基于自适应量子遗传算法的地震重定位及其在山东地区的应用

将自适应量子遗传算法引入到地震定位中,通过多种数值试验证明了算法的有效性,同时也具有较强的全局搜索能力和抗噪能力.即使用于定位的台站数目较少且分布不理想,该算法通过多次反演求取平均值仍然能得到令人满意的结果.另外,利用多次数值试验估测的自适应量子遗传算法的定位精度较高,误差较小.将自适应量子遗传算法应用于山东省及邻区的地震重定位,均方根残差由重定位前的1.162s减小到重定位后的0.621s,重定位后的地震大多位于中上地壳,震源深度小于20km.通过对各剖面震源分布的分析,发现山东省及邻区地震主要受控于区域内的深大走滑断裂,且中强震多发生在高/低速异常体周围,尤以高低速异常过渡地带频发.

基于子空间的二维大地电磁量子遗传反演法研究

量子遗传算法作为一种高效的优化算法,仍存在容易陷入局部极值的缺点.为提高算法的高效性,并探讨将算法应用于大地电磁二维反演的可行性和有效性,本文对算法进行了改进,并通过一维两层D型和四层HK型模型数值试验验证了改进的有效性.然后将改进后的算法引入二维大地电磁反演,在引入滑动子空间思想,同时只考虑最简化反演条件的前提下,对一个简单的二维低阻地电模型进行了传统量子遗传算法和改进量子遗传算法的反演,结果说明了将量子遗传算法引入基于子空间的二维大地电磁反演是可行的和有效的,而且改进的算法效果要优于传统算法.最后对实测资料进行了反演,得到了比较好的结果.

马尼拉俯冲带的地震层析成像研究

基于国际地震中心的P波走时数据和层析成像反演方法，获得了具有较高分辨率的马尼拉俯冲带的深部速度模型．结果表明，（1）高速的南海俯冲板片沿马尼拉俯冲带的俯冲形态随纬度发生变化，在14°N和16°N之间，板片俯冲角度较大，俯冲深度可达400∽500km，在17°N附近，俯冲板片角度和深度较南部变小，而在18°N附近，俯冲板片以近垂直角度俯冲到地幔转换带；（2）17°N和18°N之间俯冲角度的变化意味着南海板片发生了撕裂；（3）在14°N附近，南海板片由300km以上的近垂直俯冲转为200∽300km深度的近水平展布，与震源分布存在较大的差异，表明南海板片发生了撕裂，并且导致410km间断面抬升．根据成像结果计算的不同位置南海板片的俯冲长度和时间表明，南海板片俯冲之前的面积为现今面积的两倍，14°N最先开始发生俯冲，并由南向北扩展．

山东地区地壳三维纵横波速度和泊松比结构及其对地震活动性的影响

基于山东及邻区丰富的P波和S波到时数据反演获得了研究区内高精度的三维纵横波速度结构和泊松比异常分布形态。结果表明:2020年济南长清M_(S)4.1地震震中位于P波、S波高低速异常和高低泊松比异常过渡带,可能是区域构造应力下长清断裂发生左旋走滑运动的结果;2003年青岛崂山M_(L)4.1地震、崂山震群、乳山震群和长岛震群等的发生可能都受到流体的强烈影响,流体沿已有的较大断裂或相对完整岩体内的裂隙侵入,诱发断裂活动或裂隙破裂,从而导致中强地震或震群活动的发生。

大地电磁阻尼粒子群优化反演法研究

粒子群优化算法(PSO)是模仿鸟群寻找食物的社会行为的一种全局最优化算法,在多维空间函数寻优、动态目标寻优等方面有着收敛速度快、解质量高且需要设置的参数较少等优点.本文在研究常规粒子群优化算法的基础上,对常规的粒子群算法进行了改进,提出了一种新的惯性权重ω参数振荡递减策略,加快了PSO算法的收敛速度,构造的新算法称为阻尼粒子群优化算法.在MATLAB 6.5编程环境中对阻尼PSO算法进行了数值实验,并对大地电磁测深的理论模型和实测数据进行了反演试算,结果表明,阻尼PSO算法不依赖于初始模型、能够搜索到全局极值,不易陷入局部极值,是一种快速有效的地球物理反演方法.

山东地区地壳P波三维速度结构及其与地震活动的关系

利用山东及周边区域地震台网1975—2014年1月期间记录到的1369个地震的13781个P波到时数据对山东地区地壳结构进行了层析成像研究.结果表明,山东地区地壳速度结构存在明显的不均匀性.沂沭断裂带介质速度结构复杂,呈现明显的分段特征,两侧块体速度存在差异,具有块体边界的构造特征.鲁西断块20km以下深度处存在大规模的低速异常区,这与该地区始新世发生的大规模滑脱拆离构造有关,可能产生于太平洋板块的西向俯冲导致地幔热物质沿沂沭断裂带向上并向西涌动.历史大震及ML4.0以上中强震大部分为走滑型地震,主要发生于高低速异常过渡带且有深大断裂穿过的地区.震群主要发生于低速体上部或周边,且震源深度优势分布在中上地壳,这与地下介质富含流体并导致应力集中有关.

论菲律宾海板块大地构造分区

菲律宾海板块是毗邻中国大陆的一个独特的小型板块。除南端表现十分复杂外,它的构造边界多以海沟为界,比较清楚,然而次级大地构造单元划分则比较复杂。本文根据近年来的研究成果,按照块体构造理论注重统一的地球物理场、相似的地壳结构、有机的成因联系等3个基本原则,将菲律宾海板块划分为3个具有不同构造演化特征的单元,即西菲律宾海块体、四国—帕里西维拉块体和伊豆—博宁—马里亚纳块体。西菲律宾海块体包括两部分:一个是西菲律宾海盆,始新世以来受太平洋板块和印澳板块近南北向的相对俯冲作用影响,并顺时针旋转形成了现今的构造样式,于30 Ma左右停止扩张。另一个包括大东盆岭、花东盆地、帕劳海盆和吕宋岛弧蛇绿岩等洋壳在内的白垩纪洋盆。根据形成年代和形成时的扩张方向可将四国—帕里西维拉块体分为两部分:四国海盆和帕里西维拉海盆,两者以索夫干断裂为界。伊豆—博宁—马里亚纳块体沿博宁高原南缘分为南北两部分,两者表现出不同的地质特征。

西太平洋雅浦俯冲带的地貌及地层结构特征

2015年中科院海洋所在西太平洋雅浦海域首次开展了综合地球物理调查,并同步采集了重磁震及多波束、浅地层剖面等数据,主要利用采集的多道地震剖面及多波束数据研究了雅浦俯冲带主要构造单元的地貌及沉积地层结构特征,并进一步探讨了加罗林洋脊俯冲作用下的构造特征。研究表明弧后的帕里西维拉盆地为区域沉积中心,最厚处可能发育近千米沉积层,而雅浦海沟内未发育明显水平沉积,以俯冲侵蚀作用为主;加罗林俯冲板片之上的加罗林洋脊因其特殊的地形地貌改造了俯冲带的构造发育特征,可能造成了岛弧岩浆作用的南、北部差异;揭示了雅浦海沟北段的地貌及地质结构细节特征,认为加罗林洋脊的高地形可能导致了海沟附近的俯冲板片更大的挠曲拉张量,从而形成垒堑构造带;为索罗尔海槽的盆地张裂结构提供了多道地震剖面证据,并推测了海槽的形成年代。

西菲律宾海盆的构造沉积特征及对海盆演化的指示--来自地球物理大断面的证据

菲律宾海发育了全球最典型的沟弧盆体系,新老俯冲系统众多,是研究大洋板块扩张过程的理想场所。本文主要利用2015年中科院海洋所在西菲律宾海采集的1400km地球物理大断面,并结合最新的重力数据,对比、分析了西菲律宾海内部古扩张中心(中央海盆裂谷)和残留弧(九州-帕劳海脊)的沉积地貌和地壳结构特征。研究表明:(1)中央海盆裂谷内部发育远洋沉积为主的沉积物,沉积层序分布不均,局部盆地内沉积物厚度可达300m。九州-帕劳海脊附近发育与火山碎屑物源有关的厚层沉积物;(2)以129°30′E处的转换断层为界,裂谷东西部洋壳结构分别体现"慢速"和"快速"扩张特征,东部洋壳岩浆供应较少,厚度较小,断裂较为发育,其附近可能发生水岩作用;西部洋壳岩浆供应较多,厚度较大,结构相对均一;盆地西部的小规模地幔柱可能控制了裂谷东西部不同洋壳结构的发育;(3)九州-帕劳海脊内的角度不整合面代表岛弧裂解事件,张裂与挤压构造共同发育反映了裂解过程的复杂性。

并行计算技术及其在勘探地球物理学中的现状与展望

本文详细阐述了并行计算技术及其在地球物理勘探数据处理中的发展现状和发展趋势,分析了几个代表性的并行算法实例.这些结果表明,在拥有强大的并行机的基础上,基于并行计算开发环境(MPI和PVM等)设计高效的并行算法,通过分配合理的并行粒度、通信开销、负载平衡等执行高效的并行计算,可以有效加快处理速度、降低成本.目前,并行算法在地震数据处理中应用已较为成熟,近年来向更实用的基于PC机群的并行技术发展.然而,在非地震方法中,并行算法应用较少见文献报道,研究尚处于初级研究阶段.在大地电磁的二维和三维正、反演问题上,并行计算技术逐渐得到越来越多关注和重视.随着资源和能源需求的增长,地球物理勘探向深度和广度快速发展,大幅增长的数据量使得高性能并行计算机和高效的并行算法在勘探地球物理学中的发展和应用将占据愈来愈重要的地位.

南海共轭被动大陆边缘洋陆转换带构造特征

南海被动大陆边缘洋陆转换带与典型洋陆转换带相比有其特殊性,南海共轭被动陆缘的构造运动、火山活动以及海底地形的差异表明南、北洋陆转换带具有不同的构造特征。本文利用多条多道地震反射剖面和重力异常数据,研究南海共轭被动陆缘洋陆转换带构造特征差异性,探讨南海被动陆缘的类型和伸展模式。南海北部陆缘洋陆转换带可以划分为两种类型:一类以前缘铲状断块为界与洋壳区分,发育有裂陷期断陷、火山带(埋藏海山带)和不十分发育的向海倾的掀斜断块带;另一类则以海山为界,发育裂陷期断陷、宽缓的低凸起和火山或海山。深反射地震特征显示出了下地壳高速层的存在。南部以裂陷期断陷和明显的向海倾的掀斜断块为特征,以前缘铲式断层为界与洋壳区分。自由空间重力异常由陆向海从高异常值过渡为低异常值再到高异常值,预示着地壳由陆壳→过渡壳→洋壳的变化。结果表明,南海共轭被动陆缘更可能属于非火山型被动大陆边缘,其洋陆转换带的构造差异主要受岩石圈差异伸展变形控制。

中国海-西太平洋地区典型剖面的重-磁-震联合反演研究

重-磁-震联合反演是获取地壳结构的重要方法.此次研究,我们主要基于全球最新的水深、重磁异常、沉积物厚度等数据,结合实测地震数据和前人研究成果,分析了中国海—西太平洋地区的莫霍面展布特征,并利用重磁震联合反演方法获得了跨越中国海-西太平洋典型剖面的地壳结构和异常体分布,揭示了陆壳到洋壳的典型变化规律.结果表明,从浙江地区到马里亚纳俯冲带,地壳结构大致呈现由厚到薄、由老到新、由复杂到简单的特征.浙江地区(扬子块体和华夏块体)地壳结构复杂,三层结构明显,地壳内断裂带发育,并伴有广泛的岩浆侵入;东海地区莫霍面起伏剧烈,地壳厚度变化较大,冲绳海槽地壳明显减薄,是其过渡壳性质的体现;西菲律宾海盆、九州—帕劳海脊、帕里西维拉海盆、马里亚纳俯冲带等构造单元地壳结构相对简单,二层结构明显.其中,西菲律宾海盆和帕里西维拉海盆地壳内部磁异常变化较为剧烈,海盆扩张过程中形成的磁异常体分布广泛,地壳厚度(5~8km)明显小于陆壳;九州—帕劳海脊地壳厚度可达~20km,缺失中地壳,表现为岛弧地壳结构;同源的西马里亚纳岛弧和东马里亚纳火山弧地壳结构相似,浅层磁异常体分布广泛,西马里亚纳岛弧地壳厚度(~17km)略小于东马里亚纳火山弧(~20km),体现了裂离的不对称性;马里亚纳海槽具有正常的洋壳结构(~7km),但扩张中心未发生明显破裂.对比各构造单元地壳结构的异同点,我们进一步认识到,陆壳与洋壳之间不是孤立的,陆壳可能会演化出洋壳的结构或组分,板块的演化总是处于动态循环过程中.此研究加深了我们对中国海—西太平洋深部构造特征的整体理解,促进了我们对大陆边缘演化与板块相互作用的认识,深化了我国管辖海域及邻近地区的基础地质调查.

动校正拉伸分析及处理方法

动校正是地震数据处理的重要步骤,当偏移距反射深度比较大时动校正处理使同相轴产生拉伸畸变。常规的动校正切除处理是以牺牲大偏移距地震道信号为代价的。通过理论推导可以得出:交叉同相轴对应着最大的拉伸量,动校正后出现同相轴的增加、混叠乃至畸变;未交叉同相轴动校正后波形变"胖",其主频降低,频带变窄,振幅值拉大。因此研究无拉伸动校正方法对于提高地震资料的信噪比和分辨率具有重要意义。基于频谱替换的无拉伸动校正方法使得远道信息得到保留,使用该方法后远道有效叠加次数增加,同相轴更连续,易于识别和追踪,适用于海上地震资料处理。

南黄海盆地地震勘探中的非双曲线时差分析

本文通过对南黄海海域主要地层界面反射波旅行时的理论模拟计算,分析了不同时距方程在长排列条件下的旅行时误差特征,对各方程的适用性作出了评价。鉴于时移双曲线方程在南黄海地震资料最大炮检距范围内具有计算旅行时误差较小且稳定、形式简单且参数易求取等特点,故选此方程对该盆地勿南沙隆起区长排列地震资料进行了动校正和叠加测试,结果表明时移双曲线公式有利于更好地校平反射同相轴、保留更多的大炮检距道信息,从而提高南黄海海相地层的地震反射成像质量。

西太平洋卡罗琳洋底高原俯冲系统的构造特征与钻探建议

洋底高原的形成与演化过程是近年来海洋地质学关注的重点科学问题之一。卡罗琳洋底高原位于西太平洋雅浦海域,其构造演化独具特色,经历了热点火山作用、俯冲碰撞和裂解等多个地质事件,为洋底高原的研究提供了关键案例。目前对卡罗琳洋底高原演化过程的认识尚未完全明晰,未来研究可聚焦4个方面:(1)卡罗琳洋底高原北部正常洋壳年龄的厘定,揭示卡罗琳板块-太平洋板块边界的位置与形态;(2)结合钻井、地震地层学研究,建立地层年代框架,识别区域构造事件的发生时间与影响范围;(3)揭示索罗尔海槽岩石圈的张裂阶段及新洋壳是否形成;(4)阐明卡罗琳洋底高原俯冲前缘挠曲断裂带地壳的性质与年龄。近年来,我国十分重视卡罗琳海域的地质和地球物理调查研究,并有望开展大洋钻探计划。本文在前期工作的基础上提出了雅浦海域大洋钻探站位选取建议,希望可以解决以上关键科学问题,为全球洋底高原的形成演化研究贡献中国智慧。

板片窗构造研究综述

在洋壳板片俯过程中,洋中脊到达海沟时通常与海沟有一定的夹角。若洋中脊在俯冲期间继续扩张就会形成板片窗构造。此外,非洋脊俯冲过程中板片撕裂或断离产生板片间隙,该间隙也称为板片窗。板片窗通常出现在活动大陆边缘,其一旦形成就会改变所在区域的局部地幔循环模式,导致在板片窗上覆板块中出现异常的地质效应,包括异常于普通俯冲带的岩浆活动、变质作用、地貌表现、流体活动以及特殊地球物理特征。板片窗特殊的地质效应控制着金、铜等特殊的金属矿产分布。综述了板片窗的形成机制、几何形态以及多种地质效应模式,以期为今后板片窗构造的研究提供借鉴。

马尼拉俯冲带北段增生楔形态结构及演化过程

为揭示马尼拉增生楔的形态结构并加深对其演化过程的理解,本文对横穿马尼拉俯冲带北段的几条典型地震剖面进行了深度偏移处理,得到叠前深度偏移剖面和深度-速度模型,并对马尼拉增生楔的形态结构及内部特征进行了精细解释,将马尼拉增生楔分为原始沉积段、褶皱变形段、逆冲推覆段和背逆冲段四个部分,分别代表增生楔演化的不同阶段。推断马尼拉增生楔下部存在由早期仰冲的菲律宾海板块的残留块体构成的弧前基盘,弧前基盘是控制马尼拉增生楔形成演化的关键构造。弧前基盘前端是拆离滑脱面突然降阶并在地震剖面上“隐没”的部位;弧前基盘向增生楔底部的不断挤入导致了逆冲脱序断层的渐次发育以及增生楔向弧前基盘之上的不断爬升,导致了增生楔上、下陆坡地貌的分化,并为褶皱变形段和逆冲推覆段的地层形变提供了主要的应力。

层状介质大地电磁的自适应量子遗传反演法

将量子遗传算法引入到层状介质大地电磁数据的反演,得到了层状介质的大地电磁量子遗传反演法.数值试验结果发现该算法仍然存在较严重的早熟收敛现象.为此,将自适应思想引入到量子遗传算法中来,通过动态调整量子遗传算法的模型搜索空间,建立了一种新的改进型量子遗传算法——自适应量子遗传算法,使算法在迭代过程中能自适应地寻找模型最优值.通过典型测试函数和层状介质大地电磁模型数值试验,结果表明,改进算法有效压制了常规量子遗传算法的早熟收敛性,提高了算法的搜索效率和反演效果.采用该算法对实际的大地电磁资料进行了处理,取得了较好的地质效果.

基于背景噪声互相关技术的雅浦俯冲带海底地震仪时间校正

由于电磁波无法在水中传播,导致海底地震仪(OBS)与全球定位系统(GPS)无法进行实时对钟,因此会产生一定的时钟漂移.而受船时、海况等影响,被动源OBS在回收后往往电量亏损,致使设备回收时并没有完成对钟,无法直接利用对钟前后的时钟漂移量进行线性校正.本文选取中国科学院海洋研究所2016-2017年间在雅浦俯冲带进行的长周期被动源OBS实验所获得的数据,利用背景噪声互相关方法对OBS进行了时间校正.结果发现,各OBS在经过一年左右时间的布放后,时钟漂移量在1~3 s之间,且基本呈线性趋势,将该结果平均分配到每天从而完成线性校正.另外,探讨了时钟的非线性漂移、误差源、参考台站的选取等因素对时钟准确度的影响,为OBS的数据处理进行了有益的探索.

基于自适应量子遗传算法对胶东半岛地区乳山震群重定位及构造特征分析

本文利用自适应量子遗传算法对山东胶东半岛乳山地区2013年10月至2015年9月年发生的1357次显著震群活动进行了重定位研究.自适应量子遗传算法具有效率高、搜索能力强等优点,利用自适应量子遗传算法进行地震重定位后大大改善了原地震定位的精度,研究结果表明均方根残差由重定位前的0.40 s减小到重定位后的0.22 s.重定位后的地震震中更集中,条带状更为清晰,总体呈NW向分布.震源深度主要集中在2~16 km范围内的中上地壳,占地震总数的95.8%.乳山震群的最大震源深度为23 km,推测该区地震活动的下界为23km,与华北地区脆韧性转化带相一致.综合乳山震群精定位结果、震群ML3.0级以上地震的震源机制解与区域构造特征,推测其发震构造为NW向近直立隐伏断层.