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。
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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
3.1.3 OBS 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
3.3.1 P 波入射势函数的能量分配（以张量形式推导） 70
3.3.2 P 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
4.1.2 OBS 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
4.4 OBS 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
4.4.5 OBS 资料的解释 91
4.5 OBS 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
5.2.2 OBS 位置校正 102
5.2.3 OBS 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
5.3 OBS 天然地震的数据处理 105
5.3.1 OBS 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
8.2 S 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
9.2 OBS 接收函数：地壳-岩石圈结构反演 183
9.2.1 数据处理方法 183
9.2.2 OBS 实测接收函数的求取 184
9.2.3 S 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
9.3 OBS 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
9.5.4 Pn 各向异性分析方法 200
9.5.5 SKS 各向异性分析方法 203
9.5.6 ScS 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
9.7 OBS 各向异性研究实例 210
9.8 OBS 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
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