利用水庫(kù)大容量非調(diào)制氣槍陣列進(jìn)行區(qū)域尺度地下結(jié)構(gòu)探測(cè)和監(jiān)測(cè)

陳 蒙

（中國(guó)地震局地球物理研究所，北京100081）

利用水庫(kù)大容量非調(diào)制氣槍陣列進(jìn)行區(qū)域尺度地下結(jié)構(gòu)探測(cè)和監(jiān)測(cè)

陳 蒙

（中國(guó)地震局地球物理研究所，北京100081）

中圖分類號(hào)：P315；

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A；

doi：10.3969/j.issn.0235-4975.2015.03.007

大量的地震學(xué)證據(jù)表明，地震的發(fā)生與深部的結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。除去與地下結(jié)構(gòu)相關(guān)，地震的發(fā)生更重要的是與地下的結(jié)構(gòu)和狀態(tài)的變化有關(guān)。地震通常被認(rèn)為是由于地下應(yīng)力的積累和釋放造成的，因此，應(yīng)力狀態(tài)及其變化是影響地震發(fā)生的關(guān)鍵因素。如果我們能夠?qū)Φ卣鹞ｋU(xiǎn)區(qū)（例如斷層帶、各級(jí)速度塊體的邊界以及高低速層的過(guò)渡帶）地下的應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)，將會(huì)有助于我們判斷這個(gè)地區(qū)發(fā)生地震災(zāi)害的危險(xiǎn)性。但是，我們并沒(méi)有方法能夠?qū)ι畈吭姓饏^(qū)的應(yīng)力狀態(tài)進(jìn)行直接測(cè)量，室內(nèi)巖石物理實(shí)驗(yàn)表明，巖石的波速會(huì)隨著加載壓力的變化而變化（聲彈性），因此，我們就可以通過(guò)測(cè)量穿過(guò)深部孕震區(qū)的地震波的波速的變化來(lái)監(jiān)測(cè)地下應(yīng)力的變化。對(duì)區(qū)域尺度深部結(jié)構(gòu)的探測(cè)和監(jiān)測(cè)不只是減輕地震等自然災(zāi)害的需要，而且也是開(kāi)發(fā)開(kāi)采油氣礦產(chǎn)資源的需要。

為了進(jìn)行區(qū)域尺度地下結(jié)構(gòu)的探測(cè)和監(jiān)測(cè)，我們采用兩種震源：水庫(kù)大容量非調(diào)制氣槍陣列震源和背景噪聲震源。首先是水庫(kù)大容量非調(diào)制氣槍陣列的方法。由于通常用于區(qū)域尺度地下結(jié)構(gòu)探測(cè)的天然地震方法存在空間和時(shí)間上的局限性以及地震定位精度差的問(wèn)題，而通常用于區(qū)域尺度地下結(jié)構(gòu)探測(cè)的炸藥等人工震源方法又存在破壞環(huán)境重復(fù)性差等問(wèn)題，都不是特別適合區(qū)域尺度地下結(jié)構(gòu)的探測(cè)和監(jiān)測(cè)。為此，我們實(shí)驗(yàn)室一直在探索新的區(qū)域尺度地下結(jié)構(gòu)探測(cè)和監(jiān)測(cè)的方法。我們實(shí)驗(yàn)室通過(guò)多次試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)水庫(kù)大容量非調(diào)制氣槍陣列具有頻率低、傳播距離遠(yuǎn)、重復(fù)性好以及對(duì)環(huán)境無(wú)破壞等特點(diǎn)，非常適合陸地區(qū)域尺度地下結(jié)構(gòu)的探測(cè)和監(jiān)測(cè)。

對(duì)于震源的認(rèn)識(shí)是進(jìn)行結(jié)構(gòu)及其變化探測(cè)研究的第一步。由于水庫(kù)大容量非調(diào)制氣槍陣列是在陸地水庫(kù)中進(jìn)行激發(fā)，相比于在海洋中進(jìn)行激發(fā)的氣槍陣列，陸地水庫(kù)水域面積更小，水深更淺，氣槍陣列與水庫(kù)的相互作用更為復(fù)雜，氣槍陣列與陸地水庫(kù)共同構(gòu)成了一個(gè)震源系統(tǒng)。目前對(duì)于這種震源系統(tǒng)的研究還很少。我們根據(jù)Rayleigh-Plesset氣泡震蕩方程以及流體中的動(dòng)量方程和連續(xù)性方程，構(gòu)建了一個(gè)適用于遠(yuǎn)場(chǎng)氣槍地震信號(hào)的作用于液固界面的單力震源模型。

之后我們介紹了水庫(kù)大容量非調(diào)制氣槍陣列在區(qū)域尺度地下波速變化監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用。為