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论太阳轨道运动三定律及运动特征
刘复刚
地球物理学进展    2021, 36 (3): 894-900.   DOI: 10.6038/pg2021EE0468
摘要483)   HTML10)    PDF (2609KB)(1569)    收藏

日心说是一种思想革命,它将太阳系坐标原点从地心移到日心.但这种革命并不彻底,因为日心又在绕太阳系质心运动.其实,太阳系的其他天体都是绕太阳系质心运动.类比行星轨道运动特征,本文将太阳轨道运动概括为三个基本定律:第1定律,太阳和行星系质心相对太阳系质心同步运动,其运行轨迹近似为绕太阳系质心旋进和旋出的连续变化的叶形曲线.第2定律,太阳轨道运动具有平均准22.13年方向周期.第3定律,太阳绕太阳系质心运动,当其边缘到达太阳系质心时,太阳轨道运动角速度处于减速状态;当太阳后部边缘即将离开太阳系质心时,太阳轨道运动角速度处于加速状态.

地球内部结构及其密度分布特征研究综述
褚伟, 徐亚, 段杰翔, 樊驹
地球物理学进展    2021, 36 (2): 443-457.   DOI: 10.6038/pg2021EE0160
摘要280)   HTML25)    PDF (2655KB)(328)    收藏

地球内部密度结构是了解其构造特征及性质的重要参数.根据全球性模型的回顾分析可了解地球内部密度的基本特征,垂向的分层性和横向不均一是全球性的密度特征.对地球浅层地壳特别是沉积层,岩石采样的密度测试和速度-密度关系研究为揭示其密度特征提供了重要依据.在总结和分析前人速度-密度关系研究的基础上,本文进一步给出了具有更好适用性的速度-密度拟合关系,可为区域及全球性地壳密度结构研究提供参考.地幔及更深地球密度分布特征受温度、化学组成、构造等多种因素影响,通常可借助速度-密度比例因子Rρ/s,p和地球物理反演方法研究其结构及密度分布特征.随着全球尺度地球物理数据的丰富,基于多种地球物理数据反演地球内部密度分布,获得地球内部更详细结构成为可能,本文对地球内部密度分布特征的综述性分析可为全球性密度结构研究提供参考.

中浅层构造裂隙型地热资源勘查中的综合地球物理方法——以苏南地区为例
杨林, 姜国庆
地球物理学进展    2020, 35 (6): 2265-2275.   DOI: 10.6038/pg2020EE0211
摘要112)   HTML7)    PDF (10480KB)(325)    收藏

苏南地区中浅层构造裂隙型地热资源丰富,是一种潜力巨大的清洁能源.本文从区域地质及物性资料入手,综合运用重力、磁法、电法、测温、测氡多种地球物理方法,通过多元物探信息融合,从热源、通道、储层、盖层四个方面开展地热地质条件研究.区域重力与面积性电测深资料揭示研究区属于隆、凹相间构造,表明中生代以来上地幔热动力作用强烈,具备寻找地热资源的有利构造条件.区内磁法异常平静、单调,不存在隐伏岩体等附加热源,地热主要来自地球内部自然增温.可控源音频大地电磁法资料揭示区内北东向与北西向断裂发育,其中北西向断裂具有张扭性质,规模及切割深度大,伴生浅表地温及放射性氡异常,是导水、导热的重要通道和控热构造.面积性电测深资料显示区内三叠系青龙组灰岩广泛分布,成为良好的裂隙-岩溶含水热储层,第四系松散层及白垩系浦口组厚度大,导热率低,有利于热储层蓄热增温,为理想的地热盖层.在对研究区源、通、储、盖四个要素进行综合研究的基础上确定了地热井位置RSQ1.经钻探验证,RSQ1井钻遇地层及构造情况与物探推断结果基本吻合,水量及水温参数均满足设计要求,充分说明综合地球物理方法在苏南地区中浅层构造裂隙型地热资源勘查中的有效性.

临震预滑在青藏活动地块区的观测证据
许健生, 吴琼
地球物理学进展    2021, 36 (1): 88-95.   DOI: 10.6038/pg2021EE0102
摘要111)   HTML3)    PDF (5291KB)(325)    收藏

实验室内大量岩石黏滑实验表明: 对存在断层的岩石加压,岩石在黏滑失稳前会有预滑,预滑会出现在断层的某个区域.由于浅源地震也是断层失稳破裂的结果,近年来临震预滑作为一种地震前兆信息日益受到地震学界关注.但目前尚缺乏广泛的野外观测证据来证实黏滑实验中的预滑现象在构造地震前也普遍存在.本文对青藏活动地块区内姑咱地震台等12个台的应变仪和水位仪的记录作对比分析后发现:在汶川MW 7.9级地震前数月,各台陆续记录到了一些“阶跃式”波形.在对观测结果可靠性讨论的基础上,用岩石黏滑实验结果和颗粒物理原理来解释这种“阶跃式”波形可能是预滑震相Xp.姑咱等12个地震台观测到预滑震相Xp表明:在青藏活动地块区临震预滑是普遍存在的.这种“准同步”的临震预滑,特别是2008年4月18日和5月6日2次幅度较大的预滑可能引发了汶川MW 7.9级地震.因此,关注预滑,特别是临震预滑对预测未来强震有一定的前兆意义.

多尺度地球物理与成矿系统探测:现状与进展
周文月, 严加永, 陈昌昕
地球物理学进展    2021, 36 (3): 1208-1225.   DOI: 10.6038/pg2021EE0192
摘要86)   HTML7)    PDF (10949KB)(316)    收藏

不同的构造环境,物源基础和保存环境形成矿床在观测结果上表现为不同的地球物理属性,地球物理探测方法利用密度、磁化率、极化率、电阻(导)率、波阻抗等物性差异进行地下地质体探测.利用地球物理方法进行成矿系统探测需要剖析从局部到区域矿物矿床形成的物源、通道和富集以及保存的完整过程,以便在不同的尺度范围内完成地球物理多属性结构成像,指导下一步具体找矿任务.区域地球动力演化、物质和能量源区控制着成矿始端,成矿流体富集成矿以及保存条件控制着成矿末端,流体迁移的通道将成矿始端和成矿末端连接,形成一个完整的成矿系统.本文从成矿系统始端和末端两方面分别阐述各个地球物理探测方法的发展历程和适用范围,最后通过长江中下游成矿带庐枞矿集区泥河铁矿找矿实例论述多尺度地球物理探测方法在成矿系统始端和末端应用效果.

生产矿山岩溶灾害勘查中的综合物探应用研究
杨天春, 王丹齐, 张叶鹏, 付国红, 陈波, 杨追, 程辉
地球物理学进展    2021, 36 (3): 1145-1153.   DOI: 10.6038/pg2021EE0275
摘要63)   HTML4)    PDF (12591KB)(289)    收藏

地下岩溶是常见的地质灾害之一,它对矿山的生产安全、周边房屋建筑和交通设施造成极大的危害;预先确定岩溶的埋深及空间分布规律,可为岩溶灾害治理提供科学依据.本文以正在生产中的某石灰石露天开采矿山为研究对象,研究地球物理方法在强噪声环境、地形起伏及切割强烈条件下的应用效果.本文采用高密度电阻率法、瞬变电磁法和天然电场选频法等方法开展地下岩溶的探测研究,勘探深度为100 m.依据现场情况和目的要求共敷设物探剖面28条,累计总长18.875 km;结合以往钻探成果,从已知到未知,对物探资料开展综合解译,共推断岩溶发育位置167处,进一步结合现场水文地质调查情况,圈定出工作区内岩溶发育集中区;最终,利用验证钻孔的成果证明物探解译成果的可靠性.实践应用表明,高密度电阻率法受到生产矿山环境与地形切割的影响较大,瞬变电磁法在使用等值反磁通瞬变电磁法采集系统的情况下,它与天然电场选频法都受环境与地形的影响较小;高密度电阻率法和瞬变电磁法可较好地确定覆盖层厚度、划分基岩面的起伏;瞬变电磁法成果对地下岩溶的反映比较清晰,可依据其局部低电阻率异常来判定岩溶的大致埋深及相对大小;天然电场选频法剖面曲线的低电位异常可以准确指明低阻岩溶发育的水平中心位置,对钻孔平面位置的布设有很好的指导作用.

基于人工智能的断层自动识别研究进展
陈桂, 刘洋
地球物理学进展    2021, 36 (1): 119-131.   DOI: 10.6038/pg2021EE0252
摘要316)   HTML14)    PDF (5156KB)(278)    收藏

随着油气勘探开发工作的进行,构造圈闭的勘探难度不断提高,断层作为油气运移、聚集的主要通道之一,断层的识别精度很大程度上影响了油气藏的勘探开发.在断层识别的发展过程中,国内外学者们提出了许多切实可行的方案.近年来,人工智能领域的兴起,使得断层自动识别方法更加多样化.本文通过调研大量的国内外相关文献,对基于人工智能的断层自动识别方法进行了归纳总结,将其划分为两个大类:智能算法、机器学习,又对每个大类进行了精细划分,并阐述了通过蚁群算法、边缘检测、BP神经网络、支持向量机、生成对抗网络、聚类及卷积神经网络来自动识别断层的基本原理、发展现状及优缺点.此外,卷积神经网络拥有卷积层、池化层等特殊结构,可以直接通过学习输入与输出之间的映射关系来实现断层自动识别,具有很好的非线性表达及泛化能力,相较于其他人工智能方法,兼具了较高的效率与精度.因此本文对基于卷积神经网络来自动识别断层的一些关键技术及优化算法进行了重点介绍,且利用大量三维合成地震记录及断层标签作为训练样本,实现了基于卷积神经网络的三维地震资料断层自动识别并对最终结果进行了深入分析.最后对断层自动识别技术的提高,给出展望与相应的结论.

地震数据智能去噪与传统去噪方法的对比及展望
孙小东, 王伟奇, 任丽娟, 李振春
地球物理学进展    2020, 35 (6): 2211-2219.   DOI: 10.6038/pg2020DD0494
摘要331)   HTML16)    PDF (7909KB)(270)    收藏

在油气地震勘探中,提高地震资料的分辨率、信噪比、保真度一直以来都是地震资料处理环节的关键问题.一般来说,高信噪比是高分辨率的前提,只有信噪比达到一定的水平,地震资料处理才可能实现良好的保真度.当今的地震勘探正向着深层、复杂构造和岩性勘探的方向发展迈进,人们相应的对地震资料处理也提出了更高的要求.目前,业界比较流行的去噪手段包括f-x RNA法、f-x-y NRNA法、3D t-x-y APF法和t-x SOPF法等.本文将这些传统去噪方法与压缩感知去噪、卷积神经网络法等先进的智能去噪技术做了对比,并对智能去噪技术的前景做进一步的展望.

川滇地区三维P波速度结构研究
邓山泉, 章文波, 于湘伟, 宋倩
地球物理学进展    2021, 36 (3): 863-876.   DOI: 10.6038/pg2021EE0254
摘要135)   HTML16)    PDF (20141KB)(254)    收藏

根据本文提出的更为严格的地震数据筛选方法——横向分区地震均值筛选法,选取了四川、云南、重庆和贵州地震台网的224个固定台站和49个流动台站在2008年1月1日—2017年12月31日期间记录的48,177个地震、372,483条初至P波绝对到时数据以及2,413,407条精度较高的相对到时数据,利用区域双差地震层析成像方法联合反演了青藏高原东南缘川滇地区三维P波速度结构和地震震源参数.研究结果表明:(1)川滇地区上地壳结构横向不均匀性明显,四川盆地上地壳10 km深度范围内表现为低速异常,而松潘—甘孜地块、滇中地块则表现为明显的高速异常;(2)川滇地区地震主要沿着边界断裂分布,大多数地震为浅源地震,震源深度主要集中在 5~15 km深度范围内,震源主要位于高速异常与低速异常交界区域,且偏向高速异常体一侧;(3)震源分布研究推测龙门山断裂带前山断裂东南侧可能存在一条倾向北西、倾角约为40°的北东向走向的隐伏断裂,且为芦山地震的主要发震断裂;(4)川滇地区中下地壳低速异常体可能反映了中下地壳弱物质流的存在,中下地壳物质流不是广泛分布在川滇地区,而是沿着川滇块体东部有限的通道向南流动.中下地壳流可能是沿着鲜水河断裂带向东南方向流出,在雅安一带遇到坚硬稳定的四川盆地的阻挡,一部分物质向北东方向流动,而另一部分物质转向南沿着安宁河断裂带和则木河断裂带分布,并继续向南沿着小江断裂带流动.

基于岩体水流-传热的地热井间距研究
高俊义
地球物理学进展    2020, 35 (6): 2058-2063.   DOI: 10.6038/pg2020EE0042
摘要133)   HTML9)    PDF (3758KB)(249)    收藏

水是地热能利用的载体.实际地热开采过程与地热井间距的科学布署息息相关,地热井间距对生产井温度的影响直接关系到地热的开采效率,而关于岩体水流-传热的地热井间距探究的报道较少.本文为研究地热井间距对岩体水流传热温度影响机理问题,根据地热开采的概念模型,应用3DEC程序计算不同地热井间距下岩体的温度场、地热井出口水温的变化特征.结果表明:(1)从瞬态到稳态,生产井和岩体温度逐渐升高,温度梯度逐渐减小,并且其等温线的连续性越来越差;相同时间内,生产井水流传热波及的深度范围随生产井间距的增大而减小.(2)生产井间距越小,温度叠加效应越强,使生产井和岩体的温度越高,其温度梯度越小.(3)模型达到稳态时,岩体和生产井形成从下向上为主的传热路径,并且生产井间距从 1 m 增大到4 m,模型达到稳态所需要的时间分别延长了约 4 h.实际地热开采中,在保证足够抽取平台空间的前提下,建议生产井间距保持在2~3 m之间热采效率较高.

基于综合地球物理资料研究余下—铁炉子断裂带及邻区深部构造特征及其地质意义
许文强, 袁炳强, 姚长利
地球物理学进展    2021, 36 (3): 977-992.   DOI: 10.6038/pg2021EE0032
摘要70)   HTML3)    PDF (15251KB)(231)    收藏

通过整理、收集研究区近年来新测地球物理数据,结合钻井和地质等资料以及前人研究成果,利用新方法处理了研究区重磁数据,讨论了余下—铁炉子断裂带及邻区重磁异常特征及地质意义,推断了研究区断裂构造,结合地震和电法对研究区构造特征进行了定性和定量分析,并探讨了该断裂带对研究区的地质意义.结果表明,余下—铁炉子断裂带为近EW向复合型岩石圈断裂带,受多期构造演化和构造应力影响,其埋深较大、切割深度较大,断裂性质呈多期次性、复杂性、多样性和活动性,在渭河盆地和秦岭地块的断裂性质不一.该断裂带在渭河盆地内呈隐伏深大断裂带,断裂带及邻区深部构造稳定性较差,更新世以来深部构造仍在活动,同时结合该断裂带周围深、浅部地质构造的分异性和不稳定性说明了该区有孕育发生中小、中强地震的构造条件,推测存在中小地震发生的可能性.余下—铁炉子活动断裂带具区域性控(导)岩(矿)作用,控制了盆地南缘的形成和发展,断裂带周围及与其他断裂的交汇处附近是该区“一热两气”和矿藏等资源主要分布区.

海底节点(OBN)地震勘探:进展与成果
吴志强, 张训华, 赵维娜, 祁江豪, 朱晓青, 田振兴
地球物理学进展    2021, 36 (1): 412-424.   DOI: 10.6038/pg2021EE0029
摘要781)   HTML14)    PDF (5428KB)(220)    收藏

海底节点(OBN) 在有效弥补拖缆地震(TS)的勘探盲区、提供多波和宽方位角数据、定点和重复性等方面具有优势,成为海洋地震勘探的新技术方法.近十年来,OBN勘探技术和装备得到了快速发展,节点地震仪的性能进一步被优化,海底工作的时间和水深得到大幅度提升;智能自动化节点地震勘探系统走向实用,显著地提高了采集工作效率;针对OBN资料的特点,目前已研发了位置校正、上行/下行波场分离、镜像偏移、PS波成像与速度建模等处理方法,提高了成像品质,推动了OBN地震勘探在海洋油气田调查、地震识别和油气藏开发过程中的动态监测(4D)等方面的应用进程.本文重点介绍了OBN方法原理、工作特点、发展历程和应用实例,分析了OBN技术的发展方向.

碎屑岩泥质分布形式的测井评价研究进展
程超, 张亮, 李培彦, 高妍, 叶榆, 梁玉楠, 曾远芳, 李明军
地球物理学进展    2021, 36 (3): 1052-1061.   DOI: 10.6038/pg2021EE0311
摘要59)   HTML6)    PDF (5841KB)(200)    收藏

泥质含量是分析碎屑岩地层沉积环境的重要指标,也是储层测井评价的关键参数,更是岩性和物性精细解释的基础.目前在泥质的测井响应特征认识和泥质含量参数精准计算方法上取得了大量的研究成果,但对于泥质分布形式的研究还不够完善.为了探寻计算泥质分布形式的有效方法,本文通过广泛调研,系统讨论了泥质分布形式与储层参数间的关系.其中不同分布形式泥质对包括孔隙度、渗透率、含水饱和度及束缚水饱和度在内的储层参数造成的影响主要表现在以下几个方面:层状泥质使有效孔隙度降低;结构泥质对有效孔隙度、渗透率影响不大;分散泥质使效孔隙度减小,渗透率变差,束缚水饱和度增加.随后深入分析了不同泥质分布形式对常规测井曲线的影响,其中分散泥质与结构泥质在伽马测井及自然电位测井曲线上表现出明显的特征.并初步探索了在包括电成像测井及核磁共振测井的特殊测井上响应特征;归纳总结了现有的泥质分布形式的计算方法,并对现有计算方法的适用性及优缺点进行了对比分析,最后利用Thomas Stieber交会图优化分析法在南海某油田低阻储层进行了应用并得到了良好的效果.

岩石热导率影响因素研究进展
陈驰, 朱传庆, 唐博宁, 陈天戈
地球物理学进展    2020, 35 (6): 2047-2057.   DOI: 10.6038/pg2020EE0013
摘要313)   HTML31)    PDF (3287KB)(190)    收藏

岩石热导率是岩石最重要的热物理性质之一,其影响因素也比其他热物理性质更为多样.本文综述了前人对岩石热导率影响因素的研究和认识,并对当前研究存在的问题以及研究的发展趋势进行了总结和展望.影响岩石热导率的因素可系统地归纳为岩石组构、温度、压力三个方面.岩石组构是影响岩石热导率的内在因素,对岩石热导率的影响有决定性的作用.岩石组构从岩石的组分和构型两个方面影响岩石热导率,岩石组分是热导率影响的首要因素,而构型对岩石热导率的影响较为复杂.温度和压力是影响岩石热导率的主要外在因素.一般情况下,岩石热导率随着温度升高而减少,随着压力增大而增大.组分热导率的估值精度、内部组构的模型准确度以及温压实验结果的机理认识等制约了对岩石热导率影响因素的定量化认识.随着实验技术精度的提高和计算机仿真模拟技术的发展,将高精度高温高压实验测试和数值模拟结合进行综合分析是未来研究岩石热导率的发展趋势.

基于全卷积神经网络的磁异常及磁梯度异常反演
张志厚, 路润琪, 廖晓龙, 徐正宣, 乔中坤, 范祥泰, 姚禹, 石泽玉, 刘鹏飞, 陆三明
地球物理学进展    2021, 36 (1): 325-337.   DOI: 10.6038/pg2021EE0222
摘要196)   HTML13)    PDF (11459KB)(189)    收藏

地球物理反演问题具有病态性、不适定性,传统的线性反演方法面临着次优逼近和初始模型选择等挑战,为了提高磁场数据反演的精度,受深度学习卓越的非线性映射能力的启发,本文提出了一种基于全卷积神经网络的磁异常及磁梯度异常反演方法.文中首先提出了一种基于网格点几何格架的磁异常及磁梯度异常的空间域快速正演算法,这为本文全卷积神经网络反演算法的实现奠定了基础;随后对大量不同剩余磁化强度模型进行正演计算获得样本数据集,将正演数据作为输入层,磁化强度模型作为输出层,并基于U-net网络结构设计了一种端到端的网络结构(MagInvNet),再对该网络结构进行监督学习与参数优化;最后进行反演预测.三组模型试验表明,MagInvNet网络能够快速准确识别出磁异常体的位置与形状,并且能够准确的反演出异常体磁化强度的大小,对于含噪声数据,其反演结果的质量不会降低.本文最后利用安徽霍邱铁矿的航磁数据验证了文中方法的有效性.

郯庐断裂带苏鲁交汇区b值时空特征研究
余腾, 朱益民, 王鑫, 胡伍生, 朱红
地球物理学进展    2020, 35 (6): 2134-2142.   DOI: 10.6038/pg2020EE0072
摘要151)   HTML7)    PDF (6250KB)(184)    收藏

以郯庐断裂带苏鲁交汇区及邻区近50年的地方震资料为数据样本,在定量分析交汇区最小完备震级和系统推导极大似然法原理的基础上,重点研究区域G-R关系尤其是b值时空分布演化特征,依据b值指示意义进行区域内5级以上地震关联性和构造应力分布状况分析.研究得到:b值时间分布特征表明中强震发生时段与中短期b值下降时段吻合明显;b值空间分布特征表明区域内郯庐断裂带西侧东经117°~118°、北纬33.5°~35.5°范围地壳应力较高,结合相关地质资料认为此范围处于孕震阶段,本文可对郯庐断裂带苏鲁交汇区潜在震源区和地震危险性的评估、推断提供一定的科学启示.

背景噪声互相关去噪的滑动窗加权SVD滤波方法
马小军, 吴庆举
地球物理学进展    2020, 35 (6): 2083-2089.   DOI: 10.6038/pg2020DD0530
摘要256)   HTML14)    PDF (4821KB)(172)    收藏

假设噪声互相关函数中的面波为相干信号和椭圆极化的,而噪声信号一般是非相干的,本文采用滑动窗加权SVD方法对噪声互相关函数去噪,通过对一些列时间窗内的波形进行SVD分解,将前两个特征图像叠加重构波形,叠加过程中引入与极化强度有关的权重因子达到滤波目的.该方法显著的增加了噪声互相关函数的信噪比,面波前驱信号也得到有效压制,有效增加了远距离台站对射线数目,射线覆盖和交叉程度的增加一定程度上提高了成像的分辨率.

微动探测方法研究进展与展望
田宝卿, 丁志峰
地球物理学进展    2021, 36 (3): 1306-1316.   DOI: 10.6038/pg2021FF0145
摘要135)   HTML13)    PDF (5474KB)(160)    收藏

微动探测方法是在背景噪声成像理论的基础上发展起来的一种新型地球物理探测手段,其根据获取野外数据的观测台站方式分为微动阵列方法和微动单台方法.本文综述了前人对微动探测方法的研究进展,并对目前该方法存在的问题及研究的发展趋势进行了展望.微动阵列方法采用频率波数法或空间自相关法从微动信号中提取频散曲线,进而反演获得地下横波速度结构.微动单台方法即H/V谱比法以三分量台站为观测基础,对水平分量信号与垂直分量信号进行傅里叶谱比,以此估算沉积层厚度、获得共振频率以及场地放大因子等.目前微动探测发展还有诸多问题需要进行深入研究,例如瑞雷波与勒夫波浅层探测理论方法、同时考虑基阶和高阶面波的影响进行多阶面波反演方法研究以及H/V谱比曲线与频散曲线联合反演方法研究等,从而提高微动探测方法浅层探测精度以满足城市地下空间精细探测的需求,加深探测深度为透明地壳、地下第三空间的精细探测提供一种新型地球物理手段.

DAS技术在油气地球物理中的应用综述
周小慧, 陈伟, 杨江峰, 李霞
地球物理学进展    2021, 36 (1): 338-350.   DOI: 10.6038/pg2021DD0472
摘要327)   HTML17)    PDF (10353KB)(148)    收藏

光纤分布式声波传感技术(DAS)基于相位敏感光时域反射,是一种利用光纤后向瑞利散射干涉效应实现声波信号连续分布式探测的新型传感技术.在油气勘探开发领域,近年来在井中VSP、地表地震采集、时延或永久油藏监测、水力压裂监测等方面开展了试验和应用,取得了初步的成功.相比常规地面检波器及井中检波器,DAS技术具有低成本、高效率、密集采样、资料品质不低于传统地震检波器等优势.但DAS技术的局限性在于数据信噪比受光纤布设方式影响、单分量采集、保真距离有限.在综合分析的基础上,展望DAS技术未来发展方向:(1)螺旋缠绕技术等多分量DAS技术的发展及实用化和工业化,以及新型光纤电缆的发展,将大幅度地提高光纤的灵敏度和动态范围,DAS将逐渐克服其局限性.(2)DAS解调技术的发展和光纤采集方式的优化,包括新型采集观测系统、光纤与地层耦合技术等,以及针对性处理、成像技术发展将进一步提高DAS数据的信噪比和成像质量.(3)由于DAS具有成本低、采样率高等优点以及未来DAS技术在提高信噪比方面的进展,DAS技术在油气地球物理技术领域的应用前景将更广阔.

基于深度学习UNet++网络的初至波拾取方法
李薇薇, 龚仁彬, 周相广, 林霞, 米兰, 李宁, 王晓东, 肖高杰
地球物理学进展    2021, 36 (1): 187-194.   DOI: 10.6038/pg2021EE0152
摘要207)   HTML6)    PDF (14511KB)(144)    收藏

初至波拾取是地震资料处理中一项基础而重要的工作.为解决我国西部沙漠、黄土塬、戈壁等地区地震资料信噪比低,致使初至波拾取准确率不高的难题.本文创新提出一种基于图像分割技术——UNet++神经网络应用于初至波智能拾取.输入原始地震数据及少量初至时间的标签数据进行监督学习,并建立UNet++ 模型,应用西部某工区地震数据测试,实验证明,UNet++模型性能稳定,炸药震源初至波拾取准确率达到98%,可控震源初至波拾取准确率达到98%.此外,本方法与商业软件、U-net网络的初至拾取对比表明,UNet++优势明显,具有准确率高,抗噪能力强,性能稳定、高效等特点.

Rayleigh波ZH幅度比(椭率)研究综述
秦彤威, 冯宣政, 王少曈, 鲁来玉
地球物理学进展    2021, 36 (1): 39-66.   DOI: 10.6038/pg2021EE0289
摘要167)   HTML12)    PDF (10723KB)(136)    收藏

Rayleigh波ZH幅度比,又称为Rayleigh波椭率(Ellipticity),是指Rayleigh波垂直分量和水平分量的比值.椭率是随频率变化的函数,最早由Boore和Toks?z(1969)提出将其用于反演地壳结构.对于3D介质结构,ZH幅度比不仅受到台站下方的结构控制,同时也受台站附近半波长范围内结构相对于其下方结构扰动的影响.对于水平层状的1D介质,Rayleigh波ZH幅度比只和台站下方的结构有关,与震源机制和方位无关.相对于Rayleigh波相速度,作为独立的量,ZH幅度比对浅层速度结构更为敏感,因此可以用来约束浅层,尤其是沉积层的速度结构.近年来,大规模地震台阵的出现为研究面波成像方法提供了高质量的三分量数据,也为Rayleigh波ZH幅度比的应用提供了基础数据,因此,Rayleigh波ZH幅度比和相(群)速度的联合反演成为研究者关注的课题,并广泛用于弥补单独相(群)速度反演对浅层结构约束不够的缺点.本文从横向均匀介质的面波理论出发,结合三维面波的散射理论及变分原理,对Rayleigh波ZH幅度比的理论基础,灵敏度核的计算,ZH幅度比的提取方法及其在地壳结构反演中的应用进行评述.

储层物性的地震预测技术综述
韩宏伟, 程远锋, 张云银, 王兴谋, 曲志鹏, 隋志强, 冯德永, 梁鸿贤, 王玉梅, 慎国强
地球物理学进展    2021, 36 (2): 595-610.   DOI: 10.6038/pg2021DD0382
摘要147)   HTML13)    PDF (7978KB)(133)    收藏

想要掌握储层物性的空间分布情况,地震预测是不可或缺的手段.近半个世纪期间,主要出现了7种有关储层物性地震预测的方法技术,包括阻抗反演技术、储层物性间接反演技术、储层物性波动方程反演技术、地质统计方法和人工智能预测方法,以及以上方法技术所依赖的机理性岩石物理分析技术和统计岩石物理分析技术,本文论述了这些方法技术的原理及现状.从反射地震数据出发反演得到地层的声阻抗和弹性阻抗,这已经是石油工业界常规的技术流程.借助理论和实验手段进行机理性岩石物理分析,进而经由储层物性和阻抗间的媒介关系进行储层物性的间接反演或是基于波动方程进行直接反演,这是进行储层表征的有效途径.另外,地质统计方法和人工智能方法在储层物性的空间展布预测方面正发挥着独特的作用.很多情况下,简化物理模型难以描述复杂的动力学机制,而综合了岩石物理理论、随机模拟和Bayes估计的统计岩石物理分析技术是另外一种可供选择的储层物性预测方法.同时,本文也客观地指出了每种预测技术的优点、适用性和局限性,以便读者可以迅速掌握各种技术手段的精髓,并在工作中能够选用适合自己任务特点的储层物性地震预测技术.

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地球物理学进展    2020, 35 (6): 0-0.  
摘要15)      PDF (444KB)(130)    收藏
小行星引力场综述
郭茜, 鄢建国, 杨轩, 金炜桐, 李斐
地球物理学进展    2021, 36 (1): 1-7.   DOI: 10.6038/pg2021EE0045
摘要232)   HTML16)    PDF (951KB)(129)    收藏

近年来小行星探测已成为各航天大国的热点,小行星引力场对研究其内部结构、组成成分、早期演化和探测器轨道设计、着陆等方面有着极其重要的作用.随着小行星探测数据的不断更新、探测任务的增多和观测技术改进,针对小行星引力场的研究也在不断增多并产生新的进展.目前获取小行星引力场的方法主要为利用探测器飞掠过程中得到的轨道跟踪数据反演引力场及根据小行星形状模型正演引力场两种方法.本文对这两种方法进行介绍,通过回顾几个取得较大进展的小行星探测任务,综述截至目前小行星引力场模型的发展现状,分析各个研究模型的优缺点,并对小行星引力场的发展进行展望.

地震全波形反演及其探测壳-幔结构的研究进展
蒋梦凡, 孙伟家, 塔力哈尔·哈帕尔, 魏伟, 李卿卿, 符力耘
地球物理学进展    2021, 36 (2): 464-480.   DOI: 10.6038/pg2021EE0024
摘要140)   HTML19)    PDF (8054KB)(121)    收藏

地球介质的物理属性 (如速度) 隐含了地球内部结构和演化信息,因而获取高精度的地下介质模型是探测内部结构的重要目标之一.全波形反演方法利用地震观测记录的振幅、相位等全波信息来重建速度和密度等介质参数模型,被认为是建立高精度地下介质模型的最有潜力的研究方法之一,其不但是石油勘探地震成像的主要研究方向,而且在结构地震学获得了较高关注和初步应用.随着该理论的完善以及计算机技术的发展,全波形反演方法已被应用于大陆尺度以及全球尺度的壳-幔结构探测,并成为探测地球深部结构的研究方向之一.本文首先简述了全波形反演理论研究及应用进展,包括地震波场正演模拟方法、目标函数构建、迭代优化方法、初始模型建立等;然后介绍了全波形反演方法在澳大利亚、东亚、欧亚大陆以及全球尺度的上地幔结构研究,并分析其探测壳-幔结构的效果;最后给出算法的优化策略(例如地震波场正演模拟、目标函数、寻优算法等),时间域或频率域的多尺度反演策略,结合其他反演方法(如走时反演)的多手段联合反演策略以及高性能计算技术将是全波形反演方法突破计算瓶颈并在内部结构成像广泛应用的可能途径.

城市地下管线探测研究进展与发展趋势
陈思静, 胡祥云, 彭荣华
地球物理学进展    2021, 36 (3): 1236-1247.   DOI: 10.6038/pg2021EE0257
摘要114)   HTML9)    PDF (1988KB)(120)    收藏

地下管线是城市基础设施的重要组成部分,是保障城市运行和发展的“生命线”.但由于建设规模不够、资料保存缺失、日常管理不足等原因,对于地下管线的精准探测变得愈加困难.为此,本文对国内外关于地下管线探测的文献进行了系统调研,详细梳理了常见地下管线的分类、材质、规格以及敷设方式,分析了不同管线的地球物理特征,并重点介绍了当前应用于管线探测的主流地球物理方法(如电磁感应法、探地雷达法等)和非地球物理方法(如惯性陀螺仪定位法、声学探测法等)的应用原理、发展概况、探测优势与应用局限.总结得知,无论是单一探测法,还是综合探测法,都取得了不错的应用效果.其中,利用电磁感应法探测金属管线优势明显、效果显著,包括追踪小口径电力、通讯电缆都能保证较高的精度.而探地雷达则是当前探测非金属管线的首选工具.两种方法互为补充,是地下管线探测应用最普遍的技术,但其抗干扰能力和仪器的探测精度仍有待进一步提高.同时惯性陀螺仪定位法、声学探测法等非地球物理方法也在近些年逐渐得到应用和推广,对主流的地球物理方法做了很好的补充.随着科技不断发展,地下管线探测技术与3S、信息网络、数字测绘等技术联合应用,建立健全集成统一的地下管线信息系统将是未来发展的必然趋势.

微动勘探波束形成与台阵响应特征
殷勇, 张红梅
地球物理学进展    2020, 35 (6): 2416-2428.   DOI: 10.6038/pg2020EE0035
摘要168)   HTML14)    PDF (9711KB)(118)    收藏

目前应用于微动勘探的波束形成算法主要有常规波束形成(CBF)和自适应波束形成(MVDR/Capon).常规波束形成算法简单清晰,鲁棒性强,分辨率仅取决于台阵结构;自适应波束形成算法分辨率高,波束形成器的权重函数依赖于输入数据,分辨率是数据相关的.采用波束形成器对单色平面波的波慢度及来波方向进行估算的准确性是判断算法是否优异的关键.首先,本文针对不同的台阵结构,求取两种波束形成器台阵响应函数(ARF),得出同一台阵结构,自适应波束形成器均优于常规波束形成器,并给出选择优越且经济台阵结构的建议.其次,采用自适应波束形成算法,模拟不同波长单色平面波通过圆形或嵌套圆形台阵,得出波长大于台阵孔径时,波束效果极好;小于台阵孔径时,波束形态中旁瓣能量有所增强,波束效果变差.随后模拟两列单色平面波从不同方位通过台阵,波束形成功率谱形态变得复杂,对波慢度及来波方向估算误差增大,甚至失效.最后,我们通过3个比较典型的实例,来说明自适应波束形成(MVDR/Capon)具有大测深,高分辨的优异性能.

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地球物理学进展    2021, 36 (3): 0-0.  
摘要5)      PDF (439KB)(116)    收藏
兰州市西部地热资源大地电磁探测
金维浚, 杨磊, 张丽莉, 孙海川, 尚彦军
地球物理学进展    2021, 36 (1): 161-169.   DOI: 10.6038/pg2021EE0225
摘要149)   HTML4)    PDF (8295KB)(115)    收藏

甘肃与青海边界的民和盆地为中新生代盆地,其中含有油气和煤炭资源,随着开采资源枯竭,适合就近利用的地热资源的勘探评价具有重要的实际价值.通过4条大地电磁剖面(D5,D9,D13,D17)对民和盆地局部地壳电性结构、区域构造进行了探测,对本区地热资源进行初步评价.采用德国Geometrix公司GMS07e电磁系统,按64 Hz和4096 Hz采样率分别进行了2~3 h和5 min的采集,由仪器系统软件Procmt进行时频转换,得到各测点频率-电阻率和相位曲线,通过数值圆滑处理对曲线进行拟合,采用相似原理对曲线进行静校正,最后采用非线性共轭梯度法进行二维TM+TE联合反演得到电阻率剖面.结果显示在不同剖面隐伏的F18断层表现特征有所差别,在D5和D13表现为背斜相关断层,而在D9线表现为低角度断层,产状不稳定,说明F18断层属于压扭性.在D13和D17线探测到F19断层,从地层电阻率对比推测其性质为由西向东的逆冲断层.盆地基底埋藏深度从西南向东北逐渐变浅.在D5、D13线南部和D9线北部热储层深度分别在1000 m左右;而在D9线南部和D13北部热储层深度在1500~2000 m左右.

基于蒙古东戈壁AMT数据的“死频带”分析
李红领, 王光杰, 杨磊, 康慧敏, 何国丽
地球物理学进展    2020, 35 (6): 2153-2158.   DOI: 10.6038/pg2020DD0094
摘要242)   HTML8)    PDF (4117KB)(114)    收藏

音频大地电磁测深是利用1 Hz~10 kHz频率范围内天然电磁场进行勘探的一种被动源电磁法.天然电磁场本身信号微弱,尤其是1 k~5 kHz有时甚至会低于仪器噪声水平,被称为“死频带”.“死频带”电磁场信号微弱,且具有昼夜变化的特点,晚上信号强度强于白天.“死频带”范围内正交的电场和磁场的相关度较低.“死频带”的影响在视电阻率曲线上表现为在1 k~5 kHz范围内的频点出现严重脱节现象,但不同频点受到的影响程度不同,其中1500 Hz受影响最严重.文章利用在蒙古国东戈壁省安静电磁环境中取得的AMT数据充分分析了“死频带”的频谱和相关性等数据特征,及其对视电阻率和相位曲线的影响,并使用时间域去噪法处理“死频带”数据收到了一定的效果,即,选择满足约束条件的时间序列,删除不满足约束条件的时间序列,这里的约束条件可以是电磁场强度或者电场与磁场的相关度.具体做法为在时频变换的基础上,通过设置一定的临界值检索信号强度较大的特定频率的高频脉冲,然后重新组合成新的时间序列.最后对仪器的采集方案提出了改善意见.

综合物探在中深层地热勘查的应用研究
李丛, 张平, 代磊, 李中明, 任伟, 袁青松, 张栋, 李鹏飞, 刘家橙
地球物理学进展    2021, 36 (2): 611-617.   DOI: 10.6038/pg2021EE0515
摘要90)   HTML3)    PDF (4085KB)(113)    收藏

重力异常是地层不同规模、形态以及埋深的非均匀地质体的综合响应,通过分析重力异常信息,可以探测区域地质构造、隐伏构造以及地层分布规律.在阐明区域地质概况及物性特征的基础上,针对城市特殊的场地环境及干扰因素,提出了以重力勘探法为主,地震方法为辅助手段的综合物探组合模式,并且研究了综合物探的可行性和互补性,通过实验数据和实际数据对比分析,可以很好的识别地质体边界和断层,推断断裂分布规律,确定具有控热构造的储层位置.本文通过研究综合物探方法在地热勘查中的应用,给出钻井建议,从而解决了地质结构不清、目标不明、钻探风险很大等地质问题.通过地热井验证表明,水温水量达标,地热供暖效果良好,充分发挥了地球物理方法在中深层地热勘查中的作用.

人工智能技术在地震减灾应用中的研究进展
隗永刚, 蒋长胜
地球物理学进展    2021, 36 (2): 516-524.   DOI: 10.6038/pg2021EE0164
摘要167)   HTML9)    PDF (2654KB)(112)    收藏

近年来人工智能(AI)技术的迅猛发展,引领了包括地震减灾在内的众多科技领域的前沿.为反映和描述当前人工智能技术的引入和促进地震减灾科技发展的全貌,本文系统整理和回顾了近10年来已发表的相关文献,解读了其在地震监测预警、地震预测、风险防治、应急处置与风险管理四个方面取得的主要技术进展,具体包括事件检测、震源参数测定、事件类型识别、智能手机数据应用、地震事件预测、煤矿开采诱发地震预测、地震灾害风险评估、建筑结构安全状态评估、地震灾情快速获取、地震灾害风险感知、地震灾害风险管理等方向.其中机器学习技术尤其是深度学习技术在提升地震减灾科技应用服务的精度和准确性上发挥了重要作用,而自然语言和语义分析技术主要在地震应急处置和风险管理领域发挥作用、显著拓展了新的数据信息资源和服务能力.在可预见的未来,人工智能技术的引入和应用的新的拓展,还将继续引领地震减灾科技前沿.

一种基于重磁数据智能融合的深部地质建模方法
葛藤菲, 黄旭钊, 范正国, 何敬梓, 王思浔
地球物理学进展    2020, 35 (6): 2323-2331.   DOI: 10.6038/pg2020EE0263
摘要128)   HTML7)    PDF (6015KB)(108)    收藏

三维地质建模可应用于地质体深部构造研究、地下水资源调查、裂缝变形监测、地质灾害预测等方面.地表地质填图已有多种成熟的方法,但是地下深部地质建模依然面临诸多挑战.理论上,地下深部地质构造尽管肉眼不可见,但重、磁、电、震等地球物理信息可以在某种程度上间接反映深部地质构造情况.本文结合近年来快速发展的现代信息处理技术,基于较为成熟的重磁数据反演方法,尝试提出了一种基于重磁数据融合的地下深部岩性智能识别及建模方法,并通过试验数据验证和戈壁荒漠地区实测数据应用,表明该方法具对于深部地质构造的分析及矿产发现有很好的应用潜力.

基于最小二乘偏移的地震分辨率分析
刘国章, 魏伟, 符力耘, 孙伟家
地球物理学进展    2020, 35 (6): 2171-2180.   DOI: 10.6038/pg2020DD0462
摘要135)   HTML4)    PDF (2953KB)(108)    收藏

最小二乘偏移将地震成像过程视为一种最小二乘线性反演问题,能有效降低由数据不规则引起的偏移假象,改善窄频率或窄波数带宽、复杂变化子波和强吸收衰减所造成的偏移噪声,进而提高复杂勘探目标的成像分辨率,得到更接近真实地层反射系数的振幅信息,是解决深层油藏描述和油藏监测问题的重要手段之一.理论上,最小二乘偏移能完全消除采集的有限孔径和不规则性对成像的影响,获得最佳的空间分辨率和振幅精度,但在实际应用中,由于反演精度和迭代次数的限制,最小二乘偏移过程仍会受到采集因素的制约,需要对其效果进行评价.但另一方面,最小二乘偏移的分辨率特征及其采集需求与传统偏移具有明显的差异,传统的分辨率评估手段也不再适用.基于此,本文提出了一种基于最小二乘偏移的地震采集观测系统聚焦分辨率定量评价方法,能在采集施工前,针对复杂三维速度模型中的目标点、目的层或目标区域,基于最小二乘偏移算法定量预测待选采集方案的分辨率和振幅精度,进而反馈采集参数设计,从数据采集的源头提高复杂地区的地震成像效果.实例应用结果表明,在较复杂介质条件地区或存在地表采集障碍区的情况下,最小二乘聚焦分析得到的偏移噪声、分辨率和角度域振幅精度均要明显地优于一步法聚焦分析的结果,采用最小二乘聚焦分析可以实现更准确的采集评价.

南海北部壳幔结构特征及其地球动力学过程指示
李文兰, 周元泽, 崔清辉
地球物理学进展    2021, 36 (1): 19-29.   DOI: 10.6038/pg2021EE0073
摘要149)   HTML19)    PDF (3850KB)(107)    收藏

地壳和上地幔结构及其性质对于理解地球浅部构造演化过程具有非常重要的指示作用. 南海地区位于亚洲东南部,其构造演化长期以来受到了特提斯和太平洋构造域的控制. 晚中生代以来, 南海北部经历了主动大陆边缘向被动大陆边缘的演化, 并且发生了多期次拉张构造运动, 形成了一系列裂陷和盆地. 近几年来, 地震学探测方面的丰硕成果为理解此过程提供了有效的约束. (1)地壳结构方面而言: 海底地震探测结果表明, 南海北部陆缘地壳厚度范围为7~32 km, 最厚和最薄处分别对应着东沙隆起和白云凹陷. 深地震反射/折射剖面结果显示南海东北部大陆架和洋陆过渡带的下地壳底部发育有明显的高速层, 厚度为0~10 km, 且向洋盆减薄并尖灭, 此特征与张裂运动后岩浆底侵过程一致. 东沙隆起的上地壳岩性为长英质,表明该区12 km厚的下地壳高速层可能与中生代太平洋板块俯冲产生的火山弧有关. (2)在岩石圈尺度上: 面波成像结果显示,南海北部的岩石圈比周边陆块的要薄一些, 大致在60~75 km之间, 为中生代俯冲形成的软弱带. (3)上地幔结构方面: 体波层析成像结果表明在南海北部地区地幔转换带内存在高速异常, 三重震相波形拟合则进一步约束了该高速异常体, 即厚度为209~225 km, P波高速异常为1.5%~3.5%, 其可能为中生代太平洋俯冲板片或伴随有大陆岩石圈拆沉体, 也可能是古南海北部板片的俯冲残留体. 滞留板片带来的低温异常导致410 km间断面抬升了5 km, 660 km间断面下沉了5~15 km. 与此同时, 在地幔转换带之上存在厚度为60~75 km,P波低速异常为2.0%~2.5%的低速层, 其可能与地幔转换带内俯冲板片脱水有关.

曲波变换与傅里叶变换联合压制面波方法研究
路鹏飞, 郭爱华, 何月顺, 张建坤, 石文武, 吴开龙
地球物理学进展    2020, 35 (6): 2181-2187.   DOI: 10.6038/pg2020DD0464
摘要177)   HTML6)    PDF (3604KB)(106)    收藏

面波是叠前地震资料主要干扰噪声,严重干扰有效信号的分析与处理.由于面波频带和有效波频带总有重合部分,单纯从时间域或频率域压制面波,效果不理想.曲波变换具有多尺度、多方向性的优势,利用这一特征,可以将含面波噪声的地震信号变换到曲波域,对面波曲波域系数置零进行去除.但是此方法很难选出合适的分解层次及参数将面波和有效波完全分离,针对此问题,本文提出一种利用曲波变换与傅里叶变换联合压制面波的方法.该方法将含面波噪声的地震信号变换到曲波域,最大限度分离含面波噪声成分的曲波域系数和有效信号的曲波域系数;对分离出的含面波噪声成分的曲波域系数,进行傅里叶变换,变换到频率域,在频率域对含面波成分的曲波域系数进行面波噪声压制;然后进行傅里叶反变换、曲波反变换,得到压制面波噪声后的地震信号.理论模型与实际地震资料的应用结果表明,本文方法在压制面波的同时,较好地保护了反射波有效信号.

2020年1月19日新疆伽师县MS 6.4级地震InSAR同震形变场与断层滑动分布反演
李成龙, 张国宏, 单新建, 屈春燕, 龚文瑜, 贾蕊, 赵德政
地球物理学进展    2021, 36 (2): 481-488.   DOI: 10.6038/pg2021EE0176
摘要129)   HTML6)    PDF (6301KB)(105)    收藏

利用欧空局Sentinel-1A SAR数据,重建了2020年1月19日新疆伽师县MS 6.4地震InSAR同震形变场.以升降轨InSAR形变场联合约束,反演了发震断层参数与同震滑动分布.结果表明,地震同震形变场(长轴走向近EW向)发生在柯坪塔格褶皱带与奥兹格尔它乌褶皱带之间的区域内,升降轨观测的视线向(LOS)形变量相同,反映出发震断层运动性质是以逆冲为主,最大LOS向形变量约7 cm,干涉形变场呈现非对称性分布.断层模型反演结果显示,破裂区域长度为24 km,宽 8 km,集中于地下深度4~6 km范围内,同震最大滑动量约0.34 m,平均滑动角85°,矩震级为MW 6.0,北倾(倾角15°)逆冲推覆运动主导着断层破裂,兼具少量走滑运动分量.从发震断层模型、同震滑动深度分布及破裂运动学特征推测,这次伽师地震的发震构造是柯坪塔格褶皱带山前出露的柯坪塔格逆断裂,且支持柯坪塔格地区的薄皮构造模型.

便携式节点地震仪数据采集和处理技术进展
任彦宗, 卢占武, 张新彦, 薛帅, 刘子龙, 程永志, 蔡玉国
地球物理学进展    2021, 36 (2): 779-791.   DOI: 10.6038/pg2021EE0097
摘要164)   HTML8)    PDF (11651KB)(105)    收藏

地震学方法在地球物理的研究中占有重要的地位,便携式节点地震仪凭借着其灵活性、低价格、高效率等特点越来越多地出现在地球物理探测领域.本文基于已有的便携式节点地震仪应用实例,对数据采集流程和数据处理技术进行了简要介绍,还阐述了其在主动源与被动源数据采集中相比于传统采集的差异和优点.相比较宽频带流动台阵,便携式节点地震仪观测形式的主要特点是短周期密集台阵方式.近年来,便携式节点地震仪的短周期密集台阵观测在利用被动源地震开展深部结构探测的应用越来越广泛.本文就SPAC、HVSR、背景噪声成像及接收函数四种方法在节点地震仪的应用中进行了评述,分析了几种处理技术的原理和特点,最后探讨便携式节点仪器相比宽频带仪器的优缺点,为未来发展灵活地震采集技术提供一点参考.

F-K域多尺度瑞雷面波全波形反演
周云腾, 张致付
地球物理学进展    2020, 35 (6): 2309-2314.   DOI: 10.6038/pg2020DD0134
摘要159)   HTML7)    PDF (3648KB)(104)    收藏

瑞雷面波,又被称为地滚波,具有强能量和频散特性.面波对地下介质中横波速度十分敏感,利用面波测量浅层剪切波速度结构,已经在浅表勘探领域有了广泛的应用.本文研究瑞雷面波波场的F-K域全波形反演方法,成像近地表横波速度结构.首先对地震数据进行二维傅里叶变换至F-K域,以F-K域振幅谱数据构建目标函数,降低了面波波形反演的非线性;通过对目标函数的迭代求解,得到最优的反演速度模型.并且,采用从低频到高频的多尺度反演策略,减小了面波波形反演中对初始模型的依赖,缓解了周期跳跃的问题.为了验证本文方法的可行性,对水平层状模型、横向变速模型及异常体模型的横波速度结构反演,结果显示,F-K域面波波形反演方法能够有效的对近地表横波速度模型进行重构,得到高分辨率的近地表速度成像.

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地球物理学进展    2021, 36 (1): 0-0.  
摘要12)      PDF (438KB)(103)    收藏
AMT和高密度电法结合探测稻城LHAASO项目区隐伏断层和基岩埋深
尚彦军, 金维浚, 肖刚, 何万通, 杨朋
地球物理学进展    2021, 36 (1): 250-257.   DOI: 10.6038/pg2021EE0079
摘要144)   HTML3)    PDF (7237KB)(102)    收藏

高海拔花岗岩区裸露基岩丘与多成因沉积物盆垄显示地质条件变化较大,给高海拔宇宙射线观测站(LHAASO)工程建设带来挑战.地质调查和物探相结合,对场区大范围勘察以求规划避让断层,中心区WCDA小范围精细探测以刻画基岩顶面起伏变化,便于地基设计.采用音频大地电磁法(AMT)和高密度电法相结合,在场区和中心区布网探测.结果发现,在避开区域断层后,不同规模断层在场区依然存在,与区域断裂构造NNE走向和节理走向不完全一致,影响到局部坳陷盆地规模走向和沉积物分布.场区基岩埋深20~60 m,变化较大.受第四纪冰川和现代河流作用,堆积了厚达30 m冰碛物和60 m冲洪积物,分布在场区约4 km2范围内,而靠近较大规模断层破碎带的堆积物厚达100多米.分析结果被后期钻探验证,为工程规划设计提供了科技支撑.

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地球物理学进展    2021, 36 (2): 0-0.  
摘要5)      PDF (443KB)(100)    收藏
应力变化与流体(水位、水温、水化学、土壤气等)变化的耦合机理及其在川滇地区地震前兆研究中的应用
杨秋野, 张艳, 符力耘, 张旺, 胡俊华, 黄辅琼, 曹呈浩
地球物理学进展    2020, 35 (6): 2124-2133.   DOI: 10.6038/pg2020DD0404
摘要185)   HTML5)    PDF (3264KB)(99)    收藏

诸多研究表明,地下流体物理化学性质的变化是地震短临前兆的有效指标.川滇地区是地震前兆反应的敏感区域,前人的诸多研究表明地震前很多地震观测台站有明显的水位、水温、水氡、应变、电磁场等前兆异常.应力变化是影响孕震和地震触发的一个重要因素,流体观测包含有区域应力-应变场和断层活动的信息.本文通过总结梳理认为,解释地震导致的地壳变形时不仅需要考虑静态弹性应变,还需要考虑浅层地表孔隙压(流体)变化导致的同震体应变变化的影响.此外,通过总结发现除了需要研究地下流体和应力变化的耦合机理外,还需要结合含水层介质特征物性参数,并结合与应力变化密切相关的水温、水化、土壤气等数据的收集分析,才可能为探究地震孕育的前兆异常做机理分析铺垫.并且,多个参量的综合观测可以增强地震前兆的可信度以及大家进一步深入探究地震前兆的信心.

高密度三维地震观测系统炮检距均匀性评价
王超越, 董守华
地球物理学进展    2020, 35 (6): 2220-2227.   DOI: 10.6038/pg2020EE0226
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炮检距均匀性是评价观测系统重要指标之一,均匀的炮检距有利于压制和衰减噪声干扰,有利于接收浅、中、深层反射波,并能提高速度分析精度,炮检距的均匀性可用炮检距的均匀度来评价.在煤田高密度三维地震观测系统设计中提出一种炮检距均匀度计算方法,在定性分析单个面元炮检距均匀性基础上,为了能够定量分析所有面元炮检距分布和采集脚印均匀性,提出了炮检距均方根均匀度、平均均匀度、修正标准差均匀度、最小的和最大的均匀度指标与计算方法.对杨柳矿高密度三维地震区5种观测系统方案的炮检距均匀度分析,试验结果表明,若均方根均匀度和平均均匀度两项指标均为最大值,同时修正标准差均匀度指标为较小值,该观测系统炮检距均匀性是最优的.

基于气枪信号偏振特征的震相自动判别研究
金星, 林彬华, 蔡辉腾, 韦永祥, 李军, 郭阳, 于伟恒
地球物理学进展    2021, 36 (1): 8-18.   DOI: 10.6038/pg2021EE0092
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气枪震相拾取是地下结构探测的一项基础性工作,震相拾取的精度和波组类型的可靠度是速度结构反演的关键.本文提出了基于偏振特征的气枪震相自动识别方法,通过将水平分量旋转为径向和切向分量,由垂向分量和径向分量构成的偏振特征量初步判别P波组和S波组,根据质点运动轨迹确定出偏振角和偏振线性度参数,针对偏振角大小判别出具体波组类型Pg、Pn、PmP、Sg、Sn、SmS,结合STA/LTA-AIC、理论走时与振幅等特征形成一套气枪震相自动识别技术.采用龙门滩水库气枪信号叠加500次的波形对自动识别算法进行测试,结果表明,本研究的偏振识别方法正确识别率为91%,漏识别率为9%,误识别率为13%,识别效果优于一般识别方法,特别是震中距130~180 km波组交汇处的判别更能发挥其作用.通过对气枪偏振特征的研究既提高了气枪震相拾取的精度和效率,也为不同类型波组的正确识别提供潜在的技术手段.

基于深度卷积生成对抗网络的瑞雷波信号随机噪声去除
俞若水, 张勇, 周创
地球物理学进展    2020, 35 (6): 2276-2283.   DOI: 10.6038/pg2020EE0060
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瑞雷波勘探是一种新兴的环境与工程地球物理勘探方法,野外采集的瑞雷波数据常含各种噪声干扰,对瑞雷波信号进行去噪处理至关重要.本文提出了一种基于深度卷积生成对抗网络(DCGAN)的瑞雷波信号随机噪声去除方法,其关键在于构建一个适用于瑞雷波信号去噪的DCGAN,包含生成器与判别器两部分.生成器由一个全卷积神经网络(FCN)构成,用于学习含噪数据到无噪数据的特征映射;判别器由一个卷积神经网络(CNN)构成,用于辅助生成器训练.基于DCGAN的去噪方法的实现分为三步:数据预处理、网络训练和噪声去除.一旦网络训练完成,去噪过程无需更多人为调整参数,减少了人力成本.对实际数据进行去噪试验,从地震数据和频散曲线两方面评价去噪效果,验证了本文方法的可行性,且相较于常用的小波变换、F-X反褶积算法,本文方法在不同比例噪声情况下均具有更好的去噪效果,对瑞雷波信号去噪方法选取有一定参考意义.

机器学习在地震事件自动检测中的应用综述
罗仁昱, 陈继锋, 尹欣欣
地球物理学进展    2021, 36 (3): 923-932.   DOI: 10.6038/pg2021EE0221
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很多地震学问题的解决都依赖于地震事件的准确检测,随着计算机软硬件的快速发展,机器学习学科发展迅速,其在地震事件自动检测中的应用在过去几十年被广泛研究,不同的机器学习算法被应用于火山喷发、天然地震等事件的自动检测中.本文介绍了自动检测的经典算法和基于相关性的算法,系统概述了机器学习领域内各种算法在地震事件检测中的应用现状,对目前的算法做简要对比分析,最后针对地震事件自动检测领域内存在的问题进行了讨论,探讨了未来的发展方向.

VTI介质速度与δ参数qP波全波形反演
孙史磊, 毛伟建, 任志明, 李振春
地球物理学进展    2020, 35 (6): 2203-2210.   DOI: 10.6038/pg2020EE0011
摘要131)   HTML5)    PDF (3243KB)(92)    收藏

获取准确的速度与各向异性参数模型,是全波形反演的主要目标.由于各向异性参数的敏感性较差,常规全波形反演方法很难同时得到满意的速度和各向异性参数模型.本文提出一种新的VTI介质qP波全波形反演方法.采用动校正速度参数化方式得到新的VTI介质qP波方程,改善各向异性参数δ对近偏移距数据的敏感性.在新的方程中,推导了VTI介质全波形反演梯度公式.基于敏感核分析设计了合理的分步反演策略,来缓解不同参数之间的串扰,进而提高速度和各向异性参数的反演精度.模型算例表明,新的反演策略能够有效提高速度和δ参数的反演精度.分步反演方法在非线性更强的各向异性反演中,能够得到更接近真实值的反演结果.

基于五相孔隙Xu-Payne优化模型的测井曲线组合校正及应用分析
李洋, 向雪梅, 沈晖, 丁蔚楠, 魏三妹, 朱博华
地球物理学进展    2020, 35 (6): 2159-2170.   DOI: 10.6038/pg2020DD0206
摘要146)   HTML7)    PDF (12336KB)(90)    收藏

井眼条件常导致浅侧向曲线畸变失真,而在碳酸盐岩地层中,裂缝发育也会导致横波速度读取困难.为此,探索了一种综合利用五相孔隙Xu-Payne最小二乘优化模型和三项Greenberg-Castagna关系式的测井曲线组合校正法,首次对川西雷口坡组白云岩储层的一口重要探井进行纵波速度、密度和横波速度曲线校正,并提出曲线校正效果的“四方面评价法”,即运用实验数据验证法、岩石物理诊断量板法、井径影响交会分析法和纵横波匹配分析法四种方法评价曲线校正的改进质量.结果表明,利用校正后的曲线可有效改进弹性参数对白云岩储层和气层识别的能力.通过敏感性分析,揭示了雷口坡组白云岩储层和含气层的弹性参数响应特征,优选出区分非储层和各类气层敏感性最高的纵横波速度比、泊松比、λ/μ等三个弹性参数或弹性参数组合.

青藏高原东北缘扩展变形范围与深部结构
刘愿, 程斌, 杨钊
地球物理学进展    2021, 36 (3): 908-922.   DOI: 10.6038/pg2021EE0159
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青藏高原东北缘的隆升和扩展一直是地学界长期关注的重要科学问题,对于研究整个青藏高原的形成演化过程具有非常重要的意义.青藏高原东北缘是高原向北东方向扩展变形的结果,其进一步向北东方向扩展变形的边界范围长期存在较大争议.本文主要收集了近年来前人在青藏高原东北缘及其邻区开展的浅表地质、地壳-上地幔三维结构以及壳-幔变形的相关研究并进行综合分析.前人通过构造热年代学、构造解析等方法的研究,揭示出中-晚新生代以来,海原弧形构造区以及更北端的贺兰构造带—银川地堑发生的强烈构造活动均与高原的隆升、扩展有关,认为高原东北缘向北东方向扩展变形的浅表范围已经越过海原弧形构造区,到达贺兰构造带—银川地堑.深部地球物理探测显示,海原弧形构造区深部结构构造改造过程与青藏高原向北东方向扩展有关.但是其更北端的(贺兰构造带—银川地堑)深部结构构造改造过程是否与青藏高原的扩展有关,目前尚存在一定的争议:重力异常及其大地电磁、部分层析成像、接受函数、地震波各向异性等方法的研究结果揭示,贺兰构造带—银川地堑下方存在大规模代表青藏高原东北缘软流圈的低速异常体、低电阻体,以及其下地壳-上地幔存在NW-SE向的各向异性方向与青藏高原东北缘的快波方向一致,这可能反映其主要是受到青藏高原向北东方向扩展、变形的影响;但是也有研究显示贺兰构造带—银川地堑存在的低速异常体较南部弱,或者规模较小、以及推测贺兰构造带—银川地堑存在中-下地壳NW-SE向的各向异性方向主要是由于存在形变各向异性导致的,认为青藏高原东北缘的边界位于海原断裂带.