基于新疆呼图壁气枪震源信号的部分初步应用研究

摘要

随着地震学技术的发展，观测资料的多元化以及丰富的数据积累，人们不仅仅依赖天然地震去研究地球内部的介质变化，而是更好的利用丰富的噪声数据、重复地震以及人工震源来研究地球内部介质。地震产生的地震波是研究地球内部的最好方法，通常认为地震波速变化反映着地球内部介质的应力变化，通过研究波速变化来研究应力变化。近些年人工震源中的气枪震源在陆地的研究已引起关注和重视，由于气枪震源的高效、环保、低频、重复性好等优势，非常适合陆地区域尺度的探测应用研究。
　　本文基于新疆呼图壁气枪震源进行了初步应用研究。2013年8月开始，新疆呼图壁气枪震源开始激发试验，以固定台和流动台联合接收，前期初步研究结果显示，新疆呼图壁气枪震源具有低频、重复性好和绿色环保等优势，目前已经积累了丰富的数据，这为后期的研究工作奠定了基础。利用互相关检测技术，提取流动台站和固定台站的走时变化，结合加卸载响应比理论开展初步应用研究，得到以下初步结论：（1）基于双层地壳模型，利用“3400走时表”，依据理论震相走时，通过对比天然地震和气枪震源震相，发现气枪震源的P波震相清晰，振幅比S波振幅大，这与天然地震震相特征截然不同，当震中距达到一定距离时，天然地震与气枪震源特征又具有相似性，距离较远的北塔山台记录的天然地震和气枪震源震相相对更为清晰，震相特征与天然地震相似，天然地震与气枪震源的震相存在的差异性和相似性，一方面是天然地震和气枪震源本身存在差异，气枪震源相比天然地震能量较小，天然地震具有一定深度；另一方面在传播路径和台站的相关因素都会影响到震相的识别。（2）反射波射线在特定界面以上的介质中传播，携带丰富的介质信息，反射波震相可能对于分析研究地震前孕震区介质特性异常变化等是有益的。工作中选取石河子台、石场台和乌苏台记录到的PmP反射波震相的走时变化，研究两次5级左右地震前波速变化的时空变化特征，在时间特征上显示，两次5级左右地震前三个台站记录的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0.1％~0.26%，距离震中较近的石河子台和石场台异常特征显著于较远的乌苏台；在空间上显示，5级左右地震前波速出现不同程度的高波速异常，持续时间与时程图比较同步。（3）尝试开展加卸载响应比的初步应用研究，选取三个流动台和三个固定台，以走时为响应量，分析加卸载响应比Y值特征。对于连续放枪时段，确定区域内未发生较大地震，加卸载响应比Y值在1附近波动变化，对比随机滑动比值，加卸载响应比Y值更加稳定可靠；对于三个固定台以走时变化为响应量的Y值变化，分析两次5级左右地震前，加卸载响应比Y值变化特征，两次5级左右地震前乌苏台、石场台和石河子台的加卸载响应比Y值出现了不同程度的高值异常，时间上与三个台对应的走时变化时程曲线较为一致，乌苏台的加卸载响应比Y值高值异常特征明显于石场和石河子台，且沙湾4.8级地震前加卸载响应比Y值高值特征没有沙湾5.0级地震前特征明显。当系统处于平稳阶段，加卸载响应比变化稳定，Y值在1附近变化，地壳介质处于孕震阶段，加卸载响应比大于1，地震发生在Y值下降的过程中，震后恢复到1附近，区域应力释放，整体应力水平较低，加卸载响应比Y值变化平稳。这种以气枪震源的走时为响应量的加卸载响应比研究还是初次尝试，选取适当的震相窗和台站进行地震预测应用研究，还有待于进一步研究摸索。
　　新疆呼图壁主动源是国内第一个人造水体的试验场，气枪震源的主动探测不但为探索天山造山带的地质结构提供了精确的地震波震源，也为尝试实现介质的连续监测和强震孕育研究奠定良好的基础。

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第一章 引 言

1.1 气枪震源的应用发展

1.2 地震波速变化测量

1.3 研究目标和内容

第二章 新疆主动震源探测试验简介

2.1 气枪发射台建设概况

2.2 气枪激发试验概况

2.3 气枪信号接收简介

2.4 小结

第三章 气枪震源数据处理

3.1 数据处理方法

3.2 气枪震源数据处理过程

3.3 小结

第四章 气枪震源的震相分析

4.1 地壳分层及速度模型选取

4.2 天然地震与气枪震源震相对比分析

4.3 小结和结论

第五章 基于呼图壁气枪震源的走时变化应用研究

5.1 研究数据概况

5.2 两次5级左右地震前气枪震源反射波震相走时异常变化初步研究

5.3 两次5级左右地震前气枪震源空间走时变化初步研究

5.4 小结和结论

第六章 基于气枪震源资料的加卸载响应比初步应用研究

6.1 加卸载响应比理论简介

6.2 加卸载响应比计算及数据选取

6.3 连续试验数据分析

6.4 震例分析

6.5 小结和结论

第七章 结论与展望

7.1 初步结论

7.2 存在的问题和展望

参考文献

致谢

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