摘要:Abstract

摘要:在自然和人类活动的作用下，地球内部的介质会产生变化。通过分析来自重复地震、背景噪音和重复性人工震源等的地震波，进而研究地球介质的变化，是近年来地震学研究的一个热点方向。这些研究为人类认识地震、火山等灾害的物理过程提供了重要的手段。本文介绍了过去10余年中我们在利用人工震源(尤其是大容量气枪震源)探究地下介质结构及其变化方面的研究进展，以期为今后类似的研究提供参考。本文首先介绍了在不同类型震源的性能、数据处理方法等方面的研究进展和主要认识，最后也给出了关于下一步人工震源研究方向的一些思考。

摘要:系统回顾了20世纪70年代以来在中国大陆下扬子及其邻区开展的深地震测深工程，总结了相关宽角反射/折射地震资料的波组特征及地壳结构的基本特征。下扬子及邻区深地震测深资料普遍具有较清晰的初至震波Pg、上地壳底界面反射波P1、中地壳底界面反射波P3、莫霍界面反射波Pm及上地幔顶部首波Pn，震相连续，易追踪对比。受浅表沉积盖层或基岩等的影响，Pg波常出现局部延迟滞后或走时超前现象。尤其是大别造山带个别炮点的反射能量较弱或同相轴扭曲、波形紊乱等，均与地壳内界面和莫霍面的深度突变或破碎有关。该区域地壳结构大致分为上、中、下3层，但视资料情况中地壳和下地壳又可进一步划分为2个亚层。华北地台和扬子地台地壳厚度30～36km，莫霍界面形态变化较缓，存在局部隆起，下地壳平均速度 6.7±0.3km/s。但大别造山带下方地壳厚度32～41km，莫霍界面下凹且出现4～7km垂向错断，下地壳平均速度 6.8±0.2km/s。

摘要:概括总结了宾川地震信号发射台及所处区域地球物理观测的基本情况，重点介绍了宾川地震信号发射台观测系统的构成以及气枪震源在水库、井中激发的特性和信号的传播距离。对发射台建成以来所开展的工作、取得的观测实验研究结果以及遇到的问题进行了总结和探讨。结合项目的目标提出了今后一段时间主要应开展的研究工作。

摘要:利用新疆地震台网资料和功率谱密度法，以台站噪声的功率谱密度中值曲线作为评估台站噪声水平的依据，对6个台站的噪声水平进行了评估。对比不同台站的功率谱密度和气枪震源信号的识别情况发现，通过2000次叠加可识别气枪震源信号的台站的噪声水平均低于无法识别的台站，噪声功率谱密度最大差值为40dB，最小差值15dB。最后通过对噪声水平的评估判断，部分台站无法识别气枪震源信号的主要原因是台站噪声水平较高。

摘要:甘肃祁连山主动源重复探测激发源位于甘肃省张掖市祁连山西流水水库，2015年7月9日各系统开始正式运行，11月10日完成了为期40天的连续激发实验。观测资料处理结果表明，气枪震源具有良好的一致性和可重复性，整个观测系统能比较清晰地记录到震源激发的信号。祁连山主动源项目建设取得的结果可为主动源探测工作提供宝贵经验和科学借鉴，不断取得的观测数据为跟踪了解祁连山地区的深部结构时空变化提供了可能。

摘要:2011年云南省地震局、中国地震局地球物理研究所在云南省宾川县大银甸水库开展了大容量气枪激发实验。为了深入研究气枪震源激发波形的特征，本文对不同距离台站记录的波形进行了频谱分析，对气枪激发震源的能量进行了计算，并将彩凤台气枪信号的波形、频谱特征与天然地震进行了对比分析。结果表明，1次激发相当于ML0.7的天然地震。对相近震级天然地震波形的频谱与气枪激发波形的频谱进行对比后发现，气枪震源激发波形频率小于15Hz，主频多数集中在2～5Hz；气枪震源激发的地震波中低频信号较相当震级的天然地震明显；1次激发释放的能量为8.90×106J，相当于2.4kg硝铵炸药的当量。

摘要:介绍了新疆呼图壁人工水体大容量气枪震源地震信号发射台的选址、建设过程及震源信号特征。从地质构造、历史地震的角度分析了地震信号发射台选址的合理性、必要性以及气枪激发池设计的合理性。利用激发池岸边的低灵敏地震仪记录到的气枪信号，阐述了气枪震源的高度重复性和人工水体气枪震源信号的稳定性，并对信号进行时频分析后得出，气枪信号的优势频率为2～6Hz。最后通过叠加的方法提高信噪比，得到呼图壁气枪震源信号的传播距离约为380km。

摘要:基于单枪容量为250 in3的BHS-2200LL井中气枪，在内径0.2、5.0m不同激发井中开展了气枪震源特征对比分析，研究表明：①5.0m井中气枪激发产生的信号优势频率集中在10～40Hz，比在0.2m井中的低，这主要是由于较大水体利于气泡的振荡；②在能量方面，5.0m井中激发信号的能量强于0.2m井中的，相差1个数量级，单次激发的传播距离可达9km；③2种激发环境下产生的气枪信号都具有较好的重复性。

摘要: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。

摘要: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。

摘要:为便于开展三维模拟研究，将气枪震源的水下激发过程简化为水中高压气泡的脉动，用ANSYS AUTODYN程序建立了水中高压气泡的三维计算模型，并针对不同的深度和边界条件开展了数值模拟。结果表明，高压气泡会产生水中冲击波和后续的气泡脉动压力波；随着气泡所处深度的增加，气泡的脉动频率越来越大，脉动压力波的幅值越来越大，压力增大的幅度越来越小；足够大的有限水域中的刚性边界会导致气泡脉动频率增加，脉动压力增大；接近水底时，气泡脉动频率减小，脉动压力减小。该三维模拟方法可行，能用于平面和立体气枪阵列等复杂的组合模拟，具有优化震源的效果。

摘要:以新疆2次5级左右地震为震例样本，选取震中附近石河子台、石场台和乌苏台记录的2013年8月以来的气枪震源信号数据，依据反射波震相，采用互相关检测技术等，研究2次5级左右地震前走时变化特征，得到如下研究结果：①根据单双层“3400走时表”速度模型，参考理论PmP走时选取震相窗是可靠的；②2次5级左右地震前3个台站记录的PmP走时变化均出现4个月和2个月左右不同程度的低值异常过程，相对走时变化幅度约为0.1%～0.26%，距震中较近的石河子台、石场台的异常特征显著于较远的乌苏台；③2次5级左右地震前走时异常变化时间和幅度均存在差异，这可能与震级和震中位置有关。

摘要:地学长江计划安徽实验是以气枪震源为核心的大型主动源探测实验。通过在长江安徽段20个固定点定点激发气枪震源，并结合由109个固定台站、11条流动测线组成的观测网络，首次利用主动源实现了对长江流域安徽段约6万km2面积的三维地下结构探测。本文利用固定台站对长江激发气枪信号进行了分析，结果表明，长江中气枪信号激发效果良好，固定台记录中气枪信号可识别的最远距离达300km。对气枪信号绝对振幅的研究结果表明：①50km处的气枪信号约为10nm量级，200km处的气枪信号小于1nm；②气枪信号强度的空间分布存在一定的方位各向异性，可能与长江的几何形状有关；③台站背景噪声对于提取气枪信号至关重要，高质量的固定台网为识别nm量级气枪信号提供了保障。

摘要:不同工作条件下气枪震源产生的信号会存在细微差异，反褶积方法能在一定程度上消除由震源变化引起的记录信号变化。为了去除气枪震源子波信号，获取气枪源到台站之间的格林函数，通常需要选取一种恰当的方法对地震波形数据进行反褶积处理。频率域水准反褶积和时间域迭代反褶积是在接收函数等领域已被广泛使用的2种反褶积方法。本文以云南宾川主动源资料为例，对比了利用这2种方法处理气枪震源信号的效果，结果表明，在计算效率方面，频率域水准反褶积方法更具优势；在处理结果的信噪比方面，时间域迭代反褶积方法表现更好，P波初至也更清晰。此外，进一步讨论了在多炮资料的处理过程中反褶积和叠加等操作的顺序问题，最后提出了从气枪震源资料中提取气枪源到台站之间的格林函数的一般流程。

摘要:宾川气枪地震信号发射台以水库大容量非调制气枪阵列为震源，可以连续不断地激发重复性极高的地震信号。本文利用其2013年的数据，对地下介质进行了观测。由于水库水位的变化对震源波形及远处台站接收到的地震波形会产生影响，因此，为了区分介质变化与震源变化，研究了陆上水库环境下激发气枪震源所产生的地震波形的特征和合适的处理流程。结果表明：①水库水位变化较大时，同一台站记录的地震波形之间的互相关系数过小，不能直接进行叠加处理，需进行震源聚类分析，而震源聚类受水位变化量的控制；②为消除水位的影响，进行了反褶积处理，当震中距小于10km时，对不同水位激发的信号进行叠加再进行反褶积的效果优于直接进行叠加的效果；③通过互相关计算和信噪比分析发现，4个台站的波形变化可能是由地下介质变化引起的。

摘要: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。

摘要:为探索气枪震源在探测区域性地壳结构中的应用，2015年10月10～20日在长江马鞍山-安庆段开展了气枪流动激发实验(安徽实验)，在20个固定点激发2973炮，中间流动激发1872炮，由周边109个固定台、700个流动台(包括11条测线)进行接收。为获取郯庐断裂带南端较为精细的地壳速度结构，本文利用安徽气枪实验中采集到的固定台数据进行初至P波震相拾取，对20个气枪源、52个台站、335个震相进行体波层析成像，验证了利用气枪震源激发进行体波层析成像的可行性，并得到了P波速度结构的初步研究结果：①利用大容量气枪震源激发可进行三维体波层析成像；②15km深度的成像结果显示出大区域高、低速异常区的清晰轮廓，即从研究区中心向外整体呈现出低-超低-低-高的分布特征，该特征与地质构造背景相关，具有显著的横向不均匀性；③秦岭-大别造山带显示出高速异常，与其深部超高压变质岩相对应，而长江中下游地区整体呈现低速异常，与其特殊的成矿背景相对应。

摘要:针对气枪主动源监测中相位加权叠加数据绝对到时拾取可能存在较大误差的问题，提出基于台站之间叠加信号波形的相似性，利用台站对波形的互相关得到更准确到时差的策略。在此基础上，将台站对双差地震速度成像方法直接用于台站对到时差数据，以确定地下介质的速度异常。本文利用长江安徽段气枪实验在庐江临时地震台阵接收到的数据进行了测试，发现基于波形互相关得到的到时差数据比绝对到时数据更准确。最后，采用台站对双差地震成像的方法，得到了庐江台阵覆盖区域的地壳三维速度异常模型，继而确定了该地区较大尺度的地下结构分布。

摘要:可控震源的激发过程精确可控、可重复性高。本文评估了重复激发形成的多道记录的信号增强方法，包括叠加方法和有效信号直接分离方法。相比线性叠加，加权叠加充分利用了有效信号的一致性，能进一步压制噪声，提高叠加记录的信噪比。相比时间域相位加权叠加，Semblance加权叠加更加稳定。时频域相位加权叠加能在时频域压制随机分散分布的噪声信号，叠加信号更加清晰。本文中，采用标准SVD分离获得的信号同线性叠加结果类似。本文利用密集分布的临时台阵评价地学长江计划安徽实验中低频可控震源在庐江第2激发点的激发效果。对比不同的处理流程发现，先互相关检测信号再进行时频域相位加权叠加能够取得最佳的处理效果，通过200多次重复激发，可以在50km范围内提取到较清晰的有效信号。

摘要:地学长江计划安徽段实验是大容量气枪震源在长江的首次激发。本文对布设在气枪固定激发点附近的流动台和周边固定台接收到的气枪信号进行线性叠加，以分析近场、远场信号的时频特性，并利用叠加结果检测气枪信号的传播特性，分析不同环境因素对信号传播距离的影响。结果表明：①近岸首台可以接收到清晰的压力脉冲、气泡脉冲的体波和面波信号；②气枪信号主频为5Hz左右，随着震中距的增加，压力脉冲信号衰减很快，信号主频频带变窄；③对信号传播距离进行初步检测发现，最近的传播距离为180km，最远共有3个激发点传播达到260km，夜晚激发时信号传播距离较远。

摘要:利用安徽人工震源地下结构探测科学实验的三维高分辨探测数据，以及初至波走时成像技术，获得了沿长江一线上地壳速度结构的成像结果。结果显示，沿长江马鞍山-安庆，上地壳速度结构存在明显横向差异，沉积盖层厚度和浅表速度在该区呈现明显的隆升和坳陷相间的构造特征，显示了该区域中生代以来经历的隆升和伴随着岩浆活动的伸展作用。

摘要:利用新疆呼图壁地下储气库地表盖层由13个点位组成的形变监测网的前5期GPS观测资料，研究地下储气库注、采过程中地表盖层的变形响应。通过获取地下储气库运行过程中地表盖层形变的三维时间序列，并结合井口压力数据，区分地下储气库在不同过程中的变形信号。研究结果表明，地表盖层在储气库注、采过程中水平方向上存在明显的“呼吸效应”，储气库每MPa气井压力变化在注、采周期内对地表变形造成的影响在水平方向上分别达到1.02、1.24mm，垂直方向分别达到－1.11、0.86mm。

摘要:利用在呼图壁地下储气库开展的2013～2015年7期二等水准测量获得的高差数据，对受地表气井压力变化影响而发生的地下储气库地表垂直变形进行了分析。研究表明，呼图壁地下储气库区的地表变形除了构造成因引起的盆地下沉以外，其他成因有2个方面：一个是呼图壁地区的地下水超采影响着该地区的地表垂直变化；另一个是储气库集采气期间受井口压力变化影响的地表沉降，根据计算，储气库每MPa气井压力变化影响到的地表变化为0.625～1.125mm。

摘要:利用大岗山水库地震监测台网，在大岗山库区建立了主动震源探测系统。主动震源设备为10t精密控制机械震源，接收台站包括大岗山水库地震台网的8个固定台站、2个加密流动台站和1个震源接收台。本文介绍了大岗山库区主动震源探测系统的基本情况、震源与地基的耦合特征、系统的性能及其影响因素等，并通过初步数据处理获取了大岗山库区地壳波速的相对变化。

摘要:汶川地震后在龙门山断裂带南段建立了精密可控震源发射台，结合布设的28套流动地震仪的信号记录，尝试监测地下介质的动态应力变化。为了提取记录中的主动源发射的信号，本文采用了匹配滤波方法来实现弱信噪比条件下的信号检测并进行了波形变换。在提取出每个周期的主动源信号后，利用信号叠加，分别获得了1、5、10天时间的波形，有效地提高了记录波形的信噪比。然后通过互相关检测精确得出地震波的走时变化，并分析了计算误差。最后，针对实验期间发生的绵竹MS5.6地震进行分析，获得了地震前后的走时剖面和信号变化，结果表明，距离较远的龙门山断裂北段地震未能对南段实验区域的地下介质波速产生影响。

摘要: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，利用大容量气枪作为主动震源，构建了一套高性能的主动源探测技术系统，该系统主要由气枪震源和信号接收2部分组成。为了解决浮台偏离设定位置的问题，提出了浮台漂移控制技术。实验结果表明，该技术可以有效地解决气枪激发后浮台受到水流冲击作用而偏离设定位置的问题。本研究结果可为一定激发场地情况下的气枪主动震源重复探测工作所借鉴。