日本东南海海槽双BSR数据的反演
2000年夏天SFJ2000（法日合作地震带探测Seismogenic zone experiment by French-Japanese cooperate study）航次在东南海海槽地区进行了地震数据采集。用道间距为12.5m的360道水听器记录地震数据。采样间隔为1ms，记录长度为6s。近炮检距是275m。5个不同体积的气枪组合成2.47×10-3m3气枪阵作为震源。我们对其中的HR09测线（图1）进行了旨在获取海底浅部结构及BSR分布的清晰图像的地震数据处理。地震处理流程与文献［3］相似，包括观测系统定义、共中心点道集选排、速度分析、动校正与偏移。图2是HR09测线一段偏移剖面。第一BSR与第二BSR均具有强振幅、负极性、切穿地层层理反射的特点。
图1 东南海海槽地区水深与HR09测线位置
图2 HR09偏移剖面段
CMP2140处第一BSR与第二BSR清晰，第一BSR的坡度约为4°，海底与第二BSR基本与它平行因此可以近似为一维结构。CMP2140附近的4个CMP道集组成道间距为12.5m的超道集，并转换成τ-p域数据（图3）。在τ-p域拾取海底、第一BSR、第二BSR及第二BSR下方两个反射层的走时（图4）。用非常快速模拟退火算法通过走时观测值与计算值的极小化求得层速度，反演利用了10个随机初始模型，模型的垂直走时可以在拾取的垂直走时附近32ms的范围内变动。最终反演的速度结构见图5中的曲线1，走时观测值与计算值见图4。对曲线1进行平滑得速度趋势曲线2（图5），并作为波形反演的初始模型。
震源子波从海底反射估算。在反演中进行了组合校正。由于震源排列垂直于测线，因此只对检波器排列进行了组合校正。横波速度通过Hamilton经验公式［18］根据纵波速度计算，密度则通过Gardner公式计算。横波速度、密度在反演中保持不变。这时假设BSR两侧横波速度与密度变化较小，这样的假设在BSR的全波形反演中被经常采用。
初始平滑速度模型离散成每层厚度为10m的模型，进行第一轮波形反演，结果见图5。然后把这个反演结果离散成每层厚度5m的模型，并进行又一轮的波形反演，最终结果见图6，因此，我们的反演中利用了多网格参数化技术。
为了考察反演的灵敏度，我们比较了不同初始模型的反演结果。以阶梯速度模型为初始模型的10m厚度模型反演结果见图5中的曲线4。曲线4与基于平滑初始模型的曲线3相似。以图5曲线4为初始模型，5m厚度模型的反演结果见图6曲线3，它与曲线2非常接近。不同初始模型的反演结果比较表明，反演结果是可靠的。
图6中的反演结果表明，有两个速度高于趋势速度的高速带，它们的下方则存在低速带。上、下两个高速到低速的转换边界分别对应第一BSR与第二BSR。第一BSR上方与第二BSR上方的高速带与沉积物中含天然气水合物有关，而第二BSR下方的低速带与沉积物中含游离气有关。第一BSR下方的低速带可以解释成不含天然气水合物的饱和水沉积物或者是含极少游离气的沉积物。(https://www.daowen.com)
图3 CMP2140～2137转换得到的截距时间-慢度域地震数据
图4 截距时间-慢度域5个反射的走时观测值与计算值
图5 速度模型比较
1模拟退火算法反演的速度模型；2基于曲线1的速度趋势模型；3以曲线2为初始模型，全波形反演的10m厚度速度模型；4以曲线1为初始模型，全波形反演的10m厚度速度模型。
图6 速度模型比较
1以图5曲线3为初始模型，全波形反演的5m厚度速度模型；2基于图5曲线1的速度趋势模型；3以图5曲线4为初始模型，全波形反演的5m厚度速度模型。
