利用海底反射时延结构的深海海底反射区目标距离深度估计方法

针对收发深度关系未知时利用时延差进行距离深度估计可能会出现伪源的问题,提出了一种利用4个时延差直接进行距离深度估计的方法。该方法通过分析4条多径间4个时延差的关系,利用伪源与真实位置间同种时延差的差异,构造模糊平面进行定位,无需判断收发深度关系即可排除伪源,且在单水听器上即可实现。仿真实验与误差分析验证了该方法的有效性,海试结果表明,该方法在两个不同深度的单水听器上均成功实现了对11.0~16.5 km目标的距离深度估计,距离和深度的均方根误差分别小于1.1 km和54 m。

海洋天然气水合物的地球物理研究(Ⅳ):双似海底反射

由于双似海底反射可望指示一个动态演化的天然气水合物 游离气体系特征,这一重要问题的研究非常有意义.目前在世界上有两个双似海底反射分布区最为典型,一是挪威西部大陆边缘,另一个为东南海海槽大陆边缘.对双BSR的解释,主要有两种,一种是残留BSR,对应古温压条件下天然气水合物稳定带底界的反射,另一种是混合气体水合物沉积的底界反射.阐明双似海底反射层空间分布特征与其成因,建立动态演化的天然气水合物-天然气体系模型,可为深入了解天然气水合物形成机制、分布规律及其地质历史中的演变提供重要的科学基础.

珠江口盆地深水区晚中新世以来构造沉降与似海底反射(BSR)分布的关系

2007年中国在南海北部神狐海域通过钻探首次获得天然气水合物样品,证实了珠江口盆地深水区是水合物富集区。通过对珠江口盆地深水区构造沉降史的定量模拟研究,发现晚中新世以来区内构造沉降总体上具有由北向南、自西向东逐渐变快的演化趋势;从晚中新世到更新世,盆地深水区经历了构造沉降作用由弱到强的变化过程:晚中新世(11.6～5.3Ma),平均构造沉降速率为67m/Ma;上新世(5.3～1.8Ma),平均构造沉降速率为68m/Ma;至更新世(1.8～0Ma),平均构造沉降速率为73m/Ma。而造成这些变化的主因是发生在中中新世末—晚中新世末的东沙运动和发生在上新世—更新世早期的台湾运动。东沙运动(10～5Ma)使盆地在升降过程中发生块断升降,隆起剥蚀,自东向西运动强度和构造变形逐渐减弱,使得盆地深水区持续稳定沉降;台湾运动(3Ma)彻底改变了盆地深水区的构造格局,因重力均衡调整盆地深水区继续沉降,越往南沉降越大。将似海底反射(BSR)发育区与沉降速率平面图进行叠合分析,发现80%以上的BSR分布趋于构造沉降速率值主要在75～125m/Ma之间、沉降速率变化迅速的隆坳接合带区域。

深海海底反射会聚区声传播特性

在深海声道条件下,海水折射效应会使得声场出现会聚效应;在不完全声道条件下,深海海底对声场具有重要影响.利用在中国南海海域收集到的一次深海声传播实验数据,研究了深海不完全声道环境下的海底反射对声传播的影响.实验观测到不同于深海会聚区的海底反射会聚现象,在直达声区范围内的海底地形隆起可导致海底反射会聚区提前形成,并使得部分影区的声强明显提高.由于不平坦海底和海面的反射破坏了完全声道环境下的会聚区结构,在60 km范围内存在两个海底反射会聚区,会聚区增益可达10 dB以上,同时在11 km附近的影区和51 km附近形成高声强区域.当接收深度与声源深度相同时,第二会聚区的增益高于第一会聚区.在第一会聚区内,随着接收深度的增加,声线到达结构趋于复杂,多途效应更加明显.使用抛物方程数值分析结合射线理论对深海海底反射会聚区现象产生的物理原因进行了分析解释.研究结果对于声纳在深海复杂环境下的性能分析具有重要的指导意义.

海洋天然气水合物的地球物理研究(III):似海底反射

对天然气水合物研究中与似海底反射有关的一些观点进行讨论 ,以推动天然气水合物地震研究的认识 .30年的似海底反射研究表明 ,似海底反射仍然是指示天然气水合物沉积存在的最好手段之一 .有似海底反射 ,是可以认为存在天然气水合物的 .虽然存在“游离气带速度模型”与“水合物楔速度模型” ,但似海底反射主要由天然气水合物稳定带底界下方的游离气引起 .BSR上方的天然气水合物、下方的游离气与天然气再循环和含甲烷的流体流有关 .由于天然气水合物稳定带计算控制因素难以准确确定等因素 ,似海底反射与天然气水合物稳定带底界只是近似的对应关系 .需从动态的观点考虑天然气水合物 天然气体系及其与似海底反射的关系 .

含天然气水合物沉积物的岩石物性模型与似海底反射层的AVA特征

研究含天然气水合物沉积物的岩石物性模型与似海底反射层的振幅随入射角变化 (AVA)特征 .基于时间平均 -Wood加权方程、三相介质波传播理论模型和弹性模量模型 ,计算并阐述含天然气水合物岩石弹性参数与水合物饱和度、含游离气岩石弹性参数与游离气饱和度的关系 ;给出不同模型AVA特征 .结果表明 ,不同天然气水合物饱和度、不同游离气饱和度的各种组合呈现形态相似但反射系数值不同的AVA特征 .

天然气水合物地震似海底反射现象AVO正演模型研究

似海底反射(BSR)现象是用人工地震方法识别含天然气水合物沉积地层的重要标志之一。针对水合物沉积物的悬浮、颗粒接触和胶结3种微观模式,进行了似海底反射现象正演模型的研究,考查了BSR现象产生的地震地质原因和运用AVO判断游离气的适用性。研究结果表明:在地震合成记录的帮助下,结合AVO变化曲线,可以认为BSR的成因有两种情况。实际工作中需要运用多种信息的综合分析而不是一种简单固定的模式来解释BSR的复杂成因。水合物沉积的3种微观模式都存在水合物的临界饱和度,当介质中水合物饱和度小于临界饱和度时,可以通过AVO曲线的变化形态来判断水合物沉积层下伏介质中是否含有游离气;而大于临界饱和度时,AVO技术则难以适用。AVO曲线形态、BSR现象与游离气三者之间存在复杂的关系,同样需要通过多种信息的综合分析来解释。

基于单相与双相介质拟海底反射的AVO研究

天然气水合物是一种潜在的巨大能源,目前普遍认为它存在的重要标志之一是地震剖面上的拟海底反射(BSR),因此研究天然气水合物层的物性和研究含天然气水合物层顶、底界面的AVO特征就有着重要的现实意义。目前的AVO方法主要是利用单相介质理论,但实际的地层都是含有流体的多孔隙介质,因此利用双相介质理论研究分界面上的AVO特征是非常必要的。Ecker提出了水合物沉积的3种微观模式:①水合物是流体的一部分;②水合物是固体骨架的一部分;③水合物胶结固体颗粒接触面。利用单相介质理论和双相介质理论分别计算了上述3种含天然气水合物地层,以及同样条件下不含水合物地层与含游离气地层分界面上的反射和透射系数,并对单相介质理论和双相介质理论的计算结果进行了对比。对比发现,在地震勘探的低频范围内,第1种和第2种模式的反射和透射系数非常相似,二者的差值随孔隙度的增大而增大,第3种模式的AVO曲线表现出和前2种模式完全不同的特点,可以根据这种特点把它与前2种模式区分开来。

台湾西南海域似海底反射分析

台湾西南海域弧陆碰撞及俯冲作用形成增生楔,在增生楔部位地震调查原始炮集数据上可清楚地识别BSR极性及波形特征。通过对该区域地震调查数据处理,获得了常规地震偏移、瞬时振幅及瞬时相位3种属性剖面,三者可清楚地反映BSR特征及分布,瞬时相位剖面还反映了BSR之上弱反射层的结构特征。研究表明,增生楔部位构造沉积明显控制BSR的形成与分布,该区天然气水合物成矿前景良好。

基于延迟波场特征法的海底反射系数估算方法

估算海底反射系数是海底电缆(OBC)水陆检数据合并处理的一个关键步骤。针对常规扫描确定海底反射系数较为费时的问题,提出了基于延迟波场特征法直接计算海底反射系数的方法。该方法首先计算水陆检数据上行波场、一阶延迟上行波场和二阶延迟上行波场的自相关函数和它们之间的互相关函数,然后构建和求解海底反射系数特征方程,最后确定最佳海底反射系数并应用于水检数据和陆检数据的合并处理。合并数据不但消除了海水鸣震多次波干扰,而且吸收了陆检数据的低频成分和水检数据的高频成分。从而拓宽了海底电缆数据的有效频率带宽,提高了地震数据的信噪比和分辨率。数据试算结果证明了本方法的有效性和实用性。

由浅海混响反演海底反射和散射系数

对于分层浅海，当海底散射是形成混响的主要散射源时收发合置混响的平均强度可由一简洁的简正波表式计算，它依赖于平面波的海底反射和散射系数。利用随机反演理论（高斯一马尔可夫原理）和多次选代的方法可以由混响强度反演得到对应于各号简正波掠角的海底反射和散射系数。对负跃层浅海作了混响反演的数值模拟，得到较好的结果。文中讨论了提高反演精度和选代收敛性的问题。

天然气水合物似海底反射层的全波形反演

建立了天然气水合物似海底反射层 (BSR)研究的全波形反演方法 .这是一种将水平层状弹性介质的反射共中心点道集转换为截距时间 -水平慢度域的反演方法 .反演过程中采用了全局搜索方法与非线性局部搜索方法 .分两步进行 .第一步是根据走时数据应用非常快速模拟算法求得速度结构的长波长分量 .第二步 ,利用波形资料用共轭梯度法求得速度的短波长扰动分量 .这样 ,最后反演得到的速度结构模型包含了长波长与短波长分量 .反演中利用了多网格参数化技术 .日本东南海海槽双BSR的速度结构的反演表明 ,全波形反演是天然气水合物BSR研究的重要手段之一 .

海底反射对声全息测试精度的影响研究

针对声全息技术在实艇测试中存在的海底声反射问题,结合镜像法和半空间声全息理论,通过仿真计算,研究了某海区海底声反射对声全息测试结果的影响.结果表明,海底吸声量越大、测试精度和声源频率越高,则测试误差越大.

利用Munk公式和海底反射走时反演深海水体速度:理论

为解决深海水体速度建模问题,建立了两个利用Munk公式和海底反射走时反演深海水体速度的反演理论,一个是射线走时反演理论,另一个是波动方程走时反演理论。具体地讲,是建立了地震波走时关于Munk参数的Fréchet导数和海森矩阵公式。为得到射线走时的Fréchet导数和海森矩阵,利用了3种不同的方法,即变分法、微扰法和Taylor级数展开法。这3种方法在理论上完全等价,其最终结果也完全相同。为得到波动方程走时反演理论中的Fréchet导数和海森矩阵,利用复合函数求导的链式法则对文献中的有关结果进行变换,以将其从面向速度本身的Fréchet导数和海森矩阵变换为面向Munk参数的Fréchet导数和海森矩阵。此外,还提出了实现利用Munk公式和海底反射走时构建深海水体声速剖面的5个策略,包括利用解析公式计算海底反射走时的由下至上的射线追踪策略,选用最简单的海底边界条件把数值模拟区域限定为水体的策略,用已知的深海声道轴深度和交替反演策略将四参数反演问题转简化为单参数反演问题的策略,由点到面,利用一维声速剖面公式实现深海水体的维速度建模的策略,以及用最简单的算法实现走时反演的最优化计算策略等。与常规走时反演相比,利用Munk公式进行的海底反射走时反演最多只需要反演4个参数,并可利用交替反演将四参数反演化为单参数反演,大大地减少了走时反演的计算量。

南海珠江口盆地东部海域含似海底反射沉积层纵波速度结构:反射波旅行时反演结果

文章利用2012年广州海洋地质调查局在南海珠江口盆地东部海域采集的多道地震(MCS),通过反射波旅行时反演了含似海底反射(BSR)沉积层的纵波速度结构。从反演的速度结构上,我们发现BSR上方附近速度在横向上变化较大,存在一个明显的相对高速区域(1800~2200m?s?1)以及一个相对低速的区域(1500~1700m?s?1)。结合多道地震成像的结果,我们把相对高速区域解释为含水合物层,而相对低速区域可能不含水合物或者仅含少量的水合物。BSR一般认为是水合物稳定存在区域的底界面,反演的速度结构结果表明水合物在稳定带内分布不稳定、不连续。相对低速区域的存在可能表明该低速区域下的BSR与水合物的赋存无关,仅仅反映了正常沉积地层与下伏游离气层的界面。

西南海海槽地震资料处理及其似海底反射层特征

对西南海海槽的NT6 2 - 2地震测线进行了重新处理 ,突出了天然气水合物似海底反射层 (BSR)的特征 .比较了近炮检距剖面、叠加剖面、偏移剖面、瞬时振幅剖面与瞬时相位剖面上BSR的显示特征 .指出了BSR在炮道集与共中心点道集上的分布 .虽然在近炮检距剖面上能分辨部分BSR ,但通过叠加与偏移可以得到BSR较清晰的图像 .BSR的高振幅特征在瞬时振幅剖面上最为明显 ,而在瞬时相位剖面上容易勾画BSR的横向展布 .

海底反射对水声射线混沌行为的影响

本文探讨非线性声速分布、内波扰动、和海底反射对哈密顿抛物射线方程动力学行为的影响。运用Poincare映象、Lyapunov指数等非线性动力学方法对射线系统行为进行描述。结果显示水声射线在不发生海底反射的情况下,内波对声速扰动的增强将导致正的Lyapunov指数,使射线产生不规则的混沌运动并扩大射线系统的混沌区域。然而海底反射显著影响了声速分布、内波扰动和射线运动的非线性相互作用。海底深度的减小使声射线系统的混沌区域扩大,然而过小的深度减弱了声速分布和射线的非线性相互作用,使混沌区域缩小。因此,我们可以得出海底反射对于水声射线的混沌动力学行为有重要影响的结论。

深海海底反射区声场角谱域分布结构分析及在声纳波束俯仰上的应用

深海海底反射区的声场干涉导致能量起伏,存在不连续的若干声纳可探测区.主动声纳探测海底反射区目标时,必须建立起声纳可探测区与波束俯仰角间的量化关系,通过合理选择最优发射波束俯仰角,才能使其对准声纳可探测区.本文通过理论分析和数值仿真,指出海底反射区离散的声纳可探测区的形成与不同掠射角声线能量周期性起伏直接相关,当主动声纳波束俯仰角与某个声线能量峰值对应的出射角一致时,可保证在一个对应的声纳可探测区内获得高的发射阵增益.在此基础上,通过声线干涉理论建立了声线能量峰值和出射角的量化关系,并提出一种脉冲串信号形式,包含多个可对准各声线能量峰值的子脉冲,每个子脉冲可保证照射到一个声纳可探测区,整个脉冲串发射时可在海底反射区的全部声纳可探测区内均取得高的发射阵增益.经仿真验证,该方法探测效果好,稳健性高,具有良好的应用前景.

基于遗传算法的天然气水合物似海底反射层速度结构全波形反演

似海底反射层的速度异常是识别天然气水合物的重要标志。本文基于遗传算法提出了一种针对天然气水合物似海底反射层的全波形反演方法。这种方法分为全局搜索与局部搜索两部分,即首先使用遗传算法进行旅行时反演得到背景速度模型,然后以其作为初始模型,使用共轭梯度算法进行全波形反演。对含噪数据的数值试验表明,该算法具有较高的稳定性,并确定了进行天然气水合物似海底反射层全波形反演的遗传算子。将这种波形反演方法应用于我国南海北部海域的天然气水合物研究,得到了分辨率高于常规速度分析的似海底反射层速度结构,并识别出似海底反射层的速度异常,为准确识别天然气水合物层和游离气层及研究其分布特征和形成机制提供了基础;反演结果也同时证明了本文方法的高稳定性以及对天然气水合物似海底反射层速度结构研究的适用性。

基于大掠射角海底反射特性的深海地声参数反演

海底声学参数的获取对于海洋声学研究有着重要意义.通过推导分层吸收介质下的海底反射系数,理论分析了大掠射角条件下吸收系数对海底反射系数的影响.海底反射系数随频率振荡过程中,将其等于海水-沉积层界面反射系数模时所对应的频点定义为1/4振荡周期频率.在该频率下,沉积层吸收系数与基底地声参数的耦合程度小于其他频点.本文基于大掠射角下的海底反射特性,提出一种深海地声参数分步反演方法.首先,利用相关法提取得到海底反射系数的干涉周期,利用干涉周期反演了沉积层声速和厚度.声速的反演结果结合Hamilton经验公式反演密度.第二步,通过结合基底声速的穷举边界,给出沉积层吸收系数的假设值,利用1/4振荡周期频率下的海底反射系数对基底声速进行一维反演.最后利用半波层频率下的海底反射系数对沉积层吸收系数进行一维反演.大掠射角海底反射特性结合分步反演,实现了基底声速和沉积层吸收系数一定程度的解耦合.实验结果表明,在大掠射角测量条件下,该方法反演的地声参数可有效应用在一定范围内的传播损失预报.