气枪震源近场气泡脉动效应的三维模拟

为便于开展三维模拟研究,将气枪震源的水下激发过程简化为水中高压气泡的脉动,用ANSYS AUTODYN程序建立了水中高压气泡的三维计算模型,并针对不同的深度和边界条件开展了数值模拟。结果表明,高压气泡会产生水中冲击波和后续的气泡脉动压力波;随着气泡所处深度的增加,气泡的脉动频率越来越大,脉动压力波的幅值越来越大,压力增大的幅度越来越小;足够大的有限水域中的刚性边界会导致气泡脉动频率增加,脉动压力增大;接近水底时,气泡脉动频率减小,脉动压力减小。该三维模拟方法可行,能用于平面和立体气枪阵列等复杂的组合模拟,具有优化震源的效果。     

陆上水体激发的大容量气枪震源特性研究

本文结合实验结果从信号分析的角度研究了陆上水体大容量气枪激发的特性,大容量气枪震源激发的信号具有丰富的低频能量成分和高度的可重复性,此外还含有丰富的S波信息,分析这些特征产生的主要原因及其应用前景为大容量气枪震源的充分利用提供了依据。     

气枪震源激发模式及应用

气枪震源是一种重要的人工地震震源。气枪阵列理论的提出,使得气枪阵列设计技术日趋成熟,并能够在石油勘探和地球物理探测中得到更加广泛的运用。气枪震源在不同领域中应用时,需要不同的组合和激发模式,以适应不同的探测要求。加强主脉冲和加强气泡脉冲,是目前两种主要的气枪激发模式。通过比较研究两种气枪激发模式,讨论各种激发模式在激发时间、气枪间距、频率、分辨率等方面的差异,为气枪震源的广泛运用提供依据。     

移动式气枪震源系统概述

气枪震源在海洋地震勘探方面获得了很大成功,近年来在陆域水体的应用越加广泛。目前,大容量气枪用于陆地的研究主要固定在某一处水库或者水域进行气枪震源试验,因此,发展易安装、拆卸、运输的可移动式气枪震源系统是有必要的。通过福建省地震局近年来的陆海联测工作,详细地介绍了移动式气枪震源系统的整体架构和工作流程。移动式气枪震源系统是一种绿色环保、经济实用、自动化程度高、震源激发能量精度高、重复性好、探测距离大的震源激发系统,该系统的使用填补了国内相关领域技术装备的空白。     

苏门答腊地震的辐射能量

确定了印度尼西亚苏门答腊—安达曼特大地震(2004年12月26日)的高频能量辐射的持续时间约为500s。该持续时间转换的破裂长度约为1200km，是地震之后不久根据体波推测结果的2倍。我们的分析能很快确定破裂的程度，因此有助于将来不久的地震灾害评估。     

大容量气枪震源地震动衰减特性分析

为进一步加深对大容量气枪震源激发的地震波传播特性的认知,利用福建海陆多个气枪震源固定激发点重复激发的实验数据,通过线性叠加和仿真技术得到等效单次激发高信噪比速度和位移记录,然后利用不同震中距的位移峰值计算不同固定点气枪激发的等效震级,进而建立等效震级、震中距和速度峰值的衰减关系。结果表明:(1)震中距为0~270km时,大容量气枪单次激发得到的速度峰值为700~4nm/s,位移峰值为200~0.2nm;(2)总容量为8000 in~3的气枪震源P波等效震级为0.181~0.760,S波等效震级为0.294~0.832,总容量为12000 in~3的气枪震源P波等效震级为0.533~0.896,S波等效震级为0.611~0.946,气枪震源激发产生的S波能量大于P波能量,激发环境不同,激发效能相差较大;(3)速度峰值随等效震级增大而增大,随震中距增大而减小,P波速度峰值三分量中垂直分量最大,S波相反,其垂直分量最小,二者水平分量相近。研究结果可为定量判断气枪震源激发的地震波的传播能力以及利用气枪震源进行深部探测或监测的观测系统的设计提供重要依据。     

四川地震辐射能量和视应力的研究

利用国家地震台网和全球地震台网的宽频带远震P波波形数据,通过测定2014—2019年间国内M_W≥6.0和国外M_W≥6.5共105次浅源地震的辐射能量和能量震级,研究了震源机制解对辐射能量估计的影响。结果表明：① 震源机制不同导致地震能量辐射差异较大,其中走滑型地震对辐射能量的影响最大,对能量震级的平均影响因子为0.34,正断型地震对能量震级的平均影响因子为0.08,逆断型地震对能量震级的影响最小,平均影响因子为0.05;② 不同震源机制类型地震的差震级ΔM也不同,走滑型地震的ΔM为 0.31,正断型地震的ΔM为0.21,逆断型地震的ΔM为0.08,这表明走滑型地震辐射能量的效率较高,正断型次之, 逆断型最低;③ 根据鲁甸地震的测定结果分析可知,当能矩比与慢度参数均远高于全球平均水平时,即使该地震震级较小,也存在造成严重破坏的概率;④ 能量震级M_e和矩震级M_W分别反映了震源的动态和静态属性,二者的联合测定对地震灾害合理评估和地震应急具有重要意义。     

四川地震辐射能量和视应力的研究

利用成都数字地震台网的波形记录资料,研究了四川地区地震辐射能量〖WTHX〗E〖WTBZ〗s、σapp视应力等震源参数及相互关系.对时域波形数字记录首先进行数据处理,包括带通滤波,快速富氏变换,扣除仪器幅频特性;经反变换,回到时间域,给出数字波形时间序列,选取所有方向的整个p波和s波段数据;二次变换到频率域内计算速度和地动位移的功率谱积分,进而求得各台站记录的地震波辐射能量和视应力等震源参数.研究了2000年5月到2004年8月成都数字地震台网记录的224个3级以上地震的震源参数.四川地区地震辐射能量〖WTHX〗E〖WTBZ〗s与地震矩M0,应力降Δσ与视应力σapp,视应力σapp与震级ML大体成正比.其中地震视应力σapp与震级分布数据较宽,地震视应力与破裂尺度ra的关系也较分散.同时研究了四川地区近年视应力σapp的空间分布.方法是将计算的σapp值在一定空间邻域内作平均,从而绘出等值线.分析结果表明,σapp值的相对高值区分布在四川南部的川滇交界和北部的川甘交界一带.同时研究了四川地区地震视应力值的时间分布.最后对中小地震视应力σapp及其他震源谱参数的意义作了讨论.     

气枪震源资料反褶积方法及处理流程研究

不同工作条件下气枪震源产生的信号会存在细微差异,反褶积方法能在一定程度上消除由震源变化引起的记录信号变化。为了去除气枪震源子波信号,获取气枪源到台站之间的格林函数,通常需要选取一种恰当的方法对地震波形数据进行反褶积处理。频率域水准反褶积和时间域迭代反褶积是在接收函数等领域已被广泛使用的2种反褶积方法。本文以云南宾川主动源资料为例,对比了利用这2种方法处理气枪震源信号的效果,结果表明,在计算效率方面,频率域水准反褶积方法更具优势;在处理结果的信噪比方面,时间域迭代反褶积方法表现更好,P波初至也更清晰。此外,进一步讨论了在多炮资料的处理过程中反褶积和叠加等操作的顺序问题,最后提出了从气枪震源资料中提取气枪源到台站之间的格林函数的一般流程。     

Research on Energy Radiation Characteristics of an Airgun Source Excited in Land Reservoir

The energy radiation process of an airgun seismic source in land reservoir is studied based on the underwater wavelet data collected in the airgun excitation experiments in Binchuan, Yunnan, China. The empirical formula for calculating the bubble pulsation period and the maximum radius of the underwater airgun seismic source is obtained. The results show that: ① The energy radiation efficiency is higher vertically than horizontally. ② The vertical bubble energy radiation efficiency increases with the increase of the air supply pressure. ③ The vertical energy radiation efficiency of the airgun seismic source is 9.4% when the air supply pressure is 15 MPa. ④ The higher the air supply pressure, the further the propagating distance of the superposition-enhanced pressure wave of an airgun source.     

气枪震源资料反褶积方法及处理流程研究

气枪震源具有极高的可重复性,可用于地下介质变化的监测。但不同工作条件下气枪震源产生的信号会存在细微差异,反褶积方法能在一定程度上消除由震源变化引起的记录信号变化。为了去除气枪震源子波信号,获取气枪源到台站之间的格林函数,通常需要选取一种恰当的方法对地震波形数据进行反褶积处理。频率域水准反褶积和时间域迭代反褶积是在接收函数等领域已被广泛使用的2种反褶积方法。本文以云南宾川主动源资料为例,对比了利用这2种方法处理气枪震源资料的效果,结果表明：在计算效率方面,频率域水准反褶积方法更具优势;在处理结果的信噪比方面,时间域迭代反褶积方法表现更好,P波初至也更清晰。此外,进一步讨论了在多炮资料的处理过程中反褶积和叠加等操作的顺序问题,最后提出了从气枪震源资料中提取气枪源到台站之间的格林函数的一般流程。     

气枪信号振幅叠加方法研究

由于气枪震源信号较弱, 容易受外界噪声或者地震等因素干扰, 而使得其真实的振幅被掩盖。 这些干扰记录若直接参与叠加容易导致振幅信息不可靠, 也会影响叠加效果。 为消除干扰影响, 提出概率筛选和噪声模型筛选振幅叠加方法, 以2018年6月在福建龙门滩水库和沙溪口水库的气枪实验数据为例, 从剔除干扰的能力、 波形形态、 振幅值等方面说明两种方法的实际效果, 并对比两者的优缺点。 研究结果表明: ① 两种筛选方法均能有效去除异常干扰, 经处理后的气枪信号的波形形态和最大振幅值与直接线性叠加基本一致; ② 对于固定台网台站, 噪声频谱方法可方便确认台站的运行状态, 及时筛除异常台站; ③ 对于灵敏度等信息不详的流动台站, 噪声模型筛选方法使用受限, 而概率筛选方法简洁, 适用性强。     

A Comparative Study on the Excitation of Large Volume Airgun Source with Different Combinations in Hutubi, Xinjiang, China

In order to study the excitation of large-volume airgun source with different combinations in Hutubi, Xinjiang,China,we conducted a targeted experiment. The method of time-frequency analysis is used to study the signals recorded by a seismometer on the shore of the excited pool, and it is concluded that different gun combinations will lead to different frequency of bubble pulse signals. Besides, linear combination method is used to analyze the signal-to-noise ratios of signals excited by different gun combinations which was recorded by seismic stations around the airgun source. In order to improve the signal-to-noise ratios, it is more effective to increase the activation energy (the number of excited guns at the same time) than to stack the excited signals with smaller energy repeatedly.     

Reliability Evaluation on Weak Signal Extraction for Airgun Source Surveys

Based on the data synthesis simulation and the actual processing of the airgun seismic source signal, three quantitative indicators of signal-to-noise ratio, waveform correlation coefficient and phase offset, are superimposed. We systematically evaluate the functions of the following three stack methods including linearity, phase weighting and S-transform in the extraction of weak signals under strong background noise and quantitatively estimate the reliability of the stack results. Through the comprehensive discussion of the above three methods of stack results, the preliminary comparative analysis believes that the linear stack signal-to-noise ratio is low, but the waveform distortion is minimal; the phase-weighted superimposed signal-to-noise ratio is high and the phase offset is small, but the results of the waveform quality and linear stack are larger than the deviation; the S-transform stack has a relatively higher signal-to-noise ratio and a small loss of waveform amplitude, but there is a certain phase shift phenomenon. It is therefore suggested that linear stack technology should be used when the requirements of both waveform quality and time precision are high. However, the selection of the stack method when the airgun source excitation is limited should be emphasized. If high fidelity is required, the S-transform stack method should be selected; if the required time is high, accuracy can be selected by phase-weighted stack method to achieve reasonable extraction of weak signals.     

气枪震源地震波走时变化影响因素分析及地震相关的走时变化

云南省地震局在程海断裂以西10 km的大银甸水库处建成了气枪震源发射台, 在水库丰水期内进行连续激发观测。 2014年8月21日、 24日气枪震源附近分别发生M_S4.2、 M_L4.1和M_L4.0地震。 本文利用宾川气枪震源附近的钟英台、 黄坪台等10个台站2014年9月8日至2015年2月28日观测数据, 使用波形互相关方法提取这些台站气枪信号的走时变化, 使用射线追踪的方式正演研究了气压、 水库水位、 潮汐应力等因素对波速变化的影响。 排除上述影响后, 认为3次4级左右地震可能是2014年9月台站气枪信号走时增大0.04~0.05 s的原因。     

2017年3月27日漾濞5.1级地震前后气枪震源观测走时数据的变化

以2017年3月27日漾濞5.1级地震为例,根据区域特性和信噪比要求,选取数据较为完整的6个台站记录的2017年1月1日～6月6日期间的宾川地震信号发射台气枪震源波形资料,采用互相关检测技术提取6个台站各自稳定震相的走时数据,并对漾濞5.1级地震前后走时数据的变化情况进行分析。结果表明,漾濞5.1级地震前后6个台站各自稳定震相存在较为明显的走时变化,且短期内走时变化具有较好的同步性,相关台站异常幅度大小和异常出现时间存在细小差异。地震发生前,6个台站走时低值异常过程明显,以YUL台最为显著。地震发生前后走时变化形态特征为双“V”型,漾濞5.1级地震发生在第1个“V”型末端。地震发生后,不同方位相关台站受地震的影响程度不同,走时波动大小存在差异。     

Study on the Influence of Airgun Excitation Conditions on Airgun Signals and Travel Time Variation Measurements

Because of the different excitation conditions of the airgun source, there will be subtle differences in airgun signals. Travel time variation of airgun signals often mix into source information which can''t fully reflect the evolution of the medium. This article uses the airgun signals from the Binchuan Transmitting Seismic Station to analyze the airgun signal''s characteristics of phase and correlation. We conducted a comparative analysis of the effects of the pair difference method and the deconvolution method on eliminating the influence of the excitation conditions in travel time variation. The results show that:(1) The pressure pulse and its subsequent wave of airgun source wavelet are less affected by excitation conditions that we can use it to obtain high-precision excitation moments. (2) Deconvolution can improve the correlation of the airgun signal. (3) The pair difference method can''t eliminate the influence of excitation conditions in travel time variation. Deconvolution can reduce excitation condition interference and the influence of the excitation condition in the travel time variation after deconvolution of the vertical signal is significantly reduced.     

不同激发环境下井中气枪震源特征研究

基于单枪容量为250in3的BHS-2200LL井中气枪,在内径0.2、5.0m不同激发井中开展了气枪震源特征对比分析,研究表明：①5.0m井中气枪激发产生的信号优势频率集中在10～40Hz,比在0.2m井中的低,这主要是由于较大水体利于气泡的震荡;②在能量方面,5.0m井中激发信号的能量强于0.2m井中的,幅度上相差1个数量级,单次激发的传播距离可达9km;③2种激发环境下产生的气枪信号都具有较好的重复性。