利用重复震源研究活动断裂带下方速度和衰减结构的动态变化

Extracting the extremely weak signal among the intensive background noises is a key subject for both information science that intends to detect stealth airplane and earth science that investigates time-varying changes in earth structure and physical properties. Seismic array can record wave field propagation information which are important for noise suppression and signal enhancement, hence it significantly improves the ability of weak signal detection. The signal traditionally detected by seismic array is from only one emission of natural or artificial seismic source. While the newly-built air gun source near the Dali, Yunnan province can excite highly repeatable (99% correlated) seismic waves, to detect the very weak signals from these sources with seismic array is a totally new experiment. We plan to setup seismic arrays along the Honghe active fault to receive seismic waves from the repeating seismic sources. We endeavor to extend the air-gun signal detection range from tens of thousands to hundreds of thousands of square kilometers with the seismic array technique and improved processing. With the reliable information extracted, we will further research the time-varying changes of structure and physical properties under the fault zone, and discuss their relationship to seismicity.

提取淹没在强烈背景噪音中的极微弱信号，不仅对于侦查隐形飞机等信息科学，而且对探测地下结构和介质物性变化的地球科学，都是共同的前沿课题。地震台阵技术利用空间波场信息压制噪声、增强微弱信号，大大提高了探测微弱信号的可能性。但这种微弱信号是一次事件（天然或人工）激发的。云南大理附近新建的气枪人工地震发射台，可以多次激发高度可重复（99%相关）的地震波；用台阵技术探测这种重复震源激发的微弱信号，是一种全新的尝试。本项目拟在红河活动断裂带布设地震台阵，接收重复震源发射的地震信号。改进台阵技术提高地震记录的信噪比，力争使人工源发射地震波的探测范围从几万平方公里扩大到几十万平方公里。利用提取出的地震波信号，研究红河断裂带地下结构和介质物性变化，探讨这些变化与地震活动的关系。

本研究主要目的通过观测技术和处理方法的发展，扩大重复气枪震源可监测范围，同时获得地震危险区的地下介质变化。项目首次将小孔径台阵观测和处理技术应用于重复气枪信号，获得了良好的噪声压制和信号增强效果。对微弱变化检测方法进行了多个改进：采用主成分分析去噪改善气枪信号质量，提高气枪可监测范围；使用动态时间拉伸方法获得丰富的走时变化信息；首次引入尾波衰减测量提高介质变化监测敏感度。在此基础上，研究了云南和新疆气枪震源周边介质的变化特征。发现在云南有两种不同趋势的年变化，宾川盆地及南部的介质速度和衰减相对变化从秋冬到春夏呈现由高到低的变化，宾川西部和西北部刚好相反。分析认为年变化和地下水起伏以及源至接收的射线路径有关。在新疆气枪震源周边区域，没有发现显著的年变化特征。2016年和2017年云南洱源附近的两个5级地震前，以及2015年新疆沙湾5级地震前，均发现有比较明显的介质速度和衰减的异常变化，有可能反映震前介质的应力加载和临震前裂隙的增加。研究表明通过观测和处理技术的改进，气枪震源可以在更大范围精确地监测介质的变化，捕捉到强震前可能存在的前兆性变化，为地震过程研究、地震灾害预防和减轻做出更大的贡献。