三维有限水体的固-液界面形状、水体水位和气枪沉放位置对陆地水体气枪震源激发的气枪子波信号的传播影响研究

Air gun source of land water body uses air gun to excite seismic signals in limited water bodies (such as reservoirs, lakes and artificial pools) on land. It has the advantages of environmental protection, good repeatability, high seismic wave conversion efficiency and long distance of signal transmission. It is an ideal source for detecting fine crustal structure and its change with time. After years of exploration, great progress has been made in related theories and applications. Field experiments of air gun source in land water show that the shape of solid-liquid interface of finite water body, water level and the position of air gun in water body have important effects on the propagation of air gun wavelet signals. However, there is no systematic three-dimensional numerical simulation study for this problem, so this project plans to use the existing research results of finite water air gun oscillation theory to carry out a large number of high-precision numerical simulations for three-dimensional finite water body models, and systematically study the influences of solid-liquid boundary shape, water level and air gun sinking position on the propagation of air gun wavelet signal for field experimental parameters design, waveform analysis and interpretation provide support to improve the understanding and understanding of the actual physical process of air gun wavelet signal propagation in limited terrestrial waters.

陆地水体气枪震源使用气枪在陆地上的有限水体（例如：水库、湖泊和人工水池等）中激发地震信号，具有绿色环保、可重复性好、地震波转换效率高和信号传播距离远的优点，是探测地壳精细结构及其随时间变化的理想震源。经过多年的探索，相关的理论和应用研究已经取得了极大的进展。陆地水体气枪震源的野外实验表明：有限水体的固-液界面形状、水体水位和气枪在水体中的沉放位置对激发的气枪子波信号的传播具有不可忽略的影响。但是，目前尚未针对该问题开展系统的三维数值模拟研究，因此本项目计划利用有限水体气枪振荡理论已有的研究成果，针对三维有限水体模型开展大量高精度的数值模拟，系统地研究固-液边界形状、水体水位和气枪沉放位置对气枪子波信号的传播影响，为野外实验的参数设计、波形分析和解释等工作提供支持，从而提高对陆地有限水体中气枪子波信号传播的实际物理过程的理解和认识。

陆地水体气枪震源使用气枪在陆地上的有限水体中激发地震信号，具有绿色环保、可重复性好、地震波转换效率高和信号传播距离远的优点，是探测地壳精细结构及其随时间变化的理想震源。针对有限水体模型开展数值模拟，可以系统地研究固-液边界形状、水体水位和气枪沉放位置等因素对气枪子波信号的传播影响，为野外实验的参数设计、波形分析和解释等工作提供理论支持。本项目首先研究了有限水体中气枪子波信号传播模拟的计算方法，开发了相应的高性能计算机程序，该算法可以正确地施加固-液边界条件，准确地模拟地震波在固-液模拟中的传播；然后使用研究的算法和建立的数值模型开展了有限水体中气枪子波信号传播的数值模拟实验，总结了不同因素对地震波传播的影响规律；最后本项目根据数值模拟经验，对气枪子波信号激发的实际地震记录波形进行分析和应用。本项目研究的数值模拟算法不仅可以应用于模拟有限水体中气枪子波信号的传播，还可用于模拟海洋气枪实验中地震子波信号的传播，分析海底OBS记录的地震波形。本项目的相关研究成果可以提高利用有限水体中气枪激发的地震波形进行地壳精细结构成像的精度和监测地下介质变化的效率。