大陆水体气枪震源特征研究

In recent years, we built up subsurface dynamic monitoring system on regional scale used large capacity airgun in Yunnan, Xinjiang, Fujian and Gansu province, respectively, and the seismic wave can be received in the range of 500000 square kilometers, which has become a powerful tool for research of geoscience problems on regional scale, and especially suitable for research on the dynamic change of underground medium (4D seismology). During the construction of participation in and responsible for the above seismic source, we found it is not enough high for the repeatability, and caused by the water level with uncontrollable in land reservoirs. In this study, we will carry out the following research by using experimental observation and numerical simulation. First, the excitation effects of airgun influenced by the working environment, such as the surface of water bottom and the water depth of land reservoirs, and obtain the characteristics of airgun source. Second, the environmental factors influence the repeatability of airgun signal and controlled methods. Third, the generation mechanism of S wave and the other seismic phase excitated by airgun source. This study will lay the foundation for carry out the active monitoring of subsurface and 4D seismology on regional scale use large capacity airgun source.

近年分别在云南、新疆、福建和甘肃等地的水库或人造水体中建成了向外发射地震波的气枪震源，其发射的地震波可以在50万平方公里范围内接收到。这种环保和绿色的人工震源成为了研究区域性地学问题的有力工具，特别适合研究地下介质的动态变化（4D地震学）。在参与和主持上述震源的建设中，发现在不同水体环境下，气枪震源的可重复性和S波产生机理等问题亟待解决。本申请将结合已建好的大陆水体气枪发射台，利用观测实验和理论模拟的方法，研究：1、大陆水体底面形态和水深等工作环境对激发地震波的影响，获得震源特征；2、气枪信号可重复性的影响因素和控制方法；3、激发产生S波和其他震相的机理。本研究将为利用大陆水体大容量气枪震源进行地壳结构探测及监测地下介质动态变化奠定基础。

地下介质应力场的状态及其变化监测一直是地震学长期努力研究的方向之一。与天然源的方法相比，人工重复源具有更好的时空分布和探测精度，其典型代表之一是具有高度可重复、优势频率低、绿色环保等特点的气枪震源。近些年在云南、新疆、福建和甘肃分别在水库和人造水体中建成了向外发射地震波的气枪震源，其发射的地震波可以在50万平方公里范围内接收到，成为了研究区域性地学问题的有利工具。但陆地水体气枪激发环境与海洋气枪存在显著不同，且在开展地下介质波速变化监测时发现震源信号也存在微弱的变化。为了研究在陆地有限水体激发的气枪震源特征，以进一步提高其重复性，本项目结合已建好的陆地水体气枪发射台，利用观测实验和数值模拟的方法，主要取得了以下成果：1、利用反投影方法对近场水听器信号进行反演计算，得到气枪激发后水体中波场形态的变化，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；2、结合不同大小和形状的四个陆地有限水体中的大容量气枪激发实验，通过对比分析得出不同水体形状对不同频率的信号影响不同，取决于不同频率信号的波长与水体尺度的相对大小； 3、云南宾川气枪发射台产生的S波振幅空间分布与岸边形状相对应，推测气枪源激发的S波震相来自于水中产生的P波传至水库固-液边界投射转换生成，且路径与P波近似。SH与SV波振幅比研究表明可能为气枪震源产生冲击对岸水平力生成了SH成分；4、陆地气枪信号的重复性主要受水体环境变化和硬件激发系统稳定性的影响，在硬件技术系统方面可通过优化硬件技术参数进行改进，对于陆地水体环境变化的影响，可在数据处理上采用反褶积方法来消除或减弱。该研究为利用大陆水体大容量气枪震源进行地壳结构探测及监测地下介质动态变化奠定了坚实的基础。