小尺度人工震源地震波速变化观测系统的技术研究

论文摘要

地球内部介质的结构及其变化对于了解地震孕育发生过程和地下应力变化,开展油气流动监测等具有重要意义。地球内部介质变化可通过地震波波速变化来反映。目前,利用人工震源激发地震波,进行地下介质监测已成为一个重要发展方向。基于观测基线长度的不同,介质波速变化人工震源监测的研究可以分为大、中、小等不同的尺度。相比于大尺度而言,小尺度介质波速变化的监测对测量精度要求更高。本文在前人研究的基础上,以提高介质波速变化监测精度为核心,分析了影响人工震源波速变化测量精度的因素,并以此为指导,构建了一套高精度小尺度地震波速变化观测系统,在北京市延庆县西拨子地震台开展了一年的连续观测实验,获得了该台站介质波速高精度观测结果,形成了几项关键技术。研究得出,影响波速变化测量精度的主要因素有：（1）震源能量与重复性；（2）信号采集时间触发精度；（3）波形的信噪比；（4）波速变化分析方法；（5）采集仪器性能；（6）观测系统布设与操作。利用超磁致伸缩超声震源和高速数据采集系统,构建了一套小尺度地震波速变化观测系统,该系统性能稳定,适于小尺度高精度地震波速变化观测。通过对连续观测实验数据的分析处理,得到：（1）超磁致伸缩材料震源是一种较为可靠的重复震源,相关系数可达0.999以上；（2）通过将采样率提高至10兆,大大减小了触发时间误差；（3）通过叠加、滤波和采用前置放大提高了观测波形的信噪比；（4）利用前后互相关使波速变化测量精度达到10-6；（5）波速变化观测结果与温度和大气压的变化具有良好的相关性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 问题的提出
• 1.2 相关研究的进展与动态
• 1.2.1 地震波速变化观测系统研究进展
• 1.2.2 大尺度人工可重复震源
• 1.2.3 小尺度人工可重复震源
• 1.3 本论文的研究思路与方法
• 第2章 地震波速变化数据采集系统介绍
• 2.1 波速变化实验介绍
• 2.1.1 实验选址
• 2.1.2 测量方法
• 2.1.3 数据处理方法
• 2.2 数据采集系统中的重复震源
• 2.3 数据采集仪器及软件支持
• 2.3.1 数据采集仪器
• 2.3.2 软件平台及运行流程
• 2.4 其他相关技术
• 2.4.1 数据采集系统中的多通道同步技术
• 2.4.2 数据采集系统中的传感器技术
• 2.4.3 数据采集系统中的放大器技术
• 2.5 数据采集系统中的气象站
• 第3章 地震波速变化测量中几个重要因素的探讨
• 3.1 震源的可重复性
• 3.2 波速变化测量中的互相关检测原理
• 3.2.1 相关检测简介
• 3.2.2 互相关时延测量和误差估计
• 3.2.3 互相关检测中时延误差下限
• 3.2.4 前后互相关技术
• 3.3 信噪比对波速变化测量的影响
• 3.4 采样率对数据采集时的触发精度的影响
• 3.5 近场校正的意义
• 3.6 数据采集系统中的仪器布设对实验结果的影响
• 3.7 本章小结
• 第4章 地震波速变化数据处理及分析
• 4.1 预处理
• 4.1.1 数据格式转换
• 4.1.2 频谱分析及滤波
• 4.1.3 去均值,去趋势
• 4.2 波形叠加与信噪比分析
• 4.3 前后互相关方法与普通互相关方法对比分析
• 4.3.1 互相关计算
• 4.3.2 前后互相关
• 4.3.3 波速变化与当地温压变化对比
• 4.4 近场校正
• 4.5 本章小结
• 第5章 全文结论
• 5.1 本文取得的主要进展
• 5.2 本文的不足之处
• 5.3 进一步的工作
• 参考文献
• 致谢
• 在读期间发表的学术论文与取得的研究成果
• 作者简介