分布式光纤声波传感器及其在天然地震学研究中的应用

分布式光纤声波传感器(Distributed Acoustic Sensing, DAS)是近年来兴起的超密集地震观测系统,具有一系列观测密度高、观测成本低、耐受恶劣环境等优势,在油气行业得到了广泛应用,也引起了天然地震学界的关注.本文简要回顾了DAS系统的测量原理、发展历程、技术方案、介绍了测量原理及其响应特性,然后围绕多个观测实验,介绍浅部结构成像、深部结构探测和地震监测三个方向的典型应用实例,最后讨论了DAS系统在天然地震学研究中应用面临的挑战和发展趋势.     

分布式光纤声波传感系统记录的交通噪声的干涉处理分析

分布式光纤声波传感系统(DAS)是近年来迅速发展的高密度、低成本的地震观测设备,已经在基于面波的速度层析反演、反射成像、微地震监测等多个领域显示巨大潜力.本文基于美国加利福尼亚州Garner Valley实验中DAS记录的交通噪声数据,分析交通噪声数据特点,并利用地震干涉方法从交通噪声记录提取出近地表传播的面波信息.结...     

分布式光纤声波传感系统在近地表成像中的应用Ⅱ:背景噪声成像

随着城市化的发展,城市地球物理日益成为地球物理研究的重要方向,地震成像是构建城市地下空间三维/四维图像的重要手段,但面临观测成本高的困难.近年来国际上新发展的分布式光纤声波传感器作为高密度地震观测系统已经在地震层析成像方面得到了应用,在提高成像分辨率的同时,又降低了观测成本.本研究使用国产分布式光纤声波传感器开展了观测实验,利用480 m埋地光缆记录了13 h背景噪声,计算得到噪声互相关函数,获得了高频Rayleigh面波信号.采用多道面波分析方法提取相速度频散曲线,其结果与传统检波器记录和主动源结果较为一致.采用遗传算法反演得到了研究区内二维S波速度剖面,获得了下方沉积物横向变化特征.通过本次实验,初步验证了国产设备开展地震背景噪声成像研究、构建地下浅层结构模型的可行性.

     

分布式光纤声波传感微振动响应特征

分布式光纤声波传感技术(Distributed Acoustic Sensing, DAS)利用光纤中的瑞利散射来获取振动信息, 具有高密度、低成本、可长时监测等优点, 目前已经广泛应用于地震勘探领域.DAS系统可用于采集沿光纤轴向的应变或应变率, 且DAS响应与地震波传播方向和偏振方向有关.本文推导获得了不同震源模型的应变辐射花样, 并通过数值模拟获得了不同震源机制和不同布设条件下的分布式光纤微振动数据.理论合成算例结果表明, P波的应变辐射花样和速度辐射花样在各类震源机制条件下都具有较为相似的形态, 而S波的两种辐射花样在某些震源机制条件下具有较为明显的形态差异.此外, 包含DC(Double Couple, 双力偶)成分震源的S波DAS响应记录与常规速度检波器记录相比, 极性反转的位置具有较大差异.

     

分布式光纤地震传感技术在成像研究中的应用进展

分布式光纤地震传感技术是新一代密集台阵观测技术,其利用光纤在地震波场作用下产生的光时程变化,探测地下介质的动态应变信号.其具有空间采样率高、恶劣条件耐受性强、运维成本低等优势,适用于城市、海洋、深井、冰川等传统地震学观测手段较难开展工作的环境.本文围绕该技术在地球内部结构成像研究中的应用,调研了从浅表数米到莫霍面深度等不同尺度成像的研究进展,其利用信号为从地脉动到高频交通噪声等多频段被动源和不同级别的主动源.文章同时分析了该技术面临的一些挑战,包括信号质量和信号保真度、海量数据处理和波场信息挖掘、海量数据存储和共享分析等,由此建议,须开展主被动源高分辨率动态成像、仪器传递函数计算及其校正方法、大数据有效信息挖掘等研究,从而更好地服务于高密度、高精度的光纤传感地震成像研究.     

分布式光纤传感技术在地震监测中的应用探讨

分布式光纤传感利用光导纤维具有的传感、传输双重特性,实现对被测量对象沿光纤分布的多点甚至连续测量,以达到取代多台独立点传感器的目的。它既具有光纤的抗电磁场干扰、大信号传输带宽等优点,又突破了点式光纤传感的限制,可以同时获得被测量对象测量参数的空间分布及其随时间变化的信息,并使之能够进行远距离遥测监控,在许多工程领域有重大的应用价值。     

光纤传感技术在地震勘探中的应用研究

传统地震检波器的缺陷限制了高精度地震勘探技术的进一步发展.日益成熟的光纤传感技术不仅广泛应用在各个领域,而且也促进了石油勘探的发展.光纤光栅具有抗电磁干扰、灵敏度高等优点,有望提高地震检波器的性能.文章针对光纤传感技术的特点,探讨了其在地震勘探中的应用.根据光纤传感的原理对光纤型地震检波器进行分类,重点阐述了光纤传感技...     

分布式光纤传感器原理及在地震监测中的应用研究现状

一般情况下,地震发生前都会出现各种异常信号,重点监测这些地震前兆信号对研究地震有重要意义。基于分布式光纤传感的地震监测应用系统,由于其自身的独特优势,在地震勘探领域正得到越来越广泛的重视,是目前理论界和实际应用的研究热点。DAS系统的基本原理是基于光纤的弹光效应,通过探测由弹光效应产生的光信号的相位、波长等参量,可以实现对地震波的监测。DAS系统可以通过检测激光脉冲在光纤中散射引起的相位变化来测量光纤的轴向应变,其中光纤的每一小段都可以等同为一个单分量应变仪,地表仪器系统与光纤相连接受信号,用于分析振动信号并将其转换为地震信号进行分析;DAS率先在地震勘探领域中得到应用,之后逐渐推广到微地震、VSP井中地震勘探等领域,甚至有研究项目已经开始在海上进行监测,取得了实际效果;国内外关于应用光纤传感技术地震计的研究和应用,充分证明了光纤传感技术地震计未来不可或缺的研究方向,未来在监测的精度和工程应用领域出现的各种问题将会是继续跟踪的研究重点。     

分布式光纤声波传感系统在近地表成像中的应用Ⅰ：主动源高频面波

近年来发展的新型地震观测系统--分布式光纤声波传感器(DAS,Distributed Acoustic Sensing)可以实现低成本高密度观测,有望提高浅层结构成像的精度以及分辨率.最近国内研发了一系列具有自主知识产权的DAS设备,为验证国产设备在浅层结构研究中的可行性以及应用效果,2018年7月我们开展了一次DAS观测实验.实验采集了50kg落锤震源激发的地震信号,并采用多道面波分析方法提取了8~20Hz频段的主动源Rayleigh波相速度频散曲线,得到了实验区浅层30m的S波速度结构.获得的主动源面波频散曲线与共址检波器的结果吻合,也与背景噪声提取的结果具有较好的一致性,表明国产设备的可靠性和DAS在浅层结构主动源面波成像研究中的可行性.     

湖南地区分布式地震活动性模型在PSHA中的应用研究

本文采用了空间光滑地震活动性模型,该模型无需潜在震源区划分,同时发展了概率地震危险性分析新方法。根据三种地震目录资料建立了三种地震活动性模型,利用高斯光滑函数获得了湖南区域内的比值分布特征,使用了两种典型的衰减模型,计算了50年内超越概率10％的地震动峰值加速度（PGA）分布。其分析结果显示PGA分布特征与中国地震动参数区划图大体一致,部分区域PGA提高,PGA达0．05g的区域显著扩大,其中包括邵阳、湘潭、吉首、怀化等重要城市,而这种PGA分布特征与该地区地震活动性特征是一致的。概率危险性曲线的结果表明常德等地区的潜在地震危险性比湖南区域内其他城市高。表明此模型用于地震危险性计算中是简便易行的,且具有较高的精度。尤其对于地质和地震构造信息缺乏的弱震区和中强震区,该方法作为替代方法并有着广泛的应用价值。