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2023年 54卷 第2期
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2023, 54(2): 109-119.
doi: 10.19975/j.dqyxx.2021-067
摘要
摘要:
祁连造山带位于青藏高原东北缘，距南侧的喜马拉雅碰撞带前缘1500 km，以一个宽阔的（东西长约1000 km，南北宽200～400 km）、NW走向的造山带的形式被夹持于北侧的河西走廊盆地与南侧的柴达木盆地之间，西侧被NEE走向的阿尔金左行走滑断裂带所截切，北缘以青藏高原北缘断裂带，祁连山北缘断裂带和祁连山东缘断裂带与河西走廊盆地相邻，南东方向与西秦岭造山带相接，东缘与鄂尔多斯地块相邻. 记录了新生代以来印度板块和亚洲大陆板块碰撞和青藏高原边缘造山和地壳变形的重要过程. 对其地壳深部结构的探测是研究青藏高原隆升和向北扩展，理解印度与欧亚大陆碰撞的大陆内部构造作用的关键手段. 自1980年代以来，前人在研究区实施了多条宽角反射/折射剖面，以揭示祁连造山带及周缘的地壳深部结构. 本文通过对这些宽角反射/折射剖面的收集汇总和梳理分析，以探讨祁连造山带不同区段下方莫霍面起伏及深度差异，研究结果显示：祁连造山带莫霍面埋深整体自西向东变浅，最深的莫霍面位于北祁连造山带内的哈拉湖附近；结合其他地质与地球物理资料，本文推测莫霍面深度的起伏及变化状态揭示了祁连造山带由西向东不同的地壳缩短方式，其中西段最深的莫霍面可能由大陆俯冲的“底垫作用”所引起；中段的壳内低速体和低阻体反映了该区上下地壳解耦变形，地壳的持续缩短主要靠变形解耦面以上发育的大型逆冲断裂带调节；而莫霍面深度最浅的东段累积应力则主要靠左行走滑的海原断裂和壳内发育的逆冲断裂调节.
2023, 54(2): 120-139.
doi: 10.19975/j.dqyxx.2021-055
摘要:
由石油地震勘探发展而来的深地震反射剖面探测技术，采用炸药震源、长排列、多次覆盖等方式接收来自地壳或上地幔的反射信号，经过去噪、校正、叠加、偏移等处理过程，可获得地壳尺度范围内的精细时间剖面，是研究深部构造特征、探讨构造演化过程的重要手段，发挥着其他地球物理方法不可替代的作用. 深地震反射探测技术自上世纪由美国率先提出以来，经过几十年的发展历程，依托一系列的深部探测计划，获得了多条重要的深反射剖面，解决了包括造山带演化过程、盆地构造模式、矿集区深部构造特征等众多地质问题，得到了众多地质学家和地球物理学家的认可. 目前深反射探测技术已经发展成为一种系统的、方法技术成熟的、结果可靠的深部结构探测方法，在关键地区也常常作为研究深部精细结构的先行军. 我们通过总结近些年深地震反射剖面探测的实例，从采集技术、数据处理、综合解释等方面概述了深地震反射剖面探测技术取得的一系列新进展及应用，包括高精度可控震源采集技术、线条图处理技术、全波形反演技术、联合解释等. 这些新技术的应用不仅有效提高了深地震反射剖面成像质量，也解决了深地震反射探测中面临的地形构造复杂、施工不便等问题，使得深地震反射探测在解决特定地区地质问题上发挥了越来越重要的作用.
由石油地震勘探发展而来的深地震反射剖面探测技术，采用炸药震源、长排列、多次覆盖等方式接收来自地壳或上地幔的反射信号，经过去噪、校正、叠加、偏移等处理过程，可获得地壳尺度范围内的精细时间剖面，是研究深部构造特征、探讨构造演化过程的重要手段，发挥着其他地球物理方法不可替代的作用. 深地震反射探测技术自上世纪由美国率先提出以来，经过几十年的发展历程，依托一系列的深部探测计划，获得了多条重要的深反射剖面，解决了包括造山带演化过程、盆地构造模式、矿集区深部构造特征等众多地质问题，得到了众多地质学家和地球物理学家的认可. 目前深反射探测技术已经发展成为一种系统的、方法技术成熟的、结果可靠的深部结构探测方法，在关键地区也常常作为研究深部精细结构的先行军. 我们通过总结近些年深地震反射剖面探测的实例，从采集技术、数据处理、综合解释等方面概述了深地震反射剖面探测技术取得的一系列新进展及应用，包括高精度可控震源采集技术、线条图处理技术、全波形反演技术、联合解释等. 这些新技术的应用不仅有效提高了深地震反射剖面成像质量，也解决了深地震反射探测中面临的地形构造复杂、施工不便等问题，使得深地震反射探测在解决特定地区地质问题上发挥了越来越重要的作用.
2023, 54(2): 140-149.
doi: 10.19975/j.dqyxx.2022-049
摘要:
分布式光纤地震传感技术是新一代密集台阵观测技术，其利用光纤在地震波场作用下产生的光时程变化，探测地下介质的动态应变信号. 其具有空间采样率高、恶劣条件耐受性强、运维成本低等优势，适用于城市、海洋、深井、冰川等传统地震学观测手段较难开展工作的环境. 本文围绕该技术在地球内部结构成像研究中的应用，调研了从浅表数米到莫霍面深度等不同尺度成像的研究进展，其利用信号为从地脉动到高频交通噪声等多频段被动源和不同级别的主动源. 文章同时分析了该技术面临的一些挑战，包括信号质量和信号保真度、海量数据处理和波场信息挖掘、海量数据存储和共享分析等，由此建议，须开展主被动源高分辨率动态成像、仪器传递函数计算及其校正方法、大数据有效信息挖掘等研究，从而更好地服务于高密度、高精度的光纤传感地震成像研究.
分布式光纤地震传感技术是新一代密集台阵观测技术，其利用光纤在地震波场作用下产生的光时程变化，探测地下介质的动态应变信号. 其具有空间采样率高、恶劣条件耐受性强、运维成本低等优势，适用于城市、海洋、深井、冰川等传统地震学观测手段较难开展工作的环境. 本文围绕该技术在地球内部结构成像研究中的应用，调研了从浅表数米到莫霍面深度等不同尺度成像的研究进展，其利用信号为从地脉动到高频交通噪声等多频段被动源和不同级别的主动源. 文章同时分析了该技术面临的一些挑战，包括信号质量和信号保真度、海量数据处理和波场信息挖掘、海量数据存储和共享分析等，由此建议，须开展主被动源高分辨率动态成像、仪器传递函数计算及其校正方法、大数据有效信息挖掘等研究，从而更好地服务于高密度、高精度的光纤传感地震成像研究.
2023, 54(2): 150-173.
doi: 10.19975/j.dqyxx.2022-046
摘要:
被动源反射地震勘探作为一种低成本且环保的方法，能够获得比被动源面波勘探方法更高分辨率的反射地震剖面，近年来越来越受到人们的关注. 被动源反射成像技术面临着诸多挑战，例如背景噪声场主要受控于面波能量，反射体波信号弱且不易提取；地下实际震源数量有限且分布不均匀，地震干涉重构的虚拟炮集信噪比低；大量检波器长时间观测的海量数据计算和存储瓶颈等. 随着便携式节点地震仪和高性能计算的快速发展，被动源反射地震勘探不仅在方法研究方面取得不少进展，而且在地下矿产勘查、碳封存动态监测等方面都有实际应用. 本文首先简要回顾地震干涉法的发展历程和如何利用不同地震干涉方法构建虚拟炮集，然后较为详细地介绍从面波主导的背景噪声记录中甄别和提取有效反射信号，以及被动源原始数据预处理、虚拟炮集多次波压制和直接偏移成像等方面的进展，最后通过几个实例了解被动源反射地震勘探的应用现状，并对将来的研究前景进行简单展望.
被动源反射地震勘探作为一种低成本且环保的方法，能够获得比被动源面波勘探方法更高分辨率的反射地震剖面，近年来越来越受到人们的关注. 被动源反射成像技术面临着诸多挑战，例如背景噪声场主要受控于面波能量，反射体波信号弱且不易提取；地下实际震源数量有限且分布不均匀，地震干涉重构的虚拟炮集信噪比低；大量检波器长时间观测的海量数据计算和存储瓶颈等. 随着便携式节点地震仪和高性能计算的快速发展，被动源反射地震勘探不仅在方法研究方面取得不少进展，而且在地下矿产勘查、碳封存动态监测等方面都有实际应用. 本文首先简要回顾地震干涉法的发展历程和如何利用不同地震干涉方法构建虚拟炮集，然后较为详细地介绍从面波主导的背景噪声记录中甄别和提取有效反射信号，以及被动源原始数据预处理、虚拟炮集多次波压制和直接偏移成像等方面的进展，最后通过几个实例了解被动源反射地震勘探的应用现状，并对将来的研究前景进行简单展望.
2023, 54(2): 174-196.
doi: 10.19975/j.dqyxx.2022-019
摘要:
面波层析成像是一种广泛应用的获取地壳与上地幔地震波速度与各向异性结构的地球物理方法. 本论文综述了面波层析成像方法的简要历史，阐述了多种常用的面波层析成像方法（双台法、双平面波法、程函方程法、Helmholtz方程法、背景噪声成像法与直接面波层析成像法）的基本原理及其优缺点. 双台法的理论与实际使用简单，但该方法要求震源与两个台站需近似位于同一大圆弧路径，在台站较少且记录时间较短的区域，获取的相速度水平分辨率偏低. 双平面波法能一定程度克服地震波多路径传播与散射对频散的影响，但其对面波波形数据要求较为严格，且通常适用于区域地震台网. 程函方程法和Helmholtz方程法可直接从地震记录同时获取相速度与方位各向异性，计算方便快速，无需经过正演与反演过程，但这两种方法要求台站分布密度要高，不适用于台站间距大且分布稀疏的区域. 与程函方程法相比，Helmholtz方程法不仅考虑了波形的相位，还利用了其振幅，能获取更准确的相速度与方位各向异性信息. 背景噪声成像法的优点是无需震源就可获取高分辨率地壳尺度的成像结果，但通常缺乏长周期面波的信息，难以约束岩石圈深部与软流圈结构. 直接面波层析成像法能直接从台站间的面波频散数据通过反演获取三维剪切波（S波）速度结构与方位各向异性信息，省去了反演相速度图的中间步骤. 此外，我们对比了多种方法在青藏高原获取的相速度结果. 结果表明，多种面波层析成像方法获取的同一周期相速度结果高度吻合，主要特征表现在：在中长周期的相速度图中，青藏高原内部主要以低速为主，而周缘区域（如，柴达木盆地、四川盆地等）以相对高速为主，这表明青藏高原中下地壳与上地幔的流变强度均比其周缘区域要弱，青藏高原的岩石圈变形受控于周缘块体的阻挡. 在青藏高原东南缘，短中周期（20～40 s）的相速度图像指示受强度较大的川滇地块阻挡，青藏高原中下地壳物质以地壳流的方式沿地壳薄弱带（即红河断裂带与鲜水河断裂带）向南挤出逃逸. 此外，祁连山在短中周期（20～40 s）的相速度图中都表现为低速特征，可能与局部地幔物质上涌造成地壳的高温度异常有关. 地震面波层析成像方法（双台法、双平面波法、程函方程法、Helmholtz方程法）与背景噪声层析成像法结合可获取短长周期范围（如，4～200 s）的瑞利波与勒夫波相速度，用于同时构建壳幔速度与各向异性结构. 本文还提出开展地震高阶面波、伴随成像与联合反演等方法综合研究可望获取精度更高与更为可靠的壳幔结构.
面波层析成像是一种广泛应用的获取地壳与上地幔地震波速度与各向异性结构的地球物理方法. 本论文综述了面波层析成像方法的简要历史，阐述了多种常用的面波层析成像方法（双台法、双平面波法、程函方程法、Helmholtz方程法、背景噪声成像法与直接面波层析成像法）的基本原理及其优缺点. 双台法的理论与实际使用简单，但该方法要求震源与两个台站需近似位于同一大圆弧路径，在台站较少且记录时间较短的区域，获取的相速度水平分辨率偏低. 双平面波法能一定程度克服地震波多路径传播与散射对频散的影响，但其对面波波形数据要求较为严格，且通常适用于区域地震台网. 程函方程法和Helmholtz方程法可直接从地震记录同时获取相速度与方位各向异性，计算方便快速，无需经过正演与反演过程，但这两种方法要求台站分布密度要高，不适用于台站间距大且分布稀疏的区域. 与程函方程法相比，Helmholtz方程法不仅考虑了波形的相位，还利用了其振幅，能获取更准确的相速度与方位各向异性信息. 背景噪声成像法的优点是无需震源就可获取高分辨率地壳尺度的成像结果，但通常缺乏长周期面波的信息，难以约束岩石圈深部与软流圈结构. 直接面波层析成像法能直接从台站间的面波频散数据通过反演获取三维剪切波（S波）速度结构与方位各向异性信息，省去了反演相速度图的中间步骤. 此外，我们对比了多种方法在青藏高原获取的相速度结果. 结果表明，多种面波层析成像方法获取的同一周期相速度结果高度吻合，主要特征表现在：在中长周期的相速度图中，青藏高原内部主要以低速为主，而周缘区域（如，柴达木盆地、四川盆地等）以相对高速为主，这表明青藏高原中下地壳与上地幔的流变强度均比其周缘区域要弱，青藏高原的岩石圈变形受控于周缘块体的阻挡. 在青藏高原东南缘，短中周期（20～40 s）的相速度图像指示受强度较大的川滇地块阻挡，青藏高原中下地壳物质以地壳流的方式沿地壳薄弱带（即红河断裂带与鲜水河断裂带）向南挤出逃逸. 此外，祁连山在短中周期（20～40 s）的相速度图中都表现为低速特征，可能与局部地幔物质上涌造成地壳的高温度异常有关. 地震面波层析成像方法（双台法、双平面波法、程函方程法、Helmholtz方程法）与背景噪声层析成像法结合可获取短长周期范围（如，4～200 s）的瑞利波与勒夫波相速度，用于同时构建壳幔速度与各向异性结构. 本文还提出开展地震高阶面波、伴随成像与联合反演等方法综合研究可望获取精度更高与更为可靠的壳幔结构.
2023, 54(2): 197-215.
doi: 10.19975/j.dqyxx.2022-052
摘要:
地震Pn波的射线路径集中在地幔顶部有限深度范围内，在射线横向覆盖密度方面具有独特优势，因而Pn震相是研究地幔顶部这一重要层面速度和各向异性结构的优势震相. Pn波速度的横向变化可以反映上地幔温度及成分差异，Pn波各向异性能够反映地幔物质的运动及形变特征，高精度的地幔顶部Pn波速度和各向异性结构可以提供关于岩石圈结构、板块运动和深部热物质运移过程等关键信息. Pn波成像方法经过发展和改进，已经成为研究地幔顶部结构的成熟技术，并被应用于全球范围获取地壳厚度、上地幔速度和各向异性等结构信息，精细刻画了全球上地幔结构的横向不均匀性，进一步认识了地球内部结构和板块俯冲、大陆碰撞变形、火山活动等动力学过程. 随着全球地震台站覆盖的日益密集和观测数据的不断增加，大量高质量的Pn数据为地幔顶部精细结构的研究提供了有利条件. 本文围绕Pn波成像方法的发展及在全球范围的应用进行综述.
地震Pn波的射线路径集中在地幔顶部有限深度范围内，在射线横向覆盖密度方面具有独特优势，因而Pn震相是研究地幔顶部这一重要层面速度和各向异性结构的优势震相. Pn波速度的横向变化可以反映上地幔温度及成分差异，Pn波各向异性能够反映地幔物质的运动及形变特征，高精度的地幔顶部Pn波速度和各向异性结构可以提供关于岩石圈结构、板块运动和深部热物质运移过程等关键信息. Pn波成像方法经过发展和改进，已经成为研究地幔顶部结构的成熟技术，并被应用于全球范围获取地壳厚度、上地幔速度和各向异性等结构信息，精细刻画了全球上地幔结构的横向不均匀性，进一步认识了地球内部结构和板块俯冲、大陆碰撞变形、火山活动等动力学过程. 随着全球地震台站覆盖的日益密集和观测数据的不断增加，大量高质量的Pn数据为地幔顶部精细结构的研究提供了有利条件. 本文围绕Pn波成像方法的发展及在全球范围的应用进行综述.
2023, 54(2): 216-230.
doi: 10.19975/j.dqyxx.2022-053
摘要:
腾冲新生代火山位于印度板块与欧亚板块碰撞边界上. 该区域构造活动强烈，火山具有潜在的喷发性，研究腾冲火山起源对于认识板块俯冲过程、火山活动规律具有重要意义. 本文总结了近年来腾冲火山起源的最新进展，包括地球物理和地球化学的新成果，探讨了火山岩浆来源和火山形成的深部动力学机制. 这些研究发现腾冲火山的形成主要与板块俯冲有关，早期俯冲形成的残余大洋板片和现今俯冲的印度板块都可能是交代物质的来源，大洋板片在深部释放融流体形成富集软流圈地幔和岩石圈地幔. 后期岩石圈的伸展作用可能诱导了富集软流圈地幔的部分熔融，导致岩浆物质喷出地表. 根据87Sr/86Sr与SiO2的相关性，得到腾冲玄武岩遭受到地壳混染作用不明显，而安山岩和英安岩遭受地壳混染作用明显. 地球物理成像显示腾冲火山下方地壳中有不同尺度的岩浆囊，其中上地壳有若干小岩浆囊，在中下地壳有大岩浆囊. 地震成像显示地壳中的低速体向下延伸至上地幔，很可能反映地壳中的岩浆囊有地幔热物质的持续供给.
腾冲新生代火山位于印度板块与欧亚板块碰撞边界上. 该区域构造活动强烈，火山具有潜在的喷发性，研究腾冲火山起源对于认识板块俯冲过程、火山活动规律具有重要意义. 本文总结了近年来腾冲火山起源的最新进展，包括地球物理和地球化学的新成果，探讨了火山岩浆来源和火山形成的深部动力学机制. 这些研究发现腾冲火山的形成主要与板块俯冲有关，早期俯冲形成的残余大洋板片和现今俯冲的印度板块都可能是交代物质的来源，大洋板片在深部释放融流体形成富集软流圈地幔和岩石圈地幔. 后期岩石圈的伸展作用可能诱导了富集软流圈地幔的部分熔融，导致岩浆物质喷出地表. 根据87Sr/86Sr与SiO2的相关性，得到腾冲玄武岩遭受到地壳混染作用不明显，而安山岩和英安岩遭受地壳混染作用明显. 地球物理成像显示腾冲火山下方地壳中有不同尺度的岩浆囊，其中上地壳有若干小岩浆囊，在中下地壳有大岩浆囊. 地震成像显示地壳中的低速体向下延伸至上地幔，很可能反映地壳中的岩浆囊有地幔热物质的持续供给.
