利用主动震源检测汶川地震余震引起的浅层波速变化

为了监测汶川地震后断裂带附近的波速变化,2008年6月,我们利用快速响应探测系统,在龙门山断裂带北端进行了为期3周的连续观测实验.实验使用电动落锤作为主动震源,GPS连续同步授时的高精度数采作为接收系统.利用记录到的高时间精度观测数据,结合互相关时延检测技术,计算了P波和面波走时的相对变化,来表征地下波速的变化.我们观测到两次面波波速的异常变化,变化幅度最高达到2%,远远大于气压变化所能引起的波速变化.结合该时段内地震活动记录,我们认为面波的波速变化是由在附近发生的两次地震事件的同震效应引起的,该观测结果同理论计算结果相符.     

大容量气枪震源的实验与模拟研究

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.     

普洱大寨深井噪声压制效果及井孔附近波场特征研究

基于2011年建立的云南普洱大寨深井台站，开展了噪声压制及附近波场特征研究.通过计算该台站的噪声功率谱概率密度函数，显示该井下台站对1 Hz以上的高频噪声具有明显的压制效果, 最高能降低40 dB，其降噪能力优于其它井下台阵，推断与该台站附近的场地条件有关.基于地表与井下地震记录的差异，应用正则化反卷积干涉方法进一步研究该台站附近的波场特征.以地表记录为参考，对井下记录进行反卷积，获取两台站之间的格林函数，直接识别出了原始记录上无法区分的上行入射波与下行地表反射波，然后利用两震相的到时差建立了一个浅层地震波速度模型，与理论模拟的结果一致.研究结果表明，相对于地表观测，井下台站在压制噪声和近地表地震波传播特征研究等方面具有很大的优势，同时该研究对其它地区开展深井观测具有参考意义.      

频率-波数域方法的发展及其在台阵数据分析中的应用

频率-波数域分析(Frequency-wavenumber analysis,简称F-K analysis)是一种常用的台阵数据处理方法,在地震学等领域具有良好的应用效果。本文通过介绍F-K分析的基本原理及各种改进的F-K分析方法,并结合实例综述了其在台阵数据分析中的几种应用,包括检测微弱信号源、分析噪声特征、提取面波频散曲线、台阵设计这4方面;通过对这些研究的回顾,本文总结了该研究领域的新进展及需要注意的问题,并对F-K成像新的应用前景进行了分析和展望。     

分布式光纤声波传感系统在近地表成像中的应用Ⅰ：主动源高频面波

近年来发展的新型地震观测系统--分布式光纤声波传感器(DAS,Distributed Acoustic Sensing)可以实现低成本高密度观测,有望提高浅层结构成像的精度以及分辨率.最近国内研发了一系列具有自主知识产权的DAS设备,为验证国产设备在浅层结构研究中的可行性以及应用效果,2018年7月我们开展了一次DAS观测实验.实验采集了50kg落锤震源激发的地震信号,并采用多道面波分析方法提取了8~20Hz频段的主动源Rayleigh波相速度频散曲线,得到了实验区浅层30m的S波速度结构.获得的主动源面波频散曲线与共址检波器的结果吻合,也与背景噪声提取的结果具有较好的一致性,表明国产设备的可靠性和DAS在浅层结构主动源面波成像研究中的可行性.     

基于云计算的九分量噪声互相关函数计算及其在China Array密集台阵数据的应用

提出一种基于云计算的九分量噪声互相关函数的计算方法,可以利用弹性的云计算服务,实现海量噪声互相关函数计算的分解和加速。本文将此技术应用于"中国地震科学台阵探测——南北地震带北段"674个宽频带台站2014~2015年的三分量连续记录,获取了所有台站间的九分量噪声互相关函数。总体计算共完成了约22万条台站对路径上近14.9亿条单天互相关函数的计算,整体平均耗时约为10.2h,完成等量计算,传统计算模式需要耗时近6个月,基于云计算的NCF计算技术实现了近400倍的加速,并可以弹性地扩充。分析了所得九分量噪声互相关函数中瑞利面波的ZH振幅比,并与天然地震中瑞利面波的振幅比进行了比较,验证了计算结果的可靠性。基于云计算的噪声互相关函数计算方法,为利用现代计算技术处理海量数据提供了重要参考。     

利用反投影方法计算陆地有限水体气枪震源激发过程

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.     

基于背景噪声成像方法的新疆呼图壁储气库地区近地表速度结构研究

近年来，背景噪声成像方法在恢复高频面波信号及获取近地表速度结构方面得到了广泛的应用，本文将该方法应用于准噶尔盆地南缘的呼图壁背斜地区的呼图壁储气库.采用储气库及其周边区域22个台站记录的连续背景噪声数据的垂直分量，通过噪声互相关方法获得了台站对之间的瑞利面波经验格林函数，并进一步提取了0.5~1.5 s的基阶瑞利面波群速度频散曲线.首先根据区域平均频散曲线得到了该地区地下数百米的平均一维横波速度结构，然后利用基于面波射线路径追踪的面波频散直接成像方法得到该地区深度为500 m以上的三维横波速度结构.反演结果显示该地区沉积层较厚，整体横波速度值较小（0.4~0.9 km·s^-1）.储气库在地表投影区域的横波速度值较小，这可能是由于抽注水、气引起的沉积岩石裂隙所导致.储气库东北和东南方向均有明显的相对高速区，推测是区域地下水位和地形起伏综合作用的结果.本研究获得的近地表三维速度结构为呼图壁储气库地区的上覆地层物性研究、区域微震精定位、场地效应的评估和去除浅层影响的深部介质成像等研究提供了重要基础.     

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内核地震波速各向异性的成因

地球内核是轴对称各向异性的,其对称轴与地球的极轴之间有１１°左右的夹角,本 文根据地球内核相对于外部地球有差异转动这一观测结果,利用晶体生长理论,对内核地震波 速度各向异性的成因进行了探讨．当从熔融状态结晶时,晶体的生长速度与晶体和熔融态之 间相对运动的线速度成正比涸此当固态内核在液态外核中生长时,沿赤道方向的生长速度比 两极方向快．在万有引力场的作用下内核始终保持近似球形,生长速度较快的赤道附近的物 质会向两极区域流动,形成轴对称的流变场。这一轴对称的流变场伴随着轴对称的应力场,使 得构成地球内核的ｈｃｐ型铁晶体的ｃ轴沿着内核自转轴的方向排列,导致观测到的地球内核地 震波速度各向异性。作为推论,内核相对于外部地球可能同时存在着进动和章动。