利用人工震源研究滇西地震过程地下波速的时空变化

In 2011, we established an new type of seismic station in Binchuan County, Yunnan Province, named as Binchuan "Transmitting Seismic Station" (TSS). The Binchuan TSS can generate seismic energy routinely. Seismic signal radiated from Binchuan TSS can be traced up to 250km, ~100 regular seismic stations within 20,0000 km2 can be used to record seismic signal from Binchuan TSS. The Binchuan TSS is proven to be green, environment-friendly seismic source. With some major faults as the Red river fault and Chenhai fault, the study area is tectonically complicate and suffers from highest seismicity in China mainland. In this study, we will carry out continuous velocity measurement by utilizing Binchuan TSS and dense seismic array nearby; developing techniques to extract signal from strong noise; analyzing spatial and temporal evolution of subsurface velocity changes. We will study the velocity changes associated with background loadings as the solid earth tides, earthquake cycles related velocity change will also be intensively studied to broaden our understanding on the earthquake process.

2011年我们在云南宾川建成了世界上第一个利用人工震源向外发射地震波的新型地震台，地震波可探测距离在250公里以上，其周围20万平方公里范围的近百台地震仪都可以接收到它发射的地震波。4年的实践表明，它是一种绿色、环保和友好的新型人工震源。宾川附近的滇西地区展布有著名的红河断裂和程海断裂等大型断裂，构造复杂，是中国大陆地震发生频度最高的地区之一。本研究将利用已建成的宾川大容量气枪震源以及周围的密集台阵开展连续高精度的波速测量；发展强噪声背景下极微弱信号提取和处理技术；分析和研究滇西地区地下深部介质波速的时间和空间变化；在了解固体潮等引起深部介质波速背景变化的基础上研究与地震过程相关的地下介质变化；加深对地震过程的物理认识。

陆地气枪主动探测技术是近年来发展起来的一种新型绿色环保并且高度可重复的地震观测技术，宾川地震信号发射台是全球第一个固定地震信号发射台。本项研究持续开展气枪主动激发观测实验工作，用统一的数据格式构建了观测数据库；气枪震源作为一种新型震源，掌握其激发特性是各项研究工作的基础，项目对气枪在不同激发条件（沉放深度、工作压力）和不同环境（水库、井中和不同水库水位）的激发特征进行了深入研究，全面掌握了不同条件下气枪震源的激发特性。对气枪、水库所共同构成震源的各向异性特征进行了观测研究，获得了宾川地震信号发射台不同方向发射的地震波的差异，这种差异表现在信号振幅、频谱和信号的持时上；对主动源地震观测台网的时钟进行了统一的校正，分析研究了天然地震信号与气枪信号的差异，这些基础性的工作为后续工作研究奠定了坚实的基础。.在反褶积去除气枪震源影响的基础上，利用线性叠加、相位加权叠加、S变换模板滤波等去噪技术，并深入研究了应用匹配滤波、压缩感知和多尺度几何分析（曲波变换）去噪技术提取气枪低信噪比信号中的有效信号的方法，研究了二次互相关在较低信噪比下提高走时计算精度的方法，这些方法有效地提高了气枪信号的传播距离，扩大了探测研究区域，提升了计算精度。在此基础上，对云龙Ms5.0地震(2015.5.18)和漾濞Ms5.1地震(2017.3.27)前后主动源信号走时变化特征进行了详细研究，发现地震前不同区域的走时变化存在差异。对云龙地震和洱源Ms4.5地震(2016.2.8)的波速比变化研究表明，两次地震前震区附近的台站记录到的主动源信号的波速比都出现了下降-回升-快速上升的变化过程，这与常用来表征区域应力状态的b值变化特征较为一致。.利用背景噪声成像技术，研究了宾川及周边地区的地壳结构，结果表明宾川地区地壳存在低速层，这一区域中下地壳流的分布可能比两个孤立的通道流模型更复杂广泛。利用背景噪声研究了鲁甸Ms6.5地震(2014.8.3)地壳波速变化的特征，结果表明地震发生后部分台站波速下降可达0.06%。.利用有限差分方法对气枪主动源激发波场进行了数值模拟研究，在保持气枪沉放深度不变的情况下，水体水位深度对激发波场的能量有明显的影响，最佳深度约为30米，震源位于水体一侧时气枪激发波场也表现出各向异性的特征。这些结果为了解水库水位变化对气枪激发的影响、气枪激发实验中选点和沉放深度的确定提供了理论依据。