has been made to evaluate their reliability and consistency. Such evaluations are important not only for the application and interpretation of model results but also for future model improvement. To address this problem, here we compare five published shear-wave velocity models with a focus on model consistency. The five models were derived from different datasets and methods (i.e., body waves, surface waves from earthquakes, surface waves from noise interferometry, and full waves) and interpolated into uniform horizontal grids (0.5° × 0.5°) with vertical sampling points at 5 km, 10 km, and then 20 km intervals to a depth of 160 km below the surface, from which we constructed an averaged model (AM) as a common reference for comparative study. We compare both the absolute velocity values and perturbation patterns of these models. Our comparisons show that the models have large (> 4%) differences in absolute values, and these differences are independent of data coverage and model resolution. The perturbation patterns of the models also show large differences, although some of the models show a high degree of consistency within certain depth ranges. The observed inconsistencies may reflect limited model resolution but, more importantly, systematic differences in the datasets and methods employed. Thus, despite several seismic models being published for this region, there is significant room for improvement. In particular, the inconsistencies in both data and methodologies need to be resolved in future research. Finally, we constructed a merged model (ChinaM-S1.0) that incorporates the more robust features of the five published models. As the existing models are constrained by different datasets and methods, the merged model serves as a new type of reference model that incorporates the common features from the joint datasets and methods for the shear-wave velocity structure of the Chinese mainland lithosphere.     

线形区域的主辅线反射地震调查方法

本文提出主辅线反射地震法, 它由一条主测线和1～2条辅测线共同组成一个反射地震观测系统,其中辅线位于主线的一侧或两侧,大致与主线平行,只在辅线上观测而不放炮.这种系统的成本仅比原常规单线增加20%左右,但是,它却可以同时取得三方面的调查成果：(1)主线常规反射地震剖面,(2)主线与辅线之间区域的表层地震波速层析图,(3)主线与辅线之中线上的反射地震剖面.用比地震剖面略高的费用,主辅线反射地震实现了了解线形区域下方侧向可对比的地质构造变化的目标, 对线形区域的调查尤其适用,而且在中国大陆科学深钻孔区完成的主辅线反射地震调查证实了这一论断.这次主辅线反射地震法调查说明科学深钻孔区地下3000～3600m 深度还可能有规模较大的榴辉岩体存在, 现有金红石矿体储量有可能扩大若干倍.同时,主辅线反射地震法调查提供了一个后备孔位,它是将来扩大矿区储量的首选勘探孔位.     

南北地震带岩石圈S波速度结构面波层析成像

本文利用天然地震面波记录和层析成像方法,研究了南北地震带及邻近区域的岩石圈S波速度结构和各向异性特征.结果表明南北地震带的东边界不但是地壳厚度剧变带,也是地壳速度的显著分界.其西侧中下地壳的S波速度显著低于东侧,强震大多发生在低速区内部和边界.青藏高原东缘中下地壳速度显著低于正常大陆地壳,在松潘甘孜地块和川滇地块西部大约25～45 km深度存在壳内低速层;这些低速特征与高原主体的低速区相连,有利于下地壳物质的侧向流动.地壳的各向异性图像与下地壳流动模式相符,即下地壳物质绕喜马拉雅东构造结运动,东向的运动遇到扬子坚硬地壳阻挡而变为向南和向北东的运动.面波层析成像结果支持青藏高原地壳运动的下地壳流动模型.南北地震带的岩石圈厚度与其东侧的扬子和鄂尔多斯地块相似但速度较低.川滇西部地块上地幔顶部(莫霍面至88 km左右)异常低速;松潘甘孜地块上地幔盖层中有低速夹层(约90～130 km深度).岩石圈上地幔的速度分布图像与地壳显著不同,在高原主体与川滇之间存在北北东向高速带,可能会阻挡地幔物质的东向运动.上地幔各向异性较弱且与地壳的分布图像显然不同.因此青藏高原岩石圈地幔的构造运动具有与地壳不同的模式,软弱的下地壳提供了壳幔运动解耦的条件.     

含流体复杂孔隙介质地震波衰减与频散

含流体孔隙介质中地震波的速度频散和衰减在指导复杂储层含油气性识别领域具有重要意义.本文构建了包含微观挤喷流与介观层间流影响的跨尺度模型, 并使用求解介质等效模量的方式得到了模型中地震波的频散速度与衰减因子, 克服了前人在高频段计算结果出现异常值以及不同尺度衰减峰无法分离的缺陷.在该双尺度模型的基础上, 本文又综合考虑宏观尺度Biot流, 将三种地震波衰减理论耦合, 建立了相对统一的三尺度地震波衰减岩石物理模型.在Biot理论框架下, 分析了非均匀性流体、孔裂隙结构、微观挤喷流以及介观层间流对流体压力与弹性模量的影响, 得到了该三尺度模型中地震波的波动方程, 并求解得到了相应的地震波衰减与频散曲线, 分析了不同介质参数对衰减与频散曲线的影响.我们推导了在该模型上覆均匀各向同性介质情况下, 分界面处各类极性波的反射、透射系数特征方程, 并得到了随频率以及入射角变化的反射、透射系数三维曲面.

     

环渤海地区的地震层析成像与地壳上地幔结构

利用环渤海地区的天然地震P波到时资料,采用纬度和经度方向分别为0.5°×0.6°的网格划分,反演了该地区地壳上地幔的三维P波速度结构.初步结果表明,环渤海地区地壳上地幔的速度结构具有明显的横向不均匀性：京津唐地区地壳中上部的速度异常反映了浅表层的地质构造特征,造山带和隆起区对应于高速异常,坳陷区和沉积盆地对应于低速异常;地壳下部出现大规模的低速异常与华北地区广泛存在的高导层相对应,估计与壳内的滑脱层和局部熔融、岩浆活动有关;莫霍面附近的速度异常反映了地壳厚度的变化及壳幔边界附近热状态的差异;上地幔顶部大范围的低速异常可能是上地幔软流层热物质大规模上涌所致.     

中国大陆地震空间分布模型检验

本文以中国大陆地震目录为基础资料,以泊松模型为零假设模型,并将Neyman-Scott空间丛集过程的各子模型设为检验模型,采用K-function 点过程分析法和最大似然估计法计算各模型参数,并以AIC准侧判定模型的拟合优度,来检验中国大陆地震空间分布模型.检验结果表明：泊松模型的拟合优度最差,说明地震在空间的分布不是完全随机的;广义Thomas模型的拟合优度最好,说明地震的空间分布是丛集的,可用由两个高斯核组成的广义Thomas模型较好地描述.研究结果还表明,同一研究区内,采用不同时段具有不同最小完整起始震级的地震目录计算得到的地震空间分布的丛集尺度几乎不变,这意味着地震空间丛集尺度不受小地震的控制,且可能与研究区的断层规模有关.     

Improving the gradient of the image‐domain objective function using quantitative migration for a more robust migration velocity analysis

Migration velocity analysis aims at determining the background velocity model. Classical artefacts, such as migration smiles, are observed on subsurface offset common image gathers, due to spatial and frequency data limitations. We analyse their impact on the differential semblance functional and on its gradient with respect to the model. In particular, the differential semblance functional is not necessarily minimum at the expected value. Tapers are classically applied on common image gathers to partly reduce these artefacts. Here, we first observe that the migrated image can be defined as the first gradient of an objective function formulated in the data‐domain. For an automatic and more robust formulation, we introduce a weight in the original data‐domain objective function. The weight is determined such that the Hessian resembles a Dirac function. In that way, we extend quantitative migration to the subsurface‐offset domain. This is an automatic way to compensate for illumination. We analyse the modified scheme on a very simple 2D case and on a more complex velocity model to show how migration velocity analysis becomes more robust.     

Eclogites from the Chinese continental scientific drilling borehole, their petrology and different P-T evolutions

Abstract Four phengite‐bearing eclogites, taken from different depths of the Chinese continental scientific drilling (CCSD) borehole in the Sulu ultrahigh pressure terrane, eastern China, were studied with the electron microprobe. The compositional zonations of garnet and omphacite are moderate, whereas phengite compositions generally vary significantly in a single sample from core to rim by decrease of the Si content. Various geothermobarometric methods were applied to constrain the P‐T conditions of these eclogites on the basis of the compositional variability of the above minerals. The constrained P‐T path for sample B218 is characterized by pressure decrease from ca 3.0 GPa (ca 600°C) to 1.3 GPa (ca 550°C). Eclogite B310 yielded P‐T conditions of 3.0 GPa and 750°C. The path for eclogite B1008 starts at about 650°C and 3.6–3.9 GPa (stage I) followed by a pressure decrease to 2.8–3.0 GPa and a significant temperature rise (stages II and IIIa, 750–810°C). Afterwards, this rock cooled down to 620–660°C at still high pressures (2.5–2.7 GPa, stage IIIb). Retrograde conditions were about 670°C and 1.3 GPa (stage IV). Eclogite B1039 yielded a P‐T path starting at ca 600°C and 3.3–3.9 GPa (stage I). A pressure decrease to about 3.0 GPa (stage II, 590–610°C) and then a moderate isobaric temperature increase to ca 630°C (stage III) followed. Stage IV is characterized by temperatures of 650°C at pressures close to 1.3 GPa. During and after this stage (hydrous) fluids partially rich in potassium penetrated the rocks causing minor changes. Relatively high oxygen fugacities led to andradite and magnetite among the newly formed minerals. We think that the above findings can be best explained by mass flow in a subduction channel. Thus, we conclude that the assembly of UHP rocks of the CCSD site, eclogites, quartzofeldspathic rocks, and peridotites, cannot represent a crustal section that was already coherent at UHP conditions as it is the common belief currently. The coherency was attained after significant exhumation of these UHP rocks.     

砾岩储层地震波传播方程:三重孔隙结构模型

针对砾岩储层的砂、砾、泥三重孔隙结构特征,本文分析砾岩孔隙区域、砂岩孔隙区域以及泥岩孔隙区域相互之间的孔隙流体流动机制,将静态的砾岩骨架本构方程与动态的孔隙流体运动方程联立,提出了复杂砾岩储层的弹性波传播理论方程.采用实测砾岩储层参数,在算例中与双重孔隙介质理论进行对比分析,验证了本文理论方程的合理性;基于三重孔隙介质模型,分析不同储层环境下纵波的传播特征,结果显示：随流体黏滞系数增大,在衰减-频率轴坐标系中,砾与砂、砂与泥孔隙区域间局域流导致的两个衰减峰向低频端移动,而Biot全局流导致的衰减峰向高频端移动;嵌入体尺寸及背景相介质渗透率的变化,主要影响纵波速度频散曲线沿频率轴左、右平移,不影响波速低频、高频极限幅值;嵌入体含量及孔隙度的变化改变了岩石干骨架的弹性、密度参数,不仅影响速度频散曲线沿频率轴平移,而且影响其上、下限幅值;砾包砂包泥三重孔隙介质模型所预测的衰减曲线中,低频段“第一个衰减峰”主要由砾岩孔隙区域与砂岩孔隙区域之间的局域流导致,中间频段“第二个衰减峰”主要由砂岩孔隙区域与泥岩孔隙区域之间的局域流导致,超声频段“第三个衰减峰”由Biot全局流导致.对慢纵波传播特征的分析显示,砂岩骨架（局部孔隙度较大）内部的宏观孔隙流体流动造成的耗散明显强于砾岩与泥岩骨架.