2017, Vol. 32
深地震测深方法是利用人工激发的地震波，利用地表布设的地震接收仪器接收来自地下深部界面的各种反射波和折射波，并根据地震波的运动学和动力学特征来分析地壳和上地幔速度结构特征的方法.由于该方法精确已知震源位置和发震时刻，是目前为止获取地下深部结构最准确的方法，其探测范围可达地壳和上地幔顶部.
自20世纪70年代末，中国地震局地球物理勘探中心在华北及周围地区完成了50余条深地震测深探测剖面(图 1、表 1)，这些剖面为详细研究华北地区地壳结构、揭示地震发震构造等提供了基础资料.但是，随着时间的推移，这些珍贵的资料大多零散的保存在项目结题报告和已经发表的文献中(国家地震局《深部物探成果》编写组，1986；胡鸿翔等，1986；郑晔和滕吉文，1989；王椿镛等，1993；张成科等, 1994, 1997；祝治平等, 1995, 1997；任清芳等，1997；赵金仁等, 1999a, b ；刘福田等，2003；王夫运等，2004；白志明和王椿镛，2006；王光杰等，2007；滕吉文等, 2008, 2014；嘉世旭等，2009；李松林等，2011；王帅军等，2014；徐涛等，2014；段永红等，2015).其他学科学者参考资料时往往需要花费大量的精力搜寻这些剖面的相关信息，许多结果需要经过整理后才能使用.年代久远的剖面仅保存清晰度不高的二维速度等值线图，大部分剖面仅给出桩号、深度对应的介质速度信息，而缺少经纬度信息.这给深地震测深成果的应用带来巨大的阻力.
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图 1 华北地区深地震测深剖面位置分布 Figure 1 Location map of DSS profiles in north China |
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表 1 华北深地震测深剖面名称 Table 1 Designation of DSS profiles in north China |
本文从历史剖面的结题报告和已发表的文献中收集剖面的相关信息，对二维速度等值线图像进行数字化，为每条剖面建立包含二维速度等值线图、数字化的二维地壳结构模型以及剖面附加信息(实施时间、经纬度坐标、炮点信息、观测系统等)的成果库.这些信息可被其他学科所利用，可以为地震精定位、地震震源参数反演和震源机制解提供非常精确的地壳速度模型参考，大大提高反演的准确性.这对深入研究华北地区地震发震构造、华北克拉通破坏等科学问题具有较大的实用价值.
1 资料的收集和整理本文从中国地震局地球物理勘探中心档案管理部门收集较早的深地震测深剖面结题报告和已公开发表的文献，共收集华北及周围地区深地震测深剖面50条(图 1，表 1).其中包含：剖面的名称、观测系统、实施时间、经纬度信息、炮点信息、二维速度等值线图等.本文给出资料的可信度，便于研究人员更好的引用，作者对深地震测深剖面进行了分类，按照观测系统及资料的完备程度分类，可分为三类(完备，较完备，一般)，其中数据资料完备的剖面18条(表 1红色标注)、数据资料较完备的剖面有24条(表 1黑色标注)、数据资料一般的剖面8条(表 1蓝色标注).资料为完备的剖面保存有seis83射线追踪( Červený and Pšnčík，1984) 得到的速度结构原始数据，数据结果精度较高；资料为较完备的剖面保留图形化的二维速度等值线图，且图像较为清晰；资料为一般的剖面保留的二维速度等值线图局部地区图像清晰度不高，观测系统或炮点的部分信息残缺.
2 二维速度等值线图数字化采用数字化软件(GetData)将深地震测深剖面中的二维速度等值线图进行数字化，并利用高保真的克里金插值方法对每条剖面进行分层插值，分层的原则是：整个地壳的分层存在一定的规律性，通常包括沉积盖层、上地壳、下地壳和上地幔顶部，层与层之间一般都存在较明显的速度跳跃.为了避免层与层之间插值时的相互影响，编写程序按照4个独立的层对每条剖面的每个层分别进行插值，然后按照层与层之间的界面，剔除因网格插值而产生的部分“假值”(模型外插区域)，最后完成四个独立层的拼合，得到一个规则网格分布的二维速度结构模型.由于加入测点的经纬度信息，模型数据不再仅仅是基于桩号的速度值，而是基于桩号、经纬度的二维速度结构模型数据.
为了验证这种分层插值再拼合方法的正确性，利用数字化方法得到的模型数据重新绘制二维速度等值线图，并与原始的二维速度等值线图作比较.结果显示：经过数字化以后得到的模型数据完全能够恢复原始剖面的结构特征(图 2).因此，此种分层插值再拼合的方法可以满足数字化的要求.
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图 2 数字化以后模型恢复情况 (a)原始二维速度等值线图；(b)模型恢复的二维速度等值线图. Figure 2 Model recovery after digitization (a) Original velocity contour map; (b) Velocity contour map after model recovery. |
每条剖面经过数字化后，可得到基于经纬度信息的二维速度结构模型数据.其中包含：二维速度模型数据表和界面深度数据表(图 3).二维速度模型数据表包含：经度、纬度、深度、速度；界面深度数据表包含：经度、纬度、地表深度、结晶基底深度、康氏面深度和莫霍面深度.
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图 3 带经纬度信息的二维速度模型数据和界面深度数据 (a)二维速度模型数据；(b)界面深度数据. Figure 3 Velocity model and interfaces depth with longitude and latitude information (a) Velocity model; (b) Interfaces depth. |
为方便用户快速访问数据，利用基于B/S结构的MySQL数据库(图 4)，建立深地震测深数据库管理系统.B/S软件体系结构，即Browser/Server(浏览器/服务器)结构，用户可以通过web浏览器实现数据库的访问，不必安装客户端，可以实现数据的增加、删除、修改和查询功能. MySQL数据库是一种开放源代码的关系型数据库管理系统，使用结构化查询语言(SQL)进行数据库管理，是一种快速、多线程、多用户和健壮的数据库.与Oracle数据库相比，MySQL数据库对硬件的要求不高，属于中小型数据库.深地震测深数据成果的数据总量不大，关系性程度不高，采用MySQL数据库进行数据管理可以满足对数据的快速访问和便捷管理.
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图 4 B/S系统架构图 Figure 4 Site structure of B/S system |
Tomcat服务器是一个优秀的Servlet/JSP容器，它不但支持运行Servlet和JSP，而且还具备了作为商业Java Web应用容器的特征.Tomcat服务器负责处理客户请求，把请求传送给Servlet并把结果返回给客户.网络用户通过web浏览器登录地震测深数据管理系统，通过Tomcat服务器实现对MySQL数据库的访问(图 5)，数据库对不同用户设置了不同的权限，仅管理员权限可以实现对数据的修改，一般用户仅提供数据查询服务.用户可以通过输入测线编号和桩号信息，查询各测点对应的地下介质速度值、各测点地下主要界面(结晶基底、康氏面和莫霍面)的深度值(图 6).同时，也可以通过输入经度值和纬度值，模糊查询目标点附近的一维速度模型和界面深度信息.除此之外，用户还可以在线浏览各条深地震测深剖面的观测系统图和与之相关的参考文献等信息.
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图 5 地震测深数据管理系统登录页面 Figure 5 Login Page of Deep seismic sounding data management system |
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图 6 地震测深数据库数据查询 Figure 6 Data searching in deep seismic sounding database |
本文首次把中国地震局地球物理勘探中心40多年来在华北及周围地区完成的50条深地震测深剖面资料进行了系统的收集和整理，按照规则网格分层插值并拼合，给出了基于经纬度信息的二维速度结构模型数据和界面深度数据，实现了web浏览器快速访问MySQL数据库，用户在远端可方便的实现对数据的查询和浏览.
4.2华北深地震测深成果库的建设是对深地震测深资料的再次挖掘，充分发挥了已有数据资料的价值，数字化的地壳结构模型不仅服务于防震减灾事业，也为地质、地球物理、地球化学等领域的学者提供精细的地壳结构参考模型，实现了深地震测深成果的转化，使科技成果更好的转化为生产力，也提高了地震测深数据服务社会的水平.
致谢 感谢审稿专家提出的修改意见和编辑部的大力支持！| [] | Červený V, Pšenčík I.1984. SEIS83-numerical modeling of seismic wave fields in 2-D laterally varying layered structures by the ray method[A].//Engdahl E R ed. Documentation of Earthquake Algorithms[M]. Report SE-35. Boulder, CO:World Data Center a for Solid Earth Geophysics, 36-40. |
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