Вибрационное зондирование Земли сопровождается

Реклама
УДК 551.24:504.55.06
Г.Ф. Седухина
ИВМиМГ, Новосибирск
ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ ЭФФЕКТЫ НЕЛИНЕЙНОСТИ ВИБРОСЕЙСМИЧЕСКОГО
ВОЛНОВОГО ПОЛЯ
Вибрационное зондирование Земли сопровождается проявлением двух
типов нелинейных процессов – излучения [1] и распространения [2].
Учѐт
обоих
процессов
будет
способствовать
повышению
чувствительности вибросейсмического метода выявления и контроля
аномальных зон в однородной среде. Такие зоны возникают в районах
зарождения природных катастроф – землетрясений извержений вулканов и
др. Как было показано в [3], параметры нелинейности сейсмического
волнового поля чувствительны к аномалиям типа трещинообразования,
дилатансии. В связи с этим оценивание указанных параметров на этапах
излучения и распространения сейсмических колебаний является
необходимым для успешного решения последующих задач.
В данной работе приводятся результаты анализа данных по
вибросейсмическому зондированию Земли с помощью вибратора ЦВ-100 на
удалениях источник-приѐмник до 355 км.
Результаты анализа соответствуют широкополосным свип-сигналам, а так
же гармоническим. Параметры нелинейности волнового поля оцениваются в
виде отношений амплитуд вибрационных сейсмограмм вторых и первых
гармоник.
В качестве примера на рис. 1 приведены вибрационные сейсмограммы,
полученные вблизи источника (на удалении 0.3 км) в результате свѐртки
зарегистрированных сигналов с опорными сигналами на основных частотах
зондирования – 5,5  8,5 Гц (рис. 1а) и на гармониках в полосе 11-17 Гц (рис.
1б). Значения максимумов сейсмограмм представлены над каждой из них.
Здесь уже указаны типы компонент. Горизонтальная компонента X здесь и на
всех последующих сейсмограммах ориентирована на вибратор. Отношения
максимумов амплитуд вторых и основных гармоник колебаний занесены в
табл. 1. Им соответствует строка дальности 0,3 км.
Рис. 1
Таблица 1
Тип
вибратора
Расстояние
(км)
0,05
ЦВ-100
ЦВ-40
355
0,3
20
50
35
Частота (ГЦ)
6,0
6,5
7,0
7,5
6,3
7,0
5,58,5
5,58,5
5,58,5
8,5
X
0,07
0,04
0,01
0,01
0,5
0,9
0,016
0,15
0,15
0,25
kn
Y
0,02
0,15
0,15
0,04
0,25
0,38
0,05
0,1
0,03
0,11
Z
0,35
0,08
0,03
0,03
0,38
0,27
0,03
0,03
0,18
0,06
Выше расположены значения коэффициентов нелинейности формы
колебаний, соответствующих дальностям 0,05 км (т.е. непосредственно в зоне
вибратора ЦВ-100) и 355 км, а также набору частот зондирования в пределах
6,0  7,5 Гц. Соответствующие гистограммы значений параметра
нелинейности kn, отнесѐнные к обеим дальностям, представлены на рис. 2а, б.
Соответствие столбцов компонентам указано в верхнем правом углу рис. 2а.
На рис. 2б представлены значения kn как функция отношений амплитуд
вторых и основных гармоник на частотах зондирования 6,3 и 7,0 Гц.
Соответствие столбцов частотам также показано в правом верхнем углу.
Аналогичные гистограммы по отношению к компонентам Y, Z
представлены на рис. 3а, б соответственно. Сопоставление гистограмм и
результатов табл. 1 позволяет сделать следующие выводы:
 С увеличением длины пробега колебаний параметры нелинейности
волнового поля существенно возрастают. В гармоническом режиме
зондирования на резонансной частоте (около 7 Гц) искажения kn могут
возрасти с 10% в зоне источника до 90% в дальней зоне;
 Наиболее чувствительны к эффекту нелинейности колебания,
регистрируемые по горизонтальной компоненте, ориентированной в
направлении «источник-приѐмник»;
 Увеличение эффекта нелинейности волнового поля с расстоянием
наиболее выражено в гармоническом режиме зондирования в сравнении с
широкополосным режимом. В первом случае наблюдается значительное
увеличение kn – c 10%-ного значения вблизи до 90% в дальней зоне (на
удалении 355 км). В тоже время, хотя и менее значимый эффект
наблюдается и для широкополосного режима зондирования – от (3 5)%
вблизи источника до (1518)% в дальней зоне (табл. 1). Объяснение этого
явления представляется очевидным: гармонический режим колебаний
является устоявшимся. Здесь имеет место значительная раскачка источника
и нарушение условия непрерывности его связи со средой, особенно вблизи
резонанса. Это, в свою очередь, порождает высшие гармоники [1].
Рис. 2. Соотношение амплитуд первой и второй гармоник:
а) в зоне источника; б) на удалении 355 км по компоненте X
Представляется важным вывод о более высокой чувствительности
горизонтальной компоненты пространственного сейсмического поля к
«накоплению» нелинейных эффектов в процессе распространения
сейсмических колебаний в направлении активного зондирования среды. Этот
вывод может оказаться полезным для технологии проведения активного
вибросейсмического мониторинга очаговых зон. При этом наиболее важная
роль, по-видимому, будет оставаться за поперечными волнами.
Значимые оценки коэффициента нелинейности получены по
отношению к вибратору ЦВ-40. Как видно из табл. 1 на расстоянии 30 км от
источника значения коэффициента нелинейности достигают 25%.
Рис. 3. Соотношение амплитуд первой и второй гармоник на удалении 355 км
по компонентам Y, Z
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. B.M. Glinsky, M.S. Khairetdinov, V.V. Kovalevsky. Nonlinear wave in the Powerful
Seismic Vibrators Zones. // Nonlinear Acoustics at the Beginning of the 21st Century edited by
O.V. Rudenko and O.A. Sapozhnikov (Faculty of Physics, MSU, Moscow, 2002) vol.1, pp 327-330.
2. Khairetdinov M.S. The nonlinear wave effects in vibroseismic // Bull. Nov. Comp.
Center, Math. Model. In Geoph.– 2003.– Iss.8. – PP 59-69.
© Г.Ф. Седухина, 2007
Скачать