甘肃祁连山大容量气枪主动源最大探测范围

叠加甘肃和青海数字测震台网记录到的甘肃祁连山大容量气枪连续激发的大量观测波形。结果显示,单次激发的气枪震源信号最远可以在距气枪震源304km的古浪台(GLT)识别,通过110次叠加的信号最远可以追踪到412km的安西台(AXX),4 600次叠加的信号最远可以在距气枪震源677km的乌图美仁台站(WTM)观测到。研究结果可为提高甘肃祁连山大容量气枪主动源观测系统的监测能力和微弱信号的提取能力,探讨祁连山区域内部介质速度变化等工作提供重要的科学意义。     

区域尺度主动源探测技术及试验研究

正地震波在地球介质中的传播,携带了丰富的地下介质物性的信息,是我们获取地球内部结构、物质组成及状态的最重要的研究手段。通过对天然地震激发地震波的研究,人们对全球地震分布、地球内部圈层结构及动力学过程、物质组成和横向不均匀性等方面的认识已取得了巨大的进步,较为完整地勾画出了地球整体结构的三维图像。但在面对严重的地震灾害和强烈的火山喷发等问题时仍显得不能满足要求。我们不仅需要地球内部清晰的静态图像,还要了解和掌握地球内部的运动变化过程。到目前为止,国内外学者已分别尝试利用重复天然地震、自然噪声和人工震源等研究地     

不同激发环境下井中气枪震源特征研究

基于单枪容量为250 in~3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振荡;2在能量方面,5.0m井中激发信号的能量强于0.2m井中的,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。     

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。     

祁连山气枪主动震源浮台漂移钢索悬吊控制技术

针对地下介质动态变化监测研究中的信噪比、震源可重复性和波速精确测量等关键问题,利用大容量气枪作为主动震源,构建了一套高性能的主动源探测技术系统,该系统主要由气枪震源和信号接收2部分组成。为了解决浮台偏离设定位置的问题,提出了浮台漂移控制技术。实验结果表明,该技术可以有效地解决气枪激发后浮台受到水流冲击作用而偏离设定位置的问题。本研究结果可为一定激发场地情况下的气枪主动震源重复探测工作所借鉴。     

大容量气枪震源陆地反射地震探测技术

为了探索大容量气枪震源在探测区域结构以及在内陆水体进行水陆联测的可行性与有效性,2015年在安徽铜陵完成了长江航道走航激发、陆地接收反射波的“地学长江计划”铜陵段试验。本文从试验观测系统、共中心点分布、覆盖次数以及单炮数据属性等方面综合分析了大容量气枪震源陆地反射试验结果的影响因素。试验结果表明:① 大容量气枪震源在内陆水体激发能够用于地壳结构的探测;② 在水陆联测勘探中,根据目标层段合理设计反射角,能够有效地解决小炮检距反射角不足、大炮检距能量弱的问题;③ 在进行弯线数据采集时,需要对观测系统进行设计,以提高共中心面元的有效覆盖次数;④ 根据气枪震源容量的大小,进行最大、最小炮检距设计,是确保面元成像速度分析精度和面元炮检距属性分布合理的重要条件。      

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.     

祁连山气枪主动震源浮台漂移钢索悬吊控制技术

针对地下介质动态变化监测研究中的信噪比、震源可重复性和波速精确测量等关键问题,利用大容量气枪作为主动震源,构建了一套高性能的主动源探测技术系统,该系统主要由气枪震源和信号接收部分组成。为了解决浮台偏离设定位置的问题 ,提出了浮台漂移控制技术。实验结果表明,该技术可以有效地解决气枪激发后浮台受到水流冲击作用而偏离设定位置的问题。本研究结果可为一定激发场地情况下的气枪主动震源重复探测工作所借鉴。     

大容量气枪震源长江定点激发信号检测

地学长江计划“安徽段实验”是大容量气枪震源在长江的首次激发。本文针对布设在气枪固定激发点附近的流动台和周边固定台接收到的气枪信号进行线性叠加分析近场和远场信号的时频特性,利用叠加结果检测气枪信号的传播特性,分析不同环境因素对信号传播距离的影响。结果表明：①近岸首台可以接收到清晰的压力脉冲、气泡脉冲的体波和面波信号;②气枪信号主频为5Hz左右,随震中距的增加,压力脉冲信号衰减很快,信号主频频带变窄;③对信号传播距离进行初步检测,最近的传播距离为180km,最远共有3个激发点传播达到260km,夜晚激发信号传播距离较远。     

利用分布式光纤声波传感器监测大容量气枪震源信号

近年来出现的新型高密度地震观测系统——分布式光纤声波传感器(Distributed Acoustic Sensing,DAS)有望提高地震成像的空间分辨率。为探索该技术在监测介质动态变化方面的应用,在云南省宾川县布设了长约180m的传感光缆,对9.6km外的宾川大容量气枪震源的激发信号进行了监测。在为期2d的实验期间,对气枪震源进行了24次高重复激发,采用时频域加权相位叠加算法对多炮和多道记录进行叠加处理,得到了高质量的地震波信号,与共址观测的地震仪记录具有较高的一致性。通过此次观测实验,初步验证了利用DAS监测大容量气枪震源信号的可行性,未来有望将其推广应用于高分辨率4D地震成像研究中。     

陆地水体气枪震源探测技术回顾与进展

地下介质应力场的状态及其变化监测研究,可促进对地震物理过程的认识和理解.高精度波速测量为微弱的应力变化监测提供了可靠的技术手段,但高重复性的震源是研究地下介质微弱变化的关键.近十几年来的探索和实验表明,陆地水体气枪震源是一种较为理想的重复性人工震源,具有高度可重复、绿色环保和测量精度高等特点.本文对陆地水体气枪震源探测技术的发展历程进行了回顾,介绍和总结了陆地水体气枪震源技术的系统构成、性能特点及相关应用,主要包括在地震前后物理过程、断裂带介质变化和工业开采区生产监测等方面的进展,探讨了目前在推广应用中面临的问题及重点发展方向,为利用陆地水体气枪震源技术开展地下介质动态监测研究提供了佐证.

     

大容量气枪震源特征及地震波传播的震相分析

利用大容量气枪震源在陆上水库进行地震波激发试验,研究陆上水库环境下激发气枪震源所产生的地震波特征及传播距离. 试验结果表明,大容量气枪震源是具有丰富的10 Hz以下低频信号的低频震源,其激发的地震波具有传播距离远,穿透深度深的特点. 在185 km长的测线上均记录到了气枪信号,成功检测到Pg,Pc,P2,PmP和Pn等多组震相,并在此基础上对地下深地壳结构进行了一维速度结构正演,讨论了该区域壳幔过渡带的低速结构. 气枪震源还具有一般炸药震源不具有的特征,如长期定点重复激发和有效转换S波的优点,是陆上进行长炮检距深穿透地下结构研究的一种优良人工震源.     

甘肃祁连山主动源重复探测项目建设及震源重复性分析

甘肃祁连山主动源重复探测激发源位于甘肃省张掖市祁连山西流水水库,2015年7月9日各系统开始正式运行,11月10日完成了为期40天的连续激发实验。观测资料处理结果表明,气枪震源具有良好的一致性和可重复性,整个观测系统能比较清晰地记录到震源激发的信号。祁连山主动源项目建设取得的结果可为主动源探测工作提供宝贵经验和科学借鉴,不断取得的观测数据为跟踪了解祁连山地区的深部结构时空变化提供了可能。     

利用反投影方法计算陆地有限水体气枪震源激发过程

陆地大容量气枪震源可用于区域尺度地球物理结构及变化的勘测.对气枪震源在有限水体内震源过程的研究,有助于我们深入了解气枪信号机制及气枪信号不同震相产生的成因.然而由于有限水体中大容量气枪激发的复杂物理过程,特别是复杂固液界面的存在,目前却没有较好的理论模型用以描述陆地气枪震源信号的能量传播特征.反投影方法是一种计算震源破裂过程的方法,能在动力学参数有限的情况下得到较优的结果.本文以此提出了一种修改的反投影方法,以用于模拟气枪震源激发过程中的能量分布图像.将气枪的激发分解为五个简化的物理过程,并分别建立数值模型,计算每个模型的理论波场,用作新方法的输入数据.通过对五个数值模型的数据计算发现,该方法可以准确地得到气枪激发后水体中的波场形态的变化,能够分辨出气枪激发过程中的气枪激发、气泡上浮、气泡震荡等过程,刻画能量分布特征,并且发现水听器足够密集与合理布置能达到更好的效果.该方法可以为气枪震源的快速评估及气枪震源的有效应用提供参考.

     

利用气枪主动源资料研究高频GPS与强震仪信号特征

高频GPS在地震学研究中起着重要作用,然而其地震信号的稳定性和适用范围仍不清楚;由于气枪震源可重复性比较高,可提供定量的震源波形信号进行分析,特别适于对仪器的信号特征进行分析和标定.我们根据2016年5月在福建漳州南一水库的气枪主动源激发观测实验获取的高频GPS与强震仪资料,对比分析了不同频率下高频GPS和强震仪的信号特征.研究发现：（1）气枪的沉放深度、枪阵的尺寸以及水深影响两者信号相关性;（2）高频GPS记录到的位移信号与强震仪仿真的位移信号具有高相关性,且在10~60 s频带内两者的波形相关性最高;在长周期上,高频GPS比强震仪稳定性更高.对比发现高频GPS可以作为地震观测的"位移计",在大震的近场观测中具有其独特的优势,可以作为地震仪观测的有效补充;同时,高频GPS可以应用于地震预警与烈度速报以及快速确定大震破裂过程等工作中.     

Influencing factors of seismic signals generated by un-tuned large volume airgun array in a land reservoir

Un-tuned large volume airgun array in a water reservoir is recently proposed as a new way to generate seismic waves on land. It can be used to explore the earth velocity structure and its temporal variations as well. However, the characteristics of seismic signals (especially far-field signals) from an airgun array in a reservoir and its affecting factors (firing pressure, airgun towing depth, water level of the reservoir, etc.) has not been adequately studied. We analyzed the seismic data collected from field experiments at Binchuan Transmitting Seismic Station in 2011 and 2013 and found that (1) The similarity of seismic signals decrease with distance, which is most likely induced by the decay of signal amplitude and signal to noise ratio (SNR); (2) The amplitudes of far-field airgun signals are almost linearly proportional to the firing pressure; (3) The towing depth of airgun has less effects on the far-field signals; (4) The amplitudes of far-field airgun signals are proportional to the water level of the reservoir.     

光缆布设方式对DAS主、被动源记录的影响

近年来分布式光纤声波传感器在近地表结构的主、被动源地震成像中得到了广泛应用,前人研究发现不同布设方式光缆记录的数据质量差别较大,有可能影响成像结果.因此本文针对光缆布设方式对分布式光纤声波传感器记录的主、被动源数据的影响开展了观测实验,设计了水泥胶结、路面摆放、架空三种布设方式模拟实际情况中的光缆,开展了主、被动源信号观测.基于光缆记录的被动源信号计算噪声互相关函数,采用多道面波分析法测量不同光缆的相速度频散曲线,并对比三种布设方式的光缆记录的主动源信号波形与到时等信息.结果表明水泥胶结和路面摆放布设方式可以提供质量较好且一致的主、被动源数据,但是悬空光缆的信号质量与频谱受到光缆自振的影响. 利用滤波去除光缆自振影响后,其频散曲线与水泥胶结和地面摆放光缆提取的频散曲线误差在5 m·s^-1以内. 通过相应优化手段后,三种布设方式的光缆记录的主、被动源数据都可以用于面波和体波走时成像,而主动源信号波形信息差异较大,难以直接用于相关成像研究,有待开展进一步工作.

     

主动震源在中国区域尺度及水库地震监测中的应用

综述精密可控震源与陆上气枪2种主动震源特性及在国内区域尺度上的应用,估算观测介质波速随时间变化的精度,探讨主动震源在构建水库地震观测介质波速随时间变化中的系统应用。     

主动震源在中国区域尺度及水库地震监测中的应用

综述精密可控震源与陆上气枪2种主动震源特性及在国内区域尺度上的应用,估算观测介质波速随时间变化的精度,探讨主动震源在构建水库地震观测介质波速随时间变化中的系统应用。     

由精密控制人工震源观测到的绵竹5.6级地震前后波速变化

地震危险区断层的应力状态变化及其精确测量一直是地球物理学关注的热点问题之一,主动震源探测技术的发展为解决上述问题带来了可能.汶川大地震后,结合汶川地震断裂带科学钻探,在四川省绵竹市九龙镇--跨越龙门山断裂带前山断裂,利用10 t精密控制人工震源进行了连续监测试验,在试验观测期间的2009年6月30日凌晨2时3分,当地发生了M_s5.6级地震,地震前后观测数据的对比分析表明,该地震发生前后,穿过断裂带的直达S波走时发生了时延为5~9 ms的微弱变化,射线路径上的平均波速相对下降了约0.3%,该时延主要是由地震同震效应引起的断裂带内应力调整和物性变化造成的.所使用的精密控制人工震源性能稳定,适于开展断层监测.这一结果对于发展断裂带主动震源动态监测技术具有重要意义.