利用水庫大容量非調制氣槍陣列進行區域尺度地下結構探測和監測

陳 蒙

（中國地震局地球物理研究所，北京100081）

利用水庫大容量非調制氣槍陣列進行區域尺度地下結構探測和監測

陳 蒙

（中國地震局地球物理研究所，北京100081）

中圖分類號：P315；

文獻標識碼：A；

doi：10.3969/j.issn.0235-4975.2015.03.007

大量的地震學證據表明，地震的發生與深部的結構密切相關。除去與地下結構相關，地震的發生更重要的是與地下的結構和狀態的變化有關。地震通常被認為是由于地下應力的積累和釋放造成的，因此，應力狀態及其變化是影響地震發生的關鍵因素。如果我們能夠對地震危險區（例如斷層帶、各級速度塊體的邊界以及高低速層的過渡帶）地下的應力狀態進行連續監測，將會有助于我們判斷這個地區發生地震災害的危險性。但是，我們并沒有方法能夠對深部孕震區的應力狀態進行直接測量，室內巖石物理實驗表明，巖石的波速會隨著加載壓力的變化而變化（聲彈性），因此，我們就可以通過測量穿過深部孕震區的地震波的波速的變化來監測地下應力的變化。對區域尺度深部結構的探測和監測不只是減輕地震等自然災害的需要，而且也是開發開采油氣礦產資源的需要。

為了進行區域尺度地下結構的探測和監測，我們采用兩種震源：水庫大容量非調制氣槍陣列震源和背景噪聲震源。首先是水庫大容量非調制氣槍陣列的方法。由于通常用于區域尺度地下結構探測的天然地震方法存在空間和時間上的局限性以及地震定位精度差的問題，而通常用于區域尺度地下結構探測的炸藥等人工震源方法又存在破壞環境重復性差等問題，都不是特別適合區域尺度地下結構的探測和監測。為此，我們實驗室一直在探索新的區域尺度地下結構探測和監測的方法。我們實驗室通過多次試驗發現水庫大容量非調制氣槍陣列具有頻率低、傳播距離遠、重復性好以及對環境無破壞等特點，非常適合陸地區域尺度地下結構的探測和監測。

對于震源的認識是進行結構及其變化探測研究的第一步。由于水庫大容量非調制氣槍陣列是在陸地水庫中進行激發，相比于在海洋中進行激發的氣槍陣列，陸地水庫水域面積更小，水深更淺，氣槍陣列與水庫的相互作用更為復雜，氣槍陣列與陸地水庫共同構成了一個震源系統。目前對于這種震源系統的研究還很少。我們根據Rayleigh-Plesset氣泡震蕩方程以及流體中的動量方程和連續性方程，構建了一個適用于遠場氣槍地震信號的作用于液固界面的單力震源模型。

之后我們介紹了水庫大容量非調制氣槍陣列在區域尺度地下波速變化監測中的應用。為