海底地震勘测理论与应用(第2版)

本书对多年实践积累的海底地震(OBS)勘测相关技术进行了总结，对教科书中的一些相关的地震波基础理论作了解释性推导。全书共分9章，介绍了海洋地壳的特点、弹性本构关系和弹性波基本解与广义反射透射理论、地震波传播和分界面上的反射及透射、OBS基本结构和信号特点、OBS海上作业实用技术和数据处理技术、2-D和3-D反演建模方法、横波和多次波的应用、天然地震的OBS接收函数和各向异性反演方法等。在主要章节中以OBS技术应用的大量实例，展示了在南海、西南印度洋中脊等地取得的研究成果。本书适合从事海底地震勘测的科研人员以及高等院校相关专业的教师、高年级本科生和研究生阅读使用。

再版说明
前言
第1章海洋地壳结构的主要特点1
1.1标准洋壳1
1.2洋中脊2
1.2.1超快速和快速扩张洋中脊3
1.2.2中速扩张洋中脊5
1.2.3慢速扩张洋中脊6
1.2.4超慢速扩张洋中脊9
1.3深海盆地11
1.3.1正常洋壳11
1.3.2异常洋壳13
1.4大陆边缘15
1.4.1主动大陆边缘15
1.4.2被动大陆边缘16
参考文献18
第2章弹性力学常用方程24
2.1弹性本构关系及常用方程24
2.1.1本构关系24
2.1.2各向同性线弹性常用方程27
2.1.3线弹性运动方程28
2.2弹性动力学方程的解31
2.2.1波动方程的基本解31
2.2.2标量亥姆霍兹方程的分解（柱坐标）33
2.2.3矢量亥姆霍兹方程的分解（柱坐标）33
2.2.4弹性动力学方程的本征矢量解（柱坐标）36
2.3水平层状介质的传输矩阵36
2.3.1均匀介质中微分方程的建立37
2.3.2均匀介质中上下行波分解（只讨论P-SV波）40
2.3.3边界条件和震源影响42
2.4弹性波传播矩阵43
2.4.1传播矩阵43
2.4.2半空间的响应43
2.5广义反射和透射矩阵45
2.5.1反射和透射45
2.5.2来自一个自由面下部区域的反射47
2.5.3层状叠加介质的反射和透射系数47
2.5.4自由面反射系数的组合关系48
2.5.5层状均匀介质的递推48
2.6水平分层介质的反射透射系数递推和地表位移49
2.6.1反射透射系数递推公式49
2.6.2表面源矢量的响应51
2.6.3上覆一个流体层52
2.6.4表面源附近的表面反射52
参考文献53
第3章弹性波的传播54
3.1层状介质走时方程54
3.1.1反射震相54
3.1.2折射震相56
3.1.3OBS折合时间剖面实例59
3.1.4折射波出射点距离的估计59
3.2分界面上的反射与折射60
3.2.1波动方程的解60
3.2.2分界面上的反射和折射系数66
3.2.3与Aki和Richards（1980）公式的对比68
3.3分界面上P波入射时的能量分配70
3.3.1P波入射势函数的能量分配（以张量形式推导）70
3.3.2P波入射位移的能量分配75
3.3.3数值计算75
3.4策普里兹方程77
3.4.1策普里兹方程推导77
3.4.2反射系数的近似线性表达78
参考文献79
第4章海底地震仪特性和海上作业技术80
4.1海底地震仪特性80
4.1.1设计原则80
4.1.2OBS结构和技术指标80
4.2德国GeoPro短周期OBS的主要性能83
4.3国产I-4C型宽频带OBS性能指标85
4.4OBS的海上作业技术86
4.4.1主要技术指标87
4.4.2调查设备87
4.4.3海上勘测88
4.4.4数据的初步整理90
4.4.5OBS资料的解释91
4.5OBS信号特点92
4.5.1气枪作业激发的信号92
4.5.2噪声特征及影响94
4.5.3天然地震记录96
4.5.4小结98
参考文献98
第5章OBS数据处理100
5.1数据格式转换100
5.1.1操作系统及预备工作100
5.1.2将原始数据转换成sac格式100
5.1.3将sac格式转为segy格式100
5.1.4将segy格式转为su格式101
5.2时间和位置校正101
5.2.1放炮时间和位置校正101
5.2.2OBS位置校正102
5.2.3OBS时钟漂移校正104
5.2.4增益恢复、滤波及预测反褶积处理104
5.2.5水深静校正105
5.3OBS天然地震的数据处理105
5.3.1OBS水平分量方位校正105
5.3.2其他处理106
参考文献106
第6章OBS的2-D剖面反演建模108
6.1震相识别与拾取108
6.2初始模型的建立110
6.2.1一般原则110
6.2.2利用已有反射地震剖面和水深测量数据110
6.3使用WARRPI进行初至波层析成像112
6.4使用RAYINVR进行速度结构成像114
6.5海底广角地震反演实例——南海礼乐滩OBS剖面114
6.5.1正演迭代算法获取的地壳模型116
6.5.2自动反演方法获取的模型118
6.5.3由反演模型对多道地震剖面进行时深转换获得的地壳结构120
6.5.4地壳模型对比分析122
6.5.5礼乐滩地壳结构特征及意义123
参考文献125
第7章OBS的3-D地震层析成像127
7.1方法原理127
7.2西南印度洋中脊3-D层析成像128
7.2.1初始模型128
7.2.2层析成像结果129
7.2.3模型评估139
7.3讨论145
7.3.1与全球超慢速扩张洋中脊地壳结构对比145
7.3.2关于洋壳厚度147
7.3.3热液喷口与构造关系151
参考文献152
第8章横波与多次波的应用156
8.1转换横波的识别156
8.1.1两种转换模式156
8.1.2震相拾取157
8.2S波的反演建模159
8.2.1走时模拟及反演159
8.2.2模型不确定性分析159
8.3由S波结构讨论南海共轭问题162
8.3.1礼乐滩及附近海盆的地壳结构特征162
8.3.2礼乐滩与中沙块体互为共轭162
8.4多次波的应用163
8.4.1多次波概念163
8.4.2多次波应用实例163
参考文献169
第9章海底天然地震的观测与研究方法171
9.1接收函数171
9.1.1基本概念171
9.1.2基本原理173
9.1.3几种典型地壳模型的接收函数数值模拟176
9.2OBS接收函数：地壳-岩石圈结构反演183
9.2.1数据处理方法183
9.2.2OBS实测接收函数的求取184
9.2.3S波速度结构反演186
9.2.4结果和讨论187
9.2.5模型评估及H-K叠加检验188
9.3OBS接收函数：MTZ厚度反演189
9.3.1求取MTZ厚度的速度谱叠加方法190
9.3.2西南印度洋中脊实例192
9.4地壳和地幔的各向异性193
9.4.1基本认识193
9.4.2地壳地幔各向异性成因机制194
9.4.3主要利用的震相195
9.5弱各向异性理论196
9.5.1本征值及本征矢量196
9.5.2各向异性界面上Pn的速度198
9.5.3各向异性界面上Sn的速度199
9.5.4Pn各向异性分析方法200
9.5.5SKS各向异性分析方法203
9.5.6ScS的分裂参数计算205
9.6地球各向异性的深度探测方法206
9.6.1基于XKS波分裂的深度计算方法207
9.6.2基于地震剪切波的深度约束方法209
9.6.3基于接收函数的各向异性深度计算方法209
9.7OBS各向异性研究实例210
9.8OBS微震观测研究实例216
9.8.1地震震相拾取和地震定位217
9.8.2求解震源机制解218
9.8.3讨论219
参考文献221