气枪震源在地球深部结构探测中的应用研究进展

介绍了气枪震源的发展历史、工作原理、激发参数、性能指标,及气枪震源的最新发展动态.由于气枪震源的优越性,使得气枪震源成为新兴的、环保的、绿色的人工震源,在地球物理学中得到迅速推广和广泛应用,如国外的LARSE和SIGHT计划,及国内的南海东北部海陆联合勘探计划,都是利用气枪震源进行深部地球物理探测的成功实例.通过对气枪震源的容积能量、激发频率、沉放深度等的分析和讨论,探讨气枪震源在地球深部结构探测中的进一步应用.     

气枪震源信号波速变化计算中的水位影响及消除

气枪震源是一种重复性很高的人工震源.受激发条件改变影响,气枪信号一致性会有所下降.反褶积方法可以去除气枪信号中激发压力、沉放深度、位置移动等的影响,但信号中水位变化的影响难以通过反褶积消除.地震信号波速变化反映了介质应力及物理状态的变化.利用气枪信号计算的波速变化受水位变化影响不能完全反应真正的介质变化,对研究结果及后续分析和应用产生较大干扰.为消除气枪信号波速变化中水位变化的干扰,本文提出了一种消除水位影响的方法:(1)水位以△h =0.2 m为间隔分段,将各个水位区间内激发的所有气枪信号叠加;(2)计算所有水位区间内气枪信号的波速变化,得到波速变化与水位变化的关系;(3)进行最小二乘拟合得到水位变化与波速变化的关系式,并计算水位变化引起的波速变化;(4)初始波速变化减去水位变化引起的波速变化,得到消除水位后的介质波速变化.研究结果表明:大银甸水库水位变化引起的气枪信号波速变化率最大可迭10-2,波速变化与水位变化呈线性正相关,水位影响随震中距的增大而减小,相同震中距气枪信号受水位变化的影响大小与气枪信号穿过水体的多少有关.运用本文提出的去除水位影响的方法可较好地消除波速变化中的水位变化信息.     

气枪震源波形走时变化分析的反褶积处理

利用云南省宾川主动源基地周边10km范围内7个流动台站2017年2月气枪震源集中激发时段记录的气枪信号,使用干涉法计算了直接使用波形和将波形与参考台反褶积后的格林函数两种处理方法下气枪信号的走时变化。使用了气枪震源附近不同方位角的两个参考台的数据,以分析不同参考台对走时变化结果的影响。结果表明:反褶积能较为有效的压制气枪震源的时间、空间和频谱轻微不重复性导致的走时变化;反褶积能降低一些来源不明的伪走时变化;使用CKT2的数据反褶积的结果略优于CKT0,其可能原因是气枪阵列沿方位角的非均匀辐射。     

震源和水听器沉放深度对单道地震勘探的影响

为研究震源和水听器电缆沉放深度对单道地震勘探的影响,建立鬼波影响模型,采用雷克子波模拟震源子波,分析因震源及水听器电缆沉放深度产生的鬼波对一次有效反射地震波的影响,并采用不同震源和水听器电缆沉放深度的数据对本次研究结论进行验证。研究表明：地震剖面分辨率和震源及水听器电缆沉放的总深度呈反比;随着震源或水听器电缆沉放深度的增加,地震剖面的分辨率递减,接收地震波能量从低值递增到最大值,再从最大值缓慢降低到稳定值;当水听器电缆沉放深度小于168.8/f(m)时,接收地震波能量随震源沉放深度变化的波动相对平缓,水听器电缆沉放深度浅有利于地震波的一致性,但沉放深度过浅时接收地震波能量将被极大削弱,会明显降低地震波的有效穿透深度;当震源沉放深度约为292.3/f(m)时,一次有效反射波的峰值和震源鬼波的峰值重叠,接收地震波能量最大;当震源沉放深度大于584.6/f(m)时,不考虑地震波能量在水中衰减的情况下,震源沉放深度继续增加对接收地震波能量的增加无效。     

基于气枪震源信号和背景噪声的2016年呼图壁6.2级地震前后波速变化特征初步研究

本文选取呼图壁气枪发射台周边流动台记录的2016年6月至2017年12月气枪震源信号和背景噪声信号,分别采用互相关时延检测法和移动窗互谱法研究2016年12月呼图壁6.2级地震前后波速变化特征,得到以下初步结果:呼图壁6.2级地震前后,距6.2级地震60 km的流动台记录的气枪震源信号未发现明显的波速变化,距6.2级地...     

断裂带对气枪震源信号传播路径及波速变化规律的影响

通过研究地表各向异性在气枪震源波速变化测量中的影响,探讨相邻台站同一时期介质波速变化的测量结果不一致的原因.研究结果表明:①震源所在水库的形状为非规则形状,这种横向的非均匀性对分布在水库周边台站测量的波速变化影响较小;②断裂带对于地震波传播有明显的影响,相邻台站因断裂带的存在导致震相射线的路径不同,进而会影响波速变化的...     

台网噪声评估及其对气枪震源激发效果影响的研究

为了研究背景噪声对长江地学气枪主动源实验激发效果的影响,收集了240个台站激发前72小时的背景噪声数据及20个定点激发的叠加结果进行实验分析.先剔除异常台站,按照国标将台网噪声水平划分为高、中、低3个等级进行评估,从而研究气枪波形信噪比与台站背景噪声的关系.结果表明:① 台站接收能力与背景噪声水平密切相关;② 气枪信号的信噪比在一定范围内受背景噪声的影响大于距离衰减的影响;③ 长江马鞍山—安庆流域段不同定点激发的场地条件基本一致;④ 随气枪信号叠加次数的增加,低噪台站的信噪比增长速度快于中、高噪台站,若想获得同样的叠加效果,高噪台站需要的叠加次数远大于低噪台站.      

数值模拟激发条件对宾川水库气枪信号振幅的影响

利用有限差分方法,对宾川气枪试验中激发条件对气枪信号振幅的影响进行数值模拟。结果显示:水库水位对信号振幅的影响呈非线性关系,34 m为气枪激发试验的优势激发水位,能产生最强波形振幅能量,而水位变化的影响随距离缓慢减小。通过拟合给出了不同水位变化幅度与其产生的平均振幅变化率之间的幂函数关系,可为实际波形运用中去除水位变化的影响提供理论参考。波形振幅与激发能量及震源沉放深度呈近线性关系,即激发能量越大,震源沉放深度越深,气枪激发效果越好,越有利于进行远距离深穿透地下结构的探测。     

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。     

大容量气枪震源子波时频特性及其影响因素

通过分析福建街面水库气枪实验的近场水听器记录,研究气枪子波时频特性及其受沉放深度和工作压力的影响,并结合气泡模型解释气泡振荡过程。数据分析表明：①气枪子波由主脉冲和气泡脉冲组成。主脉冲振幅大,持时短,频带宽,通常应用于浅部探测;气泡脉冲能量集中在低频段,垂直穿透深,水平传播远,通常应用于深部探测。②随沉放深度的增加,主脉冲振幅变化很小,气泡脉冲振幅增加,初泡比减小,气泡周期减小,低频段主频增加。沉放深度为10m时,主脉冲振幅和初泡比最大,可应用于浅部探测;沉放深度为25m时,气泡脉冲振幅很大,初泡比最小,可应用于深部探测。③工作压力增加时,主脉冲振幅、气泡脉冲振幅、初泡比、气泡周期等随之增大,低频段主频则减小。     

大容量气枪震源子波激发特性分析

大容量气枪水库激发作为陆地震源的可行性与有效性已经得到成功验证.为进一步提高气枪震源激发效果,本文通过水库气枪激发试验对单枪容量为2000 in³的气枪震源激发子波特征及规律进行了研究.依据近场水听器和远场短周期地震仪记录数据,分析气枪震源沉放深度、工作压力等不同激发条件对压力脉冲和气泡脉冲的影响.有助于人们根据不同尺度地下结构探测对震源激发信号的要求,调整气枪激发参数和激发环境,获得最佳激发效果.试验结果表明：（1）沉放深度对压力脉冲波形影响较小,其优势频率不随沉放深度而改变;（2）随着沉放深度从5 m增加到11 m,气泡脉冲的优势频率由5 Hz增加至7 Hz,其最大振幅亦近线性递增;（3）工作压力越大,激发压力脉冲能量越强,而对气泡脉冲的影响主要体现在主频降低.适合远距离深穿透地下结构探测的低频信号主要来自大容量气枪所激发气泡的反复振荡,由于气枪振荡过程非常复杂,本文通过较为简洁的数学和物理模型进行了解释.     

轴向压力下砂岩波速的实验研究

对轴向压力下的砂岩波速进行了实验研究．结果表明,波速随着压力的增加而增加,并且与加卸载循环有关．对非线性模量与应变的关系进行了拟合．用非线性模量来替代弹性模量,推导出了轴向压力下干燥砂岩样品的波速计算公式,得到了速度和应变的关系曲线．实验数据与理论曲线有较好的一致性．     

Recognition of the Rayleigh wave disturbances in the signals from depth pressure transducers of ocean-bottom seismic stations

The problem of recognizing the time intervals with Rayleigh-wave disturbances in the signals from the depth pressure transducers of the ocean-bottom seismic stations (OBS) is considered in the context of the tsunami-warning problem. A new recognition algorithm, which makes use of the frequency-time distribution functions (FTD) of the OBS signals, and the decision-making procedure based on the comparison of the calculated and reference FTD functions are developed. The results of recognizing the Rayleigh wave disturbances in the OBS signals are presented. The suggested approach can serve as an efficient means for solving the problems of recognition and classification of the disturbances in the time series of various geophysical observations.     

Experimental research on seismoelectric effects in sandstone

The seismoelectric effects induced from the coupling of the seismic wave field and the electromagnetic field depend on the physical properties of the reservoir rocks. We built an experimental apparatus to measure the seismoelectric effects in saturated sandstone samples. We recorded the seismoelectric signals induced by P-waves and studied the attenuation of the seismoelectric signals induced at the sandstone interface. The analysis of the seismoelectric effects suggests that the minimization of the potential difference between the reference potential and the baseline potential of the seismoelectric disturbance area is critical to the accuracy of the seismoelectric measurements and greatly improves the detectability of the seismoelectric signals. The experimental results confirmed that the seismoelectric coupling of the seismic wave field and the electromagnetic field is induced when seismic wave propagating in a fluid-saturated porous medium. The amplitudes of the seismoelectric signals decrease linearly with increasing distance between the source and the interface, and decay exponentially with increasing distance between the receiver and the interface. The seismoelectric response of sandstone samples with different permeabilities suggests that the seismoelectric response is directly related to permeability, which should help obtaining the permeability of reservoirs in the future.     

钻柱振动倒谱分析及其钻头源信号提取方法研究

随钻地震参考信号处理的关键是从众多噪音成分中提取较弱的钻头源信号.钻头随机激励源信号由于其频率范围宽,持续时间短,易受钻柱和其他机器噪音的影响.倒谱分析方法是一种非线性滤波技术,该技术不但可以将时域卷积信号转变为倒时域信号的相加,而且通过窗函数的选择,还可消除结构混响,提取源信号.本文根据钻柱模拟实验数据,利用了倒谱滤波技术进行瞬态源信号的提取,并用该方法进行SWD参考信号的处理,从而达到钻头源信号强化的目的.     

核幔边界反射震相ScS对远震体波反演震源参数精度影响

研究表明,远震直达体波波形(P波、SH波)是有效反演中强地震(M5.5~7)震源参数的重要资料.但是当震中距较大时,核幔边界全反射波ScS会进入SH波反演窗口,其未被传统的基于体波震源参数反演算法所考虑,从而导致反演结果偏差.本文通过TEL3与fk方法合成理论地震图,使用Jackknifing统计方法定量测试了不同情况下ScS震相对远震体波反演的影响.结果表明,当反演数据震中距位于70°~90°时,ScS震相会造成震源质心深度1 km左右、机制解最大8°的系统偏差;使用震中距40°~90°的SH波进行抽样反演,机制解最大系统偏差可达5°;SH波与P波联合反演可减少ScS震相引起的震源参数结果系统偏差.因此,ScS震相对基于射线理论的远震体波震源机制解反演所造成的误差是需要给予考虑的.     

Influence of source distance and depth on the branches ofPKP waves

Summary The average dependence of the calibration function q and the travel-time residuals t on the depth and distance of the source has been derived for individual branches of PKP waves using earthquakes from the SW Pacific Ocean (distance interval 147°–159°, depths 0–700 km). The analysis of very distant shocks of all depths according to the regional PKP travel time tables can be completed by the magnitude determination.     

震源对地震动空间相关性影响的定量研究

在震尖为线性破裂断层模型的假定下,本文根据震源理论和波谱随空间坐标的展开式,定量分析了震源对地震动空间相关性的影响,得到了场地上相距为ｄ的ａ、ｂ两点地震动的Ｆｏｕｒｉｅｒ谱的关系式为Ａｂ（ｆ）＝Ａａ（ｆ）ｅｘｐ（ａ１δｒ０＋ａ２δθ）。其中ａ１,ａ２为与震源参数、介质我和场地位置相关并随频率变化的两个复数,δｒ０与δθ为与台丫相对位置有关的参数。本文给出了计算ａ１和ａ２的理论公式,并对ａ１和ａ２的