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2020年 第42卷 第5期    刊出日期：2020-10-20

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研究论文

鲜水河断裂带折多塘断裂西北段全新世活动的地质地貌依据

马骏, 周本刚, 王明明, 安力科

2020, 42(5):  1021-1038.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.05.001

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NW向的鲜水河断裂带乾宁—康定段由3条分支断裂组成, 自东向西分别为雅拉河断裂、 色拉哈断裂和折多塘断裂, 这3条断裂自全新世以来均有明显的活动。 雅拉河断裂、 色拉哈断裂和折多塘断裂南段分别发生过1700年7级、 1725年7级和1955年7.5级地震。 1︰50 000的鲜水河活动断裂带地质图(1995)及现有相关研究结果表明, 折多塘断裂全新世活动段南起折多塘村附近, 向N至康定机场附近, 全长约30km, 该段也是1955年7.5级地震地表破裂带展布的位置, 而康定机场以北的西北段没有全新世活动的报道。 文中通过影像解译, 结合野外地质调查, 发现折多塘断裂西北段全新世活动的新证据。 经实地调查与探槽开挖等工作核实, 该活动段自SE起于康定机场北侧, 向NW延伸到多日阿嘎莫村, 呈NW向展布, NW端邻近色拉哈断裂北段。 文中结果表明折多塘断裂在全新世的活动范围较前人的研究成果向NW延伸了15km。 该发现为完善鲜水河断裂带乾宁—康定段的折多塘断裂、 色拉哈断裂以及雅拉河断裂这3支活动断裂的平面几何图像提供了一些依据, 对深入认识鲜水河断裂带康定段在各分支断裂上的应变分配、 强震破裂模式等方面具有重要意义。

秋里塔格褶皱带东段探槽的古地震事件

张玲, 杨晓平, 李胜强, 黄伟亮, 杨海波

2020, 42(5):  1039-1057.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.05.002

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位于天山南麓库车坳陷中的东秋里塔格背斜带是典型的活动逆断裂褶皱带, 1949年的库车M7$\frac{1}{4}$地震发生在该逆断裂褶皱带上。 目前, 仍然没有发现此次大地震的地表破裂带, 也没有确定其发震断层。 同时, 由于这一地区相关的年代学研究匮乏, 对于这一地区的古地震事件仍然缺乏系统性地认识。 文中基于野外调查获取的地表地质特征和通过石油地震反射剖面解读的深部构造, 定性地分析了研究区内的地表活动断层与深部低倾角滑脱断层、 褶皱变形的关系。 我们聚焦于冲破至地表的活动断层, 选择在库车塔吾背斜北翼和东秋里塔格背斜南翼的突破断层上开挖了5个探槽, 分析了探槽中与古地震事件相关的构造和地层沉积特征。 根据OSL(光释光)和¹⁴C测年结果, 利用逐次限定法识别出了6次古地震事件。 在这些古地震事件中, 有的地表破裂同时发生在褶皱带南、 北两翼的突破断层上, 有的仅在褶皱带北翼的突破断层上发生。 总体而言, 这些古地震事件引起的地表破裂具有南天山低角度逆断层古地震破裂变形普遍存在的2种现象, 即单条断层多次破裂和多条断层同时破裂。 已揭示的古地震事件具有一定的丛集性, 在距今7.4ka以来具体表现为: 距今5.7~7.4ka共发生了3次古地震事件, 在距今3.3~4.7ka发生了1次古地震事件, 最新的丛集事件可能以1949年库车M7$\frac{1}{4}$地震的发生为标志。 研究区地震丛集的发生近似有2.5~4ka的重复周期, 1949年库车M7$\frac{1}{4}$地震之后是否还会发生强震, 还有待进一步的观察和详细研究。

东天山唐巴勒-塔斯墩断裂带晚第四纪活动特征

黄帅堂, 胡伟华, 杨攀新, 李帅, 伊力亚尔

2020, 42(5):  1058-1071.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.05.003

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有历史记载以来, 东天山地区发生过多次7级左右强震, 是天山地震带的重要组成部分。 唐巴勒-塔斯墩断裂是东天山巴里坤盆地NW侧一条晚更新世活动的左旋走滑断裂带, 研究其晚第四纪活动特征是认识巴里坤地区强震危险性的重要基础工作之一。 文中采用高分辨率卫星影像解译、 野外地质地貌考察、 微地貌测量及古地震探槽研究相结合的方法, 厘定了唐巴勒-塔斯墩断裂的几何展布特征, 揭示了断裂的运动性质与活动性, 初步获得了断裂晚更新世以来的活动参数。 结果表明, 断裂为左旋走滑兼具逆冲的运动性质; 在芨芨台子村以东断裂发育有地表破裂带, 长约50km; 芨芨台子村附近断层断错地貌的线性较好, 断错T2阶地的垂直位移量约为0.9m, 水平位移量为9~11m, T3阶地的垂直位移量约为1.6m, 水平位移量为13~20m; 在红井子镇及塔什巴斯他乌村以西, 断裂在卫星影像上呈直线状展布, 断层断错了最新地貌面, 其中最小垂直位移量约为0.1m, 最大垂直位移量约为2m, 水平位移量为1.8~4.3m, 断裂的水平位移大于同期的垂直滑动位移。 在芨芨台子村附近开挖的探槽表明, 断层具有明显的走滑活动特征, 根据断层、 喷砂冒水现象及地层的切盖关系, 探槽共揭示出2次古地震事件, 最新一次事件断错地表。

金沙江中游永胜昔格达层软沉积变形构造

王莅斌, 尹功明, 袁仁茂, 王盈, 苏刚

2020, 42(5):  1072-1090.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.05.004

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在一定的地质环境中, 地震可引起大范围的砂土液化和软沉积变形, 所造成的破坏可能远大于地震震动直接造成的破坏。 金沙江中游的永胜县涛源镇沿江分布有大面积的昔格达组湖相沉积物。 同时, 活动性强、 地震频发的程海断裂带正好从永胜县涛源镇一带通过。 在昔格达组未固结时, 可能发生过1次强烈的地震触发了昔格达组的变形。 基于研究剖面的变形特征分析认为: 地震触发的大规模软沉积变形构造剖面中需存在砂层, 下伏砂层、 上覆黏土层的 “二元结构”是地震触发软沉积变形构造的理想地层结构, 且下伏砂层的厚度和变形强度决定了上覆黏土层变形强度; 砂层中含有上覆黏土挤落的团块等非原层物质, 砂层的上、 下层面高低起伏不平; 黏土层中的主要变形构造有地层错位、 无根断层、 砂层挤入、 砂层管道、 黏土层复杂褶曲、 负载构造、 火焰构造和肿缩构造等; 变形构造样式复杂, 无明显规律, 且可形成大规模的强烈地层变形。

2017年11月18日西藏米林M6.9地震对后续地震的静态库伦应力的影响

李振月, 万永革, 靳志同, 杨帆, 胡晓辉, 李泽潇

2020, 42(5):  1091-1108.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.05.005

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基于2017年11月18日西藏米林M6.9地震的破裂模型, 分别计算了2种接收断层选择方案下, 不同深度的静态库伦破裂应力变化的空间分布。 一种方案认为接收断层的参数和发震断层一致; 另一种方案假设断层的方位随机分布, 选择在主震同震应力场作用下最容易发生错动的断层面作为接收断层面。 根据以上2种方案下静态库伦破裂应力变化的结果, 讨论主震对震后短期内余震以及2019年4月24日西藏墨脱M6.3地震的静态库伦应力的影响。 结果表明: 1)当接收断层和发震断层一致时, 各深度处于静态库伦破裂应力变化正值区的余震比例较小, 正值区余震的震源机制和主震相似, 分析认为是主震继续破裂所导致。 2)各深度大部分余震处于静态库伦破裂应力变化的负值区, 考虑可能是由于这些余震和主震的震源机制差异较大所致。 通过选择最容易发生错动的断层面作为接收断层面计算静态库伦破裂应力变化的结果可发现, 不同深度的余震均处于静态库伦破裂应力变化大于触发阈值0.01MPa的范围内, 说明所有余震均有被触发的可能性。 推测处于静态库伦破裂应力变化负值区的余震可能发生在主震剧烈破裂导致的破碎带内, 从而导致其震源机制解与主震存在较大差异。 破碎带的存在会显著降低震源区的弹性常数值, 文中的结果也说明考虑震源区内外弹性常数的差异对准确估计震源区内地震之间的静态库伦应力影响是有益的。 3)根据不同机构和作者利用不同资料和方法给出的墨脱地震的震源机制解, 计算得到一个与这些震源机制差别最小的中心震源机制解, 进而据此中心震源机制解定量计算了米林地震对墨脱地震的静态库伦应力影响。 结果显示, 米林地震在墨脱地震中心震源机制解的2个节面上产生的静态库伦破裂应力变化的量值都很小, 说明墨脱地震是一次独立于米林地震的事件。

长江断裂带安徽段上地壳速度结构及基底特征

邓晓果, 田晓峰, 杨卓欣, 王夫运, 刘宝峰, 高占永, 郑成龙

2020, 42(5):  1109-1128.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.05.006

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长江断裂带是中国东部构造体制转换的典型地区, 具有断隆相间、 “一盖多底”的构造特征, 发育了大量金属矿区, 精细的上地壳速度结构和基底图像对该区的成矿作用和构造演化研究具有较为重要的意义。 文中以在长江航道内激发的大容量气枪作为震源获得的密集观测数据为基础, 综合利用初至波走时成像、 时间项和射线反演等方法, 构建了长江断裂带安庆—马鞍山段的上地壳精细速度结构和基底结构。 综合分析研究结果可知, 长江断裂带的上地壳精细速度结构和结晶基底特征显示该区具有断隆相间的构造特征。 怀宁盆地是该段上地壳最厚的区域, 其基底埋深约4.5km。 庐枞盆地的结晶基底埋深约为4.1km, 沉积盖层呈明显的坳陷盆地形态, 结晶基底及其下方存在相对高速的速度特征。 长江断裂带在跨江处的上地壳存在明显的速度横向变化, 显示了长江断裂带切断基底的断裂特征。 长江断裂带安徽段基底最浅的区域为铜陵隆起区, 埋深仅为2.2km, 表明铜陵隆起区新生代以来经历了强烈的挤压作用。

郯庐断裂带中南段及邻区Rayleigh波相速度与方位各向异性

顾勤平, 康清清, 张鹏, 孟科, 吴珊珊, 李正楷, 王俊菲, 黄群, 蒋新, 李大虎

2020, 42(5):  1129-1152.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.05.007

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郯庐断裂带中南段及邻区处于华北克拉通和扬子克拉通的结合带, 是研究陆内碰撞、 大陆聚合及生长、 地球动力学和岩石圈形变等问题的天然实验场。 为获取研究区内更为精细的壳幔S波速度和方位各向异性的分布, 文中利用郯庐断裂带中南段及邻区范围内共261个固定宽频带地震台站2a记录的连续波形数据, 利用时频分析法提取了5~50s周期的Rayleigh面波相速度频散曲线。 之后, 将研究区域划分为0.25°×0.25°等间隔的网格点, 并采用Tarantola方法反演获得了研究目标区内的二维Rayleigh波相速度与方位各向异性的分布图像。 此外, 还分析研究了6个具有代表性周期的相速度及方位各向异性分布图像, 这些图像揭示出郯庐断裂带中南段及邻区壳幔速度结构的横向非均匀性及方位各向异性的空间差异特征。 研究结果表明, 相速度的分布特征与地质构造单元有着较好的对应关系。 在地壳浅部(6~10s), 拥有较厚松散沉积层覆盖的盆地和基岩出露的造山带分别呈现为低速异常和高速异常。 随着周期递增(15~20s), 地壳介质受浅部沉积层的影响有所减弱, 河淮盆地、 苏北盆地等平原地区局部出现了高速异常。 下地壳至上地幔(25~30s)的相速度分布受地壳厚度的影响, 总体上与莫霍面埋深呈负相关, 如莫霍面厚40km的大别造山带由短周期高速转为低速分布。 由于研究区内各个地质构造单元所处的构造环境存在差异, Rayleigh波相速度的方位各向异性也存在较为明显的空间差异性。 总体上, 各向异性的强度随着周期(深度)的递增而有所增强, 快波方向更具规律性。 综合苏北盆地自地壳浅部至岩石圈地幔的连贯低速分布及方位各向异性的一致性, 我们认为其下方可能存在着壳-幔强耦合的现象。

广东阳江地区的地壳速度结构与地震活动性

王小娜, 邓志辉, 叶秀薇, 王力伟

2020, 42(5):  1153-1171.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.05.008

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文中基于广东、 广西和海南地震台网共49个台站于1990年1月—2019年8月记录的6 390个地震的43 225条P波绝对到时数据和422 956条相对到时数据, 利用双差地震层析成像方法获得了阳江地区0.1°×0.1°的三维地壳P波速度结构及6 255个地震的精定位结果。 结果表明, 阳江地区的浅层P波速度较高, 可能与该区沉积层较薄且普遍出露的燕山期花岗岩、 印支期花岗岩和寒武纪变质岩有关。 浅层速度的分布与断裂构造及地质构造具有明显的对应关系, 马水—蒲白一带的高、 低速转换带与阳春-织篢断裂的NE走向有明显的一致性, 西侧的低速体多对应燕山期花岗岩系的分布区, 而东侧的高速体多对应寒武纪变质岩系。 阳江6.4级地震位于燕山期花岗岩系低速异常所夹的高速孕震层内, 其下方为低速异常, 推测下方的低速层属于延性剪切层, 地幔楔熔融以及玄武岩的底侵作用使得该层岩石部分熔融,表现出低速异常。 20km深度附近存在大范围的低速异常, 验证了阳江地区存在华南大陆的中地壳低速层; 30km深度处陆区到沿海呈现出NW低速、 SE高速的特征, 验证了华南沿海大陆的地壳减薄特征。 推测NEE向的洋边海—平岗地震条带位于平岗断裂西南的逆冲隐伏段上, 该隐伏段与洋边海断裂交会处发生的3次5级以上地震可能均为洋边海断裂和平岗断裂共同作用的结果。 隐伏段在地下4~13km深度处延伸, 走向为N78°E, 倾向NW, 倾角约为85°, 位于高、 低速异常交界处并偏向于高速一侧, 其NW侧为高速区, SE侧为低速区, 反映了中新世以来NW盘抬升、 SE盘下降的构造活动特征, 亦与2004年阳江4.9级地震的逆断兼具少量左旋走滑的性质吻合。 平岗断裂隐伏段与NE段的产状差异较大, 推测平岗断裂可能在平岗附近扭为 “麻花”状, 两侧表现出不同的构造和运动性质。

横向不均匀性对视电阻率各向异性变化的影响和地震前电阻率的变化深度

解滔, 卢军

2020, 42(5):  1172-1187.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.05.009

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采用对称四级装置的直流视电阻率地表观测, 其深度探测范围与供电极距AB大致相当。 测区地下介质可能存在电性横向不均匀性, 即同一深度范围内介质电阻率在水平方向存在变化。 地层的横向不均匀性会引起不同方向的视电阻率观测值出现差异, 但是否会引起各向异性变化还没有定论; 大地震前构造应力对地下分层电阻率的影响能上升到距离地表的深度范围也未得到充分讨论。 文中采用有限元数值分析方法, 分别计算横向均匀、 横向不均匀模型中不同深度范围内介质电阻率变化时视电阻率的各向异性变化, 认为: 对于供电极距AB=1 000m的观测, 距离地表约300m以下的地层其电阻率的各向异性变化所产生的视电阻率各向异性变化与实验和震例中的实际观测结果不符; 地层电阻率的变化深度需要上升至近地表的浅层范围, 视电阻率的变化幅度和各向异性变化特征才与实验和观测相吻合。 对于横向不均匀地层, 同一深度以下的地层电阻率发生相同幅度的各向同性变化, 视电阻率并不出现各向异性变化, 仅当电阻率出现各向异性变化时视电阻率才出现各向异性变化, 但地层横向不均匀性对各向异性变化特征的影响较小。

山东庙岛群岛地区P波三维速度结构反演与2017年震群的发震构造分析

李霞, 陈时军, 张正帅, 戴宗辉, 李小晗, 卢仲斌

2020, 42(5):  1188-1204.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.05.010

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2017年3月3日、 9月2日山东庙岛群岛地区发生2次显著震群, 短时间内记录到2 000余次地震, 其中M_L4.0以上地震4次, 是1970年以来该区域最强的地震事件。 文中揭示了庙岛群岛地区地壳的深部速度结构特征, 探讨了震群发生的孕震环境。 利用2008年以来庙岛群岛及附近地区的地震观测资料, 采用双差层析成像方法反演获得了庙岛群岛地区的P波三维速度结构及地震精定位结果。 水平速度结构显示, 庙岛群岛地区地壳的中上层P波速度结构横向不均匀性明显, 胶东半岛北部海陆交会地区5km和16km深度层的介质速度高于北侧海槽水道区域, 同时研究区10km和13km深度层的速度整体偏高, 结构较稳定。 速度结构剖面显示, 大竹山岛震群发生在倾角较陡的2个低速体的夹层间, 北长山岛震群则发生在小体积高速体边缘。 结合研究区断层活动、 区域应力累积水平及地震活动特征, 分析认为这2次震群活动主要是在区域应力增强(调整)的背景下, 局部介质的不均匀性和区域断层的低应力摩擦引发的能量释放。

岷县漳县强震前的跨断层短临异常及亚失稳状态特征

张希, 贾鹏, 刘峡, 徐晶, 万永魁

2020, 42(5):  1205-1217.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.05.011

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2013年岷县漳县M_S6.6地震发生前2~4d, 距震中37~70km的四店、 毛羽沟、 麻界滩跨断层流动短水准场地观测到以正断层型突跳为主的短临异常, 尤其是四店场地, 变幅高达5.5mm, 异常相当显著。 文中对这3处场地所在的西秦岭构造区的跨断层短水准观测资料进行分析, 并结合GPS连续观测数据与小地震活动信息对其异常机理进行探讨。 结果表明: 岷县漳县震前数天, 西秦岭构造区跨断层短水准观测显示的断层活动微动态变化量增大、 特性明显改变及靠近震区的 “局部化增强”等现象, 符合构造力学实验显示的亚失稳状态特征。

地震动的空间相关性——以纳帕地震为例

陈鲲, 俞言祥, 高孟潭, 亢川川

2020, 42(5):  1218-1228.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.05.012

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在区域地震危险性分析或者损失评估中, 需要量化同一次地震中的多场点地震动强度被联合超越的概率。 常规的特定场点地震危险性分析方法并不能处理场点间地震动的空间相关性问题。 文中利用收集到的2014年8月24日美国加州纳帕 M_W6.0地震的344组强震记录, 初步研究了地震动在空间上的相关性。 利用半变异函数方法计算获得了峰值加速度(PGA)、 峰值速度(PGV)及3个特定周期(0.3s、 1.0s和3.0s)反应谱谱值的空间相关性函数, 通过指数模型拟合得到了其对应的连续的空间相关性函数, 并与先前的研究结果进行了比较。 研究结果表明, 地震动参数存在空间相关性, 且随着距离的增大呈指数衰减; 地震动的空间相关性随着反应谱周期的增大而增大; 同时, 地震动的空间相关性存在区域性的特征, 峰值加速度的空间相关性在南加州地区比在日本和中国台湾地区更弱(衰减更快)。 文中所得结论可为区域地震危险性分析、 损失评估以及减小震后快速产出震动图(ShakeMap)的不确定性等提供理论依据和参考。

蒙脱石的弹性性质实验

张明洋, 杨晓松

2020, 42(5):  1229-1239.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.05.013

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蒙脱石通常在断层岩、 泥岩、 碎屑岩的储集层中富集, 其弹性性质对地震测深及声波测井的解译具有重要参考价值。 然而, 不同学者获得的蒙脱石体积模量的差异非常大, 变化范围为6~63GPa。 因此, 开展精细的实验研究以确定蒙脱石的弹性性质尤为重要。 文中利用LR-White胶(简称LRWG)为介质, 制备出纯LRWG单相体、 蒙脱石-LRWG二相体和石英-LRWG二相体实验样品。 通过单轴冷压的实验方式, 在0~600MPa的压强范围内测量了样品密度、 长度随压强的变化, 并分别计算了LRWG、 蒙脱石和石英的单轴压缩系数。 实验获得石英的体积模量为37.49GPa, 与前人的实验结果37GPa一致, 显示了所采用的实验方式和数据处理方法的可靠性和有效性。 4组实验得到的蒙脱石体积模量分别为10.44GPa、 6.36GPa、 8.34GPa和7.86GPa, 其平均体积模量为8.25GPa, 实验结果为蒙脱石弹性性质的研究提供了新的数据。 此外, 本实验方法对于研究黏土矿物及断层岩压缩系数也具有重要的启示作用。

新技术应用

近景摄影测量在探槽地质信息获取中的应用——以泾阳南塬庙店4^#滑坡为例

魏勇, 许强, 董秀军, 郭鹏, 李松林, 李骅锦

2020, 42(5):  1240-1254.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.05.014

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探槽是最直观的地质勘查技术手段之一, 也是正确认识地质体内部构造信息的关键资料。 但探槽本身无法长久保存, 需要及时对探槽的地质数据进行精确记录和存储。 传统的探槽地质信息记录方法主要有素描法和照片拼接技术, 通过其可获取探槽的二维地质信息。 三维激光扫描和摄影测量技术等三维空间影像技术的发展, 为获取探槽的地质信息提供了全新的思路。 文中以泾阳南塬庙店4^#滑坡探槽为例, 介绍了利用近景摄影测量技术记录探槽三维地质信息的方法。 该方法首先在整理好的探槽表面布设像控点, 然后用数码单反相机采集探槽表面相片, 最后利用图像建模软件对探槽进行三维图像建模工作。 为便于技术方法的推广应用, 文中还对像控点的测设和相片的采集方案等关键技术问题进行了详细介绍。 为验证成果的可靠性, 还对近景摄影测量成果的精度进行了验证分析, 并在此基础上详细讨论了数据成果的二维和三维地质应用, 结果表明: 与传统方法相比, 利用摄影测量技术记录探槽的地质信息提高了野外工作的效率和安全性, 且该方法与三维激光扫描数据相比保留了更丰富的纹理细节; 数据成果在实现传统的平面应用功能的基础上, 还具有很好的三维应用价值, 值得推广应用。

利用分布式光纤声波传感器监测大容量气枪震源信号

李孝宾, 宋政宏, 杨军, 曾祥方, 王宝善

2020, 42(5):  1255-1265.  DOI: 10.3969/j.issn.0253-4967.2020.05.015

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近年来出现的新型高密度地震观测系统——分布式光纤声波传感器(Distributed Acoustic Sensing, DAS)有望提高地震成像的空间分辨率。 为探索该技术在监测介质动态变化方面的应用, 在云南省宾川县布设了长约180m的传感光缆, 对9.6km外的宾川大容量气枪震源的激发信号进行了监测。 在为期2d的实验期间, 对气枪震源进行了24次高重复激发, 采用时频域加权相位叠加算法对多炮和多道记录进行叠加处理, 得到了高质量的地震波信号, 与共址观测的地震仪记录具有较高的一致性。 通过此次观测实验, 初步验证了利用DAS监测大容量气枪震源信号的可行性, 未来有望将其推广应用于高分辨率4D地震成像研究中。