本文選題：區(qū)域尺度　切入點：大容量氣槍震源　出處：《中國地震局地球物理研究所》2017年博士論文

【摘要】：區(qū)域尺度地球結(jié)構(gòu)、狀態(tài)和介質(zhì)變化研究是天然地震學和勘探地震學共同關注的問題。探索適宜于大陸淺部區(qū)域尺度地下結(jié)構(gòu)探測與介質(zhì)物性變化監(jiān)測的新型人工震源,據(jù)此構(gòu)筑地震雷達平臺,向地下主動發(fā)射地震波,將為深部油氣資源利用、淺部地球動力學、城市地球物理學和防震減災事業(yè)等提供重要工具。目前,地下介質(zhì)動態(tài)變化測量研究使用的震源主要為相似地震、背景噪聲、人工震源和部分非常規(guī)震源。在天然源方面,大地震時空分布不均,相似地震數(shù)量有限,背景噪聲需經(jīng)長時間疊加才能獲取穩(wěn)定信號且其存在季節(jié)性變化等不利因素使得三者對于波速變化測量的時空分辨率與精度較低。在人工源方面,傳統(tǒng)炸藥震源使用愈發(fā)受限,連續(xù)震源等因釋放能量低,不適宜進行區(qū)域尺度探測與監(jiān)測研究等因素限制了現(xiàn)有大陸人工源的監(jiān)測應用。為尋找理想震源,我們通過一系列野外探索實驗對多種人工震源進行了測試篩選,最終選定具有綠色環(huán)保、高效、重復性好等優(yōu)點的海洋勘探氣槍震源作為探測震源,并成功實現(xiàn)陸上有限水體中的移植激發(fā)。本文結(jié)合區(qū)域尺度大陸淺部結(jié)構(gòu)探測和介質(zhì)變化監(jiān)測這一核心目的,以歷次陸上大容量氣槍陣列激發(fā)實驗為基礎,圍繞探索發(fā)展新的探測與監(jiān)測方法,對氣槍主動源探測技術中的相關信號處理與波場傳播問題進行了研究。本論文的主要工作包括以下幾個方面:第一、全面回顧與對比了歷次陸上大容量氣槍震源實驗。首先在總結(jié)海洋氣槍震源發(fā)展歷史、技術原理和氣槍激發(fā)理論發(fā)展進程與研究成果的基礎上,討論了海洋氣槍震源與陸上氣槍震源的差異。陸上大容量氣槍震源是氣槍陣列與有限水體環(huán)境耦合的結(jié)果,固液界面的存在是陸上水體氣槍震源的關鍵特征。陸上水體氣槍震源涉及氣泡振蕩理論,氣-液和液-固界面的耦合,水體邊界條件,地震波傳播等多種機制,是氣體-流體-固體三相耦合的復雜物理系統(tǒng)。其次詳述了多年來陸上水體大容量氣槍震源激發(fā)實驗,總結(jié)了氣槍震源在研究區(qū)域尺度介質(zhì)變化監(jiān)測中的獨特優(yōu)勢,對比了不同水體中的信號特征與影響因素。陸上不同水體中氣槍信號模擬和實際激發(fā)效果對比表明,氣槍激發(fā)的主要影響因素包括氣槍槍體(類型,容量,同步性)、工作條件(激發(fā)壓力,沉放深度)和水體條件(水位,水體形狀,水體大小)。對不同影響因素的模擬總結(jié),可加深對陸上氣槍震源的震源特性的認識,有利于改進激發(fā)環(huán)境的設計與評價,獲得更好的激發(fā)條件。第二、基于噪聲特征的氣槍震源數(shù)據(jù)自動篩選與處理方法。發(fā)射臺噪聲水平分析顯示,在氣槍優(yōu)勢頻帶2-10Hz范圍內(nèi)賓川臺周邊臺站噪聲水平普遍在-130dB左右,僅部分臺站背景噪聲值較高。臺站環(huán)境噪聲影響氣槍信號的處理提取,據(jù)此提出了一種利用信號記錄中噪聲特征的氣槍震源數(shù)據(jù)自動篩選方法——RMS篩選法。氣槍震源信號處理過程中,多次小能量激發(fā)疊加等效于一次大能量激發(fā)和利用干涉獲取走時變化來成像介質(zhì)變化的處理方式,決定了其對疊加技術的需求;地震信號發(fā)射臺的大規(guī)模激發(fā)和密集臺陣積累的海量氣槍信號數(shù)據(jù),催生了對于信號自動化處理的要求。不同氣槍發(fā)射臺實際信號處理證實RMS篩選疊加效果明顯優(yōu)于傳統(tǒng)疊加方法,更能壓制強噪聲的干擾,可有效提高信噪比。RMS篩選疊加結(jié)果顯示,賓川臺信號傳播距離可由250km增加至350km,呼圖壁臺由500km左右增加至1000km,張掖臺由300km增加至近500km。第三、氣槍震源信號傳播規(guī)律與差異。利用已建立并在持續(xù)運行的三個固定地震信號發(fā)射臺數(shù)據(jù)對氣槍震源信號傳播過程中的一系列問題進行了研究。在分析氣槍信號能量空間分布與傳播方向差異的基礎上,利用呼圖壁臺氣槍信號中Pn波震相研究了中天山地區(qū)上地幔品質(zhì)因子Q_0=388,與前人利用天然地震獲得的結(jié)果一致,表明了利用氣槍震源進行區(qū)域震相衰減研究的可行性。氣槍源參考臺速度記錄均在10~6nm/s量級,其中呼圖壁臺產(chǎn)生的信號振幅最強。賓川臺信號的衰減最快,原因可能是由于云南地區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)復雜,幾何傳播衰減值較其他地區(qū)大,而品質(zhì)因子Q值更小。而賓川臺激發(fā)S波振幅空間分布研究表明S波可能由氣槍對水底及岸邊的沖擊和耦合產(chǎn)生。研究氣槍源信號波場傳播影響對于深入理解陸上水體氣槍源激發(fā)機理,探索不同區(qū)域的潛在應用有重要作用。
[Abstract]:In order to find the ideal source of seismic source , it is a key feature of gas - liquid - solid three - phase coupling . On the basis of analyzing the difference between the energy space distribution and the propagation direction of the gas gun , this paper presents a method of automatic screening and processing of the seismic source data by using the method of automatic screening and processing of the gas gun seismic source data . The results show that the signal propagation distance of the station can be increased from 250km to 350km . The results show that the seismic signal propagation distance can be increased from about 500km to about 500km .

【學位授予單位】：中國地震局地球物理研究所
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：P631.4

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本文編號：1693897