海底地震仪远震记录接收函数反演——以南海西南次海盆为例

由于海底环境和海底地震仪(OBS)结构的特殊性,用OBS远震记录进行接收函数岩石圈反演研究因为存在一定的困难,所以还很少见.在深入分析问题的基础上,以国产I-4C型宽频带OBS在南海西南次海盆记录的天然地震为实例,我们将傅里叶变换和小波变换相结合以压制海底地震仪记录中的非平稳干扰,获得了信噪比较高、震相清晰的地震记录,进而成功开展了远震记录的岩石圈结构接收函数反演.主要结论是:(1)OBS接收函数的求取是可行的,关键是压制非平稳干扰.(2)西南次海盆的Moho面埋深为海底下10~12km(地壳厚6~8km),沉积物厚度为1~2km,浅部地壳存在低速区,与沉积物和海底扩张停止后的岩浆喷发产生的岩石碎屑和裂隙有关.(3)在扩张脊中央Moho面上方6~12km存在S波低速区,推测扩张中心可能存在下地壳熔融或岩浆房,在17~30km区间S波速度呈负梯度,我们认为扩张中心更深的地方存在热物质的供给.     

利用接收函数反演青藏高原西部地壳S波速度结构

相对于宽阔的腹地,青藏高原西部南北向宽度仅约600km,却记录了印度和欧亚板块汇聚的深部过程及其响应.本文用22台宽频带流动地震台站在西缘构建了一条南北向探测剖面(~80°E,TW-80试验).利用接收函数反演剖面下方S波速度结构,综合西部已有的宽频带探测结果,分析认为:印度板块向北俯冲可能已到达班公湖—怒江缝合带附近,俯冲过程中下地壳发生榴辉岩化;喀拉昆仑断裂带、班公湖—怒江缝合带、阿尔金断裂带均为切穿地壳的深断裂,莫霍面发生错断;喀拉昆仑断裂带和龙木错断裂带之间的中上地壳没有发现连续的S波低速体,说明可能缺乏解耦层,支持青藏高原西部地壳为整体缩短增厚模式.     

基于格林函数理论的波场预测和鬼波压制方法

作为一种特殊的噪声,鬼波对一次波的波形及频带宽度产生极大的影响,鬼波压制是提高海上地震资料分辨率及保真度的重要因素.以格林公式为基础,详细论述了基于格林函数理论的鬼波压制方法,在不需要地下介质信息的条件下,进行地震数据驱动鬼波压制,并根据"Double Dirichlet"(双狄利克雷)边界条件,预测压力波场和垂直速度波场.建立了基于格林函数理论鬼波压制的处理流程,数值模拟和实际资料处理结果表明,基于格林函数理论鬼波压制方法在很好地去除鬼波的同时极大地拓宽了地震资料的频带,尤其提升了低频端能量,有利于后续资料的处理解释.     

基于数据规则化和稀疏反演的三维表面多次波压制方法

表面多次波是海洋地震勘探中的主要问题.目前,二维数据驱动的表面多次波压制技术(SRME)已经比较成熟,并且已经成为工业界压制海洋表面多次波的主流方法.但是由于二维SRME算法没有考虑横测线方向上多次波的贡献,导致在处理实际三维海洋资料时存在比较大的误差.将二维SRME算法扩展到三维空间后可以得到三维SRME算法,但是由于目前实际采集的三维海洋资料的观测系统存在拖缆漂移,而且横测线方向采样过于稀疏,直接应用三维SRME算法无法准确预测表面多次波.本文提出的通过数据规则化配合稀疏反演的三维表面多次波压制方法能够解决这种实际资料和三维SRME算法之间的矛盾.本文通过研究数据规则化与反规则化技术,使得数据分布满足三维SRME的要求;通过研究稀疏反演技术,有效解决了横测线方向采样稀疏对于多次波预测的影响,三维实际海洋资料的应用结果验证了方法的有效性和可行性.     

鄂尔多斯盆地北缘南北向剖面上地幔远震P波层析成像

为深入理解华北克拉通破坏机理,本研究通过鄂尔多斯盆地北缘南北向宽频带线性高密度流动地震台观测记录的远震波形数据,获得了1985条高质量到时资料,进而利用FMTT(Fast Marching Teleseismic Tomography)快速行进层析成像方法获得了华北克拉通西部鄂尔多斯盆地北缘深至300km范围的P波速度模型.结果显示,鄂尔多斯盆地下方呈现出深至150~200km的高波速异常,说明华北克拉通其西部岩石圈保存完好尚未遭到明显破坏.河套地堑下方存在向鄂尔多斯盆地下方延伸的明显低波速异常,其深度可达300km深度,而阴山造山带下方上地幔存在深至100km左右的弱高波速异常,说明鄂尔多斯盆地周边地区的岩石圈均遭到一定程度破坏并减薄,可能与新生代时期太平洋板块的俯冲引起深部热物质上涌等作用密切相关.这些研究结果说明,华北克拉通在构造演化过程中不同块体经历了不同的破坏演化历史,这对于认识克拉通破坏减薄机制具有重要意义.     

基于有效邻域波场近似的起伏地表保幅高斯束偏移

随着我国陆上地震勘探向复杂地表探区的转移,高精度、适应性强的地震成像方法在地震资料的处理、解释及后续属性分析、储层预测中具有重要意义.本文基于有效邻域波场近似理论发展了一种成像精度更高且适用于复杂起伏地表条件的叠前保幅高斯束偏移方法.在传统水平地表高斯束偏移的基础上,本文根据中心射线附近有效邻域内高斯束表征的近似波场,导出了起伏地表条件下具有相对振幅保持的高斯束偏移公式,并给出了一种精度更高的旁轴射线传播角度计算方法.同现有的高斯束偏移方法相比,本文方法不仅考虑了起伏地表对高斯束走时的线性影响,而且首次引入了由地表高程差异和近地表速度变化引起的二次时差校正项和振幅校正项,使得成像结果更加准确可靠.两个典型模型算例验证了本文方法的正确性和有效性.     

裂缝诱导双相HTI介质地震波场错格伪谱法模拟与波场特征分析

裂缝诱导的双相具有水平对称轴的横向各向同性(HTI)介质模型是由一组平行排列的垂直裂缝嵌入到统计各向同性的流体饱和多孔隙岩石中而组成的,它综合考虑了裂缝型储层岩石的各向异性和孔隙性.高精度的地震波场数值模拟技术是研究该介质中地震波传播规律的主要方法.本文结合错格伪谱法和时间分裂法,求解描述该介质中地震波传播的一阶速度-应力方程.模拟了单层和双层模型中的地震波场,并对其进行了特征分析.研究结果表明:错格伪谱法能有效消除标准网格伪谱法波场模拟结果中出现的数值伪影现象,与时间分裂法结合能够获得稳定的、高精度的模拟结果;裂缝诱导双相HTI介质中的地震波场兼具裂缝各向异性介质和双相介质中传播的地震波的波场特征.     

基于微动方法研究五大连池火山区尾山火山锥浅层剪切波速度结构

为了研究五大连池火山区尾山火山锥浅层三维波速结构特征,在尾山火山锥附近区域布设了无线地震检波器密集台阵,记录连续地震背景噪声波形数据.基于微动方法(拓展空间自相关方法)提取了台站间2~5 Hz频率范围的Rayleigh面波相速度频散曲线.利用面波层析成像方法反演获得2~5 Hz Rayleigh面波二维相速度图像,基于每一个网格节点的频散曲线,进一步反演获得了尾山火山锥附近区域地表至700m深度的三维剪切波速度结构.成像结果显示:在0~150m较浅深度,靠近尾山火山锥区域显示为相对高速异常,远离火山锥区域则显示为相对低速异常.而至150~700m较深深度,波速异常特征与浅部相反,靠近尾山火山锥的区域显示为相对低速异常,远离火山锥的区域显示为相对高速异常.在远离尾山火山锥区域,浅层的相对低速异常可能与松散沉积层有关,深部的高速异常则反映了结晶变质岩的影响.在靠近尾山火山锥区域,浅部的相对高速异常应该反映了出露地表的玄武岩,而深部的相对低速异常则可能反映了火山通道周围广泛发育的破碎裂隙结构及其火山喷发后孔隙流体填充的影响.     

基于交叉梯度约束的地震初至纵波与瑞雷面波联合反演

本文提出了一种初至纵波(P波)与瑞雷面波的交叉梯度联合反演策略.通过对初至P波进行全波形反演可以获得近地表P波速度结构;通过对仅含瑞雷面波信息的地震数据转换到频率-波数域进行加窗振幅波形反演(Windowed-Amplitude Waveform Inversion,w-AWI)可获得近地表横波(S波)速度结构.在二者反演的目标函数中均加入P波速度和S波速度的交叉梯度作为正则化约束项,使得在反演过程中P波速度和S波速度相互制约,相互约束,从而实现对地震初至P波与瑞雷面波的联合反演.数值模拟结果表明交叉梯度联合反演可以提高S波速度反演分辨率,而P波速度反演结果并没有得到提高.实际资料的反演结果表明,交叉梯度联合反演能够获得更加可信的近地表速度结构.     

2015年尼泊尔MS8.1地震震源区S波三维速度结构与强震发生机理研究

利用2001-2003年期间在2015年4月12日尼泊尔M_S8.1级强震震源区流动地震观测记录到的连续波形数据,提取了5~25 s周期的瑞利波相速度频散曲线,并构建了尼泊尔地震震源区二维瑞利波相速度分布图像.以0.5°×0.5°为网格大小将研究区网格化,采用NA算法反演得到尼泊尔地震震源地区三维S波速度结构.结果显示,在上地壳,以主前锋逆冲断裂带（MFT）为界,其以北地区为高波速异常,而其以南为明显低波速异常;在中地壳,以藏南拆离系（STDS）为界,南北两侧速度结构也存在明显差别,以南地区为明显高波速异常,而以北地区为明显低波速异常.这些结构特征说明,印度板块与欧亚板块碰撞挤压作用形成地幔热物质上涌并造成地壳物质部分熔融,并由此形成了东西向拉张的南北向裂谷.2015年尼泊尔M_S8.1级主震和最大余震均发生于高低波速异常过渡区且偏向高波速异常区,暗示了这样的波速异常区易于积累能量孕育强震.主震和最大余震的南侧均存在明显的低波速异常,与主喜马拉雅滑脱断裂带（MHT）相对应,可能代表部分熔融或深部流体作用于主边界断裂带（MBT）附近的MHT断裂带,降低断层面上的有效正应力,从而触发尼泊尔强震及最大余震的发生.主震与最大余震之间的余震分布于高低波速异常变化较为明显的地区,说明研究区内地震的发生受震源区附近的速度结构控制.