水库大容量气枪震源激发条件优化实验研究

通过人工拾取震相,统计记录台站数、台站最远观测距离、接收能量等3个参数,自主研发了最优工况处理软件来研判工况激发效果,并确定棉花滩水库最优工况为水深25m,枪阵沉放深度9m,枪阵尺寸7m×7m。对定点300次激发的每10次累计叠加结果进行分析后发现,叠加1090次时激发效果快速增强,100150次时缓慢增强,160240次时快速增强,250300次时缓慢增强,即随着叠加次数的增加,激发效果增强,传播距离和记录台数也逐步增加。     

水库大容量气枪震源激发条件优化实验研究

Through manual pickup of seismic phases,the number of recording stations,the farthest observation distance of station and received energy are determined,then optimal operating condition processing software is developed to evaluate the excitation effect of operating conditions. The optimal operating conditions in the Mianhuatan Reservoir are determined using this software. They are: optimal water depth 25 m,airgun array sink depth 9m and airgun array size 7m × 7m. At the same time,accumulative stacking results for every 10 times are analyzed for 300 fixed-point excitations. It is concluded that the excitation effect shows a rapidly rising trend at 10 to 90 times stacking,a slowly rising trend at 100 to 150 times stacking,a rapidly rising trend at 160 to 240 times stacking,and a slowly rising trend at 250 to 300 times stacking. As the number of stacking increases,the propagation distance and the number of recording stations also increase gradually.     

大容量气枪震源及其波形特征

大容量低频组合气枪震源已成功应用于南海北部海陆联测实验及陆上水库实验,其信号传播最远距离可达255 km. 为了探讨气枪信号的波形特征, 从广东省地震台网数据中选择了台基相同、震级与震中距相近的珠海台的地震记录, 将气枪震源、天然地震和爆破三种震源的波形特征进行了对比分析,结果表明, 气枪信号特征明显, 信号主频4～8 Hz, 振幅±0.15 μm·s-1, 波形一般具有3～5个峰值, 并随时间有规律变化,易于准确识别. 实验探测结果说明, 这种能量强、重复性好、探测精度高、绿色环保的枪阵组合震源可广泛应用于海洋与陆地深部结构研究.     

台湾海峡大容量气枪震源海陆联测初探

本文利用在我国台湾海峡采用大容量气枪震源开展海陆联测获得的广角地震测线HX9, 采用二维射线追踪法反演得到了HX9剖面的地壳二维速度结构和地壳界面形态, 初步探明了福建—台湾海峡海陆过渡带的深部构造． 结果表明: HX9剖面的地壳内存在两个速度间断面, 即C界面和莫霍面, 其中: C界面为上、 下地壳的分界面, 是一个小的速度不连续面, 速度变化值达0.08—0.16 km/s; 而地壳底部的莫霍面则有较大的速度反差, 变化值达1.02—1.29 km/s, 莫霍面上、 下的速度分别为6.75—6.97 km/s和8.00—8.07 km/s． 沿剖面的地壳界面形态总体起伏不大, 陆域上、 下地壳的厚度和界面变化趋势均相似, 从陆域到海域呈微倾斜变化趋势, 表现为减薄陆壳的特征． 莫霍面陆域埋深约为31.6 km, 向福建东南沿海逐渐减薄至27.4 km左右．      

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。     

气枪震源弱信号提取的可靠性初步分析

基于数据合成仿真、气枪震源激发信号的实际处理,由叠加信噪比、波形相关系数及相位偏移等3个定量指标,系统评价线性、相位加权和S变换等3种叠加方法提取强背景噪声下弱信号的实际性能,并定量估计叠加结果的可靠性。通过对以上3种方法叠加结果的综合探讨,初步对比分析后认为,线性叠加虽然信噪比较低,但波形畸变最小;相位加权叠加信噪比较高,相位偏移小,但波形质量与线性叠加的结果相比偏离较大;S变换叠加可获得相对较高的信噪比,波形幅度损失小,但存在一定的相位偏移现象。因此建议,当波形质量和时间精度均要求较高时宜用线性叠加。但气枪震源激发有限时选择叠加方法应有所偏重,若要求波形高保真,宜选择S变换叠加;若要求时间高精度,可选择相位加权叠加方法,以合理实现弱信号的有效提取。     

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.     

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。     

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随着沉放深度的增加,主脉冲振幅变化很小,而气泡脉冲振幅增加,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.     

沉放深度对气枪震源激发信号影响的试验研究

以2014年11月福建街面水库气枪震源激发试验观测数据为研究对象,利用基于互相关的时延估计法对不同沉放深度及不同水深的气枪激发展开研究,分析沉放深度及激发环境水深对气枪震源激发信号到时的影响。结果显示:激发位置不变,气枪沉放深度在8—30 m范围内变化时,震中距为13 km的测震台站记录到的气枪信号的首脉冲到时差异很小,而气泡脉冲到时则有明显差异,且随着沉放深度的增加,气泡脉冲信号到时提前,8 m沉放深度与30 m沉放深度气泡脉冲的到时差近80 ms,这种变化与布设在库底的海底地震仪记录到的信号变化相一致,分析认为这种变化与气枪沉放深度增加引起的气枪激发信号的周期减小有关;在不同水位开展的相同沉放深度的激发信号差异不大。因此,应用气枪震源监测地壳介质变化时需注意气枪震源沉放深度变化所带来的影响。      

立体气枪阵列延迟激发震源特性及在浅海区OBS探测中的应用

利用中、小容量气枪组成的立体气枪阵列延迟激发震源和海底地震仪(OBS)在我国北部浅海海域开展了人工地震深部地球物理探测试验.基于水深条件和压制水体虚反射、提升低频能量的需要,使气枪震源有足够的输出能量和高品质子波特性,研究了立体气枪阵列延迟激发震源工作机理,经远场子波理论模拟优选了组合参数并进行了海上试验工作.结果表明,中、小容量气枪组成的立体气枪阵列延迟激发震源,适应了浅水海域的激发环境,降低了由虚反射造成的局部陷波和干扰作用,有效地改善了OBS信号的品质,获得了Ps,Pg,PmP,Pn 等多种震相.创新了由中、小容量气枪组成的立体气枪阵列延迟激发震源在浅海区OBS探测中的应用,也填补了南黄海海域深地震探测数据的空白,为南黄海、渤海深部地壳结构研究及含油气盆地形成演化研究提供了重要的基础资料.     

大容量气枪震源主动探测技术系统及试验研究

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,利用大容量气枪震源,构建了一套高性能的主动探测技术系统,该系统包括气枪震源激发和信号接收,并在河北、云南和新疆等地的内陆水库和人工水体等不同激发环境,开展了探索性试验研究。试验结果表明:①气枪震源激发频率低,能量强,具有高度的可重复性、可通过叠加提高信噪比、探测距离大、绿色环保等特征,是一种理想的低频震源;②该探测技术系统操作简单,易控制,自动化程度高,探测精度高,能观测到固体潮引起的连续变化,可应用于区域尺度地下介质动态变化监测和开展4D 地震学研究;③气枪震源激发产生的信号震相丰富,有较强的S波,为研究地壳介质特性、应力分布及其动态变化等提供了新的技术路线。