中国沉积学发展战略：沉积地球化学研究现状与展望

沉积地球化学是沉积学的重要研究内容和手段,在认识地球表层系统圈层相互作用和资源环境效应方面发挥着不可替代作用。随着国家科研经费投入的增加,以及地球化学分析测试的平台建设和技术进步,中国沉积地球化学进入快速发展期,在国际上的学术影响力逐渐增强,但是在技术方法与理论的创新、及高质量成果产出等方面,仍有待改进。因此,中国沉积地球化学应加强统筹规划和布局,在战术上重视理论、方法和技术的发展与创新,提升沉积—成岩过程年代的约束能力,重视对地球化学数据的精细提取和模型定量分析;在战略上加强沉积地球化学在大时空尺度的应用与探索,深化对关键地质时期地球环境—生物协同演化,以及沉积矿产和化石能源的形成与演化等重大科学问题的研究。在此基础上,中国沉积地球化学将进一步提升研究水平和国际地位,并有望实现跨越式发展。

中国西部地区地壳结构特征与强震活动相关性研究

中国西部地区是地震活动十分强烈的地区,天山、阿尔泰、帕米尔和西昆仑都是著名的地震构造带,在这些地震构造带和周边地区发生了多次震级大于5级的强震.本文通过分析西部地区的重力场特征,根据重力数据结合地震剖面、应用Parker-Oldenburg方法反演得到了研究区莫霍面深度,通过对比地震层析成像的反演结果,分析了研究区的地壳结构特征.计算结果表明,研究区地壳结构不均匀特征明显,在造山带地区一般是莫霍面坳陷区,盆地则是莫霍面隆起区,主要造山带地壳速度结构表现为高速区,盆地和主要凹陷区为低速区.根据计算结果和以往强震震中位置分析了地壳构造与强震活动的相关性,西部地区的地震活动与地壳结构的横向不均匀密切相关,强震主要发生在地壳速度变化带附近和地壳速度结构差异较大的地区,在构造应力作用下,这些地壳介质非均匀地区易发生强震,这是中国西部造山带和盆-山边界附近频发强震的构造原因之一.

南海共轭大陆边缘构造属性的综合地球物理研究

利用南海最新的重磁资料,在岩石物性分析和全海域分带变倾角化极磁异常反演磁性基底分布的基础上,选择6条典型剖面拟合反演其密度与磁性结构,在此基础上进行了深部结构的对比分析.反演中尽可能以海底地震仪探测数据(OBS)、多道地震等结果作为约束,其中FF'剖面层速度分析是利用"南海大陆边缘动力学及油气资源潜力"973项目2009年最新采集的多道地震数据,并利用了OBS2009南沙段数据对重力数据进行了物性结构拟合反演.根据剖面深部结构与物性分布特征分析认为:南海北部、南部陆缘均应以非火山型构造属性为主.北部陆缘CC'剖面以东,虽有下地壳高密度层存在并伴有活跃的岩浆活动,但缺乏典型向海倾斜反射层(SeawardDipping Reflectors)存在的证据,推断高密度层应与浅表岩浆岩一样,是海底扩张之后陆缘裂解过程中的产物.中沙隆起与礼乐盆地区的磁性基底和深部结构特征十分相似,推断在海盆拉张之前应为同一块体,属于共轭大陆边缘中的"共轭点".西南次海盆南部陆缘地球物理综合分析表明:在陆坡坡脚附近有中生界分布,但层速度计算结果表明可能整条剖面上的中生界并不完全连续.

南海前新生代残留盆地分布综合地球物理研究

为了对南海海域的前新生代残留盆地分布有个整体而全面的认识,本文开展了南海残留盆地宏观分布的综合地球物理研究.通过岩石物性分析,综合重、磁、震等地球物理方法,利用正演与反演方法,分区计算并求取了南海的重力基底和磁性基底埋深,得到了中生界及前中生界残余厚度,给出了整个南海前新生代残留盆地的宏观格架与残余厚度分布特征并讨论了前新生代油气前景.研究结果表明南海东北部的东沙隆起和潮汕坳陷、台西南盆地和北港隆起、南部的礼乐滩地区等应具有较好的前新生代油气资源潜力.

对日本俯冲带与IBM俯冲带俯冲特征的地球物理研究：来自重力与震源分布数据的启示

日本俯冲带与IBM俯冲带位于太平洋板块、菲律宾海板块和欧亚板块三者的交汇地带,是典型的"俯冲工厂"地区,具有重要的研究意义.本文利用震源分布资料与卫星重力数据对日本俯冲带与IBM俯冲带进行了研究.通过空间重力异常反映了俯冲带地区的区域构造形态,在此基础上基于艾利模式计算了均衡异常以反映地壳均衡特征.利用震源分布资料,分别从垂直俯冲带走向与沿俯冲带走向划定了横截剖面(cross-sections)进行了地震提取,讨论了俯冲带地区的Wadati-Benioff带形态特征,并借助于俯冲带地震等深线图直观描述了俯冲带的俯冲形态.在日本俯冲带与伊豆—小笠原俯冲带各选取了一条典型剖面进行了重力2.5D反演,研究了俯冲带地区的壳幔结构特征.研究结果表明,九州—帕劳海脊与IBM岛弧在均衡异常上存在差异,前者已逐渐趋向于地壳均衡.IBM的Wadati-Benioff带存在明显的南北差异,反映出伊豆—小笠原俯冲板片停留在了660km转换带中,而马里亚纳俯冲板片很可能垂直穿过了这一转换带,造成这种南北差异的原因与板块相对运动、岩石圈黏性和年龄差异以及俯冲板片的重力效应等因素有关.在IBM的中部和南部存在板片撕裂现象.日本俯冲带的俯冲洋壳密度随俯冲深度变化较小,洋幔存在一定程度的蛇纹岩化,地幔楔蛇纹岩化作用不典型,海沟处有一范围较小的含水畸变带;伊豆—小笠原俯冲带俯冲洋壳密度随深度增大而明显增大,洋幔蛇纹岩化程度较日本俯冲带低,地幔楔蛇纹岩化作用强烈,板块交汇处存在明显的蛇纹岩底辟.日本俯冲带与IBM俯冲带一线自北向南板片俯冲变陡,两侧板块耦合度降低,与俯冲带两侧的板块运动速率差异有关.

岩性预测综合地球物理解释方法综述

探测地下结构并进行地质解释是地球物理研究的主要目标,根据地球物理数据反映的地下物质的物理属性,如密度、速度、磁化率、电阻率等特征可确立地层结构及其性质.由于单一地球物理方法的多解性等局限,采用多种方法综合开展地球物理解释是目前可行的有效手段.本文针对地下岩性预测这一目标,总结了开展岩性预测的综合地球物理解释方法基本原则及步骤,并按照知识驱动和数据驱动两类技术路线对岩性综合预测的主要技术方法进行了总结.知识驱动方法利用先验信息,简单直接易于理解,但对复杂及高维数据适应能力弱;数据驱动方法使用数理统计等策略可有效挖掘各类数据间的关系,适应复杂应用场景能力强.在解决实际问题过程中,有监督机器学习方法以充分的岩石物理性质研究为基础,不仅引入了先验知识而且充分发挥了自身的数据挖掘能力,提高岩性预测解释的准确性,更好地建立地球物理与地质信息的对应关系,支撑资源能源等勘探需求.

利用卫星长波长地球物理位场对东亚地区深部结构的研究

有研究表明从中国北部经黄海、朝鲜半岛、日本海至日本本州岛存在一个大型断裂带,被称为"北纬40°断裂带".为了验证该断裂带的存在性,本文通过GRACE和CHAMP卫星的位场数据中的大尺度区域重力和磁力异常来研究该区的大型构造特征.区域性研究范围为24°N～56°N,90°E～150°E,详细研究范围为32°N～42°N,122°E～132°E.2008年Taylor等利用CHAMP卫星2005年6月至12月收集的轨道数据,从测量数据中消除地核和外部产生磁场效应,经化磁极之后得到磁异常图,从中来追踪构造特征,并根据地质和地球物理资料建立了数学模型来进行解释.本文在此基础上,增加了GRACE卫星2003年10月份测量的重力异常场数据.实测差分位场数据利用高斯勒让德求积法转换为垂向重力异常值,通过减去最新地球重力场模型(EGM96)的场值来去除波长超过1100km的长波长异常,所得的重力异常数据和磁场数据进行比较.为了能从中得到研究区的共同构造特征,建立一个球面棱柱模型进行正演模拟、并进行重、磁异常场的波数相关性分析.研究发现在重、磁异常中均发现一个呈负相关的纬向构造特征,东亚地区"北纬40°断裂带"横穿了整个朝鲜半岛.

中国海陆1:500万莫霍面深度图及其所反映的地质内涵

莫霍面深度图的编绘与研究一直都是岩石圈构造研究中的重点内容之一.本文在搜集了我国50年以来有关莫霍面深度研究的各种地球物理调查结果与资料基础上,大量引入近年来各种专项的最新成果,将海陆结合一体.以重力数据为基础,在统一数字化投影基础上,经过完全布格校正、格莱尼改正等步骤,并将图幅内依据构造特征划分成不同的分区.研究中以120条地震测深等剖面数据为控制点来计算各分区的莫霍面平均深度反演参数和开展偏差分析.在对重力数据异常场分离方法及界面反演方法优化的基础上,编绘了中国海陆1∶500万莫霍面深度图.依据地壳性质与莫霍面深度分布特征,划分了梯度带与分区,并对每个分区的莫霍面深度分布特点进行了归纳和总结,并就图幅内莫霍面深度图所反映出的地质内涵及东亚地区的宏观构造格架进行了讨论.

油气成藏动力学研究之我见

油气成藏过程的动力学研究一直是石油地质学的核心内容。干酪根晚期热降解成油学说的提出及成功应用奠定了现代石油地质学的基础,人们开始真正从油气的生成出发,系统地考虑油气生成、排出、运移、聚集成藏的过程,分析油气成藏的基本要素(烃源岩,储集层,盖层,排烃,运移,圈闭及保存条件),并从盆地形成演化的角度研究油气运移过程中的相态、动力、阻力、通道、方向、距离、时间等特征,恢复油气成藏的过程。20世纪80年代以来,盆地流体流动机制、流动样式、溶质运移和流体—岩石相互作用及其成藏(矿)效应等方面的重要进展及定量方法的飞速进步极大地促进了油气成藏过程的动力学研究。油气成藏动力学研究是石油地质学研究发展的必然,是对油气运聚成藏的地质条件、影响因素、动力条件及演化过程等的定量表征和分析。油气成藏动力学研究应该以一期油气成藏过程中从油气源到油气藏的统一动力环境系统为单元,定量研究油气供源、运移、聚集的机理、控制因素和动力学过程;应重点关注油气成藏的时间、油气运聚的动力特征/背景及其演化、油气运聚的通道格架及其演化,实现运聚动力与通道的耦合,展现油气运移的路径特征、运移方向及运移量。

中国海-西太平洋莫霍面深度分布特征及其地质意义

中国海—西太平洋位于欧亚板块、印澳板块和太平洋板块的交汇处,构造运动剧烈,地质情况复杂,是认识板块运动、洋陆相互作用、物质交换和能量传递不可多得的窗口,而莫霍面深度对于研究壳幔结构以及深部动力过程有着重要的意义.本文使用最新的覆盖全球的重力和地形数据,收集了深地震测深、多道地震测深等剖面183条,数字化得到2982个控制点,使用带控制点的三维界面反演方法来约束反演过程,得到中国海—西太平洋莫霍面深度,由莫霍面形态分析可知大洋板块的俯冲和印澳板块与欧亚板块的碰撞对西太平洋边缘海的形成演化有着重要作用.结合地热、岩石圈厚度、地震活动等地质地球物理资料,分析得知研究区内各个海域莫霍深度和地壳性质的变化是处于不同构造演化阶段的表现.并在马里亚纳沟弧盆拟合一条重力2.5维剖面,结果表明热物质上涌导致了马里亚纳海槽处地幔密度减小,马里亚纳海槽以及帕里西维拉海盆到西马里亚纳海岭的下地壳高密度异常是由残留的岩浆岩引起的.

全球重力势能特征及其地质意义——基于Crust1.0模型的分析

重力势能及重力势能差是分析岩石圈内部密度变化所引起的岩石圈平均应力特征的主要方法之一.本文基于全球Crust1.0模型地壳结构,结合常密度、横向变密度和三维变密度三种不同的地幔密度模型,获得了全球尺度更为精细的重力势能及重力势能差分布特征并开展分析.研究结果表明,在北美西部、安第斯山脉、东非、青藏高原等区域表现为重力势能高,呈拉张应力状态;在洋盆、高原周围的盆地等地区表现为重力势能低,呈挤压应力状态.对比分析不同地幔密度模型结果,发现大洋地区洋壳薄,岩石圈地幔密度受构造及热影响变化较大,对重力势能影响大;大陆地区地壳厚度大,对重力势能影响大,地幔密度变化影响相对较小.采用三维变密度地幔模型获得的重力势能差分布和大地水准面异常计算获得的全球重力势能差分布具有相似特征,表明该模型的计算结果更符合全球岩石圈尺度的应力分布特征.三维变密度地幔模型计算的重力势能差显示洋中脊轴部地区趋于零,说明该处岩石圈密度变化对应力影响较小,其拉张应力与洋中脊地区地幔上涌更为相关.

基于倾角道集与深度学习的地层倾角提取技术及应用研究

近年来新兴的多种地震数据处理和解释技术都需要倾角作为先验信息,传统的倾角估计方法大都依赖成像剖面,这些方法不可避免地会受到成像质量的影响,而且空间倾角的三维估计更是依赖于多条线形成的成像体.二元倾角道集因其椭圆形反射波位置对三维倾角具有指示性的特点,可以用作对倾角的估计,这样不仅能避免低质量成像剖面带来的影响,同时也能够实现仅依赖一条成像线道集的三维倾角估计.然而该方法会消耗大量人力和时间并且其结果也依赖处理人员经验.二元倾角道集在一个工区中数量庞大,可以为数据驱动特征提取的深度学习算法提供样本支持,因此本文在二元倾角道集的基础上引入深度学习算法,提出一种基于改进二元倾角道集和VGG神经网络的倾角提取技术,实现倾角的自动估计,并将倾角应用于菲涅尔带相关孔径的估计中,最后通过某工区实际数据验证对倾角估计的准确性和网络的泛化性能,再将孔径用于稳相偏移来验证倾角在实际数据中应用的有效性.

利用反射地震和多波束资料研究南海西北部麻坑的结构特征与成因

麻坑通常是由海底流体逸散形成的一种海底表面的残留地貌.本文所研究的区域主要位于南海的西北部,包括琼东南盆地的西南部和中建南盆地的中北部.该区域海底表面主要覆盖细粒沉积物,并且底流活动强烈,底流水道发育.为麻坑的形成和发育提供了有利条件.麻坑发育的主要因素是流体逸散系统,本文通过反射地震资料在本区发现了断层、气烟囱、泥火山、泥底辟、声空白/声混浊、强反射等多种与流体逸散相关的指示特征.麻坑的几何特征随着区域的不同会有较大变化.首先本区麻坑的尺寸跨度较大,与底流水道伴生的麻坑和广乐隆起的麻坑表面宽度通常是几十米到数百米,其他区域麻坑的表面宽度通常可达数千米,被称为巨型麻坑.其次本区麻坑的表面形态复杂多样,有圆形、椭圆形、新月形、环形等.各种不同的形态有可能指示了麻坑的不同发育阶段,新月形麻坑可能发育程度较低,其次是环形,圆形则相对较为成熟.据此推断发育程度较低的新月形麻坑有可能是活动麻坑,而地震海洋学的资料也倾向于证实这一点.

关于黄海深部构造的地球物理认识

利用黄海海区重磁观测数据,以最新的地震层析成像和浅层反射地震探测结果作为约束,并利用小波分解、纹理特征图像处理等手段,对研究区进行了地球物理场特征分析、岩石物性总结、断裂信息提取和磁性基底埋深反演计算,同时对南黄海海域三条剖面进行了广义逆重磁数据拟合反演和地震P波速度成像.根据地球物理数据的各种处理结果,提出在南黄海西部存在一条串珠状地球物理线性构造带,并将这条NNW向断续延伸的构造带称之为南黄海西缘断裂带.该断裂带延伸长,断裂两侧前新生代地层差异较大,有可能是造成陆区和南黄海南部盆地区前新生代油气远景差异的原因之一.文中得到南黄海磁性基底埋藏分布具有"中间浅四周深"的分布特征,与地震层析成像结果相吻合.磁性基底的局部起伏和局部构造的边界断层共同控制了前新生代残留盆地的格架和残余厚度分布,反映出"区域控制局部,深层约束浅层"的规律.

南海东北部海洋内波的反射地震研究

已有的内波研究多来自单点的垂直剖面观测资料,但研究内波水平特征的实测资料却非常缺乏.利用反射地震方法研究海水温盐结构,具有高水平分辨率和短时间内对整个海水垂直剖面进行成像的优势,能够弥补传统物理海洋学观测方法的缺陷,为研究海洋内波提供有前景的新手段.本文通过对南海东北部地震剖面的重新处理、分析,认为地震叠加剖面上同相轴呈现的起伏变化反映了内波的总体形态.计算的水平波数能量密度谱与GM76模型谱基本一致,但在低波数段和高波数段中,两者的振幅及斜率存在着一定差异,经分析认为这种差异主要与内潮波和复杂海底地形的强烈非线性相互作用以及内波破碎等因素有关.

VSP上下行反射波联合成像方法研究

VSP资料上下行波场发育丰富.本文在分析VSP直达波、上行反射波、下行反射波传播路径及其照明范围的基础上,指出了常规VSP波动方程偏移方法缺陷,进而通过修改波场延拓方式,提出了上下行反射波联合成像方法,并在高频近似下分析了该方法的成像原理.该方法不需要进行VSP上下行反射波场分离,能够同时对VSP资料中的一次反射波、自由表面多次波、层间多次波进行成像,比常规成像剖面具有更宽的成像范围和更好的成像效果.该方法能够对下行一次反射波进行成像,从而可以实现常规偏移方法难以处理的高陡倾角构造成像.模拟资料和实际资料处理证明了本文方法的正确性.

基于波动方程表面多次波预测与自适应相减方法研究

多次波预测与自适应相减是基于波动方程表面多次波压制的两个重要环节.文中利用具有并行计算优势的GPU加速表面多次波预测,使得预测效率大为提高.在自适应相减算法中,文中将预测的多次波道、预测多次波道的Hilbert变换道、预测多次波道的高频重建道、以及它们的平移道用作自适应相减中的多次波模型道.Hilbert变换道用以补偿预测多次波的相位信息,高频重建道用以改善预测多次波的高频信息,补偿频带能量差异.文中在预测和相减过程中均采用迭代算法,迭代预测,可较好地获得多次波的运动学特性,迭代相减,可较好地获得多次波的动力学特性,迭代预测与相减使预测的多次波与地震数据中实际的多次波更好地匹配.将该方法应用于理论模拟的SMAART模型和实际海洋数据中,测试结果表明,该方法预测多次波效率较高,在保持有效波振幅条件下可有效地压制地震数据中的表面多次波.

南黄海残留盆地宏观分布特征研究

由于前新生代残留盆地具有埋深大、构造复杂的特点,采用综合地球物理研究方法成为圈划残留盆地宏观分布及预测残留盆地油气资源的重要方法技术.本文以南黄海地区为例,以重、磁数据为主体,以钻井、地震等高精度数据为先验信息做约束,采用带约束界面反演方法求取重力基底,同时根据求取的磁性基底计算了中、古生界的残余厚度,给出了前新生界残留盆地宏观分布特征.结合石油地质条件,圈划了油气资源有利区.研究结果表明南黄海北部坳陷北部和东北部中生界残余厚度较大,中部隆起与勿南沙隆起古生界残余厚度巨大,是较好的前新生代油气前景区.

海底地震仪数据处理方法及其在海洋油气资源探测中的发展趋势

海底地震仪(Ocean Bottom Seismograph,OBS)技术是近年发展起来的主要用于海洋地震监测、海底结构调查和海洋油气资源勘探的地球物理技术,其发展前景与OBS仪器本身的发展及OBS数据处理技术的进展息息相关.目前,OBS数据处理主要采用广角地震测深数据处理方法,辅以天然地震层析成像技术,并最终反演深部速度结构.本文简要概括了OBS的发展历程;并以2010年和2011年渤海海陆联测中两条OBS测线的实际数据处理以及部分学者在OBS数据处理中所取得的进展为实例详细介绍了OBS数据处理流程中的频谱分析及其应用,环境噪音分析,增益、带通滤波和反褶积等常规处理,时间校正,震相拾取及反演处理;对OBS在海洋油气资源探测中的应用情况和发展趋势进行了讨论.通过频谱分析发现气枪信号优势频带范围为3～15Hz,OBS垂直分量近偏移距频谱能客观反映OBS与海底的耦合情况;通过噪音分析发现OBS记录的噪音强度与水深和偏移距成反比,并与海底沉积环境密切相关.OBS数据处理方法与平台建设任重道远,也是OBS技术更早进入油气资源探测领域的关键环节之一,应进行深入研究.

南北构造带及邻域地壳、岩石层速度结构特征研究

本文利用重力数据采用Parker-Oldenburg方法反演了南北构造带及邻域地区的地壳厚度,同时采用体波地震层析成像方法反演了研究区的地壳至上地幔的三维速度结构.根据计算结果对研究区的地壳及岩石层结构进行了探讨,力图揭示南北构造带及邻域地壳、岩石层变形特征,并且对青藏高原边缘活动带壳幔构造演化的深部成因、研究区的上地幔流变性及其动力学意义进行了相应的讨论.通过分析研究表明南北构造带地区为地壳厚度剧变区,西侧为地壳增厚区,东侧的鄂尔多斯、四川盆地为地壳稳定区,而再向东为地壳逐渐减薄区.中国岩石层减薄与增厚的边界基本被限定在大兴安岭—太行山—秦岭—大巴山—武陵山一带,这也是东部陆缘带和中部扬子、鄂尔多斯克拉通地区深部构造边界的分界线,其两侧不仅浅层地质构造存在较大的差异,上地幔深部的物性状态和热活动也明显不同,这说明研究区的岩石层和软流层结构以及深部物质的分布存在横向非均匀性.中部地区和青藏高原深部构造边界的分界线位于东经100°—102°左右.