氣槍震源激發(fā)條件對(duì)走時(shí)變化觀測(cè)結(jié)果的影響

周青云 陳俊磊

摘要：基于4支單槍容量2000 in3的氣槍組成的陣列，2017年2月在賓川地震信號(hào)發(fā)射臺(tái)大銀甸水庫內(nèi)開展了不同激發(fā)氣槍壓力、沉放深度和水平位移情況下的對(duì)比試驗(yàn)。利用發(fā)射臺(tái)周邊9個(gè)流動(dòng)寬頻帶數(shù)字地震儀與震源附近3個(gè)參考臺(tái)的數(shù)據(jù)，使用互相關(guān)時(shí)延檢測(cè)的方法計(jì)算了不同激發(fā)條件下的氣槍信號(hào)的走時(shí)變化，并結(jié)合激發(fā)條件進(jìn)行了分析。研究表明：（1）不同氣槍壓力或沉放深度下，激發(fā)的氣槍信號(hào)的波形和互相關(guān)系數(shù)存在明顯差異：（2）氣槍壓力從9MPa升為15MPa，走時(shí)變化可達(dá)0.06s：（3）走時(shí)變化的可能原因是主頻段（3～5Hz）中的相對(duì)高頻成分發(fā)生變化，相對(duì)低頻成分未變化，二者耦合在一起形成了偽走時(shí)變化：（4）由于氣槍信號(hào)不同時(shí)窗走時(shí)變化不盡相同，技術(shù)手段難以消除壓力的影響，所以建議未來氣槍激發(fā)時(shí)固定激發(fā)條件；利用已有資料做走時(shí)變化相關(guān)研究時(shí)選用震幅相近的數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：氣槍震源；走時(shí)變化；激發(fā)條件

中圖分類號(hào)：P315.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1000-0666（2018）02-0264-09

0 引言

板塊運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致地下介質(zhì)應(yīng)力狀態(tài)發(fā)生改變，地下介質(zhì)應(yīng)力狀態(tài)的改變與地震的孕育和發(fā)生密切相關(guān)，研究地殼介質(zhì)應(yīng)力隨時(shí)間的變化是研究地震規(guī)律的有效途徑。地震波是獲取地球內(nèi)部結(jié)構(gòu)和介質(zhì)狀態(tài)變化等重要而常見的手段，人們對(duì)地球內(nèi)部的知識(shí)絕大部分來源于對(duì)地震波的研究（陳颙，朱日祥，2005）。隨著數(shù)字地震臺(tái)數(shù)量的不斷增加、資料的逐漸積累和新方法的引入，利用重復(fù)地震和背景噪聲等方法研究地球介質(zhì)變化取得了重要進(jìn)展。

重復(fù)地震是指發(fā)生在斷層同一位置上具有近乎相似的震級(jí)和震源機(jī)制解，并且在同一臺(tái)站上波形記錄高度相似的一組天然地震（Nadeau et al，1995； Schaff，Beroza，2004）。利用重復(fù)地震，王鵬等（2016）研究了山東乳山震群前后的地殼介質(zhì)波速變化。隨著地震背景噪聲成像技術(shù)的發(fā)展（Yao et al，2006：Bensen et al，2010：Zheng et al，2017；鄭定昌，王俊，2017），背景噪聲也被用于地下介質(zhì)變化的監(jiān)測(cè)研究中。王俊等（2016）利用背景噪聲研究了蘆山M7.0地震前后震源區(qū)波速變化時(shí)空特征。重復(fù)地震和背景噪聲的方法是被動(dòng)的等待和利用地震信號(hào)，前者的空間重復(fù)性和空間分布局限，后者時(shí)間分辨率較低并且受噪聲源影響較大。

近年來，全國建立了多個(gè)氣槍震源基地，利用氣槍震源主動(dòng)向地下發(fā)射重復(fù)性很高的地震波（王偉濤等，2017）。氣槍震源具有激發(fā)間隔短（最小激發(fā)間隔低于10min）、波形之間相關(guān)系數(shù)高（近場氣槍信號(hào)相關(guān)系數(shù)大于0.99）等特點(diǎn)（陳蒙，2014），有效彌補(bǔ)了被動(dòng)源時(shí)間分辨率不足、空間和波形重復(fù)性不夠等不足之處。魏蕓蕓等（2016）利用新疆氣槍信號(hào)分析了新疆2次5級(jí)左右地震前后波速變化。

利用主動(dòng)源信號(hào)開展走時(shí)變化的研究中，檢測(cè)到傳播路徑長為5～50km時(shí)的走時(shí)變化大多是10-3～10-2s數(shù)量級(jí)（楊微等，2010；劉自鳳等，2015；魏蕓蕓等，2016），大氣壓力變化、潮汐應(yīng)力等因素的影響比走時(shí)變化小1個(gè)數(shù)量級(jí)左右（Wang et al，2008； Niu et al，2008；楊微等，2010）。這些研究考慮的都是傳播路徑上影響因素變化導(dǎo)致的走時(shí)變化，沒有分析震源變化對(duì)走時(shí)變化的影響。本文利用2017年2月賓川地震信號(hào)發(fā)射臺(tái)集中激發(fā)期間發(fā)射臺(tái)周邊流動(dòng)臺(tái)的數(shù)據(jù)，計(jì)算了不同氣槍激發(fā)條件下的走時(shí)變化并分析了可能的成因，為以后的氣槍激發(fā)工作提出了建議。

1 實(shí)驗(yàn)概況

1.1 賓川地震信號(hào)發(fā)射臺(tái)

賓川地震信號(hào)發(fā)射臺(tái)位于云南省賓川縣城以西的大銀甸水庫內(nèi)，建成于2011年，2012年正式投入使用?，F(xiàn)擁有4支容量為2000in3的BoltLonglife型氣槍及相關(guān)配套設(shè)施，4支氣槍沿水平方向排列成正方形陣列沉放于水面以下10m。氣槍激發(fā)時(shí)，4支氣槍同時(shí)向水庫噴射高壓氣體產(chǎn)生地震波。配合氣槍發(fā)射臺(tái)建立的流動(dòng)地震臺(tái)觀測(cè)臺(tái)網(wǎng)主要使用Reftec130B和GuralpCMG-40T地震儀，采樣率為100Hz（王彬等，2015）。在氣槍震源南西架設(shè)了3個(gè)參考臺(tái)，將參考臺(tái)記錄的波形當(dāng)作是氣槍子波，與接收臺(tái)站信號(hào)反卷積可以去除震源影響。3個(gè)參考臺(tái)中CKT2更遠(yuǎn)一些，CKT4與CKTO位置相同但使用了低靈敏度的擺（圖1）。已有研究表明，水庫氣槍陣列單槍信號(hào)傳播距離超過35km，疊加后波形可見距離超過200km；并中激發(fā)的信號(hào)單槍傳播距離達(dá)7km，疊加后波形可見距離超過27km（王彬等，2016）。

1.2 實(shí)驗(yàn)概況

2016年2月14-20日賓川地震信號(hào)發(fā)射臺(tái)進(jìn)行的氣槍主動(dòng)源實(shí)驗(yàn)中，氣槍陣列總共激發(fā)161次。筆者就氣槍壓力、沉放深度和水平位置進(jìn)行了不同情況下的測(cè)試，其中：氣槍壓力分別為9MPa、12MPa和15MPa（圖2a）：沉放深度（氣槍陣列到水面的距離）分別為8m、10m、12m（圖2b）：水平位置分別為0m、-7m、7m（圖2c）。實(shí)驗(yàn)共耗時(shí)約7d，為保證氣槍信號(hào)信噪比，盡量選在夜間開展實(shí)驗(yàn)。

2 資料的選取及處理

2.1 資料的選取

當(dāng)研究時(shí)間范圍內(nèi)氣槍激發(fā)次數(shù)足夠多時(shí)，可以利用疊加的方法來提高信號(hào)的信噪比，增大氣槍信號(hào)的接收范圍，提高走時(shí)變化計(jì)算的精度等（劉自鳳等，2014；魏蕓蕓等，2016），但疊加會(huì)降低時(shí)間分辨率?？紤]到本文研究對(duì)象的特征及氣槍激發(fā)次數(shù)的限制，結(jié)合各流動(dòng)臺(tái)記錄到單槍波形的信噪比，最終選取氣槍周邊10km范圍內(nèi)的8個(gè)流動(dòng)臺(tái)站及較遠(yuǎn)的1個(gè)流動(dòng)臺(tái)（圖1）。

2.2 資料處理

2.2.1 利用參考臺(tái)數(shù)據(jù)提取激發(fā)時(shí)刻

氣槍控制臺(tái)在氣槍激發(fā)的過程中會(huì)生成激發(fā)日志記錄了激發(fā)時(shí)刻，但是由于槍控設(shè)備時(shí)鐘校準(zhǔn)、機(jī)械延遲、時(shí)間記錄精度等因素的影響，槍控日志中的激發(fā)時(shí)刻與真實(shí)激發(fā)時(shí)刻存在較大差異。因此，筆者利用氣槍旁邊參考臺(tái)（CKTO）記錄到的氣槍信號(hào)初至?xí)r刻當(dāng)作氣槍激發(fā)時(shí)刻。首先，去除參考臺(tái)連續(xù)記錄中的非零均值和長周期線性趨勢(shì)；再對(duì)信號(hào)進(jìn)行主頻段3～5Hz（欒奕等，2016）的Butterworth帶通濾波；最后，選取參考波形窗口，利用互相關(guān)檢測(cè)方法提取激發(fā)時(shí)刻及截取實(shí)驗(yàn)波形記錄。

震中距較遠(yuǎn)的臺(tái)站信噪比較低，個(gè)別波形可能無法識(shí)別。為提高后續(xù)計(jì)算結(jié)果的可信度，我們利用互相關(guān)檢測(cè)的方法剔除了一些信噪比較低的波形：將3～5Hz帶通濾波后各臺(tái)站的161槍信號(hào)線性疊加后與每一槍計(jì)算相關(guān)系數(shù)，剔除掉相關(guān)系數(shù)小于0.6的波形。

2.2.2 利用互相關(guān)時(shí)延檢測(cè)技術(shù)提取走時(shí)變化

利用互相關(guān)時(shí)延檢測(cè)技術(shù)可以得到亞采樣級(jí)別（10-3s）的走時(shí)變化（Wang et al，2008；劉自鳳等，2015）。首先對(duì)參考臺(tái)和流動(dòng)臺(tái)的氣槍信號(hào)進(jìn)行3～5Hz的帶通濾波，降低噪聲干擾；隨后將同一槍的流動(dòng)臺(tái)數(shù)據(jù)與參考臺(tái)數(shù)據(jù)反卷積，對(duì)齊到時(shí)并去除震源影響，得到臺(tái)站到參考臺(tái)的格林函數(shù)；將各流動(dòng)臺(tái)的格林函數(shù)進(jìn)行疊加，疊加結(jié)果作為模板信號(hào)；將單槍格林函數(shù)與模板干涉，對(duì)干涉結(jié)果余弦插值后提取得到走時(shí)變化。

3 不同激發(fā)條件對(duì)波形及重復(fù)性的影響

3.1 對(duì)波形的影響

筆者在實(shí)驗(yàn)中改變了氣槍壓力、沉放深度和水平位移這3個(gè)影響因素。理論上氣槍壓力越大，釋放的能量越大，波形的振幅越大；沉放深度和波形的振幅存在一定的關(guān)聯(lián)；平行于氣槍水平移動(dòng)方向的的臺(tái)站氣槍到時(shí)會(huì)有更明顯變化。圖3為53265臺(tái)在不同氣槍壓力下互相關(guān)對(duì)齊后的波形，可以看出氣槍壓力越大，激發(fā)地震波的振幅越大（圖3a）。圖3b～d是波形局部放大圖，圖中黑色倒三角為波形最低點(diǎn)，到時(shí)差異肉眼可見，壓力越小，到時(shí)越早。激發(fā)時(shí)間上，3槍僅相差約4h，可以認(rèn)為外部環(huán)境因素及地殼介質(zhì)狀態(tài)基本不變，“波速變化”的原因應(yīng)僅來自于震源處。圖4展示的是不同沉放深度的波形圖，可以看出與不同壓力的波形圖具有相似的結(jié)果，沉放深度越大，到時(shí)越早。

3.2 對(duì)互相關(guān)系數(shù)的影響

相較于炸藥、夯車等主動(dòng)震源，氣槍震源優(yōu)勢(shì)之一是氣槍震源的重復(fù)性很好，10km以內(nèi)臺(tái)站記錄到的信號(hào)可以達(dá)到0.9以上，震源附近可達(dá)到0.99以上（Wang et al.，2012；陳蒙，2014；王彬等，2016）。賓川地震信號(hào)發(fā)射臺(tái)氣槍陣列激發(fā)地震波的主頻段大約為3-5Hz（劉自鳳等，2012；陳佳等，2016h秕奕等，2016），因此我們將53265臺(tái)的氣槍進(jìn)行3～5Hz的Butterworth帶通濾波后，兩兩求互相關(guān)系數(shù)，結(jié)果如圖5所示。從圖5可以看出：不同激發(fā)條件相關(guān)系數(shù)之間形成不同的條帶，壓力和沉放深度對(duì)相關(guān)系數(shù)均有影響；相關(guān)系數(shù)條帶受壓力影響大，受沉放深度影響較??；對(duì)角線上形成一系列相關(guān)系數(shù)大于0.99的正方形（圖5中A1、A2、A3等），表明同一種激發(fā)條件下激發(fā)的波形相關(guān)系數(shù)很高；高壓和低壓下激發(fā)的波形相關(guān)系數(shù)可能低于0.80，最低可達(dá)到0.73（圖5中B1、 B2等）：相關(guān)系數(shù)超過0.9的占88.7%。

4 不同激發(fā)條件對(duì)走時(shí)變化計(jì)算的影響

4.1 走時(shí)變化檢測(cè)原理

如果x（t），y（t）是能量有限信號(hào)，則它們的互相關(guān)函數(shù)可以定義為：式中：“*”表示復(fù)共扼。顯然，互相關(guān)函數(shù)是2個(gè)信號(hào)之間時(shí)延：的函數(shù)。對(duì)于地震儀記錄到的2個(gè)波形x（t）和y（t），如果二者波形高度相似，只存在時(shí)間上的延遲，則可通過計(jì)算2個(gè)波形的互相關(guān)系數(shù)函數(shù)來得到時(shí)延τ。x（t）和y（t）的時(shí)延相關(guān)系數(shù)定義為：式中：T為地震波持續(xù)時(shí)間。當(dāng)相關(guān)系數(shù)取得最大值時(shí)，對(duì)應(yīng)的τ就是2個(gè)信號(hào)的時(shí)延。

本文使用的流動(dòng)臺(tái)站的采樣頻率是100Hz，求得的相關(guān)函數(shù)的采樣間隔為0.01s，相關(guān)函數(shù)的峰值并不會(huì)恰好位于采樣點(diǎn)上，而計(jì)算相關(guān)函數(shù)時(shí)又是一次移動(dòng)一個(gè)采樣點(diǎn)，因而真實(shí)的走時(shí)變化可能和測(cè)得的走時(shí)變化存在一定差異。因此，對(duì)相關(guān)函數(shù)進(jìn)行余弦插值，使新得到的相關(guān)函數(shù)滿足精度要求。

4.2 數(shù)據(jù)處理流程

根據(jù)氣槍源附近流動(dòng)臺(tái)數(shù)據(jù)的完整性和單槍信號(hào)的信噪比，筆者選擇實(shí)驗(yàn)期間9個(gè)流動(dòng)臺(tái)的數(shù)據(jù)和氣槍震源附近的3個(gè)參考臺(tái)進(jìn)行分析（圖1）。數(shù)據(jù)處理流程如下（陳佳等，2017）：（1）去除相關(guān)系數(shù)較小的氣槍信號(hào)記錄，閾值取0.6；（2）數(shù)據(jù)預(yù)處理：3～5Hz帶通濾波，去趨勢(shì)，去均值；（3）將流動(dòng)臺(tái)氣槍數(shù)據(jù)與參考臺(tái)數(shù)據(jù)反卷積得到格林函數(shù)，以達(dá)到對(duì)齊到時(shí)和壓縮子波的目的；（4）格林函數(shù)線性疊加作為模板，將每一條格林函數(shù)與模板進(jìn)行互相關(guān)時(shí)延檢測(cè)，得到相關(guān)函數(shù)；（5）對(duì)相關(guān)函數(shù)作余弦插值；（6）提取目標(biāo)窗口的走時(shí)變化。

4.3 走時(shí)變化計(jì)算結(jié)果

利用前述方法處理了9個(gè)臺(tái)站的數(shù)據(jù)，得到2017年2月14-17日最大振幅附近走時(shí)變化圖。圖6為53265臺(tái)的走時(shí)變化圖，其它8個(gè)臺(tái)站的走時(shí)變化與53265臺(tái)一致。從圖6可以看出：（1）走時(shí)變化和氣槍壓力高度呈正相關(guān)：（2）CKT2對(duì)氣槍壓力的變化更加敏感：（3）難以分辨出沉放深度對(duì)走時(shí)變化的影響：（4）水平位移對(duì)走時(shí)變化有影響：（5）氣槍氣壓改變可能導(dǎo)致的走時(shí)變化最大可達(dá)0.06s（53278臺(tái)）。

波在水中的傳播速度約為1.5km/s，當(dāng)氣槍信號(hào)人射角為60°時(shí)，水平視速度約為1.3km/s，氣槍水平移動(dòng)14m，走時(shí)變化應(yīng)約為0.01s，與圖6顯示結(jié)果相近。與水平移動(dòng)相比，沉放深度的改變除影響傳播路徑的幾何響應(yīng)外，還會(huì)影響到震蕩氣泡與水體的耦合（陳惠芳等，2016）。本次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)較不合理，沉放深度改變的同時(shí)，其它因素也發(fā)生了改變，未能剝離出沉放深度的影響。

5 分析與討論

5.1 全時(shí)窗的走時(shí)變化

從以上分析可以看出，選取振幅峰值附近的時(shí)間窗，所有臺(tái)站的走時(shí)變化在特定時(shí)窗內(nèi)均呈現(xiàn)與氣槍壓力呈正相關(guān)的特征，表明空間域內(nèi)這種相關(guān)性均存在。那么時(shí)間域內(nèi)，氣槍信號(hào)的各震相的走時(shí)變化是否均存在與氣槍壓力正相關(guān)的特征？為此筆者將53265臺(tái)0～10.2s的氣槍信號(hào)以0.3s為窗長，分割為34個(gè)窗口，按照前述方法計(jì)算了走時(shí)變化。為減少影響因素和增加可信度，我們著重關(guān)注沉放深度和水平位移均不變、僅氣槍壓力改變的第70～154槍之間的走時(shí)變化。氣槍氣壓劇烈改變前后（第114槍）走時(shí)變化的趨勢(shì)可以簡單的分為上升、不變和下降3類，因此將時(shí)間上相鄰、趨勢(shì)上一致的走時(shí)變化曲線劃分為一類，結(jié)果見圖7。34個(gè)窗口共分為10類，其中：走時(shí)增加的2類（圖7e，i，窗長共3.3 s）：走時(shí)減小的3類（圖7b，d，g，窗長共2.1s）：走時(shí)基本不變的5類（窗長共4.8s）。分析表明，峰值附近震相的走時(shí)變化與氣槍壓力正相關(guān)，其它時(shí)間窗走時(shí)變化與氣槍壓力變化并非呈現(xiàn)絕對(duì)的正相關(guān)，也有可能不相關(guān)和負(fù)相關(guān)。

5.2 干涉模板的選擇

前面的研究是將格林函數(shù)疊加后作為干涉模板計(jì)算得到的走時(shí)變化結(jié)果。為研究不同干涉模板對(duì)走時(shí)變化計(jì)算的影響，筆者使用了前一槍的格林函數(shù)及不同槍壓下某一槍的格林函數(shù)作為干涉模板，計(jì)算了53265臺(tái)時(shí)間窗為3.3～3.6s的走時(shí)變化（圖8）。從圖8a可以看出，將前一槍格林函數(shù)作為干涉模板，其結(jié)果等于將格林函數(shù)疊加作為干涉模板的結(jié)果的微分，即：

Δt（PreOne）=d[Δt（Stack）]（3）

從圖8b可以看出，使用不同激發(fā)壓力下的格林函數(shù)作為模板，其走時(shí)變化的結(jié)果除平臺(tái)高度外基本相同。以上分析表明，選擇不同的干涉模板計(jì)算出來的走時(shí)變化基本一致，即干涉模板的選擇不是走時(shí)變化的成因。

5.3 反卷積的影響

將流動(dòng)臺(tái)記錄到的氣槍信號(hào)與參考臺(tái)的信號(hào)反卷積得到的格林函數(shù)具有對(duì)齊到時(shí)、壓制噪音的作用，但是會(huì)弱化震源信號(hào)不重復(fù)帶來的影響。筆者采用2.2節(jié)中的數(shù)據(jù)處理流程但不進(jìn)行反卷積，利用波形記錄提取走時(shí)變化，結(jié)果見圖9。從圖9中可以看出，反卷積后格林函數(shù)提取的走時(shí)變化幅度約0.02s，遠(yuǎn)小于波形記錄提取的走時(shí)變化幅度0.15s，表明反卷積會(huì)弱化震源不重復(fù)的影響。波形記錄提取的走時(shí)變化與激發(fā)壓力的相關(guān)系數(shù)較低，3個(gè)周期分別為0.30、0.29和0.23，而格林函數(shù)的相關(guān)系數(shù)為0.92。綜合分析表明，使用格林函數(shù)計(jì)算走時(shí)變化會(huì)弱化震源不重復(fù)性的影響，但能提高計(jì)算結(jié)果和激發(fā)條件的相關(guān)程度。

5.4 成因推測(cè)

氣槍產(chǎn)生的地震近場子波可分為壓力脈沖和氣泡脈沖，前者源于高壓氣體噴出瞬間的高頻（>20Hz）脈沖，后者源于氣泡在水中的低頻（<10Hz）震蕩（夏季等，2016），本文使用的是氣泡震蕩產(chǎn)生的低頻段信號(hào)。有學(xué)者認(rèn)為氣槍氣壓越大，氣泡震蕩周期越大，主頻越低（何漢漪，2001；陳蒙，2014），也有學(xué)者發(fā)現(xiàn)氣槍壓力對(duì)主脈沖與第1個(gè)氣泡脈沖的時(shí)間間隔影響顯著，對(duì)主頻影響不顯著（夏季等，2016）。本文研究結(jié)果與后者一致。

筆者計(jì)算了9MPa和15MPa氣槍信號(hào)的歸一化傅氏譜及時(shí)頻圖，將二者的時(shí)頻譜相減，發(fā)現(xiàn)：（1）傅氏譜的峰值均為3.45Hz：（2）3～3.7Hz頻段、4.1～4.3頻段二者基本一致，3.7～4.1Hz頻段、4.3～5Hz頻段差異較大（圖10a）；（3）二者的歸一化時(shí)頻圖4.3Hz以下形態(tài)基本一致，4.3Hz以上形態(tài)存在差異（圖10b～c）；（4）圖10d中存在豎向條紋。這說明氣槍壓力的改變影響的并不是信號(hào)的主頻，而是更高的一些頻段，因此我們認(rèn)為走時(shí)變化的成因是：氣槍壓力改變導(dǎo)致氣槍子波主頻段中相對(duì)高頻成分發(fā)生變化，變化后的高頻成分與未變化的低頻成分耦合在一起，形成了偽走時(shí)變化。

5.5 建議

利用50km范圍內(nèi)臺(tái)站接收到的主動(dòng)源信號(hào)監(jiān)測(cè)到的走時(shí)變化一般在10-2～10-3s數(shù)量級(jí)，例如：魏蕓蕓等（2016）觀測(cè)到沙灣M5.0地震前后存在0.05～0.06s的走時(shí)變化；楊微等（2010）觀測(cè)到綿竹M5.6地震前后存在5～9ms的走時(shí)變化；劉自鳳等（2015）觀測(cè)到賓川主動(dòng)源無地震期間走時(shí)變化波動(dòng)幅度±0.02s；王寶善等（2016）利用賓川主動(dòng)源計(jì)算的走時(shí)日變化數(shù)量級(jí)為10-3s。這些走時(shí)變化與氣槍氣壓導(dǎo)致的走時(shí)變化大小相當(dāng)或更小，因此走時(shí)變化的研究中需去除氣槍壓力變化的影響。

通過前面的分析可以看出，氣槍震源的主頻段（3～5Hz）受氣槍壓力影響明顯且無明顯規(guī)律，接收臺(tái)站的位置、用于反卷積的參考臺(tái)的位置、選擇的時(shí)間窗口的位置和長度對(duì)走時(shí)變化計(jì)算均有影響，因此難以給出一個(gè)可靠的去除氣槍壓力變化影響的方法。建議后續(xù)激發(fā)實(shí)驗(yàn)中，選用恒定的激發(fā)壓力；對(duì)于已有的數(shù)據(jù)，建議使用震幅基本一致的氣槍信號(hào)。

6 結(jié)論

本文利用2017年2月賓川地震信號(hào)發(fā)射臺(tái)集中激發(fā)的數(shù)據(jù)，研究了不同激發(fā)壓力、沉放深度和水平位移條件下氣槍信號(hào)的走時(shí)變化特征，取得了以下研究結(jié)果：

（1）不同壓力和沉放深度下的波形存在肉眼可見的差別；相同激發(fā)條件下激發(fā)的地震波的主頻段相關(guān)系數(shù)可達(dá)到0.99，不同激發(fā)條件下的相關(guān)系數(shù)最低為0.73。

（2）當(dāng)激發(fā)條件發(fā)生變化時(shí)，即使波形相關(guān)系數(shù)大于0.9，也有可能產(chǎn)生一些偽走時(shí)變化，這種走時(shí)變化反應(yīng)了震源的變化而非介質(zhì)或外界因素的變化，反卷積并不能完全去掉震源的影響。氣槍氣壓變化對(duì)走時(shí)變化影響較大，氣槍信號(hào)震幅峰值附近震相的走時(shí)變化與壓力變化成正比，對(duì)于1～15km范圍內(nèi)的臺(tái)站，最大可達(dá)0.06s；無法分辨出沉放深度對(duì)走時(shí)變化的影響，但根據(jù)其對(duì)波形的影響可以推測(cè)出對(duì)走時(shí)的影響可能達(dá)到10-2s級(jí)別；水平位移對(duì)走時(shí)變化的影響主要體現(xiàn)在傳播幾何路徑改變上。

（3）氣槍信號(hào)不同震相的走時(shí)變化與壓力變化的相關(guān)性存在差異：峰值附近的走時(shí)變化與氣壓變化正相關(guān)，其它震相有可能正相關(guān)，也可能不相關(guān)或負(fù)相關(guān)。據(jù)傅氏譜及時(shí)頻譜推測(cè)，其成因可能是氣槍壓力改變后，信號(hào)主頻段中的相對(duì)高頻成分發(fā)生了變化，變化后的高頻成分與未變化的低頻成分耦合在一起，形成了偽走時(shí)變化。

（4）氣槍壓力變化導(dǎo)致的走時(shí)變化最大可達(dá)0.06s，與已有研究中地震導(dǎo)致的走時(shí)變化相當(dāng)或更大，因此相關(guān)研究中應(yīng)考慮激發(fā)壓力的影響。建議以后氣槍的激發(fā)壓力恒定；已有數(shù)據(jù)研究走時(shí)變化時(shí)，建議使用震幅基本一致的氣槍信號(hào)。

兩位審稿老師給出了寶貴意見，云南省地震局主動(dòng)源創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)各成員為開展實(shí)驗(yàn)所付出的艱辛努力，本文使用了中國地震局地球物理研究所王寶善老師提供的走時(shí)變化計(jì)算程序，在此一并表示感謝。

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