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利用大容量气枪震源观测新疆呼图壁地区浅层介质变化

8、地球和空间物理 > 专题3：地球内部结构、组成与过程

2013年6月，在新疆维吾尔自治区呼图壁县境内建成了一个以水下大容量气枪为震源，主动向地下激发地震波的人工震源地震信号发射台（以下简称发射台）。气枪在水体中激发出的具有高度重复性的地震信号已经被证实为监测周围地下介质波速变化的有效震源(Chen et al., 2017；Wang et al., 2018；王宝善等, 2011)。发射台位于乌鲁木齐西北约 80km、北天山北麓的呼图壁县境内的古河滩荒地，气枪发射台自 2013 年 6 月开始常规实验，实验频率为每周一次，以实现对地下介质的动态观测。为了最大限度的提高台站接收到的气枪信号信噪比，每次实验时间选在周四晚上 22:00~次日 10:00进行，每 15 分钟进行一次激发。
在气枪信号处理和分析中，我们发现了一种特殊的地震波信号，区别于气枪体波信号，该信号速度慢、频率低（优势频率集中在0.5-2Hz）、衰减快。经过时频分析、质点运动轨迹分析和频散曲线提取后，可以初步确定这种信号是一种高阶地震面波信号。在经过敏感核测试后，发现其敏感深度在2km左右，是一种在浅层传播的地震波信号。利用这种信号我们可以对呼图壁地区浅层介质变化进行测量。
在数据处理中，我们首先对发射台50km范围内观测台站记录到的气枪信号以天为单位进行线性叠加；然后，将叠加后气枪信号进行0.5-2Hz的带通滤波，将滤波后的信号信噪比进行筛选，获取2016-2017年之间信噪比和互相关系数均较高的面波信号；最后，利用信号互相关延时检测方法，提取面波信号的波速变化。
我们将按照上述方法计算了3个面波信噪比较高的台站的信号波速变化，并将得到的波速变化曲线同研究区域气压和气温变化趋势进行对比，对比后发现观测得到的浅层波速变化与气温变化趋势呈现较好的正相关关系，与气压变化呈现较好的负相关关系。因此我们可以初步得出这样的结论：
1， 区域气温、气压变化对浅层地下介质的波速变化有很大程度上的影响；
2， 气枪震源可以观测到由气温、气压等因素造成的浅层介质波速变化，其观测精度较高，是监测区域介质变化的理想震源。