OBS广角地震探测中二次反射Pg震相特征及在地壳结构成像中的作用

在海底地震仪(OBS,Ocean Bottom Seismometer)广角地震探测中,经常可以见到能量很强、连续性很好的多次波震相,但对于如何确定这些多次波的属性以及怎样充分利用它们来约束地下的结构特征,至今还缺乏详细的研究.本文利用南海北部已获取的OBS探测数据,对与地壳折射Pg震相近乎平行并紧随其后的二次反射Pg震相进行了系统分析研究,发现在实测OBS地震记录剖面上,二次反射Pg震相具有连续、清晰、可追踪偏移距较远(约60km以上)等特点,其地震波形和粒子运动轨迹与初至Pg震相相似,但二次反射Pg震相波形最大振幅值和粒子震动能量明显比初至Pg震相大.通过理论模型模拟以及对实测地震剖面三种不同反射层路径的走时计算,确定了二次反射Pg震相主要来自沉积层的反射.在此基础上,对二次反射Pg震相在地壳结构成像中的作用进行分析,发现加入二次反射Pg震相前后,由于反射震相的增加,沉积层界面的约束程度得到极大的提高;另外,通过对理论模型和实测剖面OBS2010地壳结构进行加入二次反射Pg震相前后的分辨率测试,结果发现加入二次反射Pg震相数据后,由于射线密度的增加,沉积层和上地壳结构的成像分辨率有显著改善.

南海东北部三分量海底地震仪记录中横波的识别和分析

纵横波联合应用可以得到更多的有关各岩石圈层的岩性、物性等深部结构信息,将有效降低地壳结构研究中地质解释的多解性.然而,由于海上探测的特殊性,转换横波的记录较少,再加上转换横波的复杂性,使得横波研究一直是南海深部地壳结构研究中的弱项.南海东北部OBS-2001测线,布设11个三分量海底地震仪(OBS)记录地震数据,经过极化处理、带通滤波等方法处理后,目前在9个OBS径向分量记录中识别出转换横波震相.基于OBS7数据详细阐述了横波识别这一重要基础环节,并运用简单理论模型试算和射线追踪,确定了OBS7记录剖面中来自地壳与Moho面的PwSc,PgSs,PnSc,PmS等几组转换横波震相,该研究结果不仅为横波速度结构及Poisson比物性剖面提供数据保证,而且为今后横波信息的有效利用提供经验与借鉴,对南海岩石圈结构的精细研究具有重要意义.

海底地震仪的性能对比及在渤海试验中的应用

2010年3月,国家海洋局第一海洋研究所在渤海海域开展了深部地震探测试验,试验过程中使用了3种海底地震仪(OBS),包括德国的SEDISⅥ型OBS、法国的Micr OBS和中国的I-7C型OBS共计51台。文章详细描述并比较了以上3种OBS的性能指标,通过对比发现:I-7C型OBS的耦合技术比其他两种OBS更加完善,功耗和数据存储容量方面优势明显;I-7C型OBS和Micr OBS在设置参数和充电时,操作方便,提升了海上工作效率;Micr OBS的水听器性能略有优势,获取的数据清晰度高,连续性好;SEDIS VI型OBS的垂直分量数据在三者之间最优。本文提出了OBS的发展趋势:(1)小型化、便携式;(2)低功耗、大容量;(3)长周期、宽频带;(4)低成本,易回收。最后简要介绍了本次海上试验过程、数据处理方法以及探测试验取得的成果。本次试验成功取得了渤海海域深部地球物理数据,对开展该区域内的深部地质研究具有重要的意义。

东海OBS深部地学探测断面及其地质意义

利用主动源海底地震仪(ocean bottom seismometer,简称OBS)进行东海地壳深部结构地震探测,对探讨东海大地构造演化意义重大.采用立体气枪阵列延迟激发震源新技术,完成了一条横跨东海陆架盆地-琉球岛弧的OBS深部地学地震探测测线(OBS-2015),获得了地壳内部主要地层界面和莫霍面的地震反射/折射震相.对OBS台站记录经预处理、震相识别与拾取后,通过射线追踪、走时拟合等正反演处理,得到了沿测线的二维地壳速度结构剖面.剖面的地质解释与综合研究认为,东海陆架中-新生代沉积盆地沉积层厚度大、分布广,中-新生界最大叠合厚度达13 km左右;东海陆架区地壳是大陆地壳向海区的延伸,莫霍面起伏小、埋藏深度在30 km左右.钓鱼岛隆褶带到琉球岛弧区域莫霍面起伏剧烈,呈由西向东快速抬升的趋势.冲绳海槽区地壳厚度只有东海陆架盆地的一半左右,并呈中轴线最薄(13 km左右)、向两侧快速加厚(19 km左右),莫霍面上方发育速度达7.1 km/s的下地壳高速地质体,东部坳陷地区莫霍面已出现明显抬升,与盆地存在明显镜像关系,推测为盆地拉张作用所致.冲绳海槽的纵向速度结构与陆壳差异大,与洋壳的速度结构较为接近.综合以上因素并结合区域地质背景分析认为,南冲绳海槽进入了海底扩张的初始阶段,地壳具有非典型洋壳的特征.本次探测结构为东海深部地壳结构研究及区域地质演化研究提供了重要的基础资料.

实测数据揭示海底地震仪上浮速率与出水点规律

使用海底地震仪(OBS)对极地浮冰区进行探测时,存在上浮的OBS被浮冰遮挡而难以发现和回收等困难,为提高两极浮冰区海底地震探测效率,亟需对OBS上浮出水时间和位置进行较为准确地预测.本研究以2019年南海OBS观测、2020年西太平洋OBS探测以及2011年南海东部次海盆三维OBS探测现场作业的实测距离和位置信息等数据为基础,分析了OBS上浮速率、投放点和出水点的特征,开展了OBS在水中下沉和上浮的运动过程研究,总结了OBS出水点的分布规律.结果表明:(1)在垂直方向上,OBS上浮速率近似匀速,可用平均速率代替,进而可精确计算上浮出水时间;(2)OBS在海底的位置与投放位置的偏移距随机分布,这表明投放点水深与重定位偏移距离无明显线性相关性;(3)OBS上浮出水点与投放点有重合的趋势,两者距离在300 m以内的概率大于31%,两者距离在500 m以内的概率大于59%.

西沙地块地壳结构及其构造属性

西沙地块作为在南海形成演化过程中形成的微陆块,记录了南海演化历史的重要信息,其地壳结构、物质组成及构造属性是探讨南海形成演化的关键.基于采集到的OBS2013-3测线海底地震仪数据,用射线追踪和正演走时拟合方法,获得了西沙地块的二维纵波速度模型.模型显示沉积层速度为2.2～3.2km·s^-1,厚度为0.8～3.0km,局部基底面起伏较大,上地壳顶部速度为5.0～5.5km·s^-1,下地壳底部速度为6.9km·s^-1,上地幔顶部速度为8.0km·s^-1.西沙地块的地壳厚度平均为23km,上地壳厚度约为9km,下地壳厚度约为14km,莫霍面埋深为23～27km.从穿过西沙地块的纵、横两条大剖面推算,块体大小约为9.2×10^5 km^3,与华南陆缘相比,表现为整体减薄的陆壳特征.西沙地块与南沙地块垂直于西南次海盆扩张脊分布,根据二者地壳结构的特征对比,二者互为共轭关系.