气枪震源资料反褶积方法及处理流程研究

不同工作条件下气枪震源产生的信号会存在细微差异,反褶积方法能在一定程度上消除由震源变化引起的记录信号变化。为了去除气枪震源子波信号,获取气枪源到台站之间的格林函数,通常需要选取一种恰当的方法对地震波形数据进行反褶积处理。频率域水准反褶积和时间域迭代反褶积是在接收函数等领域已被广泛使用的2种反褶积方法。本文以云南宾川主动源资料为例,对比了利用这2种方法处理气枪震源信号的效果,结果表明,在计算效率方面,频率域水准反褶积方法更具优势;在处理结果的信噪比方面,时间域迭代反褶积方法表现更好,P波初至也更清晰。此外,进一步讨论了在多炮资料的处理过程中反褶积和叠加等操作的顺序问题,最后提出了从气枪震源资料中提取气枪源到台站之间的格林函数的一般流程。     

气枪震源资料反褶积方法及处理流程研究

气枪震源具有极高的可重复性,可用于地下介质变化的监测。但不同工作条件下气枪震源产生的信号会存在细微差异,反褶积方法能在一定程度上消除由震源变化引起的记录信号变化。为了去除气枪震源子波信号,获取气枪源到台站之间的格林函数,通常需要选取一种恰当的方法对地震波形数据进行反褶积处理。频率域水准反褶积和时间域迭代反褶积是在接收函数等领域已被广泛使用的2种反褶积方法。本文以云南宾川主动源资料为例,对比了利用这2种方法处理气枪震源资料的效果,结果表明：在计算效率方面,频率域水准反褶积方法更具优势;在处理结果的信噪比方面,时间域迭代反褶积方法表现更好,P波初至也更清晰。此外,进一步讨论了在多炮资料的处理过程中反褶积和叠加等操作的顺序问题,最后提出了从气枪震源资料中提取气枪源到台站之间的格林函数的一般流程。     

2017年3月27日漾濞5.1级地震前后气枪震源观测走时数据的变化

以2017年3月27日漾濞5.1级地震为例,根据区域特性和信噪比要求,选取数据较为完整的6个台站记录的2017年1月1日～6月6日期间的宾川地震信号发射台气枪震源波形资料,采用互相关检测技术提取6个台站各自稳定震相的走时数据,并对漾濞5.1级地震前后走时数据的变化情况进行分析。结果表明,漾濞5.1级地震前后6个台站各自稳定震相存在较为明显的走时变化,且短期内走时变化具有较好的同步性,相关台站异常幅度大小和异常出现时间存在细小差异。地震发生前,6个台站走时低值异常过程明显,以YUL台最为显著。地震发生前后走时变化形态特征为双“V”型,漾濞5.1级地震发生在第1个“V”型末端。地震发生后,不同方位相关台站受地震的影响程度不同,走时波动大小存在差异。     

气枪震源地震波走时变化影响因素分析及地震相关的走时变化

云南省地震局在程海断裂以西10 km的大银甸水库处建成了气枪震源发射台, 在水库丰水期内进行连续激发观测。 2014年8月21日、 24日气枪震源附近分别发生M_S4.2、 M_L4.1和M_L4.0地震。 本文利用宾川气枪震源附近的钟英台、 黄坪台等10个台站2014年9月8日至2015年2月28日观测数据, 使用波形互相关方法提取这些台站气枪信号的走时变化, 使用射线追踪的方式正演研究了气压、 水库水位、 潮汐应力等因素对波速变化的影响。 排除上述影响后, 认为3次4级左右地震可能是2014年9月台站气枪信号走时增大0.04~0.05 s的原因。     

新疆2次中强地震前气枪震源反射波震相走时异常变化初步研究

以新疆2次5级左右地震为震例样本,选取震中附近石河子台、石场台和乌苏台记录的2013年8月以来的气枪震源信号数据,依据反射波震相,采用互相关检测技术等,研究2次5级左右地震前走时变化特征,得到如下研究结果:1根据单双层"3400走时表"速度模型,参考理论Pm P走时选取震相窗是可靠的;22次5级左右地震前3个台站记录的Pm P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为0.1%~0.26%,距震中较近的石河子台、石场台的异常特征显著于较远的乌苏台;32次5级左右地震前走时异常变化时间和幅度均存在差异,这可能与震级和震中位置有关。     

两次强震发生前后主动源观测走时数据的变化

利用祁连山主动源连续激发台站记录资料,通过不同时间段的多次激发数据叠加处理,可以获取各个地震台的Pg和Sg震相走时变化数据.对震相走时变化数据分析发现,在2015年11月23日祁连5.3级和2016年1月21日门源6.4级地震发生前后震源区附近台站存在明显的震相走时变化,推测导致这种异常变化的原因是震源区的速度发生了改变.这一观测结果说明主动源方法可能成为地震预测的一种新途径.

     

气枪震源信号波速变化计算中的水位影响及消除

气枪震源是一种重复性很高的人工震源.受激发条件改变影响,气枪信号一致性会有所下降.反褶积方法可以去除气枪信号中激发压力、沉放深度、位置移动等的影响,但信号中水位变化的影响难以通过反褶积消除.地震信号波速变化反映了介质应力及物理状态的变化.利用气枪信号计算的波速变化受水位变化影响不能完全反应真正的介质变化,对研究结果及后续分析和应用产生较大干扰.为消除气枪信号波速变化中水位变化的干扰,本文提出了一种消除水位影响的方法:(1)水位以△h =0.2 m为间隔分段,将各个水位区间内激发的所有气枪信号叠加;(2)计算所有水位区间内气枪信号的波速变化,得到波速变化与水位变化的关系;(3)进行最小二乘拟合得到水位变化与波速变化的关系式,并计算水位变化引起的波速变化;(4)初始波速变化减去水位变化引起的波速变化,得到消除水位后的介质波速变化.研究结果表明:大银甸水库水位变化引起的气枪信号波速变化率最大可迭10-2,波速变化与水位变化呈线性正相关,水位影响随震中距的增大而减小,相同震中距气枪信号受水位变化的影响大小与气枪信号穿过水体的多少有关.运用本文提出的去除水位影响的方法可较好地消除波速变化中的水位变化信息.     

基于气枪震源信号和背景噪声的2016年呼图壁6.2级地震前后波速变化特征初步研究

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...     

大容量气枪震源及其波形特征

大容量低频组合气枪震源已成功应用于南海北部海陆联测实验及陆上水库实验,其信号传播最远距离可达255 km. 为了探讨气枪信号的波形特征, 从广东省地震台网数据中选择了台基相同、震级与震中距相近的珠海台的地震记录, 将气枪震源、天然地震和爆破三种震源的波形特征进行了对比分析,结果表明, 气枪信号特征明显, 信号主频4～8 Hz, 振幅±0.15 μm·s-1, 波形一般具有3～5个峰值, 并随时间有规律变化,易于准确识别. 实验探测结果说明, 这种能量强、重复性好、探测精度高、绿色环保的枪阵组合震源可广泛应用于海洋与陆地深部结构研究.     

陆地水体气枪震源探测技术回顾与进展

地下介质应力场的状态及其变化监测研究,可促进对地震物理过程的认识和理解.高精度波速测量为微弱的应力变化监测提供了可靠的技术手段,但高重复性的震源是研究地下介质微弱变化的关键.近十几年来的探索和实验表明,陆地水体气枪震源是一种较为理想的重复性人工震源,具有高度可重复、绿色环保和测量精度高等特点.本文对陆地水体气枪震源探测技术的发展历程进行了回顾,介绍和总结了陆地水体气枪震源技术的系统构成、性能特点及相关应用,主要包括在地震前后物理过程、断裂带介质变化和工业开采区生产监测等方面的进展,探讨了目前在推广应用中面临的问题及重点发展方向,为利用陆地水体气枪震源技术开展地下介质动态监测研究提供了佐证.

     

Study on the Influence of Airgun Excitation Conditions on Airgun Signals and Travel Time Variation Measurements

Because of the different excitation conditions of the airgun source, there will be subtle differences in airgun signals. Travel time variation of airgun signals often mix into source information which can''t fully reflect the evolution of the medium. This article uses the airgun signals from the Binchuan Transmitting Seismic Station to analyze the airgun signal''s characteristics of phase and correlation. We conducted a comparative analysis of the effects of the pair difference method and the deconvolution method on eliminating the influence of the excitation conditions in travel time variation. The results show that:(1) The pressure pulse and its subsequent wave of airgun source wavelet are less affected by excitation conditions that we can use it to obtain high-precision excitation moments. (2) Deconvolution can improve the correlation of the airgun signal. (3) The pair difference method can''t eliminate the influence of excitation conditions in travel time variation. Deconvolution can reduce excitation condition interference and the influence of the excitation condition in the travel time variation after deconvolution of the vertical signal is significantly reduced.     

断裂带对气枪震源信号传播路径及波速变化规律的影响

通过研究地表各向异性在气枪震源波速变化测量中的影响,探讨相邻台站同一时期介质波速变化的测量结果不一致的原因.研究结果表明:①震源所在水库的形状为非规则形状,这种横向的非均匀性对分布在水库周边台站测量的波速变化影响较小;②断裂带对于地震波传播有明显的影响,相邻台站因断裂带的存在导致震相射线的路径不同,进而会影响波速变化的...     

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.     

逆时偏移中波形光滑性分析与波形校正研究

针对RTM成像波形不光滑的问题进行研究,利用简单模型分析了空间、时间采样间隔对成像波形光滑性的影响。结果表明,空间采样间隔对波形光滑性的影响较大,而时间采样间隔的改变并不能改变波形光滑性。利用三次样条插值,在空间上对RTM成像波形进行插值,可以解决波形不光滑问题。通过复杂模型进行验证,也证明了该方法的有效性。同时对RTM成像剖面沿层地震属性(瞬时振幅、瞬时频率、瞬时相位)进行了分析,结果表明波形经过光滑校正后可以提高地震属性的横向空变稳定性。     

2013年芦山Ms7.0地震前重力场源变化分析

陆地重力观测获取的时变重力信号是研究地壳内部孕震区介质变化的重要依据。利用贝叶斯平差方法处理了川西地区2010—2012年的流动重力观测资料,发现相对重力仪的格值系数在两年内变化可达2×10^-4,而且仪器存在较小的非线性漂移率;重力场累积动态变化图像显示,2013年芦山MS7.0地震发生在重力梯度带零值线与龙门山断裂带交会部位附近。进一步采用等效源方法划定了测网内以雅安、康定和石棉为中心的场源分辨能力较高的区域,并反演了地震前的地壳视密度变化。场源视密度动态变化结果表明:2013年芦山MS7.0地震前2年,在龙门山断裂带的南侧和鲜水河断裂南段的东侧区域形成了范围较大的等效视密度增加区,而在小金至康定一带和都江堰周边地区也存在小规模的视密度增加。本文基于陆地时变重力测量结果反演得到芦山地震前的地壳内部等效视密度变化,可为研究壳内深部孕震环境变化特征提供参考。     

Estimation of the Source Time Function Based on Blind Deconvolution with Gaussian Mixtures

It is demonstrated that the blind deconvolution method is fully capable of recovering the unknown Greens function and of estimating the source time functions from observed seismic data of small earthquakes. Based on the assumption of the Gaussian-mixture model of the Greens function, the newly-formulated algorithm is evaluated using synthetic seismic data along with those of the May 8, 1996 Mexico earthquake (M_c = 4.6). Since the estimated results closely match the theoretical input very well, the method is then employed to analyze the source time functions of the July 7, 1995 Pu-Li, Taiwan earthquake (M_L = 5.3). The stations triggered by this event were azimuthally well covered. Using the estimated source time functions, information pertaining to the directivity effect is readily obtained, and the actual fault plane of this event is identified, thus clearly indicating that this method provides a most efficient way to estimate the source time function of a small earthquake.Acknowledgment The authors would like to express their thanks to two anonymous reviewers for their valuable suggestions and Dr. I. Santamarias courteous assistance. They also appreciate the efforts of Drs. H.C. Chiu and R.J. Rau, who provided the seismic data and the fault plane solutions. The National Science Council, Taiwan, has supported this research (NSC 91-2119-M-194-011).     

利用主动震源直达波互相关时延检测技术监测小江断裂带浅层地震波波速变化

为了监测云南小江断裂带附近地震波波速的连续变化,2006年4月在小江断裂带以西10 km布置了一条长235 m的主动震源浅勘测线,进行为期1个月的连续观测实验。采用前后互相关技术对直达波进行了高精度波速变化测量,分析得到以下结果和结论:(1)实验期间,实验点地下介质存在相对波速变化δv/v≈10-3~10-2;(2)波速变化随震中距增加迅速减小,这可能反映了较浅层波速变化与较深层相比更剧烈;(3)波速变化和大气压变化有很好的相关性,相对波速变化对大气压的敏感系数为10-6Pa-1量级;(4)降雨会显著影响波速与气压的关系,降雨前相对波速变化随气压增加而增加,而降雨后相对波速则与气压呈负相关。     

Source Parameters of Weak Crustal Earthquakes of the Vrancea Region from Short-period Waveform Inversion

High-frequency records of nine low magnitude shallow earthquakes of the Vrancea (Romania) seismic region are inverted for the seismic moment tensor (MT). An approach is suggested regarding how to obtain at least a rough estimate of the MT when the information on the structure of the crust is poor. Here simple 1-D layered models are used in the Greens function synthesis despite the fact that the structure of the region is undoubtedly very complex. Different 1-D models were used for different source-station paths to approximate lateral variations. Record of a station located on a ray path which crosses a structure differing substantially from a 1-D model may however bias the retrieved MT essentially. Therefore, we did not collectively process all records, but subsets of stations separately. We check the consistency of the MTs resulting from these individual bootstrap solutions, and reject those which differ substantially, assuming that this is due to the oversimplification of the forward modeling. Thereafter, the averaged moment tensor yielded by the consistent subsets is accepted. Moreover, the distribution of the T, N and P axes from the moment tensors used for averaging provides a rough estimate of their reliability.Following this simplistic procedure, we found seven acceptably constrained solutions among nine events processed. Their P axes are compared with the general trend of the stress in the area: three comply with it, the others should be attributed to the complex stress field active in the region.Acknowledgment This research has been made possible by MURST (40% and 60%), by UNESCO-IGCP project 414 Realistic Modelling of Seismic Input for Megacities and Large Urban Areas and NATO SfP 972266. Partial support issued from the Grant Agency of Czech Rep. (Grant 205/02/0383) and from the National Agency for Science, Technology and Innovation of Romania (Grant 6185 GR/2000).