利用大容量气枪震源和密集地震台阵监测区域地下介质变化

利用人工震源主动向地下发射地震波并监测地下介质变化是地震学研究发展的新方向。本项目利用即将在滇西地区建成的宾川大容量气枪地震信号发射台并结合该地区密集的地震台阵进行为期2年的连续监测实验。并开展如下研究：1，发展区域(数十至上百公里)尺度地下介质变化高精度监测技术；2，获得该地区实验期间地下介质随时间的变化；3，利用大气压固体潮等自然加载标定测量结果，并探讨长期介质变化与构造活动的关系。本项目的开展对于认识地球内部的动态过程，减轻地震、火山等自然灾害等具有重要意义。

地球内部介质应力与物性变化是地球动力学重要信息，监测地下介质的变化，为构造活动和地震发生过程研究提供了可能性。陈颙院士提出并带领团队对“人工震源主动探测”技术进行了多年的探索，证明主动探测技术用于“区域尺度”地震探测可行，并确定大容量气枪是其优异震源。但相关的技术和理论问题还有待进一步发展，如如何更好地发挥震源特性？能否获得地震相关的应力变化信息？观测系统如何布置才能更好地捕捉地震相关的应力变化信息？什么参数对地下介质变化更加敏感？本项目利用在云南宾川建成的大容量气枪地震信号发射台，结合该地区密集的地震台阵进行了连续监测实验。取得了以下主要成果：.1.探索了气枪震源在“水库”和“井中”两种激发方式，并了解了相关震源特性及其影响因素，为震源台建设奠定了理论基础. 分别在陆地水库和井中建立和完善了震源实验系统，进行了震源特性、传播距离和连续变化监测实验，得出：水库中气枪激发能量与水体大小成正比；与初始高频脉冲相比，气泡振荡脉冲周期长，频率低，衰减小，区域尺度探测应利用气泡振荡脉冲能量；水深变化对气枪激发能量、重复性影响很大。水库气枪激发传播距离可达100-300km，并可产生高能量的转化S波，气枪井中激发时，由于井壁的存在约束了气泡振荡，震源激发频率较高，传播距离在10-30km。.2.提出了跨断层按测线布置的断层应力监测方案，衰减系数、应力敏感系数比直达波速更敏感. 地震监测预报最有有效的观测方式是跨断层密集观测，监测精度高，可利用多台记录间、上下盘之间的对比，提高断层应力变化监测的可靠性。衰减系数、应力敏感系数比直达波速更敏感，可共同作为介质变化监测参数。.3.连续监测发现了与地震相关的地震波速和衰减变化. 利用所建立的地震发射台，进行超过2年的连续观测，结合几次在汶川地震断裂带上的其他主动探测，观测到几次与地震相关的波速、衰减和应力敏感系数的变化。.4.形成了主动源探测配合噪声成像、井水位变化等断层应力变化综合判别技术. 探索并形成了以气枪主动源探测为核心，配合噪声成像、井水位变化等相结合综合判别断层应力变化的技术，提高了介质变化探测结果的可靠性。目前，以大容量气枪为代表的主动源探测技术已成为中国地震局的特色技术，在国际上具有较大的影响。研究成果已在新疆、甘肃气枪发射台建设中获得应用。