Исследование особенностей волнового вибросейсмического поля, формируемого монохроматическим зондирующим сигналом

УДК 530.4 С.А. Ефимов

ИВМиМГ СО РАН, Новосибирск

ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ВОЛНОВОГО ВИБРОСЕЙСМИЧЕСКОГО ПОЛЯ, ФОРМИРУЕМОГО МОНОХРОМАТИЧЕСКИМ ЗОНДИРУЮЩИМ СИГНАЛОМ

В докладе представлены результаты обработки экспериментальных данных, полученных при вибросейсмическом просвечивании и мониторинге района озера Байкал. Полученные данные указывают на существенную пространственную динамику амплитудных значений монохроматических сейсмических волн.

S.A. Efimov

Institute of Computational Mathematics and Mathematical Geophysics,

Siberian Branch Russian Academy of Sciences Novosibirsk, 630090 Russian Federation

RESEARCH OF FEATURES OF THE WAVE SEISMIC FIELD FORMED BY A MONOCHROMATIC PROBING SIGNAL

In the report results of processing of the experimental data received at vibroseismic influence and monitoring of area of lake Baikal are submitted. The received data specify essential spatial dynamics of peak values of monochromatic seismic 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

Г _ Г

Хамар-Дабан (юго-восток Байкала). При проведении работ по активному вибросейсмическому просвечиванию исследовалась структура волнового поля

г г

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. Задачей исследований являлось выделение оперяющих разломов, разрывных нарушений, градиентов геофизических параметров.

Профиль III (Хурамша-Большая Санжеевка) проложен в северо-западном направлении, в 60 - 66 км на восток-юго-восток от ЦВ0-100, по разлому Большая Санжеевка (условно Каменск-Тимлюй). На юго-востоке, в начале, он проходит по осадочным отложениям убукунской свиты, представленной нерасчлененными конгломератами, гравелитами, углистыми сланцами.

Профиль I (Мантуриха). Наиболее близкий к вибратору ЦВ0-100 (6^10 км), расположен по долине одноименной реки, приуроченной к субмеридиональному глубинному разлому, выделенному по гравиметрическим (Попов, 1963) и аэрогеофизическим (Шпильков, 1977) данным. Профиль проходит в основном по гнейсовидным гранитам y3PZ, gв.

Профиль II (Каменск) расположен в пади Еловка на расстоянии 38-39 км от вибратора, в 600 м западнее пос. Каменск. Располагается в субмеридиональном направлении (по дороге от железнодорожной магистрали в горный хребет). На северной половине профиль проходит по осадочным отложениям байкальской толщи юрского возраста. 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 Z компоненты сейсмоприемников.

На рис. 1 представлены графики амплитудных значений волнового поля, формируемого монохроматическим зондирующим сигналом на профиле I (район реки Мантуриха). Расстояние источник - регистратор: 5,97 км. Представленные результаты показывают существенное различие величин амплитудных значений волнового поля. Дисперсия амплитудных оценок зависит от частоты зондирующего сигнала. Для частоты 7 Гц дисперсия оценок максимальна. Для частоты 8 Гц дисперсия уменьшается. Минимальная дисперсия соответствует частоте 9 Гц.

На рис. 2 представлены графики амплитудных значений волнового поля, формируемого монохроматическим зондирующим сигналом на профиле II. Расстояние источник - регистратор: 38.43 км. Представленные результаты показывают так же существенное различие величин амплитудных значений волнового поля. Структура волнового поля зависит от частоты зондирующего сигнала.

Для частоты 7 Гц только в пяти точках профиля мощности сейсмического поля достаточно для формирования оценок. Для частот 8, 9 Гц структура волнового поля представляет собой более монотонную функцию, и большинство число точек профиля фиксируют наличие волнового поля.

Ам плитуда, м/с Сигнал 7 Гц> сеанс 03

1,00Е-07 9,00Е-08 8,00Е-08 7,00Е-08 6,00Е-08 5,00Е-08 4,00Е-08 3,00Е-08 2,00Е-08 1,00Е-08 0,00Е+00

п п

пП П _ П П !-! П

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

№ датчика

Ам плитуда, м/с Сигнал 8 ГЧ> сеанс 04

1,40Е-07 1,20Е-07 1,00Е-07 8,00Е-08 6,00Е-08 4,00Е-08 2,00Е-08 0,00Е+00

р.

-гД-г--Дг- . П , П , П , П , - пПпППппП

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

№ датчика

Амплитуда, м/с 1,20Е-07 -

1,00Е-07 -8,00Е-08 6,00Е-08 4,00Е-08 + 2,00Е-08 -I 0,00Е+00

Сигнал 9 Гц, сеанс 05

Ил

III-Г

хи

я

л

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

№ датчика

Рис. 1. Амплитудные значения волнового поля, формируемого монохроматическим зондирующим сигналом на профиле I

Сеанс 9, сигнал 7 Гц

Амплитуда, м/с

1,00Е-09 9,00Е-10 8,00Е-10 7,00Е-10 6,00Е-10 5,00Е-10 4,00Е-10 3,00Е-10 2,00Е-10 1,00Е-10 0,00Е+00

—I—I—I—I—I—I—11 I I—I—I—I—I—I—I—I—11 I I I—I—

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

№ датчика

Ам плитуда, м/с Сигнал 8 Гц, сеанс 10

7,00Е-09 6,00Е-09 5,00Е-09 4,00Е-09 3,00Е-09 2,00Е-09 1,00Е-09 0,00Е+00

—1—'

п П п

П П п

I I I-----------------------------------------------1 1 1 I I I I I I I------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------1 I--------------------------------1----------------1-----------------1 I I I I-----------------------------------------------------------------------------Г

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

№ датчика

Амплитуда, м/с

1,40Е-08 1,20Е-08 -I 1,00Е-08 -8,00Е-09 -6,00Е-09 -4,00Е-09 -2,00Е-09 -| 0,00Е+00

Сигнал 9 Гц, сеанс 11

Л

.п.П.П.П, ,

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22

№ датчика

Рис. 2. Амплитудные значения волнового поля, формируемого монохроматическим зондирующим сигналом на профиле II

На рис. 3 представлены графики амплитудных значений волнового поля, формируемого монохроматическим зондирующим сигналом на профиле III. Расстояние источник - регистратор: 60,58 км. Представленные результаты показывают так же существенное различие величин амплитудных значений волнового поля. Структура волнового поля зависит от частоты зондирующего сигнала.

Амплитуда, м/с

5,00Е-09 4,50Е-09 4,00Е-09 3,50Е-09 3,00Е-09 2,50Е-09 2,00Е-09 1,50Е-09 1,00Е-09 5,00Е-10 0,00Е+00

Сигнал 9 Гц, сеанс 20

-

тт~

- - -

- -

п

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 № датчика

Амплитуда, м/с

7,00Е-09 6,00Е-09 5,00Е-09 4,00Е-09 3,00Е-09 2,00Е-09 1,00Е-09 0,00Е+00

Сигнал 8 Гц, сеанс 19

П П п

ІІ.ІІІІІ пП П 1 п

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 № датчика

Амплитуда, м/с Сигнал 9 Гц, сеанс 28

I

п П п п п

пппп п ІІ

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 № датчика

Амплитуда, м/с

3,50Е-09 3,00Е-09 2,50Е-09 2,00Е-09 1,50Е-09 1,00Е-09 5,00Е-10 0,00Е+00

Сигнал 8 Гц, сеанс 27

м і ІІІ

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

№ датчика

Рис. 3. Амплитудные значения волнового поля, формируемого монохроматическим зондирующим сигналом на профиле III

Выводы. Существенная изменчивость волнового поля, формируемого вибросейсмическим монохроматическим зондирующим сигналом, показывает высокую чувствительность этого метода при исследовании геодинамических свойств поверхности земли, и может быть использована для создания эффективного инструмента исследовантеля-геофизика.

Автор выражает благодарность всем участникам экспериментальных работ, усилия которых предоставили возможность исследования особенностей вибросейсмического поля и строения геологических структур в районе озера Байкал.

© С.А. Ефимов, 2011