基于照明分析和偏移成像实验的主动震源探测系统设计——以朱溪矿区为例

为了探讨利用绿色环保的非炸药主动震源技术勘查我国西部、南部复杂山地深部矿产资源的可行性,并提出可行的探测方案,以景德镇朱溪矿区为例开展了基于照明分析和叠前深度域偏移成像实验的主动源地震探测系统设计研究。在现场踏勘和充分收集地质、钻探成果的基础上,根据矿区42号线钻孔联合剖面和相应的岩石物性测量成果建立了地球物理模型。由于后续地震数据采集工作主要利用单分量纵波检波器开展,在地震波的数值模拟方面选用了粘声波方程;工区崎岖地表所带来的不规则自由表面问题则通过Acoustic-Elastic boundary Approach(AEA)方案解决。进行了震源-检波器组双向照明分析,以及高信噪比(20db)和低信噪比(6db)两种情况下的地震波叠前深度域逆时偏移成像实验。研究结果表明,通过合理布设较为密集的主动震源激发-接收系统,采用环境友好的非炸药主动震源技术可以查明目标区地下主要地层,和断层、逆掩推覆体等主要控矿构造的空间展布。后续实际的地震数据采集工作在本次研究的基础上开展,取得的朱溪矿区第一手非炸药震源绿色勘查成像剖面证明了本次研究所提出的探测方案是可行的和有效的。通过不断完善技术体系,非炸药主动震源技术有望为我国深部矿产资源勘探、隐伏断裂勘查、城市地下空间探测等研究领域提供一种环保、高效的技术手段。本次研究所采用的基于照明分析和偏移成像实验的复杂山地主动震源探测系统设计、论证方法值得进一步研究和推广。

利用主动震源检测汶川地震余震引起的浅层波速变化

为了监测汶川地震后断裂带附近的波速变化,2008年6月,我们利用快速响应探测系统,在龙门山断裂带北端进行了为期3周的连续观测实验。实验使用电动落锤作为主动震源,GPS连续同步授时的高精度数采作为接收系统。利用记录到的高时间精度观测数据,结合互相关时延检测技术,计算了P波和面波走时的相对变化,来表征地下波速的变化。我们观测到两次面波波速的异常变化,变化幅度最高达到2%,远远大于气压变化所能引起的波速变化。结合该时段内地震活动记录,我们认为面波的波速变化是由在附近发生的两次地震事件的同震效应引起的,该观测结果同理论计算结果相符。

利用主动震源直达波互相关时延检测技术监测小江断裂带浅层地震波波速变化

为了监测云南小江断裂带附近地震波波速的连续变化,2006年4月在小江断裂带以西10 km布置了一条长235 m的主动震源浅勘测线,进行为期1个月的连续观测实验。采用前后互相关技术对直达波进行了高精度波速变化测量,分析得到以下结果和结论：（1）实验期间,实验点地下介质存在相对波速变化δv/v≈10^-3~10^-2;（2）波速变化随震中距增加迅速减小,这可能反映了较浅层波速变化与较深层相比更剧烈;（3）波速变化和大气压变化有很好的相关性,相对波速变化对大气压的敏感系数为10^-6Pa^-1量级;（4）降雨会显著影响波速与气压的关系,降雨前相对波速变化随气压增加而增加,而降雨后相对波速则与气压呈负相关。

利用主动震源监测地下介质衰减特性变化

监测地下介质物性动态变化对于研究地震的孕育发生过程具有重要意义.汶川地震发生后,在汶川地震主断裂带东北端的陕西省宁强县,建立了一套主动震源观测系统,利用电动落锤作震源对断裂带开展了近一个月的连续监测实验.利用主动震源激发波形的高度可重复性,用谱比法计算了浅层地下介质衰减参数t*随时间的变化,并与波速和大气压变化进行了对比分析.结果显示,由未固结的沉积层和破碎岩石组成的断裂带地震波衰减强,品质因子为10左右;衰减参数t*与大气压的变化有很好的相关性,并与波速随大气压的变化趋势一致,可能是由于大气压变化导致浅层介质的裂隙密度变化引起的;强余震引起显著的t*的同震变化及震后各接收台站的不同变化趋势.野外实验表明,主动震源是一种监测地下介质物性变化的有效方法.

主动震源在中国区域尺度及水库地震监测中的应用

综述精密可控震源与陆上气枪2种主动震源特性及在国内区域尺度上的应用,估算观测介质波速随时间变化的精度,探讨主动震源在构建水库地震观测介质波速随时间变化中的系统应用。

人工地震 照亮地球——探秘我国主动震源技术系统及其应用

2017年6月7日,中国地震局、科技部、中国科学院、中国工程院和国家自然科学基金委员会联合召开全国地震科技创新大会,决定实施"透明地壳""解剖地震""韧性城乡""智慧服务"四大科技创新工程,目标是把我国建成地震科技强国。其中"透明地壳"计划是以"地下清楚"为目标,计划用10年的努力,发展新一代观测技术,完成重点地区地下结构、构造和地球物理场变化的观测和探索,使"看不见"的地壳逐渐变得"透明"起来。

河北赤城可控震源主动监测实验

利用精密可控主动震源CAS-40在赤城开展了2次信号发射与监测实验。实验中分别采用5～10～5Hz、4～10～4Hz线性调频信号，布设了赤城一张家口、赤城一张北2条测线，对发射信号进行连续记录。用短时Fou—rier变换分析了发射信号的时频特征，用反褶积和wHT变换2种方法计算得到了2条测线的地震波走时剖面，对结果进行了对比分析。选取震相清晰的临时台站计算了波速比（Vp／Vs），结果与已有的研究成果相符。

主动震源实验对乌鲁木齐台地磁数据的影响初步分析

2013年初在乌鲁木齐西北约80km、北天山北麓的呼图壁县建设名为新疆主动震源野外科学观测的研究站，主动震源试验系统由震源系统、气枪控制系统、气源及控制系统、台网监测系统四部分组成，所用震源为气枪震源，气枪每一炮的能量大约为0.9级地震释放能量。主动震源观测对乌鲁木齐台地磁数据产生干扰，本文从乌鲁木齐台几套地磁观测仪器原理、探头结构和放置方式出发，初步分析了干扰产生机制。（1）地磁M15秒数据的H、D和Z分量每隔15～20分钟产生一个约5秒左右的单脉冲型干扰；H、D、Z三分量干扰同步产生；同一分量不同次数干扰幅度大小不等。出现这些现象的原因可能是由于主动震源气枪从开始充气到充满的时间并不是固定的，每一枪的放枪时间也是人为控制，因此每一枪干扰时间间隔不一致；每一枪的能量不是固定的，在某个范围内变化（约15MPa），造成不同次之间同一分量干扰幅度大小不等。乌鲁木齐台磁房距离主动源实验场地大约一公里左右，按照地表P波和S波传播速度，到达磁房的P和S波相差不超过0.5秒，M15为秒采样，其分辨率不够高，因此M15记录的数据相当于P波和S波同时达到，因此每次放炮干扰基本都为单脉冲干扰。（2）H、Z分量干扰分别为3、2纳特左右，D分量干扰为5分左右，最大干扰D不超过10分，H、Z不超过5纳特。磁房距离主动震源实验场地只有一公里，但每次放炮实验的震级较小（约0.9级），而一般情况下P波造成的垂直方向震动要小于S波造成的水平方向的左右晃动，这可能是造成Z分量干扰小于水平方向的D扣H干扰的原因．（3）M15的F分量不受干扰，认为FHD玉M15这套系统的D、H、Z三分量的FGE悬挂式磁通门磁力仪探头由于悬挂部分的悬挂结构是由成十字排列的锡磷青铜片构成，从而使得摆锤在X和Y方向可以自由运动，导致H、D、Z三分量产生同步的干扰，F探头由于置于墩子上而不受干扰。（4）M15分数据由秒数据经过高斯滤波得到，基本不受干扰。（5）乌鲁木齐台的其他地磁相对仪器如GM4和GM3不受主动震源实验的干扰。主动震源观测干扰为一种新类型的地磁干扰源。

气枪震源地震波走时变化影响因素分析及地震相关的走时变化

云南省地震局在程海断裂以西10km的大银甸水库处建成了气枪震源发射台,在水库丰水期内进行连续激发观测。2014年8月21日、24日气枪震源附近分别发生MS4.2、ML4.1和ML4.0地震。本文利用宾川气枪震源附近的钟英台、黄坪台等10个台站2014年9月8日至2015年2月28日观测数据,使用波形互相关方法提取这些台站气枪信号的走时变化,使用射线追踪的方式正演研究了气压、水库水位、潮汐应力等因素对波速变化的影响。排除上述影响后,认为3次4级左右地震可能是2014年9月台站气枪信号走时增大0.04~0.05s的原因。

二氧化碳相变技术应用于新型震源研发的可行性研究

为了研究二氧化碳物理相变技术应用于新型震源研发的可行性,在地下成层性较好的某煤田地震测区,开展了利用二氧化碳相变技术激发地震波的野外人工震源激发-接收实验.并与传统炸药震源进行了对比.地震数据利用Aries2.66型垂直分量反射地震仪和PDS-2型三分量地震仪接收.根据实测地震数据,从野外地震记录震相识别,初至波传播距离分析,震源近场地震信号时频分析,CO2相变激发震源子波提取和基于CO2震源子波的地震初至波波形反演实验等多个方面,进行了关于CO2相变激发技术能否产生地震波信号以及能否将其应用于新型震源研发的可行性研究.研究结果表明CO2物理相变膨胀能够产生能量集中的地震波信号;在实验区地质条件和激发参量下地震记录中初至波的可识别的传播距离约为1km;震源近场地震信号的主频集中在8~13Hz;利用震源近场数据提取了CO2震源子波;通过地震初至波波形反演实验认为这种震源子波能够应用于波形反演等方面的研究.因为CO2相变激发具有绿色、环保、安全等方面的优点,若能进一步在激发能量、激发-延迟时间一致性等方面加以改进,该技术有望在城市隐伏活动断层探测、城市地下空间探测、煤矿高瓦斯环境人工地震勘探等领域发挥重要的作用.