岫岩陨石坑三维Q值层析成像

到2009年为止，世界上已发现176个陨石撞击坑．从20世纪80年代起，中国学者从地质、地球化学和地质钻探角度推断并证实辽宁省岫岩县的一个环形构造为陨石撞击而成，但该坑的深部构造及整体特征仍有待地球物理方法来确认．本文从地震勘探角度利用三维Q值层析成像方法首次对岫岩坑的地震波衰减结构进行了研究，以便对该撞击构造有个整体认识．Q值结构对了解地壳的非弹性性质、地壳介质非均匀性有着重要意义．利用基于吸收特征时间t^＊的三维Q值层析成像方法，计算了岫岩坑地震折射方阵的观测数据的振幅谱，并通过拟合振幅谱得到了反映地震波衰减的t^＊,利用t^＊通过三维Q值层析成像方法获得了该坑的三维Q值结构．结果表明：该陨石坑内从地表到深度100m的Q值层对应坑内上部107m厚的湖泊相沉积物，深度100t300m的Q值层对应坑内下部厚度为188m的角砾岩堆积透镜体．深度300700m的Q值层对应角砾岩堆积透镜体下面的下元古界变质岩系程度较低的撞击破碎层．大约250m深处的波阻抗界面与地质钻孔的260m深处的陨石冲击分界面相对应．

浅析小波最大分解层

针对在小波和小波包分解中最大分解层的确定多凭借经验,同时为避免过度分解造成的假频,提出一个确定最大分解层的实用方法。该方法不仅利用数据长度和小波阶数,还进一步利用数据的振幅谱以及尺度函数和小波函数的中心频率,从而使得该方法能有效避免小波和小波包过度分解产生的假频。实例应用表明了该方法的有效性和实用性。

小波包节点域和空间域倾角扫描高阶相关去噪技术

小波包去噪就是根据信号和噪声在不同节点、不同层上的差异,在节点域利用其他数学方法(如相关、阈值化处理等)对含噪信号的系数进行缩幅、置零、相关等处理,最后重构原信号。空间域相关是指对经节点域高阶相关后的分量剖面的相邻道进行相关。由于剖面上相邻道的信号具有较强的相关性,而随机噪声的相关性较弱,可利用该特征增强信号,抑制或消除噪声。基于小波包方法、高阶相关方法的特点以及小波包方法在高频段分辨率高的优势,本文提出了小波包节点域和空间域倾角扫描高阶(3阶)相关去噪技术。首先对原始地震记录剖面进行4层小波包分解,得到16个分量剖面,并对这些剖面的每道在节点域对相邻频段的小波包系数进行高阶相关;然后在空间域对同一分量剖面相邻道的小波包系数进行倾角扫描高阶相关;在完成所有分量剖面的空间域相关后,对这些分量剖面进行重构,最终得到去噪后的地震记录剖面。数值实验和实际资料处理结果表明,本文方法的去噪效果明显优于小波尺度域和空间域高阶相关去噪方法,也明显优于常规小波包节点域2阶相关去噪方法。经本文方法去噪后,高斯白噪声得到了明显的压制或消除。

新疆伽师地震区三维Q值结构

利用中国地震局地球物理勘探中心 1 998年在伽师地震区记录的天然地震资料 ,通过地震记录波形资料的衰减来反演伽师地震区地壳介质的三维 S波 Q值结构 ,并初步了解该地震区内地壳深部断层的大致形态 .首先 ,对精选的 45 0多次地震记录的 S波求出其振幅谱 ,称为观测振幅谱 ;然后 ,假设震源符合布伦圆盘位错模式 ,在对仪器和场地效应校正之后 ,用非线性阻尼最小二乘法对理论振幅谱和观测振幅谱进行拟合 ,从而得到观测吸收特征时间 ;最后 ,利用三维射线追踪方法 ,对理论吸收特征时间与观测吸收特征时间进行非线性阻尼最小二乘拟合 .在拟合过程中 ,速度模型保持不变 .速度模型是通过三维走时层析成像得到的 ,只修改 Q值模型 ,当拟合达到给定精度后 ,便得到最终的 Q值模型 .结果表明 ,在 1 0～ 1 8km的深度范围内 ,存在一个北东向的低 Q值条带 ;在 1 2～ 1 8km的深度范围内 ,存在一个北西向的低 Q值条带 .这与他人所做的北东向、北西向的两个低速条带较接近 .不同的是 ,低 Q值条带深度范围比低速带的更大一些 .

海原断裂在地壳深处的几何形态及其动力学意义

用速度和界面联合反演方法对海原深地震反射资料进行了重新处理 .通过折波以及断层面反射波的走时反演 ,确定了深度为 1 0km以内海原断裂几何形态及断层内和围岩的速度结构 .观测资料表明 ,桩号从 3 7～ 3 9km这两千米的范围内 ,观测地震图的振幅大大衰减 ,表明断层在地下有相当的宽度 .结果表明 ,在海原断裂以北 ,基底面由西南向东北隆起 ,形成一个平缓的大单斜 ,在西安州附近中生代褶皱基底深约 3km ,向东北方向逐渐变浅 .在海原断裂以南 ,在西华山和南华山之间的盆地内 ,褶皱基底深约 2km ,向西南方向逐渐变浅 .断层在深度为 3km以内的倾角约 70° ;在深度为 3～ 1 0km范围内的倾角约 60°.从本文结果及其它多方面的引证 ,我们认为海原断裂从地表到地壳 1 0km深处均处于陡立状态 .

小波尺度域和空间域倾角扫描高阶相关去噪技术

针对常规小波相关去噪仅在尺度域或空间域进行二阶相关去噪的局限,本文提出了一种小波尺度域和空间域高阶相关去噪方法。首先对地震记录剖面进行5个尺度的静态小波分解,得到5个分量记录剖面,对这5个剖面的每道在尺度域对相邻尺度的小波系数进行高阶相关;然后对经尺度域相关的5个剖面在空间域对同一分量记录剖面相邻道的小波系数再进行高阶相关,并用此系数对相应道修正,完成所有分量剖面的空间域相关后的重构,最终得到去噪后的地震记录剖面。数值试验和实际资料处理结果表明,该方法对随机噪声的去噪效果明显优于仅在尺度域或空间域进行二阶相关的小波去噪的效果。

计算尺度函数和小波函数中心频率的GUI及其应用

在数字信号的时频分析中,确定小波和小波包最佳分解层或最大分解层的问题中,均会涉及到中心频率。鉴于在软件Matlab中只能计算小波函数的中心频率,不能计算尺度函数的中心频率,而且也未见涉及该问题的文献,故基于功率谱计算尺度函数和小波函数中心频率的方法,编写了计算尺度函数和小波函数中心频率的人机交互软件。该软件可以方便快捷地计算尺度函数和小波函数的中心频率。实例计算结果表明,方法和程序是有效且可行的。

确定断裂带内部结构和物性参数的一种方法

上地壳的深大断裂在地下深处常常伴有几百米至几千米宽的低速带,它对油气的储集和运移或对储层的破环起着重要的控制作用。了解其三维形态、规模、倾向及物性参数(如波速和Q值等),对指导油气勘探有重要作用。断层带围陷波方法是精确确定断层几何形态和物性参数的一种有效方法。本文给出了确定断裂带内部物性参数的计算公式和步骤,开发了一套综合利用断层带围陷波和体波(P波和S波)确定断层几何形态和物性参数的软件,还给出了围陷波分析和计算的应用实例。研究及应用结果表明:通过谱分析方法,利用断层带围陷波能够初步确定断层的结构、随深度的延续特征及物性参数;借助于围陷波和体波的走时及波形资料,利用谱分析和射线追踪方法可进一步确定断层的三维几何形态和物性参数。

小波(包)滤波方法的GUI及其在深地震测深数据处理中的应用

在深地震测深数据处理中,仍多用基于傅里叶变换的滤波方法和小波二阶相关去噪方法。鉴于傅里叶变换方法对非稳态的地震信号不能提供在时频上的任何局部信息,而小波和小波包方法弥补了傅里叶变换的不足,能够提供时频上的任何局部信息,且高阶相关比二阶相关对随机噪声有更好的抑制和去除作用,本文结合小波和小波包去噪方法以及高阶相关去噪方法,编写了深地震测深数据处理的小波和小波包滤波方法的人机交互软件,用于抑制和去除地震信号中的加性高斯随机噪声。该软件可以方便快捷地显示深地震测深的地震记录截面,进行小波域的自适应阈值去噪、小波域和小波包域的二阶和高阶相关去噪以及基于傅氏变换的常规滤波。实例计算结果表明,方法和程序是有效且可行的。

利用小波包变换提取地震波高频信息

小波变换仅适用于低频段信息的分辨,对高频段信息的分辨效果较差。而小波包变换适用干对信息的高低频部分做细致的分辨,是一种理想的非平稳时变信号(如地震信号)处理工具。本文较详细地研究了小波包分解树的节点与其对应频段的关系,并详细分析了小波包分解树的节点顺序与其对应的频段顺序不一致的原因。应用实例表明:小波包变换技术可较好地提取地震波的高频有效信息,包括利用来自地壳浅、中和深部的高频信息,从而有可能更好地揭示地壳的细结构形态,为油气勘探和岩石圈动力学研究提供更丰富的信息。

横向非均匀介质Q值层析成像方法、软件及应用

Q值结构对了解地壳的非弹性性质、地壳内部构造、热活动状态、地壳介质非均匀性以及断层分布有着非常重要的意义。编写了基于吸收特征时间t*的二维横向非均匀Q值层析成像人机交互软件,可以方便快捷地计算深地震测深资料的振幅谱并通过拟合振幅谱得到反映地震波衰减的t*。利用t*通过二维Q值层析成像方法得到Q值结构。实际观测资料处理结果表明,文中给出的方法和软件是有效且可行的。

多小波方法及其在深地震测深数据去噪中的应用

在宽角反射/折射地震测深数据处理中,仍多用基于傅里叶变换的滤波方法和小波去噪方法。鉴于傅里叶方法对稳态信号很有效但对非稳态的地震信号效果不佳的状况以及小波不能同时具有正交性、紧支性、对称性,本文给出了基于多小波的去噪方法,多小波具有正交性、对称性、紧支性,克服了传统小波的缺陷。编写了多小波去噪方法的人机交互软件。该软件可以方便快捷地显示宽角反射/折射地震记录截面,进行多小波域的阈值去噪。实例计算结果表明,本文所述方法和编写的软件有效且可行。

利用地震走时层析成像方法确定西昌地区断裂带深部几何形态

断裂深部产状和空间几何关系是研究地壳运动变形、动力作用及其地表响应的基础,也是模拟发震断裂与强震关系的基础。为了研究川西南地区强震活动与安宁河、则木河和金河断裂的关系,对盐源-西昌-雷波高分辨地震折射剖面初至Pg波走时和断层面反射波走时进行模拟,获得了川滇活动地块东边界带安宁河、则木河和金河断裂的深部形态。结果表明:在上地壳内,安宁河断裂和则木河断裂东倾32°～35°,其速度结构为舌状低速带,二者规模较大,延伸到了基底。金河断裂东倾约30°,向下延伸至少5km。

三维Q值层析成像人机交互软件及其在地震数据处理中的应用

Q值结构对了解地壳的非弹性性质、地壳内部构造、热活动状态、地壳介质非均匀性以及断层分布有着重要的意义.编写了基于吸收特征时间t*的三维Q值层析成像人机交互软件,可以方便快捷地计算地震体波(P波和S波)的振幅谱并通过拟合振幅谱得到反映地震波衰减的吸收特征时间t*,并利用t*资料通过三维Q值层析成像方法得到三维Q值结构.实际观测资料处理结果表明,文中给出的方法和软件是有效且可行的.

滦县地区微震震源参数的研究

利用频谱分析方法处理了我大队在唐山地震区取得的高精度的数字地震记录资料。求得了该地区1.5～3.9级地震的等效圆位错震源半径、地震矩、应力降等震源参数。震源半径的取值范围为0.07～0.21公里。地震应力降随震级的不同有较大的变化,其取值范围为几十万帕到一千多万帕。

利用地震波速研究青藏高原东北缘地壳组成及其动力学

依据穿过巴颜喀拉地块的北部、秦岭地块、祁连地块、海原弧形构造区和鄂尔多斯地块的玛沁一兰州一靖边人工地震剖面的P波、S波的速度结构和泊松比结构，对青藏高原东北缘的地壳组成进行研究，并探讨其动力学过程．首先，系统地归纳总结出一套将地震测深得到的原位P波速度校正到实验室温压条件下波速的具体可行的方法，利用大地热流值求取地壳不同深度的温度是该方法的关键．然后，将上述剖面的原位P波速度校正到600MPa和室温条件下，结合泊松比与相同温压条件下的实验室岩石波速测量结果进行对比，确定研究区的岩性组成．结果表明，青藏高原东北缘地壳平均P波校正波速为6．43km／s，地壳整体像上地壳一样呈酸性．巴颜喀拉地块和秦岭地块南部的下地壳底部缺失校正速度Vp〉6．9km／s的基性岩，下地壳中酸性互层，下地壳整体呈酸性．其他地块下地壳底部有2～10km厚的校正速度Vp〉6．9km／s的基性岩，下地壳整体呈中性．最后，根据青藏高原东北缘地壳结构和组成的研究成果，支持地壳增厚主要发生在下地壳的观点；提出巴颜喀拉地块和秦岭地块南部曾发生过下地壳拆沉作用，并导致高原的加速隆升．

滦县地区尾波Q值及其与频率关系的研究

利用国家地震局地球物理勘探大队在滦县地震区取得的高精度的数字化地震记录资料,由尾波分析法计算了对应于7个不同频率(f=1.5,3.0,6.0,10.0,15.0,20.0,25.0Hz)的介质Q_c值.发现在该频率范围内Q_c随频率的变化近似服从幂函数关系Q_c=af^b.对流逝时间较短(40 s左右)的尾波资料,求得a=46,b=0.85.对流逝时间较长(60 s左右)的资料,a=72,b=0.90.b值较大,表明Q_c值对于频率的强依赖关系,a值(1Hz的Q_c值)较小.这些结果表明该地区为一较强的构造活动区.

岫岩陨石撞击坑结构高精度地震探测研究

我国的岫岩陨石撞击坑位于辽东半岛北部低山丘陵地区,直径1.8 km,保存完好,已被多方面的证据证实为陨石撞击坑.陨石的撞击和此后的沉积作用在坑内形成了特殊的地球物理场,使坑内与坑外的介质在速度、密度等方面存在差异.本次通过采用反射和折射地震相结合的探测方法,利用陨石撞击所形成的岩石的地震波速度和波阻抗差异,获得了陨石坑的速度结构、地层结构和整体形态.根据地层反射特征,直接撞击形成的区域为直径约1.8 km、深度800 m左右的坑体;受撞击影响的深度约1.4 km.撞击坑的结构分为慢速沉积区、快速沉积区和影响区三部分.根据撞击坑的地震波速度特征,在撞击坑的中心约800 m深度地震波的速度已达到7.0 km/s,且速度7.0 km/s的等值线与坑体形态一致,坑的边缘在500～600 m深度地震波的速度已达到7.0 km/s.坑体的结构和岩石的这些物性参数都进一步证实了岫岩陨石坑的陨石撞击起源.

海原断裂带断层通道波观测与破碎带宽度

断层通道波是低速断层破碎带与高速围岩之间的边界相干多重反射形成的,其振幅和频率强烈依赖于断层的几何形态和物理性质,故能用于探测断裂带的内部结构。在宁夏海原西安州附近海原断裂带上,横跨1920年海原8.6级地震地表破裂带布设2条测线,接收测线之间人工爆破激发的断层通道波。每条测线由14台3分量数字地震仪组成,靠近破裂带台间距30～40m,远离破裂带台间距增大至230～250m。对测线1的台站接收到的一炮垂直道地震波数据进行了0.1～4.0Hz频段的滤波,结果表明在S波到时之后存在多组强振幅、低频率、长波链的断层通道波。由断层通道波揭示的海原断裂带在西安州附近的断裂破碎带宽度约为250m。

豫北及邻区中小地震震源机制解及应力场反演

利用区域地震台网的数字地震波记录资料,由垂直向记录Pg和Sg振幅比值,结合部分清晰的P波初动记录资料,计算得到了1985～2008年在豫北及邻区发生的145个中小地震的震源机制解。通过统计方法、系统聚类分析方法及采用格点尝试法,分析了震源机制解参数并求取了区域平均应力场。结果表明:研究区震源机制解以走滑型为主,应力轴比较接近水平,区域构造应力场以水平挤压为主要特征;震源机制解除走滑型外,还有一定数量的正断型和逆断型。整体显示中小地震震源机制解种类较多,分布散乱,表明小地震发生具有随机性,华北构造应力场整体的控制作用较弱。