CC BY
28
ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ РАСПРОСТРАНЕНИЯ МОНОХРОМАТИЧЕСКИХ ВИБРОСЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЛН ПО ДАННЫМ МОНИТОРИНГА РАЙОНА ОЗЕРА БАЙКАЛ
Сергей Александрович Ефимов
Институт вычислительной математики и математической геофизики СО РАН, 630090, г. Новосибирск, пр. Академика Лаврентьева, 6, научный сотрудник лаборатории геофизической информатики, тел. (383)3307069, e-mail: serg@opg.sscc.ru
В статье представлены результаты обработки экспериментальных данных, полученных в рамках вибросейсмического мониторинга района озера Байкал. Исследован процесс затухания вибросейсмических волн в зависимости от расстояния. Построены графики затухания волн для частот 7, 8, 9 Гц.
Ключевые слова: вибросейсмический мониторинг, затухание вибросейсмических
волн.
RESEARCH OF FEATURES OF DISTRIBUTION MONOCHROMATIC VIBROSEISMIC WAVES ACCORDING TO MONITORING AREA OF LAKE BAIKAL
Sergei A. Efimov
Institute of Computational Mathematics and Mathematical Geophysics, Siberian Branch Russian Academy of Sciences, Novosibirsk, 630090 Russian Federation, the prospectus of Academician Lavrentjeva, 6, the scientific employee of laboratory of geophysical computer science, tel. (383)3307069, e-mail: serg@opg.sscc.ru
Results of processing of the experimental data received in frameworks vibroseismic of monitoring of area of lake Baikal are submitted. Process of attenuation vibroseismic waves is investigated depending on distance. Schedules of attenuation of waves for frequencies 7, 8, 9 Hz are constructed.
Key words: vibroseismic of monitoring, attenuation vibroseismic waves.
Серия разрушительных землетрясений в марте 2011 года в районе акватории Японского острова еще раз напомнила об актуальности создания геофизических систем, ориентированных на прогноз тектонических событий. Очевидно, что появление эффективных геофизических систем связано с изучением строения структуры земной поверхности и созданием инструментов для ее изучения. В настоящее время существует технология вибросейсмического просвечивания земли, позволяющая объективно исследовать структурные особенности земной поверхности и формировать прогнозные факторы эволюции литосферы. В 2009 г. сотрудниками ИВМиМГ СО РАН проведены полевые экспериментальные работы по вибросейсмическому просвечиванию и мониторингу разломных зон хребта Хамар-Дабан (юго-восток Байкала). При проведении работ по активному вибросейсмическому просвечиванию исследовалась структура волнового поля
вибраторов при прохождении разломных зон хребта Хамар-Дабан с использованием профильной регистрации волнового поля. В качестве источника сейсмических волн использовался вибратор СВ-100, расположенный на Южно-Байкальском вибросейсмическом полигоне СО РАН, п. Бабушкин. Излучение сигналов вибратором осуществлялось в режиме свип-сигналов в диапазоне частот 6-10 Гц, и в режиме гармонического излучения на фиксированных частотах 7 Гц, 8 Гц, 9 Гц. Регистрация осуществлялась на профилях длиной 5 - 10 км в зонах разломов вдоль реки Мантуриха (район п. Бабушкин, удаление 3,6 км от источника, длина профиля 4,8 км), реки Еловка (район г. Каменска, удаление 38,9 км от источника, длина профиля 4,0 км), реки Большая Санжеевка (район п. Хурамша, удаление 59,3 км от источника, длина профиля 10,0 км). Регистрация вибросейсмических сигналов осуществлялась аппаратурой Байкал (22 регистратора) с сейсмическими датчиками GS-3, СК1-П, координатная привязка - системой GPS.
Вибросейсмическое зондирование проводилось в рамках комплексного геофизического исследования зон разломов. Общая схема экспериментов представлена на следующем рисунке.
Общая схема эксперимента, план проведения эксперимента и результаты регистрации сейсмических сигналов представлены на информационно -вычислительной системе «Вибросейсмическое Просвечивание Земли» - сайт http://opg.sscc.ru/db. Для формирования таблиц и графиков амплитудных значений волнового монохроматического поля для всех профилей использованы инструменты информационно-вычислительной системы «Вибросейсмическое
Просвечивание Земли». Все оценки получены для Ъ компоненты сейсмоприемников.
Целью данной работы является исследование затухания интенсивности вибросейсмических волн от расстояния. Закон затухания амплитуды сейсмических волн с расстоянием представляется следующей формулой [1]:
А(х) = —^— е (1)
(1 + х) п (1)
где х - расстояние между пунктом возбуждения и приемником; А0 -амплитуда смещений в очаге события; п - показатель, отвечающий за геометрическое расхождение; а - коэффициент поглощения.
ю л • f
а =---------=-------- (2)
2Q • V Q • V (2)
где f - частота сигнала; Q - добротность среды; V - скорость волны.
Формула (1) показывает, что затухание сейсмической энергии зависит от двух факторов: геометрическое расхождение энергии и поглощение энергии, связанной с неидеальной упругостью среды. Коэффициент поглощения а выражает долю энергии, потерянной во время прохождения расстояния, эквивалентного полной длине волны. В практической геофизике вместо формулы (1) для описания процесса затухания волн чаще используют следующую модель, которая обобщает два вышеуказанных фактора:
А( х) = (3)
к - коэффициент, приближенно учитывающий все факторы, влияющие на затухание сейсмических волн (к = 1.. ..3).
План проведенных экспериментов, показанный на рис.1, позволяет сформировать оценки интенсивности вибросейсмического поля в четырех точках регистрации: профили 1, 2, 3, 4. На каждом профиле построены амплитудные значения интенсивности монохроматического
вибросейсмического поля. Особенностью формирования такого поля является его пространственная неоднородность. Данное обстоятельство иллюстрирует следующий рисунок, показывающий амплитуды сигнала на профиле 3 и 4.
В качестве оценки интенсивности вибросейсмического поля для каждого профиля принята обобщенная по пространству оценка: среднеквадратическое значение пространственных амплитуд для каждого профиля. Для аппроксимации полученных данных использована модель затухания сейсмических волн, соответствующая формуле (3). Результаты обработки экспериментальных данных представлены на следующем рисунке.
1,20Е-09
1,00Е-09
о 8,00Е-10
то 6,00Е-10
с; с 5 <г 4,00Е-10
2,00Е-10
0,00Е+00
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39
№ датчика
Рис. 2. Амплитуда вибросейсмического поля на профиле 3 и 4
СКЗ, м
СКЗ сейсмического поля, 7, 8, 9, Гц; среднее.
расстояние, км.
Рис. 3. Зависимость затухания амплитуды (смещения) волнового поля, формируемого монохроматическим зондирующим сигналом 7 Гц (нижняя линия), 8 Гц (средняя линия), 9 Гц (верхняя линия)
Результаты обработки показывают, что обобщенный показатель затухания к для вибросейсмического сигнала 7 Гц равен 1,610, для частот 8 Гц и 9 Гц соответственно - 1,232 и 1,065. Усредненная по всем частотам модель затухания
сейсмических волн имеет обобщенный показатель затухания к равный 1,242. На рис.4 представлен график зависимости амплитуды (смещения) волнового поля в логарифмическом масштабе.
Выводы. Рис.3 - зависимость затухания амплитуды (смещения) волнового поля от расстояния - показывает, что полученные результаты хорошо совпадают с математической моделью по формуле (3). При этом необходимо отметить, что формула (2) указывает на более высокое поглощение сейсмических волн для высоких частот. Тогда можно было ожидать, что для монохроматического сигнала 9 Гц интенсивность волнового поля будет минимальна по отношению к частотам 8 Гц и 7 Гц. Рис.4 показывает обратную картину: затухание для волнового поля частоты 7 Гц максимально, а для волнового поля частот 9 Гц минимально. Это обстоятельство указывает, что фактор геометрического расхождения существенно различается для монохроматических волн разной частоты. В нашем случае этот фактор в большей мере влияет (понижает) на интенсивность низкочастотного сигнала, а степень его влияния превосходит фактор поглощения.
Lg(СКЗ, м)
СКЗ сейсмического поля, 7, 8, 9, Гц; среднее.
Рис.4. Логарифмическая зависимость затухания амплитуды (смещения) волнового поля: 7 Гц (нижняя линия), 8 Гц (средняя линия), 9 Гц (верхняя линия)
Автор выражает благодарность всем участникам экспериментальных работ, усилия которых предоставили возможность исследования особенностей
вибросейсмического поля и строения геологических структур в районе озера Байкал.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Кири П., Брукс М. Введение в геофизическую разведку: Пер. с анг. - М.: Мир, 1988.- 382 с.
© С.А. Ефимов, 2012
