李 倩 酆少英 秦晶晶 田一鳴

(中國(guó)地震局地球物理勘探中心，鄭州 450002)

0 引言

深地震反射技術(shù)是探測(cè)巖石圈精細(xì)結(jié)構(gòu)及地球深部構(gòu)造的有效技術(shù)手段之一(鄧世廣，2017)。然而深地震反射數(shù)據(jù)的探測(cè)深度較大，測(cè)線經(jīng)過的區(qū)域構(gòu)造復(fù)雜(如斷裂帶發(fā)育、 地形起伏變化大)，地震數(shù)據(jù)采集過程中的激發(fā)和接收條件均較差，最終導(dǎo)致深地震反射數(shù)據(jù)頻率較低、 頻帶范圍窄、 信噪比和分辨率低下及反射信號(hào)能量弱等(楊文采等，1999； Rossetal.，2004； 楊卓欣等，2006； 劉金凱等，2010； Kumaretal.，2011)。此外，由于地殼深部存在各種形態(tài)的復(fù)雜地質(zhì)體，地震波在長(zhǎng)距離傳播中會(huì)發(fā)生能量吸收衰減等，導(dǎo)致深地震反射剖面中下地殼的反射波組經(jīng)常存在反射能量較弱、 連續(xù)性較差、 呈交織狀或帶狀分布的問題，這給地震資料的正確解釋以及地質(zhì)構(gòu)造的認(rèn)識(shí)帶來了困難(Lietal.，1997； 徐明才等，1999； 王海燕等，2007； 李文輝等，2012)。

譜分解方法通常使用離散傅里葉變換，將地震數(shù)據(jù)從時(shí)域轉(zhuǎn)換到時(shí)頻域，利用不同頻率的數(shù)據(jù)對(duì)不同地質(zhì)情況的敏感性來描述不同的地質(zhì)異常，是一種廣泛應(yīng)用于地震數(shù)據(jù)處理與解釋的方法，常被用于進(jìn)行儲(chǔ)層預(yù)測(cè)、 定位復(fù)雜斷層、 特殊地質(zhì)特征分析以及油氣識(shí)別等。近年來，隨著深地震反射技術(shù)的發(fā)展，譜分解方法也逐漸成為一種提取深地震反射數(shù)據(jù)中弱信號(hào)的途徑，并取得了一定的成果(Zhangetal.，2003； 鄧攻等，2015； 曲中黨等，2015； 鄧世廣，2017)。Rappin等(1991)分別使用加窗傅里葉變換和小波變換對(duì)ECORS的深反射地震數(shù)據(jù)進(jìn)行了時(shí)頻分析，以研究信號(hào)的頻率成分，認(rèn)為時(shí)頻分析方法可以給出地殼內(nèi)波的頻率特性和下地殼結(jié)構(gòu)的更多信息。Vasudevan等(2001)聯(lián)合使用Wigner-Ville分布(WVD)技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解(EMD)技術(shù)研究了加拿大Alberta南部跨哈德遜造山帶和阿爾伯塔基底橫斷面的深反射地震剖面，認(rèn)為時(shí)頻分析方法能夠揭示在任何給定時(shí)間處隨瞬時(shí)頻率變化的能量橫向變化規(guī)律； 同時(shí)也能揭示在任何瞬時(shí)頻率處隨時(shí)間變化的能量橫向變化規(guī)律。鄧攻等(2015)將S變換和Gabor變換應(yīng)用于深地震反射數(shù)據(jù)中，經(jīng)對(duì)比認(rèn)為S變換比傳統(tǒng)譜分解方法更具有優(yōu)勢(shì)，能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)分辨率，有效提取深部弱信號(hào)，提高深部弱反射信號(hào)的分辨率和信噪比，并能夠刻畫低頻細(xì)節(jié)特征，獲得更好的成像效果。曲中黨等(2015)使用基于S變換的軟閾值濾波方法對(duì)深地震反射廢炮的炮集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，認(rèn)為該方法能夠有效壓制頻帶范圍內(nèi)的混頻干擾，提高反射波組的信噪比，增強(qiáng)反射波組的連續(xù)性，提高深部莫霍面反射波組的分辨率，為后續(xù)深地震反射剖面的精細(xì)處理奠定了良好基礎(chǔ)。鄧世廣(2017)研究了基于OpenMP技術(shù)實(shí)現(xiàn)匹配追蹤時(shí)頻分析方法的并行計(jì)算方法，并將其應(yīng)用于班公湖-怒江縫合帶的深地震反射數(shù)據(jù)中，獲得了深地震反射數(shù)據(jù)目標(biāo)頻段內(nèi)的子波重構(gòu)剖面與時(shí)頻剖面。同時(shí)，其綜合運(yùn)用子波重構(gòu)剖面、 時(shí)頻剖面及純波剖面對(duì)班公湖-怒江縫合帶的深部反射結(jié)構(gòu)特征進(jìn)行了分析，并重點(diǎn)分析了上、 下地殼的反射特征，莫霍面內(nèi)部反射特征以及亮點(diǎn)構(gòu)造。盡管深地震反射數(shù)據(jù)中頻率隨時(shí)間的變化特征已經(jīng)逐漸得到應(yīng)用，但子波相位的變化特征尚未被利用，主要原因是深地震反射數(shù)據(jù)中相位的響應(yīng)特征不明顯，且難以提取。

隨著高分辨率時(shí)頻分析方法的出現(xiàn)，嘗試?yán)眯碌臅r(shí)頻分析方法對(duì)深地震反射數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)頻分布特征分析及相位提取具有重要意義。稀疏約束反演譜分解(SCISD)是基于反演的譜分解方法，能夠產(chǎn)生高分辨率的時(shí)頻譜，其以地震信號(hào)時(shí)頻譜的L1范數(shù)作為稀疏約束條件。該方法比基于變換的譜分解方法(如短時(shí)傅里葉變換、 連續(xù)小波變換及S變換等)具有更高的時(shí)頻分辨率、 更好的時(shí)頻聚焦性及抗噪性，能夠提取出相應(yīng)的時(shí)變子波相位信息，且不受時(shí)窗形狀和長(zhǎng)度的影響(韓利，2013； Lietal.，2016； 李倩等，2017)。稀疏約束反演譜分解方法已在石油地球物理勘探儲(chǔ)層低頻異常檢測(cè)、 儲(chǔ)層識(shí)別、 碳酸鹽巖孔洞型儲(chǔ)層識(shí)別等方面取得了一定成果。一方面，其能夠提供高時(shí)間分辨率的結(jié)果，利于薄儲(chǔ)層預(yù)測(cè)； 另一方面，能夠提供子波相位變化特征以進(jìn)行氣藏檢測(cè)及碳酸鹽巖孔洞識(shí)別。然而，目前其尚未應(yīng)用于深地震反射數(shù)據(jù)分析中。本文將稀疏約束譜分解方法應(yīng)用于三河-平谷8.0級(jí)大地震區(qū)深地震反射數(shù)據(jù)中，分析深地震反射數(shù)據(jù)的時(shí)頻、 相位特征，在目標(biāo)頻率范圍內(nèi)重構(gòu)信號(hào)，提取深部低頻有效弱信號(hào)，并將時(shí)頻剖面和重構(gòu)剖面相結(jié)合，研究三河-平谷8.0級(jí)大地震區(qū)深部反射細(xì)節(jié)特征。

1 基于非平穩(wěn)褶積模型的反演譜分解算法

Bonar等(2010)提出了一種基于反演的復(fù)譜分解技術(shù)，該方法將傳統(tǒng)的褶積模型拓展為一個(gè)多子波褶積模型，利用反褶積方法，使用不同頻率零相位的雷克子波將地震記錄在特定時(shí)刻分解成不同的頻率分量，即

(1)

其中，s(t)是地震記錄，k是與子波主頻線性相關(guān)的參數(shù)，I表示參與計(jì)算的反射系數(shù)向量或子波的總個(gè)數(shù)，wk(t)是主頻與角標(biāo)k相對(duì)應(yīng)的零相位雷克子波，rk(t)是具有地震記錄中頻率與相位信息的反射系數(shù)序列，n(t)指隨機(jī)噪聲。

將式(1)的褶積形式改寫為乘積形式：

(2)

即

(3)

其中，W是復(fù)雷克子波庫(kù)，r是包含了所有偽反射系數(shù)序列的矩陣(Portniaguineetal.，2004； Bonaretal.，2010； Hanetal.，2012； 韓利，2013； Lietal.，2016； 李倩等，2017)。

式(3)中矩陣r的元素個(gè)數(shù)遠(yuǎn)大于地震記錄的元素個(gè)數(shù)，該方程是欠定的。本文采用L1范數(shù)進(jìn)行正則化，將欠定問題轉(zhuǎn)化成適定的，從而得到目標(biāo)函數(shù)：

(4)

其中，‖r‖1是L1范數(shù)約束項(xiàng)，決定反射系數(shù)最終分布的形狀。λ(λ>0)是正則化算子，即稀疏度參數(shù)，其控制解的穩(wěn)定性。當(dāng)使用稀疏約束條件(在本文中特指L1范數(shù))求解方程(3)時(shí)，反演譜的分解方法稱為稀疏約束反演譜分解方法。

對(duì)式(4)采用快速迭代軟閾值算法(Becketal.，2009)求解，可以通過下式得到式(4)的解析解：

(5)

其中，α≥max eig(WHW)，即α的值必須大于等于WHW的最大特征值。yi是一個(gè)與ri和ri-1都有關(guān)的變量，用來提高計(jì)算效率。r的模即為地震記錄的時(shí)頻能量譜，而r的反正切為地震記錄的時(shí)頻相位譜。

2 深地震反射數(shù)據(jù)概況

三河-平谷8.0級(jí)大地震區(qū)位于北京東部華北沉降帶與燕山隆起區(qū)相交會(huì)的平原區(qū)。在地質(zhì)構(gòu)造單元上位于華北裂陷盆地東北端與NW向張家口-蓬萊斷裂帶的復(fù)合、 交會(huì)部位，是新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)強(qiáng)烈的地區(qū)(劉保金等，2009)。該區(qū)破壞性地震發(fā)生較多，地震活動(dòng)頻繁，災(zāi)害程度較高(趙金仁等，2004)，區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造見圖1。

圖1 研究區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造和深地震反射剖面位置圖

本文使用中國(guó)地震局地球物理勘探中心于2005年在北京地區(qū)布設(shè)的長(zhǎng)約100km的深地震反射測(cè)線獲得的反射地震數(shù)據(jù)開展研究。該數(shù)據(jù)采用爆炸震源激發(fā)，采樣間隔為2ms，橫向剖面樁號(hào)范圍為6～99.6km(與劉保金等(2009)的工作一致)，測(cè)線穿過了三河-平谷8.0級(jí)大地震區(qū)以及北京地區(qū)的主要斷裂構(gòu)造(深地震反射測(cè)線位置見圖1)。該區(qū)的深地震反射數(shù)據(jù)具有深反射數(shù)據(jù)的普遍特征，如深部有效信號(hào)頻率較低、 中下地殼的地震波組能量較弱等。圖2 中是三河-平谷大地震區(qū)深地震反射數(shù)據(jù)總的振幅譜，可以看出該實(shí)際數(shù)據(jù)的主要能量集中于10～35Hz頻率范圍，主頻約為15Hz。本文將針對(duì)此數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)頻分析與剖面重構(gòu)研究。

圖2 三河-平谷大地震區(qū)深地震反射數(shù)據(jù)的振幅譜

3 應(yīng)用結(jié)果及分析

3.1 單道地震數(shù)據(jù)重構(gòu)測(cè)試

地震信號(hào)在反演譜域是稀疏的，可以用高能量的稀疏成分代表幾乎整個(gè)地震信號(hào)的能量，以實(shí)現(xiàn)地震信號(hào)的重構(gòu)。為了測(cè)試稀疏約束反演譜分解方法的重構(gòu)性，首先截取三河-平谷大地震區(qū)深地震反射數(shù)據(jù)中某道9.5～11.5s的深部數(shù)據(jù)單道進(jìn)行測(cè)試(圖3)。圖3a 是原始單道記錄，其地震數(shù)據(jù)波形特征明顯，振幅強(qiáng)弱隨時(shí)間變化，強(qiáng)振幅值分別出現(xiàn)在10.05s、 10.6s及10.95s處； 從圖3b 所示的稀疏約束反演譜分解的時(shí)頻能量譜中可以看出，該道地震數(shù)據(jù)頻率范圍主要集中在10～27Hz，主頻約為16Hz，信號(hào)的頻率隨時(shí)間的變化特征較為明顯，時(shí)頻能量譜的能量聚焦性好，時(shí)間分辨率和頻率分辨率同樣較高，強(qiáng)能量團(tuán)與圖3a 中的強(qiáng)振幅值一一對(duì)應(yīng)，能夠有效識(shí)別出地震信號(hào)中的異常幅值； 圖3c 是稀疏約束反演譜分解的時(shí)頻相位譜，可以看出地震信號(hào)的相位信息豐富，相位特征變化明顯，某些微小信號(hào)由于振幅能量較弱在時(shí)頻能量譜上被忽略，在相位譜上也顯現(xiàn)出相位大小及正負(fù)變化，使相位譜具有了實(shí)際意義，有利于地震信號(hào)的解釋； 圖3d 是原始單道(藍(lán)色)和重構(gòu)數(shù)據(jù)(紅色)的對(duì)比，可以看出，通過稀疏約束反演譜分解方法可以較為準(zhǔn)確地重構(gòu)地震信號(hào)，信號(hào)的幅值沒有得到太大的衰減。由此可見，稀疏約束反演譜分解方法在深地震反射數(shù)據(jù)中的應(yīng)用具有一定的可行性。

圖3 三河-平谷大地震區(qū)深地震反射單道數(shù)據(jù)的時(shí)頻分析與重構(gòu)

3.2 深地震反射剖面的重構(gòu)與時(shí)頻分析

將稀疏約束反演譜分解應(yīng)用于整個(gè)深地震反射剖面(圖4)，通過篩選合適的頻率范圍，得到重構(gòu)剖面(圖5)及時(shí)頻相位譜(圖6)?；玖鞒倘缦拢?首先，對(duì)整個(gè)深地震反射數(shù)據(jù)進(jìn)行稀疏約束反演譜分解，得到二維疊加剖面的時(shí)頻分布特征； 其次，根據(jù)地震信號(hào)頻譜分布范圍，可知有效反射信號(hào)的能量主要集中在10～35Hz，因此選擇10～35Hz的子波對(duì)剖面進(jìn)行重構(gòu)，得到10～35Hz重構(gòu)剖面(圖5)，并選取主頻為15Hz的分頻剖面(圖6)進(jìn)行地殼結(jié)構(gòu)特征分析。

圖4 三河-平谷大地震區(qū)的深地震反射時(shí)間疊加剖面

圖5 三河-平谷大地震區(qū)的深地震反射數(shù)據(jù)重構(gòu)剖面(10～35Hz)

圖6 三河-平谷大地震區(qū)的深地震反射數(shù)據(jù)時(shí)頻能量譜(15Hz)

對(duì)比分析原始疊加剖面(圖4)、 重構(gòu)剖面(圖5)及15Hz時(shí)頻剖面(圖6)，尤其是在重構(gòu)剖面(圖5)及15Hz時(shí)頻剖面(圖6)上可以看出，反射同相軸能量在上地殼淺部(雙程旅行時(shí)5s以淺)較強(qiáng)，且分段連續(xù)，同相軸中斷、 位錯(cuò)明顯，顯示存在斷裂，斷裂密布，特征明顯； 雙程旅行時(shí)5.8～7.5s之間存在一條明顯的反射條帶，以近水平的疊層狀反射為主，是上、 下地殼之間的分界面； 下地殼反射能量較弱，僅存在少量?jī)A斜反射，可能由于下地殼為塑性狀態(tài)，難以產(chǎn)生有效反射； 殼幔過渡帶(莫霍過渡帶)位于雙程旅行時(shí)10～11.3s之間，在剖面上自雙程旅行時(shí)約10s時(shí)開始出現(xiàn)，縱向上持續(xù)1～1.3s，表現(xiàn)為疊層狀、 縱向上有一定延續(xù)時(shí)間的強(qiáng)反射條帶； 殼幔過渡帶之下的上地幔頂部表現(xiàn)為弱小、 凌亂的不連續(xù)反射，僅在剖面NW端約11.6s處出現(xiàn)了弧狀強(qiáng)反射同相軸，延續(xù)至剖面樁號(hào)約75km處。對(duì)比圖4—6可以看出，10～35Hz重構(gòu)剖面及15Hz時(shí)頻剖面比原始剖面具有更高的信噪比和分辨率，提高了同相軸的連續(xù)性，原疊加剖面上被噪聲湮滅的低頻細(xì)節(jié)特征也能夠被清晰地刻畫； 且其將整個(gè)地震剖面中值得關(guān)注的某一頻段信號(hào)進(jìn)行抽離并單獨(dú)顯示，有助于排除其他干擾分量、 深入分析目標(biāo)頻段的信號(hào)特征、 提高對(duì)地震剖面的整體認(rèn)識(shí)。此外，殼幔過渡帶反射波組的橫向變化、 縱向的分布范圍及內(nèi)部的反射波組結(jié)構(gòu)特征也比原始地震剖面上的更加清晰。

3.3 剖面的淺部構(gòu)造及斷層識(shí)別

振幅譜和相位譜共同組成了一個(gè)地震信號(hào)的完整頻譜特征。然而，目前的地震資料解釋工作一般使用振幅譜，由于相位譜復(fù)雜難懂，經(jīng)常被忽視。反射地震信號(hào)的相位信息一般可用于確定地下地質(zhì)構(gòu)造的邊界情況，但由于其分辨率不足且較為復(fù)雜，較少有學(xué)者利用信號(hào)的相位譜識(shí)別地下構(gòu)造及斷層信息。稀疏約束反演譜分解方法能夠得到較高分辨率的相位譜，為我們利用相位譜進(jìn)行構(gòu)造及斷層的判別提供了幫助，且可以與地震反射時(shí)間剖面上的反射波組特征相互驗(yàn)證，確定構(gòu)造及斷裂的相關(guān)信息。

為了驗(yàn)證時(shí)頻相位譜是否能夠有助于識(shí)別構(gòu)造和斷裂，選取三河-平谷大地震區(qū)深地震反射數(shù)據(jù)中淺部前4s構(gòu)造及斷層豐富的部分(橫向剖面樁號(hào)范圍為11～46km，截取時(shí)間范圍為0～4s，如圖7a 所示)，針對(duì)此部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行稀疏約束反演譜分解，提取對(duì)應(yīng)的時(shí)頻相位譜剖面進(jìn)行分析。

從圖7a(紅色實(shí)線為根據(jù)波組特征解釋的斷層)中可以看出，剖面反射能量較強(qiáng)，反射層位豐富，存在幾組自西向東傾斜的密集反射層，具有典型的沉積盆地特征，斷裂特征較為明顯，然而仍不夠清晰明了，容易漏掉有效信息，且無(wú)法判斷上斷點(diǎn)的位置。對(duì)該剖面數(shù)據(jù)進(jìn)行稀疏約束反演譜分解處理，結(jié)合圖2 所示的深地震反射數(shù)據(jù)的頻率范圍，分別提取主頻16Hz、 小于主頻10Hz和大于主頻26Hz的時(shí)頻相位譜，如圖7b—d所示。與圖7a 中的原始地震剖面進(jìn)行比較可以看出，斷層以及沉積盆地特征在時(shí)頻相位譜中更加明顯，與地震剖面相比也更容易識(shí)別。時(shí)頻相位譜的相位變化明顯，構(gòu)造及斷裂特征的時(shí)頻能量分布在相位譜圖上較為清晰，信號(hào)細(xì)節(jié)部分的變化也得到了體現(xiàn)，剖面橫向及縱向上的相位特征變化清晰明了，斷裂向上、 向下的延伸情況一目了然，有助于確定上斷點(diǎn)的位置，也有利于判斷構(gòu)造邊界。對(duì)比不同頻率的時(shí)頻相位譜(圖7b—d)可以看出，10Hz的時(shí)頻相位譜由于頻率較低，缺失了一些高頻信息，淺部有些位置的細(xì)節(jié)變化無(wú)法得到體現(xiàn)； 16Hz的時(shí)頻相位譜由于在主頻附近，信息較為全面且豐富，能量分布稍顯均衡，相位變化的細(xì)節(jié)特征體現(xiàn)明顯，構(gòu)造和斷裂信息較為豐富，需要仔細(xì)判斷； 26Hz的時(shí)頻相位譜上冗余信息較少，主要反射層特征明顯，能夠很容易分辨出構(gòu)造邊界、 斷裂上斷點(diǎn)位置及斷距。對(duì)該實(shí)際地震數(shù)據(jù)的稀疏約束反演譜分解結(jié)果進(jìn)行分析認(rèn)為，該方法提供的時(shí)頻相位譜簡(jiǎn)單易懂，為地震資料解釋人員從相位的角度分析地下的地質(zhì)構(gòu)造信息提供了有效幫助，可對(duì)不同頻率的時(shí)頻相位譜與地震反射剖面進(jìn)行綜合分析，有助于識(shí)別地質(zhì)構(gòu)造及斷裂。

3.4 剖面深部莫霍過渡帶的特征識(shí)別

在地球物理學(xué)方面，學(xué)者們認(rèn)為莫霍面通常是一個(gè)速度突變面，具有一定厚度，是由一組高速和低速薄層組成的速度梯級(jí)變化帶，為地殼和地幔的分界面。莫霍面內(nèi)部由一系列近水平、 相互結(jié)合平整的反射疊層組成，具有殼幔過渡帶的性質(zhì)(曾融生等，1985； 王椿鏞等，1993； 張先康等，1996)。

在原始疊加剖面、 重構(gòu)剖面及時(shí)頻剖面(圖4—6)中能夠看到在下地殼及上地幔之間存在能量較強(qiáng)的反射波組(位于雙程旅行時(shí)10～11.3s之間)，特別是在重構(gòu)剖面以及時(shí)頻剖面上得到了充分的體現(xiàn)，認(rèn)為此處強(qiáng)反射波組是莫霍過渡帶的顯示。為了進(jìn)一步分析研究莫霍過渡帶內(nèi)部的反射特征，利用10～35Hz的子波重構(gòu)剖面及不同頻率的單頻相位譜突出刻畫了9.5～11.5s范圍內(nèi)的反射信息(圖8)。從本次處理得到的重構(gòu)剖面及不同頻率時(shí)頻相位譜圖中可以看出，莫霍過渡帶表現(xiàn)為由彼此近平行、 相互結(jié)合平整的反射段組成的疊層反射結(jié)構(gòu)，特別是在重構(gòu)剖面和時(shí)頻相位譜圖上得到了突出的體現(xiàn)。該過渡帶在重構(gòu)剖面上約TWT 10s時(shí)開始出現(xiàn)，縱向上的持續(xù)時(shí)間約為1～1.2s，底界對(duì)應(yīng)于莫霍面的位置。采用地殼平均P波速度為6.2km/s(趙金仁等，1999，2004； 張先康等，2002； 劉保金等，2011)計(jì)算莫霍過渡帶的厚度及深度，根據(jù)雙程旅行時(shí)可計(jì)算得到莫霍面的深度為34～35.5km，厚3.1～3.7km。重構(gòu)剖面所揭示的莫霍過渡帶整體較為平緩，橫向上可連續(xù)追蹤，莫霍過渡帶的反射能量在剖面樁號(hào)約36km附近明顯變?nèi)?。從時(shí)頻相位譜圖上可以看出，在莫霍過渡帶內(nèi)部，反射震相相位橫向上變化明顯，說明殼幔過渡帶存在著強(qiáng)烈的橫向不均勻性。剖面兩端反射同相軸波組較為密集，多呈近水平狀，并伴有錯(cuò)斷、 相交以及弱能量等現(xiàn)象； 在剖面樁號(hào)約36km附近相位變化劇烈、 細(xì)碎且雜亂，使剖面NW和SE部分的反射特征被有效區(qū)分； 在剖面北西側(cè)，反射波組呈近水平展布，在剖面東南側(cè)，反射波組明顯向NW傾斜，且與北西側(cè)的反射波組存在一定的落差，暗示了該處可能有一條切穿莫霍面的深大斷裂。此外，對(duì)比不同頻率時(shí)頻相位譜可以發(fā)現(xiàn)，低頻的10Hz和15Hz時(shí)頻相位譜能量較強(qiáng)，所含信息較為豐富，橫向上相位變化明顯，莫霍過渡帶內(nèi)部的變化顯而易見； 而在25Hz的時(shí)頻相位譜上只留下了一些能量較強(qiáng)的高頻信息，缺失了相關(guān)的低頻信息，細(xì)節(jié)變化無(wú)法得到體現(xiàn)。

圖8 三河-平谷大地震區(qū)深地震反射莫霍面范圍的局部剖面、 重構(gòu)剖面及不同頻率的時(shí)頻相位譜剖面

4 結(jié)論

本文介紹了一種目前在油氣儲(chǔ)層預(yù)測(cè)、 碳酸鹽巖孔洞識(shí)別等方面取得了一定成果的稀疏約束反演譜分解方法，并將其應(yīng)用于深地震反射數(shù)據(jù)中，對(duì)三河-平谷8.0級(jí)大地震區(qū)深地震反射數(shù)據(jù)的單道及疊加剖面進(jìn)行了時(shí)頻特征分析以及數(shù)據(jù)重構(gòu)，發(fā)現(xiàn)重構(gòu)剖面及時(shí)頻剖面比原始剖面具有更高的信噪比和分辨率，提高了剖面同相軸的連續(xù)性，不僅能標(biāo)定深地震反射數(shù)據(jù)中弱信號(hào)不同時(shí)刻的頻率分量，還能清晰刻畫原疊加剖面上被噪聲湮滅的低頻細(xì)節(jié)特征； 高分辨率的時(shí)頻相位譜具有豐富的相位信息，相位特征變化明顯，可借助時(shí)頻相位譜進(jìn)行斷層識(shí)別，有助于判斷構(gòu)造邊界； 子波重構(gòu)技術(shù)及高分辨率的單頻相位譜有助于刻畫出莫霍過渡帶內(nèi)部的反射結(jié)構(gòu)特征。以上結(jié)論表明，稀疏約束反演譜分解方法適合用于深地震反射數(shù)據(jù)的譜分解。

對(duì)原始反射地震剖面進(jìn)行時(shí)頻特征分析，并通過地震信號(hào)的可重構(gòu)性對(duì)深地震反射數(shù)據(jù)進(jìn)行有目的的重構(gòu)，能夠提取深部有效弱信號(hào)； 對(duì)時(shí)頻剖面和重構(gòu)剖面的聯(lián)合對(duì)比分析有助于深入研究深部精細(xì)構(gòu)造，建立對(duì)深部構(gòu)造的直觀認(rèn)識(shí)。該方法以新的視角分析深地震反射剖面，有助于取得新的地質(zhì)認(rèn)識(shí)，具有十分重要的研究意義，可以在深地震反射數(shù)據(jù)解釋中進(jìn)行推廣應(yīng)用。

致謝中國(guó)地震局地球物理勘探中心為本研究提供了數(shù)據(jù)支持； 劉保金研究員在地震資料解釋方面給予了指導(dǎo)。在此一并表示感謝！