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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
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基于可压缩气泡动力学理论,建立改进的高压气枪震源气泡物理模型,其中考虑气枪气泡系统之间的物质输运效应、气液热传导等多种影响因素.改进模型的计算结果与实验数据吻合良好,且优于传统模型.在此基础上,本文分别探究了特征参数对单枪和双枪气泡动力学特性及流场压力波的影响规律.研究表明气枪开口方式是模拟压力波首脉冲的关键因素,但是对于后续的气泡溃灭脉动压力影响较小;气枪平移运动对气泡的影响可忽略不计;气枪非同步激发可在保证压力波低频段能量不降低的前提下,在一定程度上削弱高频段能量.本研究旨在为深海资源勘探新型气枪的设计提供参考. 相似文献
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利用中、小容量气枪组成的立体气枪阵列延迟激发震源和海底地震仪(OBS)在我国北部浅海海域开展了人工地震深部地球物理探测试验.基于水深条件和压制水体虚反射、提升低频能量的需要,使气枪震源有足够的输出能量和高品质子波特性,研究了立体气枪阵列延迟激发震源工作机理,经远场子波理论模拟优选了组合参数并进行了海上试验工作.结果表明,中、小容量气枪组成的立体气枪阵列延迟激发震源,适应了浅水海域的激发环境,降低了由虚反射造成的局部陷波和干扰作用,有效地改善了OBS信号的品质,获得了Ps,Pg,PmP,Pn等多种震相.创新了由中、小容量气枪组成的立体气枪阵列延迟激发震源在浅海区OBS探测中的应用,也填补了南黄海海域深地震探测数据的空白,为南黄海、渤海深部地壳结构研究及含油气盆地形成演化研究提供了重要的基础资料. 相似文献
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用PTD方法测定巴林左旗5.9级地震震源深度 总被引：8，自引：0，他引：8
震源深度是描述震源的最基本参数之一, 给出了地震发生在地球内部的具体位置, 对了解地震孕育和发生的物理化学条件, 以及地震能量集结、 释放的活动构造背景都有重要的意义。 根据PTD方法, 对2003年8月16日发生的内蒙古自治区巴林左旗5.9级地震的震源深度进行了测定, 测定震源深度为20 km, 与东北地震构造区地震平均深度11±5 km相比偏深。 文中进一步分析讨论了对测定结果产生误差的各种因素, 给出了减小误差的应对措施; 在此基础上结合相关研究成果对地震区周围的地壳P波速度结构进行了探讨, 给出了具体的P波二层均匀速度结构。 相似文献
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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
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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
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以Ziolkowski提出的算法为基础,提出更为准确的气枪震源信号模拟模型。模型引入范德瓦尔斯方程和准静态开放式热力学系统,考虑了气体和水之间的热交换作用、枪口节流作用和气泡上浮因素,并讨论了海面反射对信号的影响,给出了模拟计算过程,最终获得了改进的气枪信号模拟模型。利用模型进行实验,结果表明:(1)海水温度与震源信号能量成正比,与子波信号的信噪比成反比;(2)海面反射造成的陷波效应受实际条件下的海面反射系数和震源沉放深度的影响;(3)气枪的工作压力较高,超出理想气体状态方程的适用范围,应用范式方程可提高模型准确度;(4)改进模型所模拟的气枪子波与气枪激发的实际子波十分吻合。能够精确模拟单枪信号的模型是研究和模拟气枪枪阵信号的基础。现有的大部分模型假设所产生气泡内的气体为理想气体,但由于气枪的工作压力很高,这种假设会导致一定的误差。为了能够精确地模拟气枪信号,在齐奥科斯基算法的基础上,应用范德瓦尔斯方程,建立了新的模型。模型中还引入了准静态开放式热力学系统,考虑了气体和水之间的热交换作用、枪口节流作用和气泡上浮因素,并讨论了海面反射对信号的影响。利用建立的模型进行实验发现:(1)海水温度与震源信号能量成正比,与子波信号的信噪比成反比;(2)海面反射造成的陷波效应受实际条件下的海面反射系数和震源沉放深度的影响;(3)气枪的工作压力较高,超出理想气体状态方程的适用范围,应用范式方程可提高模型准确度;(4)改进模型所模拟的气枪子波与气枪激发的实际子波十分吻合。这些都证明了本文提出的模型能够精确地模拟气枪单枪信号。 相似文献
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陆地大容量气枪震源可用于区域尺度地球物理结构及变化的勘测.对气枪震源在有限水体内震源过程的研究,有助于我们深入了解气枪信号机制及气枪信号不同震相产生的成因.然而由于有限水体中大容量气枪激发的复杂物理过程,特别是复杂固液界面的存在,目前却没有较好的理论模型用以描述陆地气枪震源信号的能量传播特征.反投影方法是一种计算震源破裂过程的方法,能在动力学参数有限的情况下得到较优的结果.本文以此提出了一种修改的反投影方法,以用于模拟气枪震源激发过程中的能量分布图像.将气枪的激发分解为五个简化的物理过程,并分别建立数值模型,计算每个模型的理论波场,用作新方法的输入数据.通过对五个数值模型的数据计算发现,该方法可以准确地得到气枪激发后水体中的波场形态的变化,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,刻画能量分布特征,并且发现水听器足够密集与合理布置能达到更好的效果.该方法可以为气枪震源的快速评估及气枪震源的有效应用提供参考. 相似文献
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由于气枪阵列所激发的子波具有能量强,气泡比高等优点,因此,海上地震勘探大多采用气枪阵列进行激发。但是气枪阵列具有一定的长度和宽度,加之海水虚反射的影响;致使气枪阵列子波具有明显的方向性效应,破坏了地震子波一致性,改变了反射振幅随入射角和方位角的函数关系。针对这一问题,本文提出了一种基于非稳态反演的方向性反褶积方法。该方法首先根据气枪阵列的空间配置和近场子波计算与方位角和出射角有关的远场子波。然后,基于速度模型计算不同时间地震反射在震源位置的出射角,构建方向性滤波算子。最后,采用非稳态反演方法将不同方向的地震子波整形为阵列正下方的远场子波,实现气枪阵列子波方向性反褶积处理。 相似文献
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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
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考虑多种因素影响的海上地震勘探气枪震源单枪子波数值模拟 总被引：3，自引：0，他引：3
在分析Ziolkowski气泡振动模型局限性的基础上,建立了多种实际因素影响下的海上地震勘探单枪子波模型。此模型考虑了气泡壁的热传导作用、枪口节流作用、气泡上浮、液体粘度和枪体本身等对气枪子波的影响。相对于Ziolkowski模型,改进模型所模拟的气枪子波主峰值减小,气泡振动衰减加快,与实测子波吻合性较好。实验分析表明：（1）枪口节流作用控制着气枪脉冲峰值振幅的大小,（2）上浮过程中气泡周围静水压力值减小,气泡振动的周期随之改变,（3）热传导作用和流体粘度是引起气泡振动衰减的主要因素。 相似文献
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《地震研究》2017,(1)
通过分析福建街面水库气枪实验的OBS竖向速度记录,研究大容量气枪阵列子波时频特性及其受气枪数量和枪阵尺寸的影响。数据分析结果表明:(1)气枪子波由主脉冲和气泡脉冲组成,同时伴随有水面虚反射引起的负脉冲。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。在频谱上可以看到气泡振荡引起的频谱波动和虚反射引起的陷波点。(2)气枪数量增加,主脉冲振幅和气泡脉冲振幅相应增加,初泡比震荡变小,气泡周期和低频段主频主要受单枪容量影响,变化很小,频谱形状较为一致。(3)街面水库气枪阵列的枪阵尺寸远大于单枪气泡半径,各枪子波之间相互作用很小,枪阵子波近似为各枪子波线性叠加,子波参数随枪阵尺寸变化影响不大。 相似文献
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本文在分析晋陕断陷带1965年以来的地震P波初动资料的基础上,通过单个震源机制解的统计分析、构造分区地震综合断层节面解、震源机制分区地震综合断层节面解,讨论了该断陷带的现代构造应力场与地震断错类型,讨论了区域构造应力场与局部构造应力场的关系及地震断错的应力状态. 相似文献
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本文首先较为系统地回顾了终止相研究的历史、进展,对震源破裂过程产生终止震相的物理机制进行了讨论,并详细讨论了主事件分析法以及合成包含终止相的理论图的方法。在此基础上应用主事件分析法处理了唐山地震的实际资料,给出唐山地震的震源破裂过程的大致时空图象,同时计算了包括终止事件的合成图。结果表明,考虑破裂过程的终止事件可以较好地拟合P波观测图,从而进一步确认唐山地震震源破裂过程包括两次终止事件的可能性。此外本文还对唐山地震的震源环境以及调整单元的让位情况进行了讨论。 相似文献
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本文首先较为系统地回顾了终止相研究的历史、进展,对震源破裂过程产生终止震相的物理机制进行了讨论,并详细讨论了主事件分析法以及合成包含终止相的理论图的方法。在此基础上应用主事件分析法处理了唐山地震的实际资料,给出唐山地震的震源破裂过程的大致时空图象,同时计算了包括终止事件的合成图。结果表明,考虑破裂过程的终止事件可以较好地拟合P波观测图,从而进一步确认唐山地震震源破裂过程包括两次终止事件的可能性。此外本文还对唐山地震的震源环境以及调整单元的让位情况进行了讨论。 相似文献
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在日本南部九州鹿儿岛县西北部发生了两个浅源中等(M～6)地震。这里讨论了第一个地震(1997年3月26日)产生的应力变化对第二个地震(1997年5月13日)发生的影响。为了形成本文讨论的基础,以两步推测这两次地震的破裂特征。首先根据强地面运动数据来构建动态震源模型,然后根据得到的位错分布估计静态应力降的分布。3月地震的破裂过程简单,由单一凹凸体(高应力降区)的破裂很好地描述了。而5月地震在共轭断层上破裂了多个凹凸体。两个地震的最大静态应力降都是4MPa 左右,似乎低于日本其他板内地震的值。5月地震的震源和最大凹凸体,位于3月地震产生的应力影区之中。这样5月地震的破裂历史很难用静态应力变化模型来解释。还讨论了如流体迁移和动态应力的其他机制,但不能解释这种触发效应。本文提出,依赖于速率和状态的摩擦定律的剪切应力和正应力静态变化的耦合效应为一种可能的机制。 相似文献