共查询到19条相似文献，搜索用时 359 毫秒
1.
监测地下结构以及介质变化是地震学研究的任务之一,选择合适的信号源对监测结果的优劣有着重要的影响。作为区域性地球物理勘探的理想震源,与传统的人工源相比,气枪震源重复性好、低频丰富并且绿色环保,极大地拓展了我们探索地球的手段。陆地水体气枪激发环境与海洋气枪存在显著不同,陆地气枪激发水体为有限小型水体,水体形状各不相同,陆地气枪信号的激发和传播不可避免地受到固液界面的影响。在利用气枪震源进行一些高精度的介质性质监测时,需要详细掌握气枪震源的源部分的特征,以去除气枪震源本身对测量结果的影响。为了研究气枪激发环境对气枪激发信号的影响,探讨气枪震源的能量传播过程,本文结合陆地气枪主动震源在区域尺度地球物理勘探中的应用,辅助以数值模拟方法,进行了不同水体对气枪激发信号性质影响的研究,分析了水体形状对气枪激发信号影响的机制。结合实际的观测数据和数值模拟方法,对快速评估气枪激发后气枪能量的传播过程提出了简单的计算方法。本文结合马刨泉实验,介绍了云南宾川、新疆呼图壁和甘肃张掖气枪地震信号发射台站的工作和取得的进展,发现大容量气枪震源应用到陆地区域尺度地球物理勘测中具有较好的可操作性和很重要的科研意义。利用数值模拟的方法计算地震波的传播,是地震学研究中的有效手段。在主动源探测领域,对地震波在复杂介质中的传播过程进行准确模拟,可以为主动源相关的数据资料的分析解释和区域介质结构反演提供理论支持和依据,有助于利用主动源开展地下介质性质的研究工作。在气枪主动源实验中,由于实地情况非常复杂,如固液界面上发生的反射、折射等现象,水体水位高低的变化、气枪在水体中放置位置的偏移等等因素,都有可能使波场特征发生改变。要想从实际观测的波形中剥离掉这些影响因素,从而得到震源特性,是十分困难的。因此,对气枪震源进行数值模拟的正演研究,有助于我们得到更为准确的震源本身特性。陆地水体气枪激发环境与传统的海洋气枪存在不同。本文通过分析实际气枪激发实验的数据,结合数值模拟实验,从绝对振幅、相对振幅、频率以及形状参数等几个方面,综合分析了水体形状对陆地大容量气枪激发信号的影响。本文的研究表明,不同水体形状对信号存在一定程度的影响,并且不同水体形状对不同频率的信号具有不同程度的影响。在几十米的水体尺度内,陆地有限水体对高频的脉冲信号影响较强,而对低频的气泡脉冲信号影响较弱。陆地气枪信号形成完整的气泡脉冲需要足够的水体体积,而在水体体积足够大的情况下,水体边界越陡,气枪能量转化为低频能量的效率越高,所激发信号波形越尖锐。而这也是陆地有限水体气枪应用的理想水体激发环境。经典气泡振荡理论是解释海洋气枪激发机制的基础理论,它将气枪信号分为压力脉冲信号和气泡脉冲信号两部分来加以阐述。但是在陆地气枪激发中,固液界面的研究一直缺乏准确的理论探讨。虽然无限半空间水体中气枪的激发信号方程可以由经典气泡震荡理论给出,但是由于陆地激发环境边界条件的复杂性,我们很难或者不能求出陆地有限水体中气枪激发信号的解析解。这使得我们有必要寻找一种方法来研究陆地气枪震源的震源特性。依据反投影方法的基本原理,本文改进了算法使之适用于陆上气枪震源的波场监测。通过五组数值模拟实验,本文发现利用布置在水体中的水听器接收到的信号,该方法可以有效地监测到气枪信号的能量传播过程。该方法布置方便,计算迅速,结果可靠,可以有效及时地对气枪震源的效果做出评估,可以为更充分地利用气枪震源提出有益的指导。应用陆地气枪震源可以监测波速变化,但因为气枪数据多来自于单一震源和单侧接收台站的监测配置,我们很难利用传统方法定位波速变化的位置。我们试图通过正演计算对波速变化位置提供一定的约束。首先利用较详细的速度结构信息,建立不同波速异常的试探模型,然后应用数值方法计算不同模型下接收台站的波形信号,与实际数据相比较选出最优模型,估计波速变化的位置以及波速变化的幅度。 相似文献
2.
区域尺度地球浅部结构、状态和介质变化研究是天然地震学和勘探地震学共同关注的问题。探索适宜于大陆浅部区域尺度地下结构探测与介质物性变化监测的新型人工震源,构筑地震雷达平台,向地下主动发射地震波,将为深部油气资源利用、浅部地球动力学、城市地球物理学和防震减灾事业等提供重要工具。目前,对地下介质进行动态变化测量的适用的主要震源包括相似地震、背景噪声、人工震源和其他非常规震源。而在天然源方面,大地震时空分布不均,相似地震数量有限,地震背景噪声源需长时间叠加才能获取稳定信号且源存在季节性变化,三者对于变速变化测量时空分辨率与精度较低。在人工震源方面,传统炸药震源适用受限,连续震源等因释放能量低,不适宜进行区域尺度大陆浅部探测与监测研究。为寻找适合的理想震源,我们通过一系列野外实验探索对多种人工震源进行了测试筛选,最终选定具有绿色环保、高效、重复性好等优点的海洋勘探气枪震源作为探测震源,并成功移植到陆上有限水体激发。本文结合区域尺度大陆浅部结构探测和监测这一核心目的,以历次非调谐大容量气枪阵列激发实验为基础,围绕探索发展新的探测与监测方法,对气枪主动源探测技术中的相关信号处理与波场传播问题进行了研究。本论文的主要工作包括以下几个方面:(1)全面回顾、认识陆上大容量气枪震源。在全面回顾总结海洋气枪震源的发展历史、技术原理和气枪激发理论发展进程与研究成果的基础上,讨论了海洋气枪震源与陆地气枪震源的差异。陆上大容量气枪震源是气枪阵列与有限水体环境耦合的结果,固液界面的存在是陆上水体气枪源的关键特征。陆上水体气枪震源涉及气泡振荡理论、气-液和液-固界面的物质耦合、水体边界条件、地震波传播等复杂机制,受多种因素影响,是气体-流体-固体三相耦合的物理系统。其次详述了多年来陆上水体大容量气枪震源激发实验,总结了气枪源在研究区域尺度介质变化测量和探测中的独特优势。陆上不同水体中气枪信号模拟和实际激发效果的对比表明,影响气枪激发效果的主要因素包括气枪枪体(类型、容量、同步性)、工作条件(激发压力、沉放深度)和水体条件(水位、水体形状、水体大小)。对不同相关激发条件影响的探讨总结,有利于加深对陆上气枪震源的震源特性的认识,改进激发环境的设计与评价,获得更好的激发条件。(2)主动源数据自动筛选方法。介绍了噪声对于主动源信号叠加处理的影响,并提出了一种利用信号记录中噪声特征的主动源数据自动筛选方法——RMS筛选法。在气枪震源信号处理过程中,多次小能量激发叠加等效于一次大能量激发和利用干涉获取走时变化来成像介质变化的处理方式,决定了对叠加技术的需求;地震信号发射台的大规模激发和台阵的发展积累的海量气枪信号数据,催生了对于气枪信号自动化处理的要求。不同气枪发射台实际信号处理证实RMS筛选后叠加效果明显优于传统叠加方法,更能压制强背景噪声的干扰,可有效提高信噪比。RMS筛选叠加数据剖面显示,宾川台信号传播距离由250 km增至350 km,呼图壁台由500 km左右增加至1000 km,张掖台信号探测距离由300 km提高到了近500 km。(3)气枪震源波场信息传播特性研究。利用已建立并在持续运行的3个以大容量非调制气枪阵列为震源的固定地震信号发射台数据对气枪震源信号传播过程中的一系列问题进行了研究。研究内容包括发射台信号特征、气枪信号能量空间分布、利用主动源信号中Pn波震相研究气枪信号的衰减与几何传播、发射台配套台网的噪声水平分析等内容。研究气枪源信号波场传播影响对于深入理解陆上水体气枪源激发机理,探索不同区域的潜在应用有重要作用。发射台周边台站速度记录分析显示,气枪源激发在近源参考台记录均在106 nm/s量级,其中呼图壁台产生的信号振幅最强。各发射台信号强度在40 km左右及已降低至100 nm/s左右,接近背景噪声水平。宾川台信号的衰减最快,原因可能是由于云南地区地质结构复杂,几何传播衰减值较其他地区大,而品质因子Q值更小。信号能量空间分布显示各发射台气枪震源辐射图样基本满足几何扩散分布,但呼图壁台南部台站接收台站信号较弱。台站背景噪声水平分析显示,在气枪优势频带2~10 Hz范围内宾川台周边台站噪声水平普遍在–130 d B左右,仅部分台站背景噪声值较高。宾川台周边台站动态环境噪声水平明显低于呼图壁流动台20 d B左右。 相似文献
3.
在陆内水体内激发气枪震源,利用其气泡振荡产生的地震波可以研究地下结构及速度变化.与海洋激发环境不同,陆内有限水体会影响气泡的振荡过程.本文利用有限元方法,对球对称情况下气泡在有限水体内的振荡过程进行了数值模拟分析,发现气枪震源在陆内水体内的气泡振荡存在临界大小,与气枪激发时产生的激波有关.模拟结果表明,水体较大时(半径大于100 m),可以继续使用无限水体模型;当水体较小时(半径小于50 m),固液边界反射的激波会改变气泡处的压力,进而改变气泡振荡过程,显著地提高气泡振荡的频率,降低振荡的幅度.相关数值模拟结果与实验观测相符,为陆内小水体中气枪的高频源场信号特征提供了合理的解释.基于有限水体的气泡振荡过程分析有助于提升对陆内水体气枪激发过程的理解,为气枪选址、设计、优化提供理论依据. 相似文献
4.
大容量气枪水库激发作为陆地震源的可行性与有效性已经得到成功验证.为进一步提高气枪震源激发效果,本文通过水库气枪激发试验对单枪容量为2000 in3的气枪震源激发子波特征及规律进行了研究.依据近场水听器和远场短周期地震仪记录数据,分析气枪震源沉放深度、工作压力等不同激发条件对压力脉冲和气泡脉冲的影响.有助于人们根据不同尺度地下结构探测对震源激发信号的要求,调整气枪激发参数和激发环境,获得最佳激发效果.试验结果表明：（1）沉放深度对压力脉冲波形影响较小,其优势频率不随沉放深度而改变;（2）随着沉放深度从5 m增加到11 m,气泡脉冲的优势频率由5 Hz增加至7 Hz,其最大振幅亦近线性递增;（3）工作压力越大,激发压力脉冲能量越强,而对气泡脉冲的影响主要体现在主频降低.适合远距离深穿透地下结构探测的低频信号主要来自大容量气枪所激发气泡的反复振荡,由于气枪振荡过程非常复杂,本文通过较为简洁的数学和物理模型进行了解释. 相似文献
5.
《地震研究》2017,(4)
准确模拟地震波在复杂介质中的传播过程,能够为分析主动源探测中获得的数据资料以及反演区域内部介质结构提供理论支持和依据。基于二维介质模型,利用有限差分法对地震波场传播过程进行数值模拟。结果表明,震源在不同介质中被激发后所产生的波场特征不同,有限水体的存在对波场传播有显著影响,随着水体水位的加深,激发产生的波场能量先增强后减弱,存在一个最佳水位深度,此时激发产生的波场能量最强。在有限水体一侧激发震源时,两侧等震中距台站的记录会有所差异,靠近陆地的一侧的波场能量更大,传播速度更快,且水平分量的差异相比垂直方向更明显。因此,可以通过数值模拟判断水库水位的最佳深度与震源的最佳沉放位置,为水库激发气枪震源实验提供理论依据。 相似文献
6.
大容量气枪震源的实验与模拟研究 总被引：7，自引：5，他引：2
气枪震源是一种新兴、环保、绿色的人工震源,在区域尺度深部探测中有重要的应用前景.本文通过实验模拟研究了用于深部探测的大容量气枪震源,主要工作为:(1)根据陆上气枪实验分析了大容量气枪震源的特征;(2)采用自由气泡振荡理论模拟气枪信号,探讨深部探测中增强气泡效应从而增大气枪低频部分能量的方法;(3)研究气枪容量、工作压力和沉放深度等对单枪信号的影响及枪阵激发时刻和气枪间距对枪阵信号的影响,指导深部探测中气枪震源工作参数的选择;(4)研究不同类型水底对反射透射系数的影响,其结果对于选择合适的场地条件有指导意义. 相似文献
7.
本文结合实验结果从信号分析的角度研究了陆上水体大容量气枪激发的特性,大容量气枪震源激发的信号具有丰富的低频能量成分和高度的可重复性,此外还含有丰富的S波信息,分析这些特征产生的主要原因及其应用前景为大容量气枪震源的充分利用提供了依据。 相似文献
8.
新疆呼图壁人工水体大容量气枪信号发射台性能研究 总被引：11，自引：1，他引：10
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。 相似文献
9.
10.
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。 相似文献
11.
12.
Using an airgun array in a land reservoir as the seismic source for seismotectonic studies in northern China: experiments and preliminary results 总被引：15，自引：0，他引：15
This paper reports the field setup and preliminary results of experiments utilizing an airgun array in a reservoir in north China for a seismotectonic study. Commonly used in offshore petroleum resource exploration, the airgun source was found to be more useful than a traditional explosive source for large‐scale and long offset land seismic surveys. The airgun array, formed by four 1,500 in3 airguns (a total of 6,000 in3 in volume) was placed at a depth of 6–9 m into the reservoir to generate the pressure impulse. No direct evidence was found that the airgun source adversely affected the fish in the reservoir. The peak ground acceleration recorded on the top of the reservoir dam 100 m away was 17.8 gal in the horizontal direction; this is much less than the designed earthquake‐resistance threshold of 125 gal for this dam. The energy for one shot of this airgun array is about 6.68 MJ, equivalent to firing a 1.7 kg explosive. The seismic waves generated by the airgun source were recorded by receivers of the regional seismic networks and a temporary wide‐angle reflection and refraction profile formed by 100 short‐period seismometers with the maximum source‐receiver offset of 206 km. The seismic wave signature at these long‐offset stations is equivalent to that generated by a traditional blast source in a borehole with a 1,000–2,000 kg explosive. Preliminary results showed clear seismic phases from refractions from the multi‐layer crustal structures in the north China region. Forward modelling using numerical simulation confirms that the seismic arrivals are indeed from lower crustal interfaces. The airgun source is efficient, economical, environmentally friendly and suitable for being used in urbanized areas. It has many advantages over an explosive source for seismotectonic studies such as the high repeatability that is supreme for stacking to improve signal qualities. The disadvantage is that the source is limited to existing lakes or reservoirs, which may restrict experimental geometry. 相似文献
13.
The numerical simulation of the influence of a reservoir water body on the Binchuan airgun source could provide a theoretical basis to analyze the data obtained from the active source detection and inversion of regional interior medium structures. Based on a medium model containing limited water body, we use the finite different method to simulate the effect of the water level, excitation energy and focal depth. The results show that the influence on the waveform amplitude caused by the water level changing is very large near the water body, and that a high water level or large amplitude change can have a larger effect. However, for stations beyond a certain epicentral distance, the influence will be weakened and kept stable. As for the Binchuan airgun source, amplitude fluctuation caused by the water level changing becomes very small(±0.05 times) after propagating a certain distance, so we can remove the influence of the water level changing by referring to the numerical simulation result. Wave amplitude increases linearly with the excitation energy and focal depth, therefore, the greater the energy and the deeper the focal depth, the better the effect of the excitation, and is more conducive in detecting remote and deep penetration underground structures. 相似文献
14.
Large volume airgun arrays have been widely used in exploring and monitoring underground structures for nearly a decade. Nowadays, large volume airgun arrays adopt the synchronous excitation mode, and source characteristics are controlled by the source signal of a single airgun, which to some extent limits its application. In order to realize the asynchronous excitation of the airgun array, we developed a new firing system for the airgun array, and carried out a field experiment in the Binchuan Fixed Airgun Signal Transmission station to study the influences of the asynchronous excitation on the source signal. The experimental results show that:the newly developed airgun array firing system can ignite the airguns according to the setting time series with high precision. By designing the excitation time series, the asynchronous excitation can enhance the energy of airgun source signal at 3-5Hz, and reduce the energy of pressure pulse wave at 6-18Hz. The signal detection capability of the asynchronous excitation with time series mode is equivalent to the synchronous excitation. 相似文献
15.
为了探索大容量气枪震源在探测区域结构以及在内陆水体进行水陆联测的可行性与有效性,2015年在安徽铜陵完成了长江航道走航激发、陆地接收反射波的“地学长江计划”铜陵段试验。本文从试验观测系统、共中心点分布、覆盖次数以及单炮数据属性等方面综合分析了大容量气枪震源陆地反射试验结果的影响因素。试验结果表明:① 大容量气枪震源在内陆水体激发能够用于地壳结构的探测;② 在水陆联测勘探中,根据目标层段合理设计反射角,能够有效地解决小炮检距反射角不足、大炮检距能量弱的问题;③ 在进行弯线数据采集时,需要对观测系统进行设计,以提高共中心面元的有效覆盖次数;④ 根据气枪震源容量的大小,进行最大、最小炮检距设计,是确保面元成像速度分析精度和面元炮检距属性分布合理的重要条件。 相似文献
16.
17.
利用大容量气枪震源探测已成为探索地震预报新途径的一个重要发展方向,将推进经验性地震预测与物理预测的结合。祁连山、刘家峡气枪发射台的选址与建设经历曲折过程,在多方努力和帮助下,克服重重困难,最终高质量完成。祁连山气枪发射台的稳定运行,已积累了丰富的主动源气枪激发数据,并取得了多项创新性成果。新建的刘家峡气枪发射台将实现对海原断裂和西秦岭北缘深大断裂的连续监测,通过多点监测,分析强震孕育与区域应力场和介质变化的关系,开展地震危险性的分析研究。位于青藏高原东北缘强震活动强烈地区的甘肃未来计划再建设3个气枪主动源,联合祁连山、刘家峡气枪主动源,实现对青藏高原东北缘断裂带系进行主动源四维探测,对于甘肃的防震减灾和地震预测具有重要意义。 相似文献
18.
19.
大容量低频组合气枪震源已成功应用于南海北部海陆联测实验及陆上水库实验,其信号传播最远距离可达255 km. 为了探讨气枪信号的波形特征, 从广东省地震台网数据中选择了台基相同、震级与震中距相近的珠海台的地震记录, 将气枪震源、天然地震和爆破三种震源的波形特征进行了对比分析,结果表明, 气枪信号特征明显, 信号主频4～8 Hz, 振幅±0.15 μm·s-1, 波形一般具有3～5个峰值, 并随时间有规律变化,易于准确识别. 实验探测结果说明, 这种能量强、重复性好、探测精度高、绿色环保的枪阵组合震源可广泛应用于海洋与陆地深部结构研究. 相似文献