羌塘盆地内部结构与反射地震勘探技术分析

位于青藏高原腹地的羌塘盆地海相地层保存较为完整,是中国最大的中生代海相含油气盆地。羌塘盆地的油气地震勘探经历了近30年的历程,在仪器设备、采集技术、数据处理和解释等方面均取得了长足进步,对羌塘盆地油气资源战略调查起到了关键作用。本文总结了羌塘盆地反射地震勘探的历程和数据采集参数,根据笔者团队多年积累的资料,揭示出羌塘盆地基底及上覆地层的结构,分析了有利圈闭构造及其对油气的影响,并根据实际情况,进一步分析了影响羌塘盆地油气地震勘探数据质量的主要因素。建议从改善激发、接收条件,优化观测系统,开展针对性处理等多个方面综合考虑,提高反射地震资料品质,获得高质量的地震剖面。

基于短周期密集台阵接收函数揭示的藏南错那洞穹窿地壳结构

位于印度-欧亚板块碰撞前缘的北喜马拉雅构造带,是研究陆陆碰撞过程中地壳增厚和深部岩浆活动的典型区域之一。北喜马拉雅穹窿带作为其中重要的伸展构造,其形成过程与造山运动引起的地壳增厚以及地壳深熔作用引起的地壳流动密切相关。本文以近年新发现的错那洞穹窿为例,利用短周期密集台阵观测,通过远震P波接收函数共转换叠加成像方法获取了错那洞穹窿区域地壳结构。结果表明:错那洞穹窿区域的地壳结构在东西方向上存在差异,壳内速度间断面存在多处不连续现象,局部区域甚至发生界面错断;而在错那裂谷和错那洞穹窿中、上地壳内存在低速区。综合前人研究,本文认为印度-欧亚板块持续碰撞使喜马拉雅东南缘岩石圈经历过地壳尺度拉伸变形。在地壳增厚及持续的高温变质作用下,中、上地壳随藏南拆离系伸展减压发生部分熔融,而熔融岩浆沿着藏南拆离系薄弱处不断上涌并在错那洞穹窿下方聚集,并使错那洞穹窿及错那裂谷中、上地壳弱化,促进区域东西向伸展,进而发生岩浆底辟形成错那洞穹窿。

二维初至波层析成像揭示的兰坪盆地—扬子西缘浅层地壳结构

兰坪盆地—扬子西缘位于青藏高原东南缘,在地质构造上属特提斯-喜马拉雅强烈挤压、碰撞造山带的东部,兼跨华南板块与古冈瓦纳板块两大构造单元。其浅层地壳是记录地壳形变、岩浆作用与成矿作用的重要载体。本文利用兰坪盆地—扬子西缘220km长的深反射地震剖面的初至波(Pg震相)数据,通过层析成像反演方法,获得了测线下方4km以浅的上地壳浅层P波速度结构。成像结果显示,兰坪盆地沉积厚度从西到东逐渐减薄,扬子块体西缘东部表现出“两侧厚中间薄”的特点;兰坪盆地内有多组逆冲断裂,金沙江断裂与程海断裂近乎垂直;金顶铅锌矿的形成可能与底部热隆有关,北衙金矿下方结晶基底向上突起,推测由岩浆上涌所致。

利用接收函数H-κ-c叠加方法约束武陵山重力梯度带地壳结构

贯穿中国内地南北的大兴安岭-太行山-武陵山重力异常梯度带被认为是东亚重要的岩石圈分界线,本文利用布设在武陵山重力梯度带的43个国家地震局固定台站和10个流动宽频台站的观测数据,采用远震P波接收函数方法,计算并挑选了共计12 739条高质量的远震P波接收函数,综合其中7个台站H-κ叠加和46个台站H-κ-c叠加的结果,并结合前人结果获得了研究区的莫霍(Moho)界面起伏形态以及地壳平均波速比(v_(P)/v_(S))分布和通过H-κ-c叠加方法获得相应台站下方地壳各向异性。结果表明研究区地壳厚度在30~52 km之间,其中最厚的大巴山区域超过50 km,最薄的雪峰山以东地区仅约30 km,整体特征表现为西厚东薄。Moho界面梯度变化最大的区域,北起秦岭-大巴山东侧一带,沿着江汉盆地与武陵隆起的盆山耦合处,南至江南造山带中段北侧;地壳平均波速比整体的分布特点表现为:高值(>1.81)普遍分布在武陵山重力梯度带以西地区,而低值(<1.75)分布以东地区以及江南造山带内部;地壳各向异性同样在武陵山重力梯度带两侧存在明显差异,以东地区快波最大极化方向为近E-W向,而以西地区则表现为NE-SW向。最后,我们推测武陵山重力梯度带附近及以东地区存在普遍的下地壳拆沉现象。

印度-欧亚板块主碰撞带全地壳尺度相互作用关系研究

印度板块自新生代早期开始沿雅鲁藏布江缝合带向北与欧亚板块碰撞以来,印度板块的深俯冲过程一直是大家关注的焦点,而垂向上主碰撞带全地壳尺度由深及浅的相互作用关系研究程度相对较弱,主要归咎于之前缺少全地壳尺度高分辨率数据资料,从而也阻碍了对主碰撞带巨厚地壳成因机制及深部地球动力学过程的了解。在本次研究中,分别基于横穿主碰撞带中部和东部的180 km及100 km长的深反射地震剖面进行精细构造地球物理学分析,揭示了主碰撞带全地壳尺度由深及浅的相互作用关系:(1)横向上,印度板块下地壳存在北向俯冲,且俯冲前缘有限的存在于南拉萨地体南缘。上覆的南拉萨地体则出现透明反射结构和中拉萨地体统一北倾的反射结构。(2)垂向上,印度地壳主要表现下地壳俯冲、中上地壳双冲构造回返结构。南拉萨地体四分之三的地壳表现为透明反射。占据另外四分之一的上地壳顶部表现为统一的南倾结构形态;中拉萨地体则以下地壳北倾、上地壳上拱反射结构为主。三者皆在垂向上出现差异性变形。(3)主碰撞带上地壳顶部表现为统一的后展式顶板逆冲推覆构造,该逆冲推覆系统可一直从南拉萨地体北边界的洛巴堆—米拉山断裂向南越过南倾的雅江缝合带延伸至北喜马拉雅穹窿背斜北翼。结合大地电磁数据所揭示的南拉萨地体高熔体百分比区域沿俯冲印度下地壳顶边界发生的南移现象,研究结果揭示南拉萨地体巨厚地壳主要由新特提斯构造域幕式岩浆作用所形成的新生地壳物质易挤压变形引起。同时,南拉萨地体幕式岩浆作用在印度与欧亚板块的相互碰撞作用过程中发生了热量的向南运移。该过程引发北喜马拉雅构造带深熔作用的同时减弱了北喜马拉雅构造带地壳机械强度,从而使中上地壳物质的双冲构造回返主要表现为短波长背型堆垛结构,并垂向增厚了俯冲印度地壳厚度。同时,背型堆垛构造形变过程所导致的北喜马拉雅穹窿带的加速出露给主碰撞带区域上地壳顶部带来北向的构造挤压推覆作用,最终使主碰撞带区域在北喜马拉雅穹窿区域以北展现为统一的后展式顶板逆冲推覆结构构造。印度-欧亚板块主碰撞带的圈层相互关系是造成该区域巨厚地壳的关键,其上地壳顶板逆冲推覆过程亦降低了主碰撞区域的地形起伏。

青藏高原东北缘祁连造山带东段深部结构及其动力学过程

青藏高原东北缘祁连造山带东段由临夏地块和陇中地块组成,该地区经历了祁连洋闭合、华北地块和祁连地块的拼合、印度板块和欧亚板块碰撞等多期构造事件的影响,形成了现在复杂的构造格局。为了研究该地区不同地块的拼合位置和地质构造演化过程,我们利用覆盖研究区的33个中国地震科学台站探测Ⅱ期(ChinArrayⅡ, 2013—2016)宽频带流动台站3年的观测资料,利用远震P波接收函数H-κ叠加和共转换点叠加(CCP)方法获得了33个台站下方的地壳结构、泊松比、Moho面变化形态。研究结果显示:马衔山断裂是划分临夏地块和陇中地块的重要边界断裂,马衔山断裂作为一条穿壳断裂在我们的计算结果中表现为连续陡变的西倾负震相,该断裂是临夏地块和陇中地块的缝合线。临夏地块壳内分层结构明显,中下地壳存在低速异常,可能含有含盐流体,具有日本型岛弧特征。陇中地块的上地壳层状结构显著,中下地壳层状结构较弱且呈现较弱的低速特征,具有洋-岛玄武岩地壳特征,陇中地块原来可能由马里亚纳型岛弧构成。鄂尔多斯地块西南缘康拉德界面发育,Moho面横向变形较弱,具有稳定克拉通特征。六盘山构造带下方中上地壳表现为仰冲至鄂尔多斯地块西南缘之上的构造样式,我们认为这是六盘山构造带新生代隆升的深部构造证据。

深地震反射剖面探测技术发展现状

由石油地震勘探发展而来的深地震反射剖面探测技术,采用炸药震源、长排列、多次覆盖等方式接收来自地壳或上地幔的反射信号,经过去噪、校正、叠加、偏移等处理过程,可获得地壳尺度范围内的精细时间剖面,是研究深部构造特征、探讨构造演化过程的重要手段,发挥着其他地球物理方法不可替代的作用.深地震反射探测技术自上世纪由美国率先提出以来,经过几十年的发展历程,依托一系列的深部探测计划,获得了多条重要的深反射剖面,解决了包括造山带演化过程、盆地构造模式、矿集区深部构造特征等众多地质问题,得到了众多地质学家和地球物理学家的认可.目前深反射探测技术已经发展成为一种系统的、方法技术成熟的、结果可靠的深部结构探测方法,在关键地区也常常作为研究深部精细结构的先行军.我们通过总结近些年深地震反射剖面探测的实例,从采集技术、数据处理、综合解释等方面概述了深地震反射剖面探测技术取得的一系列新进展及应用,包括高精度可控震源采集技术、线条图处理技术、全波形反演技术、联合解释等.这些新技术的应用不仅有效提高了深地震反射剖面成像质量,也解决了深地震反射探测中面临的地形构造复杂、施工不便等问题,使得深地震反射探测在解决特定地区地质问题上发挥了越来越重要的作用.

RF-RTM成像方法研究新疆西准噶尔地区线性台阵下方地壳结构

本文基于2017年7月8日至2017年8月2日在西准噶尔地区布设的一条100 km的线性台阵,从记录的三分量波形数据中计算出P波接收函数,采用接收函数逆时偏移(RF-RTM)方法获得了台阵下方地壳结构成像结果。结果表明测线下方扎伊尔山和准噶尔盆地结构差异较大:扎伊尔山下Moho界面平均深度为42 km,横向连续且起伏较小;准噶尔盆地下方地壳结构成像结果较复杂,盆地基底延伸至3 km深,盆地下方Moho界面沿着测线走向(北西-南东)深度逐渐加深,在测线最南东端达到50 km;另外,在准噶尔盆地下方35 km深处可看出一明显的速度异常界面,推测可能是由古生代大洋岩石圈残片造成。上述研究成果有助于加深对西准噶尔地区的大陆岩石圈形成和演化过程的理解。

基于深反射数据的多道面波成像揭示申扎裂谷浅层S波速度结构

青藏高原普遍发育的南北向裂谷对认识青藏高原陆内造山过程和变形机制,探讨岩浆活动、成矿成藏机制具有重要的意义。位于青藏高原南部的申扎裂谷,发育在班公—怒江缝合带和雅江缝合带之间,垂直切割了冈底斯成矿带。本文针对申扎裂谷地震波信号弱、干扰强、频率变化大的特点,利用多道面波成像方法处理申扎裂谷及其邻区的81 km深地震反射剖面数据,获得了高质量的S波速度剖面。结合已有地质、地球物理资料对S波速度结构进行解释,重点研究了申扎地区的沉积层厚度以及S波高速异常特征,探讨了申扎裂谷的延伸情况,分析了浅部矿产分布与断裂的关系,讨论了热泉形成的可能成因,获得以下认识:申扎裂谷处的沉积厚度约1000 m;在剖面0~30 km范围下方1000 m以下有成矿潜力;热泉的存在印证了高温岩体的存在,为热液成矿提供了证据。

中国青藏高原深部地球物理探测与地球动力学研究(1958—2004)

经过半个多世纪的努力，中国学者在青藏高原进行的地壳上地幔地球物理探测工作取得了巨大进展．累计完成长约45000km的深部地球物理探测工作，取得了许多科学数据，为探讨高原地壳上地幔结构、隆升机制和动力学研究奠定了基础．为比较全面反映中国学者多年来的工作成果，作者广泛收集资料，总结了中国学者在青藏高原地壳上地幔地球物理探测工作程度，并按照方法分类绘制了系列工作程度图．文中分别对地壳结构、上地幔的横向不均匀性、岩石圈的电性结构、青藏高原隆升机制、青藏高原地球动力学模型等几个方面所取得的主要成果做了概略的评述．已有资料表明：青藏高原的莫霍面埋深变化较大，且在几条重要缝合带莫霍面两侧都有断错；根据目前的探测结果，高原在20±5km埋深范围内普遍存在壳内低速高导层，速度一般为5．6—5．8km／s，电阻率约为1，10Ω·m，厚度一般为5～10km，但横向分布不连续．低速层与高导层的深度、厚度在趋势上一致，但不十分吻合．天然地震的研究结果表明，组成高原各个地块内部的地震各向异性方向大致相同，各地块的分界处各向异性方向往往有明显的变化；虽然对高原隆升机制还存在不同的看法，但至少认为高原是多期隆升、多种机制共同作用的结果这一点已达成共识．综合已有的地球物理调查成果，结合地质地球化学资料建立的高原地球动力学模型，形象地表达出青藏高原岩石圈的双向挤压变形模式．这些工作为研究青藏高原隆升和变形机制提供有价值的信息．

横过青藏高原羌塘地体中央隆起区的深反射地震试验剖面

跨越中央隆起区的深反射地震探测试验剖面,初步揭露出青藏高原羌塘地体中央隆起区的地壳结构.探测剖面表明,羌塘地体可能具有古老的结晶基底;中央隆起区上地壳变形主要以逆冲、褶皱为主,下地壳出现北倾与南倾"对冲"的反射,揭示出印度和欧亚两大板块前缘汇聚的深部过程.

羌塘盆地石油地震反射新剖面及基底构造浅析

针对羌塘盆地地表地质条件复杂,地震资料信噪比低,取得高质量的地震剖面存在很大困难等问题,中国地质调查局在羌塘布设了总长约52km的试验剖面,初步摸索出一套适用于羌塘地区地震资料采集与处理的方法技术。处理后的地震叠加剖面上反射信息丰富,揭示出盆地基底以上各构造层的空间展布特征,为查明构造圈闭和构造界面,确定地层的组合等方面,提供了高质量数据。文中在对地震反射特征分析的基础上对两条剖面显示的盆地基底的埋深、形态等方面进行了初步研究。

青藏高原羌塘盆地二维地震数据采集方法试验研究

羌塘盆地地表地质条件复杂,地震资料信噪比低,取得高质量的地震剖面存在很大困难。为了改善这一问题,我们通过50km长的二维反射地震试验剖面,初步探索出一套适用于羌塘地区地震资料采集的方法技术。研究对比表明,合理加大接收排列,采用有效深井、药量,添加适当大炮与适当延长记录长度等措施能够在该地区获得较丰富的地下反射信息。从试验处理的剖面看,该施工方式是合理的、有效的。

藏北羌塘盆地反射地震剖面与叠加速度研究

本文主要阐述藏北羌塘盆地龙尾错区块的二维反射地震试验的数据采集和处理的过程。分析两条剖面的反射特征,并对叠加剖面进行了初步解释:羌塘盆地中央隆起北侧存在大规模的深凹陷构造;盆地浅部不同方向的构造变形存在较大差异;出现较强的基底反射特征;中生代、古生代地层的反射特征差异较大。文中尝试对数据处理过程中的叠加速度变化进行研究,获得了与叠加剖面较一致的结果,并进一步对某探井的构造背景提出见解。

庐枞金属矿集区深地震反射剖面探测研究:一种经济的、变化的采集观测系统实验

如何运用深地震反射剖面技术同时探测大型金属矿集区浅自几百米,深至地壳底部的地壳精细结构,揭示成矿的深部过程,是一项极具挑战性的攻关实验内容。本文针对庐枞金属矿集区的浅深兼顾的探测目标,实验了一种区域长剖面和矿集区剖面结合的变观测系统采集技术。结果表明,区域长剖面使用40m道距,240m炮距,18～20m井深,16～20kg药量,中间放炮,720道双边接收,60次覆盖的采集参数能够获得浅层至Moho的有效反射,揭示出成矿区的深部构造。矿集区剖面加密道距至10m,炮距80m,将覆盖次数增加到90次,并采用十字测线的拟三维采集技术能有效补充获得丰富的矿区浅层信息,揭露出浅层控矿构造及其与深部的联系。在经费有限的前提下,采用上述变观测系统方法来保证获得浅、深多重反射信息的采集技术是可行的,实际结果证实了该方法技术实验的成功。

青藏高原羌塘盆地基底结构与南北向变化--基于一条270km反射地震剖面的认识

通过收集并重新处理已有的反射地震剖面,获得了一条南北向横贯羌塘盆地主体的270km长反射地震剖面。剖面显示:羌塘盆地可能具有元古代的基底并且南羌塘盆地较北羌塘盆地深。在南、北羌塘地壳浅部(约0～3s)变形差异较大,北羌塘褶皱变形强烈,呈现出隆凹变形相间的格局,南羌塘则相对较平缓。羌塘中央隆起之下为连贯的弧形反射,其北侧发育一个深度达8km的半地堑构造,规模较大,可为油气资源储存提供有利空间。

深反射地震数据揭示的拉萨地体北部到羌塘地体南部地壳厚度的变化

由多个地体拼接而成的青藏高原,有着世界上最厚的地壳。在高原中部,从拉萨地体到羌塘地体,穿过班公湖—怒江缝合带(BNS)的地壳厚度变化长期存在争议。本文主要论述从拉萨地体北端横跨BNS到达羌塘地体的深地震反射剖面探测的结果。探测发现了清晰的Moho反射,揭示了拉萨地体—羌塘地体Moho深度和地壳厚度的变化。探测结果表明,在BNS下方Moho深度由南至北出现了6.2 km的急剧减小,并且与BNS向北28 km处的羌塘地体南部比较,地壳厚度变浅了12.5 km。否定了前人对BNS下方Moho存在20 km显著变化的认识。

喜马拉雅西部雅鲁藏布江缝合带地壳尺度的构造叠置

陆陆碰撞过程是板块构造缺失的链条。印度板块与亚洲板块的碰撞造就了喜马拉雅造山带和青藏高原的主体。然而,人们对印度板块在大陆碰撞过程中的行为尚不了解。如大陆碰撞及其碰撞后的大陆俯冲是如何进行的、印度板块是俯冲在青藏高原之下还是回转至板块上部(喜马拉雅造山带内)以及两者比例如何,这些仍是亟待解决的问题。印度板块低角度沿喜马拉雅主逆冲断裂(MHT)俯冲在低喜马拉雅和高喜马拉雅之下已经被反射地震图像很好地揭示。然而,关于MHT如何向北延伸,前人的研究仅获得了分辨率较低的接收函数图像。因而,MHT和雅鲁藏布江缝合带之间印度板块的俯冲行为仍是一个谜。喜马拉雅造山楔增生机制,也就是印度地壳前缘的变形机制,反映出物质被临界锥形逆冲断层作用转移到板块上部,或是以韧性管道流的样式向南溢出。在本次研究中,我们给出在喜马拉雅造山带西部地区横过雅鲁藏布江缝合带的沿东经81.5°展布的高分辨率深地震反射剖面,精细揭示了地壳尺度结构构造。剖面显示,MHT以大约20°的倾斜角度延伸至大约60 km深度,接近埋深为70~75 km的Moho面。越过雅鲁藏布江缝合带运移到北面的印度地壳厚度已经不足15 km。深地震反射剖面还显示中地壳逆冲构造反射发育。我们认为,伴随着印度板块俯冲,地壳尺度的多重构造叠置作用使物质自MHT下部的板块向其上部板块转移,这一过程使印度地壳厚度减薄了,同时加厚了喜马拉雅地壳。

波阻抗反演技术研究进展

波阻抗是描述地层岩性的重要参数之一 ,而波阻抗反演是地震反演技术的一个重要分支。笔者介绍了国内外波阻抗反演技术的研究现状 ,分析了目前波阻抗反演存在的主要问题 ,对各种反演方法进行了分类 ,总结出各种方法的特点 ,并探讨了今后该领域研究的主要内容和研究趋势。

用于专题地质填图的地球物理技术——短周期密集台阵

以问题和需求为驱动的专题地质填图强调,针对某个主要地质体、沉积盆地、重要成矿带、地震带断裂系统等,采用现代化的技术手段开展针对性的专题调查和填图,以解决目标地质体结构、沉积盆地基底起伏、成矿地质体规模、断裂系统分布等重大问题。地球物理是专题填图不可缺少的手段之一,近10年发展起来的短周期密集台阵技术,因其布设灵活、应用广泛、精度高、成本低等特点备受关注。通过介绍短周期密集台阵发展现状,以及在城市、矿山、地震灾害区、沉积盆地等不同地质地貌条件下,利用短周期密集台阵进行近地表结构调查的应用实例,提出了该技术在专题地质填图中的应用前景和技术方案建议,力图通过短周期密集台阵的调查构建结构成像方法,丰富和完善专题填图的技术方法体系。