利用分布式光纤声波传感器监测大容量气枪震源信号
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资助。 通 讯 作 者 ：曾 祥 方 ，男 ，１９８４年 生 ，研 究 员 ，现 主 要 研 究 方 向 为 地 震 震 源 、结 构 成 像 和 光 纤 传
感 技 术 应 用 研 究 ，Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｅｎｇｘｆ＠ａｐｍ．ａｃ．ｃｎ。
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地 震 地 质
４２卷
果，并充分发挥了密集观测分辨率高的优势（Ｙａｏｅｔａｌ．，２０１８）。一些研究者 也将气 枪震 源和密 集 台阵相结合，开展了相关研究工作（Ｘｕｅｔａｌ．，２０１８；Ｗａｎｇｅｔａｌ．，２０１９）。目前，虽然通过改良 集 成 传 感 器 、数 采 、ＧＰＳ授 时 系 统 和 电 池 等 方 法 大 幅 降 低 了 密 集 台 阵 观 测 使 用 的 节 点 式 地 震 仪 的体积和重量，加快了布设工作，但设备的维护和布设成本仍然较高。随着光学探测系 统的发 展 ，利 用 分 布 式 光 纤 声 波 传 感 器 （Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄａｃｏｕｓｔｉｃｓｅｎｓｉｎｇ，ＤＡＳ）布 设 超 密 集 的 地 震 观 测 系 统 成 为 一 种 新 兴 的 观 测 方 式 。ＤＡＳ由 解 调 仪 和 光 纤 组 成 ，光 纤 本 身 是 一 种 传 感 元 件 ，由 解 调 仪 发 射 的 激 光 在 光 纤 内 部 产 生 后 向 散 射 信 号 ，而 后 向 散 射 信 号 的 相 位 变 化 则 可 反 映 光 纤 的 应 变 ，通 过解调仪监测与地面 耦 合 的 光 纤 应 变 信 息 即 可 达 到 记 录 地 面 振 动 信 号 的 目 的 （Ｐａｒｋｅｒｅｔａｌ．， ２０１４）。单个解调仪对传感光缆的支持长度可达 数 ｋｍ—数十 ｋｍ，一次 性 即 可 覆 盖 较 大 的 观 测 区域。传感光缆可根据观测需要自行布设，又可以据现有条件使用既有的通讯光缆，有效 降低 了布设成本（张丽娜等，２０２０）。目前，国 际 上 已 开 展 了 一 系 列 将 ＤＡＳ技 术 应 用 于 天 然 地 震 观 测的探索性研究，并取得了较好的效果 （Ｌｉｎｄｓｅｙｅｔａｌ．，２０１７；Ｊｏｕｓｓｅｔｅｔａｌ．，２０１８；ＷａｎｇＨ Ｆｅｔ ａｌ．，２０１８）。ＷａｎｇＨＦ等（２０１８）对共址的节点式短周期地震仪和 ＤＡＳ台阵进行了对比，发现在 区域地震 频 段 （１～５Ｈｚ）两 者 记 录 的 １５０ｋｍ 外 的 ＭＬ４３地 震 的 Ｐ波 和 Ｓ波 信 号 的 信 噪 比 均 相 当。国内的研究者也进行了多个相 关 的 研 究 实 验 （Ｓｏｎｇｅｔａｌ．，２０１８；林 融 冰 等，２０２０；宋 政 宏 等，２０２０），尝试将 ＤＡＳ技术用于研究浅部的 Ｓ波速度结构，结果表明 ＤＡＳ观测系统可提供高 分辨率的浅层结构模型。
第 ４２卷 第 ５期 ２０２０年 １０月
地 震 地 质
ＳＥＩＳＭＯＬＯＧＹ ＡＮＤ ＧＥＯＬＯＧＹ
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３－４９６７．２０２０．０５．０１５
Ｖｏｌ．４２，Ｎｏ．５ Ｏｃｔ．，２０２０
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１） 宋政宏 ２，３） 杨 军１） 曾祥方２） 王宝善３）
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
摘 要 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 （ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＡｃｏｕｓｔｉｃ
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 ９６ｋｍ外 的 宾 川 大 容 量 气 枪 震 源 的 激 发 信 号 进 行 了
将其推广应用于高分辨率 ４Ｄ地震成像研究中。
关键词 大容量气枪 分布式光纤声波传感 台阵技术
中 图 分 类 号 ：Ｐ３１５．６１
文 献 标 识 码 ：Ａ
文 章 编 号 ：０２５３－４９６７（２０２０）０５－１２５丰 富 的 地 下 介 质 信 息，通 过 研 究 地 震 仪 记 录 的 地 震 波 可 了 解 地 球 结 构 和 介 质 变 化 的 情 况 。地 震 波 可 由 天 然 震 源 和 人 工 震 源 激 发 产 生 ，其 中 人 工 震 源 具 备 人 为 可 控 、时 间 和 位 置 可 确 定 等 优 点 ，利 用 其 产 生 的 地 震 波 可 对 地 下 介 质 的 变 化 进 行 高 精 度 测量（王宝善等，２０１６）。人工震源中的大容量气枪具有绿色环 保、重复 性好、激发能 量大、能 量转换效率高等优点（陈等，２００７ａ，ｂ），是一种高效经济的人工震源，近年来 已被用 于陆地 地 下 介 质 结 构 及 其 变 化 的 研 究 。中 国 地 震 局 相 继 在 云 南 、新 疆 和 甘 肃 等 地 震 活 跃 地 区 建 立 了 固 定点位的大容量气枪人工震源实验场，配合固定台网和流动台阵，可监测地壳介质的 变化，并 取 得 了 一 些 初 步 的 成 果 （王 宝 善 等 ，２０１６；陈 等 ，２０１７；ＷａｎｇＢ ｅｔａｌ．，２０１８，２０２０；Ｓｕｅｔａｌ．， ２０１９；Ｘｉａｎｇｅｔａｌ．，２０１９），但 空 间 分 辨 率 仍 较 为 有 限 。
近年来，地震观测方面的进展也令人瞩 目。城 市 地 下 空 间 （Ｌｉｎｅｔａｌ．，２０１３）、断 层 精 细 结 构（Ｂｅｎｚｉｏｎｅｔａｌ．，２０１５）、火山岩浆房结 构 （Ｋｉｓｅｒｅｔａｌ．，２０１９）等 研 究 领 域 都 取 得 了 较 好 的 效
〔收 稿 日 期 〕 ２０１９－１１－２６收 稿 ，２０２０－０８－０４改 回 。 〔基 金 项 目 〕 国 家 自 然 科 学 基 金 （４１９７４０６７，４１７９０４６２，４１５７４０５９）和 云 南 省 陈 院 士 工 作 站 （２０１４ＩＣ００７）共 同
１）云 南 省 地 震 局 ，昆 明 ６５０２２４ ２）中 国 科 学 院 精 密 测 量 科 学 与 技 术 创 新 研 究 院 ，大 地 测 量 与 地 球 动 力 学 国 家 重 点 实 验 室 ，武 汉 ４３００７７ ３）中 国 科 学 技 术 大 学 地 球 和 空 间 科 学 学 院 ，合 肥 ２３００２６
感 技 术 应 用 研 究 ，Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｅｎｇｘｆ＠ａｐｍ．ａｃ．ｃｎ。
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地 震 地 质
４２卷
果，并充分发挥了密集观测分辨率高的优势（Ｙａｏｅｔａｌ．，２０１８）。一些研究者 也将气 枪震 源和密 集 台阵相结合，开展了相关研究工作（Ｘｕｅｔａｌ．，２０１８；Ｗａｎｇｅｔａｌ．，２０１９）。目前，虽然通过改良 集 成 传 感 器 、数 采 、ＧＰＳ授 时 系 统 和 电 池 等 方 法 大 幅 降 低 了 密 集 台 阵 观 测 使 用 的 节 点 式 地 震 仪 的体积和重量，加快了布设工作，但设备的维护和布设成本仍然较高。随着光学探测系 统的发 展 ，利 用 分 布 式 光 纤 声 波 传 感 器 （Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄａｃｏｕｓｔｉｃｓｅｎｓｉｎｇ，ＤＡＳ）布 设 超 密 集 的 地 震 观 测 系 统 成 为 一 种 新 兴 的 观 测 方 式 。ＤＡＳ由 解 调 仪 和 光 纤 组 成 ，光 纤 本 身 是 一 种 传 感 元 件 ，由 解 调 仪 发 射 的 激 光 在 光 纤 内 部 产 生 后 向 散 射 信 号 ，而 后 向 散 射 信 号 的 相 位 变 化 则 可 反 映 光 纤 的 应 变 ，通 过解调仪监测与地面 耦 合 的 光 纤 应 变 信 息 即 可 达 到 记 录 地 面 振 动 信 号 的 目 的 （Ｐａｒｋｅｒｅｔａｌ．， ２０１４）。单个解调仪对传感光缆的支持长度可达 数 ｋｍ—数十 ｋｍ，一次 性 即 可 覆 盖 较 大 的 观 测 区域。传感光缆可根据观测需要自行布设，又可以据现有条件使用既有的通讯光缆，有效 降低 了布设成本（张丽娜等，２０２０）。目前，国 际 上 已 开 展 了 一 系 列 将 ＤＡＳ技 术 应 用 于 天 然 地 震 观 测的探索性研究，并取得了较好的效果 （Ｌｉｎｄｓｅｙｅｔａｌ．，２０１７；Ｊｏｕｓｓｅｔｅｔａｌ．，２０１８；ＷａｎｇＨ Ｆｅｔ ａｌ．，２０１８）。ＷａｎｇＨＦ等（２０１８）对共址的节点式短周期地震仪和 ＤＡＳ台阵进行了对比，发现在 区域地震 频 段 （１～５Ｈｚ）两 者 记 录 的 １５０ｋｍ 外 的 ＭＬ４３地 震 的 Ｐ波 和 Ｓ波 信 号 的 信 噪 比 均 相 当。国内的研究者也进行了多个相 关 的 研 究 实 验 （Ｓｏｎｇｅｔａｌ．，２０１８；林 融 冰 等，２０２０；宋 政 宏 等，２０２０），尝试将 ＤＡＳ技术用于研究浅部的 Ｓ波速度结构，结果表明 ＤＡＳ观测系统可提供高 分辨率的浅层结构模型。
第 ４２卷 第 ５期 ２０２０年 １０月
地 震 地 质
ＳＥＩＳＭＯＬＯＧＹ ＡＮＤ ＧＥＯＬＯＧＹ
ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３－４９６７．２０２０．０５．０１５
Ｖｏｌ．４２，Ｎｏ．５ Ｏｃｔ．，２０２０
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１） 宋政宏 ２，３） 杨 军１） 曾祥方２） 王宝善３）
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
摘 要 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 （ＤｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄＡｃｏｕｓｔｉｃ
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 ９６ｋｍ外 的 宾 川 大 容 量 气 枪 震 源 的 激 发 信 号 进 行 了
将其推广应用于高分辨率 ４Ｄ地震成像研究中。
关键词 大容量气枪 分布式光纤声波传感 台阵技术
中 图 分 类 号 ：Ｐ３１５．６１
文 献 标 识 码 ：Ａ
文 章 编 号 ：０２５３－４９６７（２０２０）０５－１２５丰 富 的 地 下 介 质 信 息，通 过 研 究 地 震 仪 记 录 的 地 震 波 可 了 解 地 球 结 构 和 介 质 变 化 的 情 况 。地 震 波 可 由 天 然 震 源 和 人 工 震 源 激 发 产 生 ，其 中 人 工 震 源 具 备 人 为 可 控 、时 间 和 位 置 可 确 定 等 优 点 ，利 用 其 产 生 的 地 震 波 可 对 地 下 介 质 的 变 化 进 行 高 精 度 测量（王宝善等，２０１６）。人工震源中的大容量气枪具有绿色环 保、重复 性好、激发能 量大、能 量转换效率高等优点（陈等，２００７ａ，ｂ），是一种高效经济的人工震源，近年来 已被用 于陆地 地 下 介 质 结 构 及 其 变 化 的 研 究 。中 国 地 震 局 相 继 在 云 南 、新 疆 和 甘 肃 等 地 震 活 跃 地 区 建 立 了 固 定点位的大容量气枪人工震源实验场，配合固定台网和流动台阵，可监测地壳介质的 变化，并 取 得 了 一 些 初 步 的 成 果 （王 宝 善 等 ，２０１６；陈 等 ，２０１７；ＷａｎｇＢ ｅｔａｌ．，２０１８，２０２０；Ｓｕｅｔａｌ．， ２０１９；Ｘｉａｎｇｅｔａｌ．，２０１９），但 空 间 分 辨 率 仍 较 为 有 限 。
近年来，地震观测方面的进展也令人瞩 目。城 市 地 下 空 间 （Ｌｉｎｅｔａｌ．，２０１３）、断 层 精 细 结 构（Ｂｅｎｚｉｏｎｅｔａｌ．，２０１５）、火山岩浆房结 构 （Ｋｉｓｅｒｅｔａｌ．，２０１９）等 研 究 领 域 都 取 得 了 较 好 的 效
〔收 稿 日 期 〕 ２０１９－１１－２６收 稿 ，２０２０－０８－０４改 回 。 〔基 金 项 目 〕 国 家 自 然 科 学 基 金 （４１９７４０６７，４１７９０４６２，４１５７４０５９）和 云 南 省 陈 院 士 工 作 站 （２０１４ＩＣ００７）共 同
１）云 南 省 地 震 局 ，昆 明 ６５０２２４ ２）中 国 科 学 院 精 密 测 量 科 学 与 技 术 创 新 研 究 院 ，大 地 测 量 与 地 球 动 力 学 国 家 重 点 实 验 室 ，武 汉 ４３００７７ ３）中 国 科 学 技 术 大 学 地 球 和 空 间 科 学 学 院 ，合 肥 ２３００２６