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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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本文选取呼图壁气枪发射台周边流动台记录的2016年6月至2017年12月气枪震源信号和背景噪声信号,分别采用互相关时延检测法和移动窗互谱法研究2016年12月呼图壁6.2级地震前后波速变化特征,得到以下初步结果:呼图壁6.2级地震前后,距6.2级地震60 km的流动台记录的气枪震源信号未发现明显的波速变化,距6.2级地震27 km的固定台石梯子台在6.2级地震前出现了较为明显的波速变化异常,可能与信号传播路径不同有关;流动台记录到的背景噪声信号出现与呼图壁6.2级地震有关的波速异常变化;气枪主要利用体波信号,背景噪声主要利用面波信号,两者射线路径不同可能是导致不同波速变化特征的主要原因。 相似文献
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《中国科学:地球科学》2017,(10)
利用人工震源主动向地下发射地震波可以实现地下结构的高精度探测.合适的震源是进行主动源探测的关键.为研究大陆地壳结构及其变化,我们从爆破、电火花、落锤、偏心振动源、重载列车行驶产生的震动、变频汽车震源(Vibroseis)、水体中气体激发等多种震源中,遴选出水体中气体激发的人工震源(以下简称气枪)作为研究大陆地壳结构的震源.这种气枪震源具有绿色、环保、安全、高效等优点,是进行大陆地壳结构探测的新型人工震源.近年来,利用气枪震源分别在云南宾川、新疆呼图壁和甘肃张掖建成了3个固定式地震信号发射台,并开展了连续数年的监测.我们发现了气枪震源产生地震波信号高度重复的特点,利用这种特点,新疆人工水体中激发的地震波,在5000次叠加之后信号则可以追踪到近1300km,可探测面积为600万km~2,深达60km的地下结构.如果把这种人工主动震源看成是一盏照亮地下结构的明灯的话,在中国大陆,建立10个激发地震波的发射台,可以对中国大陆960万km~2的国土进行长时间连续的全覆盖探查,实现"天上有北斗,地下有明灯". 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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《地震研究》2016,(3)
为研究气枪的激发特性,并为气枪发射台的堪选、建设提供参考依据,在宾川地震信号发射台进行了不同气枪组合的激发试验,并对试验数据进行了分析。结果表明:(1)单支气枪激发100多次的叠加信号可以被在150 km外的地震台记录到;(2)单支气枪激发与4支气枪同时激发的信号频率基本相同,且衰减基本一致,但4支气枪同时激发信号的均方根振幅约为单支气枪的4倍;(3)当气枪组合激发的信号的信噪比达到10 d B时,相关系数可以达到0.99以上;(4)4支气枪同时激发的激发效率是单支气枪的4倍。从分析结果可看出,宾川地震信号发射台在牺牲一定效率的情况下,单支气枪激发信号可以替代4支气枪组合的激发信号。 相似文献
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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M_L0.7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8.90×10~6J,相当于2.4kg硝铵炸药的当量。 相似文献
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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
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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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M. Mitra 《Pure and Applied Geophysics》1963,56(1):31-38
Summary In this note the surface displacement for an elastic half-space due to a finite cylindrical source has been calculated in exact terms. The source consists of outward body forces acting on the surface of the right circular cylinder, one end of which is parallel to the free surface of the half-space. 相似文献
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电磁测深方法中经常采用长线源进行激励,并用偶极源进行近似解释.要将长线源近似成偶极源必须满足一定的几何条件.本文通过对长线源与偶极源的电磁响应进行推导计算,并分类进行比较分析,得知在长线源几何尺寸相对于长线源到观测点的距离可以比拟时,长线源激励的电磁响应在早、中期与偶极源有较大的偏差,在晚期逐步趋于一致.因此,建议在采用非零长线源进行电磁测深的数据处理中,先进行电磁响应数据的相关修正处理. 相似文献
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Distinction between active and legacy sources of nutrients is needed for effective reduction of waterborne nutrient loads and associated eutrophication. This study quantifies main typological differences in nutrient load behaviour versus water discharge for active and legacy sources. This quantitative typology is used for source attribution based on monitoring data for water discharge and concentrations of total nitrogen (TN) and total phosphorous (TP) from 37 catchments draining into the Baltic Sea along the coastline of Sweden over the period 2003–2013. Results indicate dominant legacy source contributions to the monitored loads of TN and TP in most (33 of the total 37) study catchments. Dominant active sources are indicated in 1 catchment for TN, and mixed sources are indicated in 3 catchments for TN, and 4 catchments for TP. The TN and TP concentration contributions are quantified to be overall higher from the legacy than the active sources. Legacy concentrations also correlate well with key indicators of human activity in the catchments, agricultural land share for TN (R2 = 0.65) and population density for TP (R2 = 0.56). Legacy-dominated nutrient concentrations also change more slowly than in catchments with dominant active or mixed sources. Various data-based results and indications converge in indicating legacy source contributions as largely dominant, mainly anthropogenic, and with near-zero average change trends in the present study of catchments draining into the Baltic Sea along the coastline of Sweden, as in other parts of the world. These convergent indications emphasize needs to identify and map the different types of sources in each catchment, and differentiate strategies and measures to target each source type for possible achievement of shorter- and longer-term goals of water quality improvement. 相似文献
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《Journal of Atmospheric and Solar》2000,62(16):1415-1426
CMEs are an important aspect of coronal and interplanetary dynamics. They can eject large amounts of mass and magnetic fields into the heliosphere which can drive large geomagnetic storms and interplanetary shocks, a key source of solar energetic particles. However, our knowledge of the origins and early development of CMEs at the Sun is limited. CMEs are most frequently associated with erupting prominences and long-enduring X-ray arcades, but sometimes with weak or no observed surface activity. I review some of the well-determined coronal properties of CMEs and what we know about their source regions, including recent studies using Yohkoh, SOHO and radio data. One exciting, new type of observation is of halo-like CMEs which suggest the launch of a geoeffective disturbance toward Earth. Besides their utility for forecasting the arrival at Earth of magnetic clouds and geomagnetic storms, halo CMEs are important for understanding the development and internal structure of CMEs since we can view their source regions near Sun center and can measure their in-situ characteristics along their central axes. 相似文献
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结合小束源和Fourier传播子，应用Fourier传播子进行面向目标的小束源照明和成像.小束源的合成通过小波束变换中的小束函数获得，而Fourier传播子进行波场外推，完成小束源的波传播.小束源具有空间位置和方向的双局部特性，对于照明和成像，它更加灵活，并有更多的控制方法.通过照明分析，选择面向目标的有效照明小束源，进行部分小束源偏移，可以提供更好的成像质量和计算效率.作为数值试验，我们选用Fourier有限差分传播子，对 Marmousi模型和二维SEG-EAGE盐丘模型的数据，试验了小束源对目标结构的方向照明和成像.获得的结果表明，结合小束源和Fourier传播子进行面向目标的照明和成像是切实有效的. 相似文献
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Seismic exploration underneath highly heterogeneous layers such as basalt flows is possible by lowering the principal source frequency. Unfortunately this also reduces resolution. Wave‐localization theory is a multiple scattering theory that can be used to study stratigraphic filtering in chaotic lithologies. It predicts the apparent attenuation due to scattering of a plane wave traversing a layer with high velocity fluctuations. It can therefore predict the optimum principle source frequency in the trade‐off between loss of resolution and increased penetration depth. We show how this can be done with the help of a few statistical parameters derived from a well‐log analysis; namely, the average background velocity, the expected standard deviation in the velocity fluctuations, the typical scale length of the heterogeneities and the thickness of the basalt layer. In the likely situation that no local well logs exist, a multitude of scenarios can easily be examined at low cost. 相似文献
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Controlled source electromagnetic deep sounding: Theory,results and correlation with natural source results 总被引：2，自引：1，他引：1
David E. Boerner 《Surveys in Geophysics》1992,13(4-5):435-488
Controlled source electromagnetic (EM) methods represent a unique set of geophysical experiments which can be used to determine the properties and state of the deep continental crust. Unlike natural source EM methods, an artificial EM source technique can be designed to optimize resolution and minimize interactions with local structure. The major drawbacks include restricted depth penetration, insufficient data sets and a limited number of modelling algorithms. Information about the electrical conductivity at lower crustal depths can be obtained but at the expense of requiring large moment sources, sophisticated processing techniques and data redundancy. Moreover, EM data are sufficiently complicated that numerical modelling is often necessary for quantitative interpretation. It is therefore essential to record enough information to justify the choice of interpretation algorithms, particularly since controlled source EM forward modelling routines are generally very restrictive and not widely available. As most interpretations are based on layered earth models, observations of all the EM field components can be useful for testing the dimensionality of the data and for justifying interpretations. 相似文献
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This paper examines the conservativeness of tracers through the sediment generation process. This is done by comparing a selection of tracer properties of sediment eroded from large plots by simulated rainfall, with the corresponding properties of the source materials within the plots. Sediment was generated using three simulated rainfall events for each of five selected erosion source types in the Tarago catchment, Victoria, Australia. As there were particle size and organic content differences between the source material and the generated sediment, the measured tracer properties of the source material were corrected for these differences. The possible role of analytical errors in this investigation was also addressed. The geochemical property, concentration of Fe2O3, was not conservative for any of the process sources investigated. Concentration of Al2O3 was not conservative for three of the four process sources investigated, and the sum of molecular proportions of CaO**, Na2O, K2O and Al2O3 was not conservative for two of the four process sources investigated. Mineral magnetic properties, IRM850 and χ were also found to be not conservative, although this may be the result of the complex relationship between particle size and mineral magnetic properties not being adequately accommodated in this analysis. The radionuclide tracers, 137Cs and 210Pbex, were found to be conservative through the sediment generation process. Copyright © 2002 John Wiley & Sons, Ltd. 相似文献
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矩震级标度是从地震矩换算过来的,换算关系中地震应力降与剪切模量估算的不准确会对矩震级标度产生影响.本文利用1976年1月~2006年12月发生在东经75°~135°,北纬15°~55°的M≥5地震的矩震级与面波震级,探讨了应力降与剪切模量的比值Δσ/μ在中国及邻区以及在不同震级下的分布特征.中国大陆及邻区的Δσ/μ值分布较分散,不同地区的Δσ/μ值明显不同,且绝大部分值大于矩震级和地震矩换算关系中使用的全球平均值.对于同一地区不同震级的地震,其Δσ/μ值也不一样,震级大,Δσ/μ值通常也大.研究认为剪切模量和地震应力降的估计对矩震级标度的影响不能忽略. 相似文献