深地震反射数据处理技术研究及其在班公湖—怒江缝合带的应用

发布时间：2017-12-15 18:01

本文关键词：深地震反射数据处理技术研究及其在班公湖—怒江缝合带的应用

【摘要】：深地震反射技术能够有效探测研究岩石圈精细结构,是研究地球深部构造的有效手段之一。深地震反射技术发展自石油勘探领域的常规反射地震技术,两者具有共同的理论基础。但由于探测目标深度不同,深地震反射数据在采集方式以及观测系统设计上与常规地震有较大差异。为了探测更深的目标,深地震反射数据采集具有以下特点:震源激发能量大,接收排列长,道间距大,记录时间长等。这些采集参数上的差异使深地震反射资料具有不同于常规地震资料的特点。例如:过大的检波点间距导致空间假频严重,较大的震源激发能量以及较差的激发接收条件带来较为严重的线性干扰,过长的接收排列使常规双曲线速度分析方法在浅层远偏移距不再适用等等。因此有必要在数据处理手段方面做出改变以适应深地震反射数据的要求。本文首先分析了深地震反射数据的特点与处理难点,提出了一套适用于深地震反射数据的处理策略。然后深入研究了基于非等权系数的优化叠加方法以提高深地震反射数据的最终叠加效果。另外为了刻画深部弱信号,分析深地震反射剖面的时频特征,深入研究了基于匹配追踪的时频分析方法,并且研究实现了该算法基于OpenMP的并行加速以适应深地震反射数据量大的特点。最后将以上研究的处理技术应用于班公湖—怒江缝合带的深地震反射数据。具体的研究结果与认识包括以下四个方面:1、研究针对深地震反射数据特点的地震资料处理策略,确立了一套适用于深地震反射数据的处理流程。(2)针对近地表条件复杂、高程起伏剧烈引起的严重静校正问题,需试验多种静校正方法,有必要的话需采用高程低频静校正量与层析(或折射)高频静校正量相结合的方法解决中长波长静校正问题。之后通过分频模型迭代反射波剩余静校正与速度分析相互迭代的方式解决中短波长静校正问题;(2)针对深地震反射数据较大的空间采样间隔引起的较严重的空间假频现象,以及深部信号与浅层线性干扰具有相似频率、倾角特征的问题,采用分时窗的自适应面波衰减方法消除面波干扰,在此基础上利用径向道变换进一步消除线性干扰。该处理策略有效避免了f-k滤波在空间假频严重的情况下的困难;(3)针对随机异常振幅噪声采用多域、分频的噪声压制策略,进行多域去噪前应校正炮与炮之间的能量差异;(4)针对深地震反射数据长接收排列的特点,采用基于各向异性的速度分析方法使远偏移距反射得到准确校正。2、针对深地震反射资料的低信噪比特点,研究了基于非等权系数的综合优化叠加方法。地震叠前道集内各道信噪比通常有所差别,常规叠加方法不做任何区别进行等权叠加,使得低信噪比地震道降低了叠加结果的信噪比。研究综合考虑振幅、频率、偏移距和入射角多种因素评价地震道信号质量,依据地震信号质量高低分配不同的归一化的加权系数,增加高信噪比地震道在叠加过程中的权重。进行基于非等权系数的优化叠加可以有效降低低信噪比道在叠加过程中的负面影响,进而有效提高叠加结果的信噪比和分辨率。深地震反射数据的深部信号质量往往不佳,通过优化叠加能够有效提高深部的叠加成像质量。3、为分析深地震反射剖面时频特征并提取深部弱信号,研究基于OpenMP并行运算的匹配追踪时频分析方法。该方法能够实现子波分解重构和时频分析两方面功能。基于Morlet子波的匹配追踪技术可以将地震信号分解为符合地震信号特性的多个Morlet子波,通过将目标频率范围内的子波进行叠合可获得子波重构剖面,利用子波重构技术能够有效刻画目标频段的构造形态,例如对深地震反射数据深部Moho面的结构特征刻画。在子波分解的基础上计算各个子波的平滑伪Wigner-Ville分布并叠合能够得到不受交叉项干扰且具有较高时频分辨率的时频谱,通过时频分析技术可以对深地震反射数据的时频特征进行分析,例如根据低频阴影现象有助于识别地下潜在的熔融体。另外,为提高匹配追踪时频分析方法的计算效率,适应深地震反射数据量较大的特点,基于OpenMP技术研究并实现了匹配追踪时频分析方法的并行运算,充分发挥多核处理器的运算能力以提高算法计算效率。4、应用所提处理策略与算法对班公湖—怒江缝合带深地震反射数据进行处理。根据处理得到的地震剖面、子波重构剖面以及时频剖面综合分析得到以下四点认识:(1)深地震反射剖面揭示出中上地壳存在明显的碰撞挤压过程,班公湖—怒江洋闭合过程中洋壳受挤压而被抬升,北侧抬升幅度较大;(2)下地壳缺乏有效反射,对此给出两种解释:一是在班公—怒江洋闭合时下地壳经历了大规模重熔并形成了新的Moho面;二是塑性状态或为下地壳常态,则重熔过程不是必要条件;(3)根据子波重构技术刻画出的Moho面内部南侧北倾、北侧南倾的反射特征推断新生Moho面受到了南北挤压作用(可能与印度-欧亚板块碰撞有关),缝合带及其北侧羌塘地体的Moho面整体平坦,深度约为57-66km;(4)缝合带南侧与拉萨地体交界的下地壳底部(～62km)存在北倾的亮点构造,具有负极性、强振幅特点。利用基于匹配追踪的时频分析技术检测到该亮点构造附近存在低频阴影现象,认为此处存在局部熔融的可能性较大,亮点构造则可能代表了固态岩石与熔融物质的交界面。
【学位授予单位】：中国地质科学院
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：P631.4

【参考文献】

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