不同模型下爆炸源和层裂源的 Lg波特性研究

地下核爆炸区域及远区地震波信号中,有二次源即层裂源的贡献,其对区域震相Lg波具有调制作用.本文利用理论地震图数值模拟方法,分析爆炸源和层裂源在3种典型介质速度模型下的区域震相特征,得到了爆炸源和层裂源所激发的Lg波与介质速度模型的关系,并结合CLVD源所激发的S波随震中距的演化过程,对Lg波的形成机制进行了阐述.结果表明,CLVD源是激发地下核爆炸低频Lg波的主要因素.      

地下核爆炸地震波二次源特征

层裂是地下核爆炸震源物理过程中最重要的非球对称源过程.对其机制的研究,多基于面波资料,本文基于远场体波资料,利用经验格林函数方法,消除路径及接收场地效应,利用地下核爆炸远场地震波P波数据对震源时间函数进行了反演,结果显示明显的双脉冲特征,该二次源特征不随方位角及震中距变化,说明它源自震源本身,其双脉冲特征与层裂机制相符.     

利用Lg波谱特征估计地下核爆炸装置的埋深

Lg波同时携带地球介质结构信息和爆炸源引起的二次源信息,是研究地下爆炸震源机制及检测、识别手段的重要震相。基于对某一区域介质结构的了解,将实测Lg波谱特征形态与理论波谱形态进行比对,利用Lg波频谱曲线的低谷点随震源深度"左移"的特征,作为辅助识别手段估计地下核爆炸装置的埋深。研究结果对深入地理解地下核爆炸震源机制有重要的参考意义。     

基于Lg波识别判据的特性分析

Lg波是检测、识别地下核爆炸的重要震相.通常情况下,地下核爆炸的低频段Lg波能量相对较强,基于Lg波的识别判据在高频段表现较好.然而在低频范围内却表现出难以用球对称爆炸源模式解释的现象,如Lg/Pg判据在1 Hz附近失效等现象.本文利用理论地震图方法,分析了伴随层裂过程产生的重要辅助源——CLVD源对Lg波低频成分的调...     

地下核爆炸Lg波的激发机制

地下核爆炸Lg波的激发机制,目前尚未十分清楚.其中主要观点之一是源区附近由补偿线性矢量偶极源（CLVD）激发的Rg波的散射形成的S波是Lg波能量的主要来源.本文利用理论地震图模拟方法,基于东哈萨克斯坦地区速度模型,分析比较了东哈萨克斯坦地壳速度模型下的爆炸源、张裂源及CLVD源对区域震相Lg波的影响.结果表明,从能量的角度来看,CLVD源是激发Lg波的主要因素.模拟计算结果也进一步证实了CLVD源激发的Lg波振幅谱具有低谷点的特征源自于该震源所激发的Rg波;在此基础之上,检验了Patton提出的估算震源埋藏深度的经验公式.结果发现,该公式仅适用于震源埋藏深度较浅的情况（<500m）.这些结果对于进一步理解及更好地利用Lg波具有重要理论指导意义.     

岩石损伤对地下核爆炸震源特性影响研究

本文在考虑动态力源扰动的情况下,对岩石损伤对地震波辐射的影响及其震源表示进行了理论推导,证明了当有动态力源存在时,Ben-Zion和Ampuero于2009年给出的结果只是岩石非弹性响应对震源及相应地震波场的贡献,而非其全部.在此基础上,应用相关结果对岩石损伤破坏对地下核爆炸震源成分的影响进行了分析,给出了地下核爆炸情况下补偿线性偶极子源和构造应力释放与岩石损伤破坏之间的关系.结果表明,地下核爆炸补偿线性偶极子源主要来自于地表反射拉伸波和空腔回弹冲击波等造成的爆心上方锥形区域中的岩石破坏,而构造应力释放则主要来自于整个岩石破坏区内的构造应力松弛.      

二氧化碳相变技术应用于新型震源研发的可行性研究

为了研究二氧化碳物理相变技术应用于新型震源研发的可行性,在地下成层性较好的某煤田地震测区,开展了利用二氧化碳相变技术激发地震波的野外人工震源激发-接收实验．并与传统炸药震源进行了对比．地震数据利用Aries2.66型垂直分量反射地震仪和PDS-2型三分量地震仪接收．根据实测地震数据,从野外地震记录震相识别,初至波传播距离分析,震源近场地震信号时频分析,CO_2相变激发震源子波提取和基于CO_2震源子波的地震初至波波形反演实验等多个方面,进行了关于CO_2相变激发技术能否产生地震波信号以及能否将其应用于新型震源研发的可行性研究．研究结果表明CO_2物理相变膨胀能够产生能量集中的地震波信号;在实验区地质条件和激发参量下地震记录中初至波的可识别的传播距离约为1km;震源近场地震信号的主频集中在8～13Hz;利用震源近场数据提取了CO_2震源子波;通过地震初至波波形反演实验认为这种震源子波能够应用于波形反演等方面的研究．因为CO_2相变激发具有绿色、环保、安全等方面的优点,若能进一步在激发能量、激发—延迟时间一致性等方面加以改进,该技术有望在城市隐伏活动断层探测、城市地下空间探测、煤矿高瓦斯环境人工地震勘探等领域发挥重要的作用．     

层裂对区域震相Lg波的影响

地下核爆炸Lg波的激发机制, 目前尚未十分清楚. 普遍接受的观点是: 伴随层裂源的补偿线性矢量偶极源激发的Rg波的散射形成的S波, 是Lg波的最主要贡献因素. 本文利用频谱比对方法, 结合合成理论地震图方法, 基于东哈萨克斯坦地区速度模型, 分析了东哈萨克斯坦地壳速度模型下的层裂对区域震相Lg波的影响, 并进一步分析了该地区的实际观测资料. 结果表明, 层裂时间函数对Lg波具有扇贝形调制作用; Lg波振幅谱的低谷点源自于补偿线性矢量偶极（CLVD）源激发的Rg波. 这一结果也表明, 东哈萨克斯坦速度模型下的Lg波受层裂的调制作用, 与内华达试验区的Lg波是一样的, 进一步支持了Patton和Taylor的观点, 对于进一步理解及更好地利用Lg波具有重要理论指导意义.      

利用经验格林函数识别地下核爆炸与天然地震

利用目标区域内的小当量地下核爆炸事件作为经验格林函数(EGF), 来估计发生在该目标区域内的可疑地震事件的相对震源时间函数(RSTF). 天然地震和地下核爆炸的震源物理过程的本质区别会通过震源时间函数, 表现出不同的特征. 研究结果表明, 地下核爆炸的远场RSTF表现为简单的、与方位角无关的单脉冲或双脉冲形式, 宽度约为1.0 s; 而基于地下核爆炸事件作为经验格林函数反演得到的天然地震的RSTF通常表现出很复杂的形式; 不仅表现为周期不固定的多脉冲形式, 而且随方位角、震中距的变化而变化. 对目标区域范围内发生的可疑地震事件, 利用已有的经验格林函数来反演其RSTF, 并通过对RSTF的分析来研究是否为地下核爆炸, 对地下核爆炸检测及识别研究不失为一种有效的参考手段.     

地震雷达

利用绿色、环保的人工震源,主动向地下发射地震波,构建地震雷达,实现大范围的地下探测,是地球科学的一个前沿课题.最早,探测地球内部利用的是天然地震产生的地震波,这是因为天然地震释放的能量大,一次天然地震释放的能量相当于万吨级炸药.几千公里远处仍可以接收到信噪比大于1的地震波信号,但天然地震发生频度低和震源位置定位精度低限制了利用天然地震进行地下探测的精度;后来,利用人工源的地震勘探得到迅速的发展,探测精度明显提高,但受到人工源能量的限制,探测的空间尺度有限;今天,以小当量激发实现大尺度探测是发展地震雷达的一个关键问题,是将地震波理论和现代信息科学相结合的一个新的领域.发展人工震源的编码和接收信号的解码等理论和技术,可以从电磁波雷达在过去半个世纪所经过的道路得到许多借鉴和启发.可以预期,地震雷达的发展将会对观测地震学带来全面的影响.