孫楠 孫耀充

摘要：利用有限差分方法，對(duì)賓川氣槍試驗(yàn)中激發(fā)條件對(duì)氣槍信號(hào)振幅的影響進(jìn)行數(shù)值模擬。結(jié)果顯示：水庫(kù)水位對(duì)信號(hào)振幅的影響呈非線性關(guān)系，34 m為氣槍激發(fā)試驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)激發(fā)水位，能產(chǎn)生最強(qiáng)波形振幅能量，而水位變化的影響隨距離緩慢減小。通過(guò)擬合給出了不同水位變化幅度與其產(chǎn)生的平均振幅變化率之間的冪函數(shù)關(guān)系，可為實(shí)際波形運(yùn)用中去除水位變化的影響提供理論參考。波形振幅與激發(fā)能量及震源沉放深度呈近線性關(guān)系，即激發(fā)能量越大，震源沉放深度越深，氣槍激發(fā)效果越好，越有利于進(jìn)行遠(yuǎn)距離深穿透地下結(jié)構(gòu)的探測(cè)。

關(guān)鍵詞：數(shù)值模擬;水位;沉放深度;激發(fā)能量;信號(hào)振幅

中圖分類(lèi)號(hào)：P315.6文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1000-0666（2020）04-0711-09

0引言

水庫(kù)大容量非調(diào)制氣槍陣列震源是通過(guò)在水中瞬間釋放槍體中高壓氣體產(chǎn)生地震信號(hào)，具有激發(fā)效果好，可控性、操作性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)（Reasenberg，Aki，1974;陳颙等，2007，2017;陳颙，李宜晉，2007;羅桂純等，2006），是進(jìn)行區(qū)域尺度深部結(jié)構(gòu)探測(cè)的理想人工震源（Chen et al，2008;林建民等，2008;王偉濤等，2017）。利用氣槍震源高度重復(fù)性及具有較高能量的特性可以動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)區(qū)域波速變化（王寶善等，2011;Wang et al，2020），對(duì)地震預(yù)測(cè)研究具有重要意義。2012年云南賓川建成了全球首個(gè)陸地激發(fā)氣槍震源發(fā)射臺(tái)，隨后在新疆呼圖壁、甘肅張掖等地也建設(shè)了固定式氣槍震源發(fā)射臺(tái)，進(jìn)行連續(xù)激發(fā)或密集臺(tái)陣觀測(cè)試驗(yàn)（王彬等，2016;魏斌等，2016;張?jiān)龋?016），還在福建發(fā)展了船載式和移動(dòng)式氣槍震源系統(tǒng)，在長(zhǎng)江安徽段開(kāi)展了氣槍震源流動(dòng)激發(fā)試驗(yàn)，為區(qū)域尺度的地殼結(jié)構(gòu)探測(cè)研究提供了有力工具（姚道平等，2016;徐逸鶴等，2016;王寶善等，2016）。

在陸地水庫(kù)中進(jìn)行氣槍震源試驗(yàn)時(shí)，由于水深較淺、水域面積有限，氣槍震源激發(fā)過(guò)程實(shí)為氣槍源與淺水區(qū)相互作用的過(guò)程，共同構(gòu)成淺水區(qū)氣槍震源激發(fā)系統(tǒng)。近年來(lái)，很多研究表明，在淺水環(huán)境中激發(fā)產(chǎn)生的地震波會(huì)受到氣槍源本身配置（氣槍的容量、激發(fā)壓力等）以及外部激發(fā)環(huán)境的影響，如氣槍所在水庫(kù)的水位變化、氣槍震源的沉放深度等（Chen et al，2014）。Dragoset（2000）通過(guò)研究氣槍震源激發(fā)信號(hào)特征，給出了激發(fā)信號(hào)與氣槍容量、工作壓力和沉放深度等激發(fā)參數(shù)之間的具體關(guān)系及經(jīng)驗(yàn)公式;唐杰等（2009）和林建民等（2010）均對(duì)2007年9月上關(guān)湖水庫(kù)氣槍激發(fā)試驗(yàn)中水聽(tīng)器記錄的近場(chǎng)波形數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬和分析，發(fā)現(xiàn)氣槍震源沉放深度、工作壓力等不同激發(fā)條件對(duì)壓力脈沖和氣泡脈沖存在一定影響;陳蒙（2014）基于賓川多次氣槍試驗(yàn)，分析了不同激發(fā)壓力、沉放深度和水庫(kù)水位等因素對(duì)賓川氣槍激發(fā)地震波的影響，發(fā)現(xiàn)水庫(kù)水位變化的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于震源沉放深度的影響;孫楠等（2017），Sun和Sun（2019）用雷克子波震源時(shí)間進(jìn)行數(shù)值模擬，發(fā)現(xiàn)水庫(kù)水位深度對(duì)波形振幅的影響是非線性的，激發(fā)能量和沉放深度與波形振幅近似呈線性關(guān)系;胡久鵬等（2017）模擬不同水體形狀對(duì)氣槍激發(fā)波形的影響，發(fā)現(xiàn)水體形狀對(duì)高頻信號(hào)成分影響較強(qiáng)，對(duì)低頻信號(hào)成分影響較弱。以上研究主要借助數(shù)值模擬方法，分析陸地水庫(kù)氣槍震源試驗(yàn)中不同激發(fā)條件的影響，可以此作為一種輔助手段為實(shí)際波形的分析應(yīng)用提供依據(jù)。

水庫(kù)激發(fā)氣槍信號(hào)中，最大振幅是氣槍信號(hào)的一個(gè)重要參數(shù)。在研究氣槍震源對(duì)環(huán)境的破壞作用以及對(duì)水中生物的影響時(shí)，尤其是當(dāng)氣槍在淺水環(huán)境下激發(fā)時(shí)，對(duì)氣槍激發(fā)信號(hào)最大振幅的研究具有重要的意義（林建民等，2010）。本文主要模擬有限水體中水位、激發(fā)能量、震源沉放深度等激發(fā)條件，對(duì)氣槍信號(hào)最大振幅的影響特征，從而為水庫(kù)激發(fā)氣槍震源工作研究提供理論依據(jù)，這對(duì)于進(jìn)一步深化氣槍震源的應(yīng)用意義重大。

1數(shù)值模擬激發(fā)條件的影響

有限差分方法作為一種能夠模擬地震波在復(fù)雜介質(zhì)中傳播的數(shù)值計(jì)算方法，將區(qū)域網(wǎng)格化，把網(wǎng)格點(diǎn)上的時(shí)、空數(shù)值用差商近似為偏微分項(xiàng)，將連續(xù)的偏微分方程轉(zhuǎn)化成離散格點(diǎn)上值的差分方程。該方法具有簡(jiǎn)單直接、計(jì)算效率高的優(yōu)點(diǎn)，能比較完善地解決地震勘探、強(qiáng)地面運(yùn)動(dòng)預(yù)測(cè)等研究中地球內(nèi)部任意非均勻介質(zhì)問(wèn)題，準(zhǔn)確高效地模擬符合真實(shí)地質(zhì)條件的復(fù)雜地形的地震波傳播（Zhang，Chen，2006;Sun et al，2017）。本文將利用有限差分方法數(shù)值模擬激發(fā)條件對(duì)氣槍信號(hào)振幅的影響。

地震研究43卷第4期孫楠等：數(shù)值模擬激發(fā)條件對(duì)賓川水庫(kù)氣槍信號(hào)振幅的影響本文有限差分法采用同位網(wǎng)格的DRP/opt MacCormack差分格式，將MacCormack格式和DRP（Dispersion Relation Preserving）格式相結(jié)合，需要4個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)的長(zhǎng)度，具有4階空間精度且網(wǎng)格分辨率高，通過(guò)前后各3個(gè)相鄰點(diǎn)差分引入高頻耗散，不僅可以消除奇偶失聯(lián)現(xiàn)象，還可以獲得中心差分的截?cái)嗾`差精度，從而正確地計(jì)算各項(xiàng)異性介質(zhì)中地震波的傳播過(guò)程（MacCormack，1969;Hixon，1997;Zhang et al，2012;Sun et al，2016），再結(jié)合體貼網(wǎng)格技術(shù)可以準(zhǔn)確描述固液界面的起伏。在計(jì)算區(qū)域邊界附近的網(wǎng)格點(diǎn)時(shí)，由于沒(méi)有足夠的相鄰的計(jì)算格點(diǎn)，采用4階空間精度的緊致MacCormack差分格式，結(jié)合牽引力鏡像法（Zhang，Chen，2006）實(shí)施自由表面邊界條件，在邊界處計(jì)算應(yīng)力分量和速度分量的空間導(dǎo)數(shù)。在計(jì)算區(qū)域的左右邊界附近設(shè)定一定寬度的吸收層，使用簡(jiǎn)單穩(wěn)定易于實(shí)現(xiàn)的指數(shù)衰減吸收層，在吸收層內(nèi)將地震波場(chǎng)和波場(chǎng)衰減項(xiàng)相乘（Cerjan et al，1985），從而達(dá)到吸收波場(chǎng)的目的。

1.1介質(zhì)模型

數(shù)值模擬中，研究區(qū)域?yàn)? km×0.6 km大小的層狀半空間介質(zhì)（圖1），水體位于距左側(cè)邊界0.25 km處的第一層，水體形狀使用Gaussian函數(shù)z=b0exp[-（x-x0）2/a20]獲得，水體的第二、三層均為固體介質(zhì)。模擬中只考慮了彈性情況的幾何擴(kuò)散的衰減，未考慮非彈性的衰減，具體介質(zhì)參數(shù)配置見(jiàn)表1。

將震源沉放于水體中，在距離水面10 m處，模擬水庫(kù)中氣槍震源沉放方式。在計(jì)算區(qū)域的地表面（0.35～4.0 km）設(shè)置一條測(cè)線，共放置92個(gè)檢波器，用于研究激發(fā)條件變化對(duì)波形振幅的影響程度范圍。在區(qū)域邊界使用10層的指數(shù)衰減吸收層來(lái)吸收向外傳播的波（圖1）。

模擬時(shí)首先對(duì)區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格化，網(wǎng)格大小設(shè)置為1 m×1 m，共2.4×106個(gè)網(wǎng)格，時(shí)間步長(zhǎng)設(shè)置為0.1 ms，能夠滿(mǎn)足二維DRP/opt MacCormack格式的穩(wěn)定性條件要求為：

t<0.93×h/Cmax（1）

式中：h是空間網(wǎng)格間隔;Cmax是介質(zhì)的最大波速;模擬時(shí)間長(zhǎng)度總共為3 s，并行計(jì)算共占用60個(gè)核。對(duì)于模擬中震源時(shí)間函數(shù)的設(shè)置，考慮到水庫(kù)作為有限水體，在其內(nèi)部激發(fā)氣槍信號(hào)后會(huì)產(chǎn)生氣泡振蕩，而氣泡振蕩的傳播可能會(huì)受到有限水體邊界的影響，使得向外傳播的可能為氣泡、水體與水庫(kù)邊界的耦合源，其震源時(shí)間函數(shù)尚不能明確。而在賓川氣槍震源波形數(shù)據(jù)應(yīng)用中，通常用發(fā)射臺(tái)附近的參考臺(tái)波形近似成源，進(jìn)行反褶積運(yùn)算，以此來(lái)消除由震源變化引起的影響（翟秋實(shí)等，2016）。因此，本文選取賓川氣槍發(fā)射臺(tái)附近的參考臺(tái)波形，用其垂直向最大振幅進(jìn)行歸一化后的波形形態(tài)，近似成震源時(shí)間函數(shù)進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算，其中歸一化后的垂直向最大振幅約為水平向最大振幅的1.4倍（圖2）。

1.2數(shù)值模擬結(jié)果

利用有限差分方法，模擬得到有限水體中不同水位、激發(fā)能量、震源沉放深度等激發(fā)條件時(shí)的波形信號(hào)，分析其最大振幅的變化特征，從而探究淺水環(huán)境下激發(fā)條件的影響。結(jié)果分析中，引用波形的最大振幅的相對(duì)變化率（以下簡(jiǎn)稱(chēng) “振幅變化率”），表征激發(fā)條件變化時(shí)波形最大振幅的變化。

從距離震源1 km的檢波器記錄的波形可以看出（圖3），x分量體波和面波的到時(shí)均比z分量的早，即在水平向傳播速度更快。x分量的P波振幅比z分量的要大，而z分量的S波和面波振幅則更大。最大振幅分布在面波段，z分量的最大振幅約為x分量的1.4倍。從所有檢波器接收的波形隨距離的分布圖（圖4）可以看出，在不同距離均可以看到非常明顯的面波，最大振幅分布在面波段，z分量的振幅比x分量大。

1.2.1水體水位

賓川氣槍試驗(yàn)選取大銀甸水庫(kù)作為激發(fā)水體，其水位有顯著的季節(jié)性變化（王彬等，2016）。

數(shù)值模擬中，水體形狀使用Gaussian函數(shù)獲得，水平面與地表面持平，保持震源到水面的距離為10 m不變，保持水平面寬度200 m不變，通過(guò)增加水庫(kù)的深度引起水位的變化（圖5）。

數(shù)值模擬水位范圍為13～40 m，分別選取到水庫(kù)右側(cè)的距離Δ=0.5，1.0，2.0，3.0 km的4個(gè)接收臺(tái)站，模擬波形最大振幅隨水位的變化，如圖6所示，4個(gè)臺(tái)站接收到的波形最大振幅隨水位增加的變化均是非線性的，水平向和垂直向變化形態(tài)大致相同，垂直向最大振幅約為水平向最大振幅的1.4倍，這應(yīng)該與所選取的震源時(shí)間函數(shù)的振幅最大值有關(guān)。Δ的增加，表示臺(tái)站和水庫(kù)距離變遠(yuǎn)，從圖6縱坐標(biāo)的振幅范圍可以發(fā)現(xiàn)，最大振幅的整體變化形態(tài)減小，表明隨著震中距增大，水位變化的影響逐漸減小。

由于各個(gè)臺(tái)最大振幅隨水位的變化形態(tài)大致相同，對(duì)模擬得到的90個(gè)臺(tái)的波形最大振幅求平均，得到不同水位對(duì)應(yīng)的平靜最大振幅的變化特征（圖7）。從圖7可知，在水位約為13～15 m時(shí)，振幅隨水位增加而減小，呈負(fù)相關(guān);水位為17～19 m時(shí)，振幅隨水位增加而增加，呈正相關(guān);水位為20～24 m時(shí)，呈負(fù)相關(guān);水位為25～34 m時(shí)，呈正相關(guān);水位為35～40 m時(shí)，呈負(fù)相關(guān)，水位約為33 m時(shí)波形振幅最大，即振幅激發(fā)能量最強(qiáng)，為優(yōu)勢(shì)激發(fā)水位。

當(dāng)水位增加1 m時(shí)（圖8），不同距離的波形的最大振幅變化顯示，在震中距小于2 km范圍內(nèi)振幅變化率呈周期振蕩，隨著震中距的繼續(xù)增加，周期振蕩形式逐漸消失。這種周期性振蕩可能與水體振蕩產(chǎn)生的駐波向外傳播的影響有關(guān)，隨著震中距的增加，駐波效應(yīng)也逐漸消失。水平分量的變化稍大于垂直分量的變化，表明水位變化對(duì)水平向的影響大于垂直向。水位增加1～7 m時(shí)，90個(gè)臺(tái)站接收的波形振幅變化率顯示（圖9）：水位變化幅度越大，波形振幅的變化率越大。在2 km范圍內(nèi)，振幅變化率隨距離呈周期性振蕩，也就是駐波振蕩效應(yīng)的影響范圍約為水面寬度10倍的距離，也使得在某些距離處（如波谷處）接收到的波形受水位變化的影響特別小。將水位變化分別為1～7 m時(shí)所有臺(tái)站的振幅變化率進(jìn)行平均，得到由水位變化引起的平均振幅變化率幅度（表2）。由表2可知，當(dāng)水位增加1 m時(shí)，引起振幅變化率約為3.220 7×10-4。擬合水位變化幅度（dh）與平均振幅變化率（Ramp），得到：Ramp=a·dhb（2）式中：a=1.985×10-3;b=1.874;擬合函數(shù)確定系數(shù)Rsquare=0.998 1，非常接近于1，表明擬合效果非常好，平均振幅變化率與水位變化幅度呈冪函數(shù)關(guān)系（圖10）。

1.2.2激發(fā)能量

在大容量氣槍試驗(yàn)中，氣槍震源的激發(fā)能量來(lái)源于高壓氣體，可通過(guò)Ronen（2002）方程從高壓氣體的容量和壓力計(jì)算得出，其具體關(guān)系為：E=P·Vln（P/P0）（3）式中：E為氣槍激發(fā)能量;V為氣槍總?cè)萘?P為激發(fā)壓力;P0為環(huán)境壓力，一般是1個(gè)大氣壓。當(dāng)V一定時(shí)，E與P成正比，因此可以通過(guò)模擬激發(fā)能量變化對(duì)波形振幅的影響來(lái)反映激發(fā)壓力的影響。

在其它激發(fā)條件不變的情況下，激發(fā)能量分別取1.0×106，1.3×106，1.5×106，1.7×106 J，根據(jù)能量震級(jí)轉(zhuǎn)換，激發(fā)能量為1.3×106 J，相當(dāng)于大約0.8級(jí)地震的能量。模擬結(jié)果（圖11）顯示，信號(hào)振幅隨氣槍激發(fā)能量的增加而增加，二者呈近線性關(guān)系，且激發(fā)能量引起的振幅變化不受距離的影響。

1.2.3震源沉放深度

氣槍陣列的沉放深度決定了氣槍陣列與水庫(kù)底部和水面的距離，會(huì)對(duì)氣槍地震信號(hào)產(chǎn)生影響。為了研究沉放深度對(duì)有限水體中氣槍震源信號(hào)的影響，本文進(jìn)行了不同沉放深度的情況模擬。激發(fā)條件一致時(shí)，固定水體水位為20 m，震源分別沉放于7～17 m處，結(jié)果顯示，振幅隨沉放深度增大而增大，且垂直向振幅大于水平向振幅（圖12）。

為了分析由震源沉放深度引起的振幅變化，選取震源沉放深度范圍為8～10 m，改變其沉放深度，得到振幅變化率隨距離的分布如圖13所示：水平向的變化幅度大于垂直向變化幅度，距離為2.0 km范圍內(nèi)的信號(hào)振幅變化率呈周期性振蕩，距離大于2.0 km的信號(hào)振幅變化率則變化幅度較小。

2分析討論

數(shù)值模擬結(jié)果顯示，在近場(chǎng)面波傳播速度小于體波傳播速度，使模擬波形中由振幅更大的面波占主導(dǎo)，隨著波形傳播距離的增加，體波與面波到時(shí)差逐漸增大，P波和S波震相逐漸清晰;在相對(duì)較遠(yuǎn)距離上的波形則會(huì)由P波和S波為主導(dǎo)。對(duì)于水位變化的模擬，當(dāng)水位為13～40 m時(shí)，對(duì)振幅的影響呈非線性狀態(tài)的;水位為13～15 m時(shí)，振幅隨水位增加而減小，這可能與其傳播路徑有關(guān)，在水中消耗能量更多，使得振幅變小;當(dāng)水位為15～34 m時(shí)，振幅隨水位變化總體呈正相關(guān)，這是由于隨著水庫(kù)水位的增加，水對(duì)水庫(kù)底的壓強(qiáng)增大，水庫(kù)底部面積也增大，使得水庫(kù)底部所承受壓力增大，而氣槍信號(hào)的振幅與水庫(kù)底部壓力成正比，因此水位增加會(huì)引起氣槍信號(hào)的振幅增大;在水位為34 m時(shí)，達(dá)到最大波形振幅，該段水位就是氣槍激發(fā)試驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)激發(fā)水位;當(dāng)水位為20～40 m時(shí)，水面寬度不變，對(duì)應(yīng)的Gaussian形狀庫(kù)體的邊界會(huì)有相應(yīng)的傾角變化，對(duì)于庫(kù)體邊界傾角變化所帶來(lái)的影響，會(huì)在之后的工作中進(jìn)行深入地分析。

在波形向外傳播的過(guò)程中，由水位變化引起的振幅波動(dòng)緩慢減小，表明水體效應(yīng)的影響隨距離逐漸減小。通過(guò)具體模擬不同幅度的水位變化，發(fā)現(xiàn)水體振蕩會(huì)產(chǎn)生駐波效應(yīng)，這種駐波使得波形振幅受水位的變化呈周期振蕩形式，而其影響范圍約為10倍水面寬度的距離，超過(guò)這個(gè)距離后，駐波效應(yīng)逐漸消失，振幅變化逐漸減小。水位變化對(duì)波形水平向影響大于垂直向，可能是因?yàn)樗较虻哪芰恐饕ㄟ^(guò)P波轉(zhuǎn)換而來(lái)，而垂直向分量的能量主要通過(guò)S波轉(zhuǎn)換而來(lái)，這與由圖3得出的水平向傳播速度更快，可能其P波轉(zhuǎn)換波所占比重更大相吻合。因此，水平向受水位變化的影響更大，而垂直向相對(duì)更小。通過(guò)擬合不同水位變化幅度與其產(chǎn)生的平均振幅變化率，得到二者之間的冪函數(shù)關(guān)系，由此可以為實(shí)際波形運(yùn)用中去除水位影響提供參考和理論依據(jù)。

水庫(kù)大容量氣槍試驗(yàn)中，氣槍總?cè)萘恳欢〞r(shí)，激發(fā)壓力與激發(fā)能量呈正比，模擬激發(fā)能量變化對(duì)波形振幅的影響與陳蒙（2014）關(guān)于賓川氣槍信號(hào)特征的結(jié)論一致，激發(fā)能量與波形振幅成線性關(guān)系。當(dāng)氣槍工作壓力增加時(shí)，激發(fā)產(chǎn)生的氣泡內(nèi)的壓力增大，造成對(duì)應(yīng)的氣泡半徑及氣泡壁運(yùn)動(dòng)速度也相對(duì)較大，使得對(duì)應(yīng)的氣泡脈沖的振幅變大。

數(shù)值模擬震源沉放深度的變化對(duì)波場(chǎng)傳播特征的影響結(jié)果顯示：信號(hào)最大振幅與震源沉放深度總體呈線性遞增的關(guān)系，這可能是因?yàn)闅鈽尦练派疃仍缴?、靜水壓越大、氣泡激發(fā)和振蕩過(guò)程中與水體的耦合越好，因此氣槍激發(fā)聲波能量越有效，使得接收的波形振幅越大。而震源沉放深度的影響效應(yīng)隨距離的增加在緩慢減小。

3結(jié)論

水庫(kù)大容量氣槍激發(fā)震源信號(hào)對(duì)水位、激發(fā)能量和震源沉放深度等激發(fā)條件存在一定的依賴(lài)。通過(guò)本文數(shù)值模擬分析，得到以下結(jié)論：水庫(kù)激發(fā)氣槍震源試驗(yàn)中，水庫(kù)水位對(duì)振幅的影響呈非線性狀態(tài)，15～34 m時(shí)，振幅隨水位變化總體呈正相關(guān);34 m為氣槍激發(fā)試驗(yàn)的優(yōu)勢(shì)激發(fā)水位，能產(chǎn)生最大波形振幅能量。水位變化引起的振幅波動(dòng)隨距離的增加緩慢減小，在震中距為水面寬度10倍的范圍內(nèi)受水體振蕩產(chǎn)生的駐波影響，振幅呈周期振蕩形式變化，超過(guò)這個(gè)距離后駐波效應(yīng)逐漸減小，且水位變化對(duì)水平向振幅的影響要大于垂直向。通過(guò)擬合不同水位變化幅度與其產(chǎn)生的平均振幅變化率，得到二者之間存在冪函數(shù)關(guān)系。因此，可以在實(shí)際波形運(yùn)用中，參考水位變化幅度產(chǎn)生的振幅變化率，去除或盡可能減小水位變化帶來(lái)的影響。波形振幅與激發(fā)能量及震源沉放深度呈近線性關(guān)系，即激發(fā)能量越大，震源沉放深度越深，氣槍激發(fā)效果越好，越有利于進(jìn)行遠(yuǎn)距離深穿透地下結(jié)構(gòu)的探測(cè)。

本文通過(guò)數(shù)值模擬得到不同激發(fā)條件對(duì)水庫(kù)氣槍源信號(hào)的影響特征，能夠?yàn)榻忉寣?shí)際試驗(yàn)結(jié)論提供一定的參考意義，但該模擬中仍受到計(jì)算條件及成本的限制，僅采用了二維介質(zhì)模型及參考震源時(shí)間函數(shù)進(jìn)行計(jì)算，尚不能達(dá)到實(shí)際氣槍激發(fā)試驗(yàn)中所呈現(xiàn)的激發(fā)條件的復(fù)雜精細(xì)程度，與實(shí)際氣槍信號(hào)特征還存在一些定量的差異，因此，需要更為精細(xì)的模型介質(zhì)、更精確的震源時(shí)間函數(shù)以及更優(yōu)的計(jì)算方法進(jìn)行模擬，從而為實(shí)際氣槍震源信號(hào)的應(yīng)用研究提供可靠的基礎(chǔ)。

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Effect of Excitation Factors for Numerically Simulation on Airguan

Signal Amplitude in Binchuan Reservoir

SUN Nan1，2，SUN Yaochong3

（1.School of Earth and Space Sciences，University of Science and Technology of China，Hefei 230026，Anhui，China）

（2.Yunnan Earthquake Agency，Kunming 650224，Yunnan，China）

（3.Department of Earth and Space Sciences，Southern University of Science and Technology，Shenzhen 518055，Guangdong，China）

Abstract

Using the finite different method，we numerically simulate the effect of excitation factors on airgun signal in Binchuan Reservoir.The result shows that the relationship between the change of reservoir water level and airgun signal amplitude is nonlinear，there is an optimum water level range of 30～35 m for airgun firing test which can excitate the strongest energy of signal amplitude，in addition the influence of water level changing attenuates with distances.We also fit the power equation between the amplitude of water level changing and the average amplitude change rate it produced，so that we can use it to provide theoretical reference for removing the effect of water level changing in actual waveform application.The wave amplitude is linear with excitation energy and towing depth，that is the greater the energy and the deeper of the towing，the better the effect of excitation，the more conducive to detect remote and deep penetration underground structure.

Keywords：numerical simulation;water level;towing depth;excitation energy;signal amplitude