精密主动地震监测

借助人工震源,主动探测地下介质结构、并监视其动态变化是地震学家的一个梦想,本文提出的精密主动地震监测(PASM: Precisely and Actively Seismic Monitoring)为实现这一梦想提供了一条可能的途径.本文介绍的精密主动地震监测系统以与GPS保持同步的电子系统控制的旋转质量体作为地震信号源,产生精确的、高度可重复的地震信号,这种信号经过地下介质传播到达观测点被数字地震仪器记录,由专门的计算方法提取,可以获得监视地下介质结构的有效信息,从而实现地下介质结构及物性的主动精确动态监测.其中震源是一种连续震源,工作时对地输入能量强度低,对环境不造成任何破坏性影响,可长期运行,是一种适用范围广泛的绿色震源.以此震源为基础构成的精密主动地震监测系统,配合高灵敏度的数字观测系统,再加上数据处理和信噪比增强技术,可以在150 km以上的距离外得到有效纪录,精确地监视固定路径的精度优于1 ms的走时变化,进而监视地下介质的速度变化和介质参数的变化,是一种前景光明的新型地震学研究方法.     

用于龙门山断裂南段深部介质探测的精密可控震源

汶川地震后在龙门山断裂带南段建立了精密可控震源发射台,结合布设的28套流动地震仪的信号记录,尝试监测地下介质的动态应力变化。为了提取记录中的主动源发射的信号,本文采用了匹配滤波方法来实现弱信噪比条件下的信号检测并进行了波形变换。在提取出每个周期的主动源信号后,利用信号叠加,分别获得了1、5、10天时间的波形,有效地提高了记录波形的信噪比。然后通过互相关检测精确得出地震波的走时变化,并分析了计算误差。最后,针对实验期间发生的绵竹M_S5.6地震进行分析,获得了地震前后的走时剖面和信号变化,结果表明,距离较远的龙门山断裂北段地震未能对南段实验区域的地下介质波速产生影响。     

一种适合于行星探测的单台观测系统研究（英文）

近年来，地球外层空间在地球上造成灾害的风险逐渐增加.未来行星探测对提高应对太空灾害风险能力具有重要意义. 2018年，利用InSight任务收集到的地震数据对火星台站下方不同尺度的地下介质结构进行了探测；然而，单一地震台站的摆放对于大规模火星探测仍然存在很大的局限性.因此，本研究设计了一种单站观测系统，通过将单个接收站和移动源相结合的方式来收集行星地震数据，从而能够在早期地外探测中收集更可靠的地震信号.为了从地震信号中获得一维地下介质结构，讨论了高阶频散曲线成像方法在其中的应用，提出了一种高分辨率频率Hankel函数频散曲线提取方法，用于消除频散曲线中的高频部分伪影，改进了高阶频散曲线提取方法.然后将该方法扩展到多分量情况，为利用不同分量地震信号提取更多频散曲线信息提供了可能.同时，本研究所提出的数据采集系统为二维和三维地下介质成像提供了数据基础.此外，还讨论了基于单个地震台站开发汽车地震学的可能性，以解决超重车辆导致高架桥坍塌的普遍问题，说明了单个地震台站系统在地震成像和震源监测中的重要作用.     

关于地震科学实验场的一些思考——地下云图

由中国地震局和美国国家科学基金委、地质调查局合作建立的地震预报研究实验场为中国早期地震工作的发展起到了良好的推动作用。由于种种客观原因,地震预报实验场的多数预想目标未能达成,发展受到了阻碍。最近几年,实验场重新受到重视,并更名为"地震科学实验场"。结合目前地震学发展的前沿和防震减灾事业的实际需求,本文提出增加"地下云图"作为实验场的新方向。利用高重复性、环境友好、安全性高的气枪震源,持续激发地震信号,实现对地下介质速度变化的连续监测;结合背景噪声成像获得的高分辨率3维地壳结构,构建4维(三维空间+一维时间)地下结构成像。"地下云图"可以反映地下速度和应力变化,为全国范围的地震监测预测提供新的业务手段,推动地震预测从经验预测到物理预测的转换。     

利用主动震源监测地下介质衰减特性变化

监测地下介质物性动态变化对于研究地震的孕育发生过程具有重要意义. 汶川地震发生后, 在汶川地震主断裂带东北端的陕西省宁强县, 建立了一套主动震源观测系统,利用电动落锤作震源对断裂带开展了近一个月的连续监测实验. 利用主动震源激发波形的高度可重复性, 用谱比法计算了浅层地下介质衰减参数t*随时间的变化, 并与波速和大气压变化进行了对比分析. 结果显示, 由未固结的沉积层和破碎岩石组成的断裂带地震波衰减强,品质因子为10左右;衰减参数t*与大气压的变化有很好的相关性, 并与波速随大气压的变化趋势一致, 可能是由于大气压变化导致浅层介质的裂隙密度变化引起的;强余震引起显著的t*的同震变化及震后各接收台站的不同变化趋势. 野外实验表明, 主动震源是一种监测地下介质物性变化的有效方法.      

地震背景噪声成像技术研究进展与展望

背景噪声成像技术是21世纪以来地震学研究最为重要的突破性进展之一.该方法不依赖于天然地震事件的发生,利用连续地震记录中普遍存在的"背景噪声",通过不同台站对间连续时间信号的互相关来提取经验格林函数并用以进行地下介质结构成像研究.与传统的天然源地震探测手段相比,背景噪声成像技术从随机场源信号中提取介质结构的信息,具有成像...     

流动形变及重磁综合监测断层的研究

分析了目前利用流动形变、重力、地磁复测资料进行地震测所存在的困难，探讨了综合利用三种手段追踪应力场及地下介质动态的途径，提出了断层综合监测布点的原则，并介绍了依此原则所建的京西试验场的基本情况。     

S变换在气枪震源弱信号提取中的组合应用

正气枪主动震源能够持续、环保、精细监测地下介质结构的变化,对地震预测探索提供新的途径和方法。但气枪震源激发能量较低,传播一定距离后信号衰减会变得非常微弱,信噪比变低,有效信号难以识别,给进一步研究带来一定困难。但气枪震源和台站位置的不变性,使得持续激发的信号具有较高的相似性和很好的重复性。对台站记录的由震源重复激发的信     

高铁地震信号直达波波形反演建模

高铁地震信号由高速行驶的高铁列车与铁轨挤压形变后产生,具有频带宽、低频强、重复性好等优点.如何利用高铁地震信号进行地下介质重构,尚处于前期探索阶段.全波形反演建模技术是目前地球物理领域建模精度较高的方法之一,但其需要低频数据才能保证结果的稳定收敛,因此利用全波形反演对高铁地震信号进行近地表建模及属性变化监测和灾害预警具有独特优势.本文通过对高铁地震信号的分析,研究了高铁地震的理论震源信号和基于桥墩的离散震源信号,并通过模型测试实现了利用高铁地震信号的全波形反演建模及属性变化监测.     

高铁地震数据干涉成像技术初探

高铁运行会引起铁轨的震动,从而产生地震波向地下介质中传播,通过研究该地震波可对高铁沿线的地质情况进行持续监测.与常规地震勘探中的震源相比,高铁地震中的震源较为复杂,为移动震源,而地震干涉技术可以通过地震记录间的相互干涉,消除震源的影响,因此可利用地震干涉技术对高铁地震信号进行处理并成像.本文通过分析研究,总结出地震干涉方法在处理高铁地震数据时的关键技术问题:不同于常规地震干涉中先干涉后叠加的干涉成像方式,高铁地震移动源的特点使得干涉顺序变为先叠加后干涉,由此带入了大量震源串扰噪声;初步提出两种解决高铁地震干涉成像的思路:通过对高铁地震信号的处理,使高铁变相"提速"或"降速",给出了"提速"或"降速"后各自的成像思路,并给出了数据处理的技术设想.