Особливості використання сейсмічного шуму для вивчення глибинної будови західної Антарктики
У статті обговорюється можливість застосування в районі розташування української антарктичної станції «Академік Вернадський» пасивних сейсмічних методів для дослідження глибинної будови регіону. Як зондуючий сигнал у таких методах використовують сейсмічний шум, що в умовах конкретного регіону має пе...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Український антарктичний журнал |
|---|---|
| Дата: | 2015 |
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Національний антарктичний науковий центр МОН України
2015
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/129682 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Особливості використання сейсмічного шуму для вивчення глибинної будови західної Антарктики / О.І. Лящук, Ю.А. Андрущенко, Є.В. Карягін // Український антарктичний журнал. — 2015. — № 14. — С. 58-65. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-129682 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Лящук, О.І. Андрущенко, Ю.А. Карягін, Є.В. 2018-01-26T19:11:56Z 2018-01-26T19:11:56Z 2015 Особливості використання сейсмічного шуму для вивчення глибинної будови західної Антарктики / О.І. Лящук, Ю.А. Андрущенко, Є.В. Карягін // Український антарктичний журнал. — 2015. — № 14. — С. 58-65. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. 1727-7485 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/129682 550.348.432; 550.834.8 У статті обговорюється можливість застосування в районі розташування української антарктичної станції «Академік Вернадський» пасивних сейсмічних методів для дослідження глибинної будови регіону. Як зондуючий сигнал у таких методах використовують сейсмічний шум, що в умовах конкретного регіону має певні особливості. Залежно від частоти, на якій є максимум сигналу, для аналізу доступні ті чи інші глибини. Аналіз таких частот у часі показує, що спостереження для різної роздільної здатності бажано проводити протягом всього року. Особливостями мікросейсмічного шуму в регіоні є наявність сигналів в результаті айсбергоутворення та ударів айсбергів об морське дно. Запропонована методика для проведення у подальшому робіт із дослідження глибинної структури регіону пасивними сейсмічними методами. В статье обсуждается возможность применения в районе расположения украинской антарктической станции «Академик Вернадский» пассивных сейсмических методов для исследования глубинного строения региона. В качестве зондирующего сигнала в таких методах используется сейсмический шум, который в условиях конкретного региона имеет определенные особенности. В зависимости от частоты, на которой есть максимум сигнала, для анализа доступны те или иные глубины. Анализ таких частот во времени показывает, что наблюдения для различной разрешительности желательно проводить в течение всего года. Особенностями микросейсмического шума в регионе является наличие сигналов в результате айсбергообразования и ударов айсбергов о морское дно. Предложена методика для проведения в дальнейшем работ по исследованию глубинной структуры региона пассивными сейсмическими методами The article discussed the possibility of application in the area of the Ukrainian Antarctic station «Akademik Vernadsky» passive seismic techniques to study the deep structure of the region. As the probe signal in such methods using seismic noise in a particular region has certain characteristics. Depending on the frequency at which the signal is maximum available to analyze certain depth. Analysis of frequency over time shows that surveillance for different resolution preferably carried out throughout the year. Features macroseismic noise in the region is the presence of signals resulting in the formation of icebergs and shocks of icebergs in the seabed. The method for carrying out further work to study the deep structur e of the region passive seismic methods. uk Національний антарктичний науковий центр МОН України Український антарктичний журнал Геолого-геофізичні дослідження Особливості використання сейсмічного шуму для вивчення глибинної будови західної Антарктики Особенности использования сейсмического шума для изучения глубинного строения западной Антарктики Features using seismic noise study of the deep structure of the west Аntarctic Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Особливості використання сейсмічного шуму для вивчення глибинної будови західної Антарктики |
| spellingShingle |
Особливості використання сейсмічного шуму для вивчення глибинної будови західної Антарктики Лящук, О.І. Андрущенко, Ю.А. Карягін, Є.В. Геолого-геофізичні дослідження |
| title_short |
Особливості використання сейсмічного шуму для вивчення глибинної будови західної Антарктики |
| title_full |
Особливості використання сейсмічного шуму для вивчення глибинної будови західної Антарктики |
| title_fullStr |
Особливості використання сейсмічного шуму для вивчення глибинної будови західної Антарктики |
| title_full_unstemmed |
Особливості використання сейсмічного шуму для вивчення глибинної будови західної Антарктики |
| title_sort |
особливості використання сейсмічного шуму для вивчення глибинної будови західної антарктики |
| author |
Лящук, О.І. Андрущенко, Ю.А. Карягін, Є.В. |
| author_facet |
Лящук, О.І. Андрущенко, Ю.А. Карягін, Є.В. |
| topic |
Геолого-геофізичні дослідження |
| topic_facet |
Геолого-геофізичні дослідження |
| publishDate |
2015 |
| language |
Ukrainian |
| container_title |
Український антарктичний журнал |
| publisher |
Національний антарктичний науковий центр МОН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Особенности использования сейсмического шума для изучения глубинного строения западной Антарктики Features using seismic noise study of the deep structure of the west Аntarctic |
| description |
У статті обговорюється можливість застосування в районі розташування української антарктичної станції «Академік Вернадський» пасивних сейсмічних методів для дослідження глибинної будови регіону. Як зондуючий сигнал у таких методах використовують сейсмічний шум, що в умовах конкретного регіону має певні особливості. Залежно від частоти, на якій є максимум сигналу, для аналізу доступні ті чи інші глибини. Аналіз таких частот у часі показує, що спостереження для різної роздільної здатності бажано проводити протягом всього року. Особливостями мікросейсмічного шуму в регіоні є наявність сигналів в результаті айсбергоутворення та ударів айсбергів об морське дно. Запропонована методика для проведення у подальшому робіт із дослідження глибинної структури регіону пасивними сейсмічними методами.
В статье обсуждается возможность применения в районе расположения украинской антарктической станции «Академик Вернадский» пассивных сейсмических методов для исследования глубинного строения региона. В качестве зондирующего сигнала в таких методах используется сейсмический шум, который в условиях конкретного региона имеет определенные особенности. В зависимости от частоты, на которой есть максимум сигнала, для анализа доступны те или иные глубины. Анализ таких частот во времени показывает, что наблюдения для различной разрешительности желательно проводить в течение всего года. Особенностями микросейсмического шума в регионе является наличие сигналов в результате айсбергообразования и ударов айсбергов о морское дно. Предложена методика для проведения в дальнейшем работ по исследованию глубинной структуры региона пассивными сейсмическими методами
The article discussed the possibility of application in the area of the Ukrainian Antarctic station «Akademik Vernadsky» passive seismic techniques to study the deep structure of the region. As the probe signal in such methods using seismic noise in a particular region has certain characteristics. Depending on the frequency at which the signal is maximum available to analyze certain depth. Analysis of frequency over time shows that surveillance for different resolution preferably carried out throughout the year. Features macroseismic noise in the region is the presence of signals resulting in the formation of icebergs and shocks of icebergs in the seabed. The method for carrying out further work to study the deep structur e of the region passive seismic methods.
|
| issn |
1727-7485 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/129682 |
| citation_txt |
Особливості використання сейсмічного шуму для вивчення глибинної будови західної Антарктики / О.І. Лящук, Ю.А. Андрущенко, Є.В. Карягін // Український антарктичний журнал. — 2015. — № 14. — С. 58-65. — Бібліогр.: 9 назв. — укр. |
| work_keys_str_mv |
AT lâŝukoí osoblivostívikoristannâseismíčnogošumudlâvivčennâglibinnoíbudovizahídnoíantarktiki AT andruŝenkoûa osoblivostívikoristannâseismíčnogošumudlâvivčennâglibinnoíbudovizahídnoíantarktiki AT karâgínêv osoblivostívikoristannâseismíčnogošumudlâvivčennâglibinnoíbudovizahídnoíantarktiki AT lâŝukoí osobennostiispolʹzovaniâseismičeskogošumadlâizučeniâglubinnogostroeniâzapadnoiantarktiki AT andruŝenkoûa osobennostiispolʹzovaniâseismičeskogošumadlâizučeniâglubinnogostroeniâzapadnoiantarktiki AT karâgínêv osobennostiispolʹzovaniâseismičeskogošumadlâizučeniâglubinnogostroeniâzapadnoiantarktiki AT lâŝukoí featuresusingseismicnoisestudyofthedeepstructureofthewestantarctic AT andruŝenkoûa featuresusingseismicnoisestudyofthedeepstructureofthewestantarctic AT karâgínêv featuresusingseismicnoisestudyofthedeepstructureofthewestantarctic |
| first_indexed |
2025-11-24T16:07:13Z |
| last_indexed |
2025-11-24T16:07:13Z |
| _version_ |
1850850727835992064 |
| fulltext |
58
УКРАЇНСЬКИЙ АНТАРКТИЧНИЙ ЖУРНАЛ
УАЖ, №14, 58—65 (2015)
УДК 550.348.432; 550.834.8
ОСОБЛИВОСТІ ВИКОРИСТАННЯ СЕЙСМІЧНОГО ШУМУ
ДЛЯ ВИВЧЕННЯ ГЛИБИННОЇ БУДОВИ ЗАХІДНОЇ АНТАРКТИКИ
О. І. Лящук, Ю. А. Андрущенко, Є. В. Карягін
Головний центр спеціального контролю НЦУВКЗ ДКА України, смт. Городок,
alex_liashchuk@mail.ru
Реферат. У статті обговорюється можливість застосування в районі розташування української антарк
тичної станції «Академік Вернадський» пасивних сейсмічних методів для дослідження глибинної будови
регіону. Як зондуючий сигнал у таких методах використовують сейсмічний шум, що в умовах конкретного
регіону має певні особливості. Залежно від частоти, на якій є максимум сигналу, для аналізу доступні ті
чи інші глибини. Аналіз таких частот у часі показує, що спостереження для різної роздільної здатності
бажано проводити протягом всього року. Особливостями мікросейсмічного шуму в регіоні є наявність
сигналів в результаті айсбергоутворення та ударів айсбергів об морське дно. Запропонована методика для
проведення у подальшому робіт із дослідження глибинної структури регіону пасивними сейсмічними
методами.
Особенности использования сейсмического шума для изучения глубинного строения западной Антарктики.
А. И. Лящук, Ю. А. Андрущенко, Е. В. Карягин
Реферат. В статье обсуждается возможность применения в районе расположения украинской антаркти
ческой станции «Академик Вернадский» пассивных сейсмических методов для исследования глубинно
го строения региона. В качестве зондирующего сигнала в таких методах используется сейсмический
шум, который в условиях конкретного региона имеет определенные особенности. В зависимости от ча
стоты, на которой есть максимум сигнала, для анализа доступны те или иные глубины. Анализ таких
частот во времени показывает, что наблюдения для различной разрешительности желательно проводить
в течение всего года. Особенностями микросейсмического шума в регионе является наличие сигналов в
результате айсбергообразования и ударов айсбергов о морское дно. Предложена методика для проведе
ния в дальнейшем работ по исследованию глубинной структуры региона пассивными сейсмическими
методами
Features using seismic noise study of the deep structure of the west Аntarctic.
O. I. Lyaschuk, Yu. A. Andruschenko, E. V. Karyagin.
Abstract. The article discussed the possibility of application in the area of the Ukrainian Antarctic station
«Akademik Vernadsky» passive seismic techniques to study the deep structure of the region. As the probe signal
in such methods using seismic noise in a particular region has certain characteristics. Depending on the frequency
at which the signal is maximum available to analyze certain depth. Analysis of frequency over time shows that
surveillance for different resolution preferably carried out throughout the year. Features macroseismic noise in the
region is the presence of signals resulting in the formation of icebergs and shocks of icebergs in the seabed. The
method for carrying out further work to study the deep structure of the region passive seismic methods.
Кеуwords: Seismic noise, Icebergs, Deep structure, Passive seismic techniques
59
О. І. Лящук, Ю. А. Андрущенко, Є. В. Карягін
ОСОБЛИВОСТІ ВИКОРИСТАННЯ СЕЙСМІЧНОГО ШУМУ
ДЛЯ ВИВЧЕННЯ ГЛИБИННОЇ БУДОВИ ЗАХІДНОЇ АНТАРКТИКИ
1. Вступ
Згідно з Державною цільовою науковотехнічною програмою проведення досліджень в
Антарктиці на 2011−2020 роки одним з основних напрямів є комплексні геологогеофізичні дослі
дження структур земної кори і літосфери Західної Антарктики з метою визначення глибинної будо
ви, основних етапів еволюції і оцінки мінеральноресурсного потенціалу регіону. Значний обсяг
геологогеофізичних досліджень в районі української антарктичної станції «Академік Вернадський»
проведено з використанням геоелектричних методів [13]. Водночас розвиток сучасних технологій
сейсмічного зондування дозволяє провести детальне сейсмічне обстеження земної кори в районі
розташування станції без залучення значних фінансових і матеріальних ресурсів.
Традиційні сейсмічні методи є достатньо дорогими. Крім того, значні обмеження у викори
стання цих методів вносять несприятливі географічні умови району розташування станції. У зв’язку
з цим набуває актуальності залучення пасивних сейсмічних методів, що ґрунтуються на досліджен
ні аномалій природного мікросейсмічного поля. У пасивних методах не проводиться збудження зон
дуючого сигналу, а використовуються існуючі хвильові поля, які можуть бути як природного, так і
техногенного походження. Тому істотна перевага пасивних методів — їх екологічна чистота, менші
витрати ресурсів порівняно з активними методами, можливість безперервного контролю в режимі
реального часу і спостереження незбуреного стану середовища.
Усі методи можна використати на УАС, водночас необхідно вибрати метод, що якомога краще
відповідатиме завданням досліджень. Не менш важливим є і вибір зондуючого сейсмічного сигналу,
що може бути використаний в умовах станції. Чітке уявлення про амплітудночастотні характери
стики сейсмічного шуму, його природу і часові варіації в умовах Антарктики, необхідне для вирі
шення головного завдання досліджень — вивчення зв›язку його статистично значимих параметрів з
геологічною будовою.
2. Сейсмічний шум в районі УАС.
Привабливість використання мікросейсмічного поля Землі в якості зондуючого сигналу дик
тується, принаймні, двома суттєвими обставинами. Поперше, мікросейсмічний фон присутній в
кожній точці поверхні планети і представлений в широкій смузі частот, що дає змогу проводити
дослідження широкого діапазону глибин в будьякій точці твердої поверхні. Подруге, польові ви
міри вимагають істотно менших витрат ресурсів у порівнянні з традиційними методами сейсмороз
відки.
Спектр мікросейсмічних коливань умовно можна розділити по частоті на чотири області:
I — область довгоперіодних мікросейсм з частотою меншою ніж 0.1 Гц — область впливу
сильних телесейсмічних подій;
II — область, в якій частоти мікросейсм складають від 0.1 до 0.3 Гц, (часто називаються
«штормовими» мікросейсми);
III — мінімум амплітуди вертикальної компоненти мікросейсмічного шуму на частотах
0.7−1.4 Гц, (область спектру, найбільш стабільна при часових варіаціях на кордоні низько і високо
частотних мікросейсмічних коливань);
IV — високочастотна область спектра (1.510 Гц), в якій значний внесок у амплітуду коли
вань, поряд із природними джерелами шуму, вносять техногенні перешкоди.
Останнім часом все більша увага приділяється проблемі використання мікросейсмічні шуму
Землі в якості основного зондуючого сигналу для вивчення будови глибинних геологічних структур.
Велику кількість досліджень присвячено розробці методів оцінки властивостей верхньої ча
стини земної кори на основі аналізу властивостей мікросейсмічного шуму в частотному діапазоні
від сотих часток Гц до десятків Гц. При дослідженнях в більш низькочастотному діапазоні від час
ток мілігерц можливе отримання даних про будову глибших і великомасштабних структур. Виявлені
раніше факти стійкого впливу глибинних і поверхневих неоднорідностей середовища на просторо
вий розподіл деяких параметрів мікросейсмічні фону дозволяють використовувати його для вивчен
ня властивостей геологічного середовища.
На станції «Академік Вернадський» основний вклад в мікросейсмічний шум вносить ІІ тип
мікросейсм. Найбільший рівень сейсмічного фону спостерігається під час інтенсивної циклонічної
діяльності над акваторією, прилеглою до архіпелагу Аргентинські острови. За характером руху час
тинок середовища і за швидкістю поширення мікросейсмічні сигнали відносять до поверхневих
хвиль релєївського типу. При обробці вимірювальної інформації, отриманої з сейсмічної станції
AIA, визначена середня амплітуда сейсмічного фону, яка складає ~ 50 мкм. У частотному спектрі
60
О. І. Лящук, Ю. А. Андрущенко, Є. В. Карягін
ОСОБЛИВОСТІ ВИКОРИСТАННЯ СЕЙСМІЧНОГО ШУМУ
ДЛЯ ВИВЧЕННЯ ГЛИБИННОЇ БУДОВИ ЗАХІДНОЇ АНТАРКТИКИ
виявлені два основні періоди протягом року: у листопаді−травні з частотами 0,30 — 0,43 Гц (2,3 — 3,3
с); червні−жовтні з частотами 0,14 — 0,25 Гц (4 −7 с) [4].
Для локалізації джерел генерації мікросейсм проводилася спільна обробка добових синоптич
них карт і спектрограм сейсмічного фону. Встановлений максимальний вплив на рівень мікросейсм
циклонічної діяльності в районі моря Беллінсгаузена і протоки Дрейка. На рис. 1 представлена спек
трограмма, де зафіксовано момент збільшення інтенсивності мікросейсм, викликаних штормовою
активністю. Спостерігається збільшення амплітуди сейсмічного фону на частоті 0,17 Гц і виникнен
ня шуму на 0,3 Гц. Зміна частоти скоріш за все викликана переміщенням фронту циклону.
Рис.1. Спектрограма сейсмічного фону.
Іншим типом сейсмічного фону, що притаманний саме регіону УАС, є результат айсбергоутво
рення та ударів айсбергів об морське дно.
Для безперервного виявлення корисних сигналів, підрахунку їх кількості та оцінки часовоа
зимутальних характеристик було створене програмне забезпечення.
Програмна обробка включає в себе наступні етапи:
Послідовне завантаження та обробка трьох компонент (Z, E, N) сейсмічних хвильових форм
довжиною у 10 та 14 годин кожної доби.
Фільтрація хвильових форм у смугах 0,1 — 1 та 1 — 5 Гц смуговим фільтром Баттерворта.
Виявлення корисних сигналів та накопичення інформації про них.
Оцінка азимуту на кожний виявлений сигнал.
Створення масиву, який описує азимутальночасову площину розподілення сигналів. Розміри
масиву 24 на 36, де 24 — це кожна година поточної доби та 36 — це кількість десятиградусних сек
торів, які в сукупності складають окружність. Кожна комірка масиву містить кількість сигналів, що
прийшли з відповідного сектору окружності та у відповідну годину.
Виявлення проводиться автоматично за допомогою так званого алгоритму LTA/SТА. Суть
алгоритму у тому, що два стикованих один з одним масиви LТА та SТА, які містять поточні значення
відліків хвильових форм, послідовно переміщуються від початку до кінця числового ряду. У проце
сі переміщення проводиться перевірка відношення значень SТА до LТА. Якщо це відношення пере
вищує встановлене значення порогу спрацювання SNR, то вважається, що відбулося виявлення ко
рисного сигналу.
Умова спрацювання:
n
x
sta
n
iSTA ∑= 0 ,
n
x
lta
ltan
n iLTA ∑ +
= . (1)
LTA
STASNR ≥
(2)
61
О. І. Лящук, Ю. А. Андрущенко, Є. В. Карягін
ОСОБЛИВОСТІ ВИКОРИСТАННЯ СЕЙСМІЧНОГО ШУМУ
ДЛЯ ВИВЧЕННЯ ГЛИБИННОЇ БУДОВИ ЗАХІДНОЇ АНТАРКТИКИ
Для практичного використання довжина масиву SТА дорівнює 2 секунди, LТА — 10 секунд
відповідно. Довжина масиву SТА вибрана внаслідок того, що середня довжина сигналу такого типу
не перевищує 10 секунд. Поріг спрацювання для підвищення достовірності виявлення та зниження
вірогідності неправильного спрацювання обрана значенням 5. Для зменшення впливу вже виявлено
го сигналу на подальший процес виявлення проводиться закриття виявлювання на 10 секунд. Після
закінчення 10секундного «мовчання» процес виявлення наступних сигналів продовжується.
Для визначення параметрів траєкторії коливання часток ґрунту (породи) у просторі прово
диться поляризаційний аналіз результатів трикомпонентної реєстрації сейсмічного сигналу. Всі оці
нені азимути на виявлені сигнали групуються по часових та азимутальних ознаках. Для кожної го
дини доби існує 36 десятиградусних секторів. При попаданні азимутальних характеристик виявле
них сигналів в один із секторів протягом години проводиться накопичення кількості сигналів для
кожної позиції масиву. Таким чином, за добу створюється азимутальночасовий масив, в комірках
якого знаходиться кількість сигналів прийнятих з даного сектору у даний час (рис. 2).
Рис. 2. Вертикальна вісь — кількість сигналів, ліва горизонтальна вісь — час у годинах,
права горизонтальна вісь — номер азимутального сектору. Одна одиниця правої горизонтальної вісі
відповідає 10 азимутальним градусам.
Основний вклад у виявлення сигналів вносять, як зазначалося, процес айсбергоутворення,
самі айсберги та морський прибій. На континентальній частині існує багато великих льодовиків.
Процес руйнування передньої кромки льодовика та стикання великої маси льоду з морським дном
супроводжується невеликим коливанням поверхні. Також процес руйнування вже існуючих айсбер
гів поблизу мілководдя генерує схожі коливання.
Частини прилеглих островів, в боки яких дує вітер, можуть створювати місця, де на узбереж
жя накочуються великі хвилі. Ці хвилі можуть переносити (виносити на берег) ламаний лід та ай
сберги різного розміру. При контакті з поверхнею прибійні хвилі із льодом можуть створювати сейс
мічні сигнали, але менші за амплітудою, ніж великі айсберги. Цим можна пояснити ріст загального
сейсмічного фону одночасно із посиленням вітру.
Гігантські айсберги, які пересуваються морською течією, на своєму шляху стикаються з
мілиною та внаслідок великої маси створюють сейсмічні сигнали. Основні місця скупчення ай
сбергів, локація на які підтверджується сейсмічними методами, показані на рис.3. Сейсмічні сиг
нали є результатом проходження айсбергу над мілиною або торкання його підводної частини до
морського дна.
62
О. І. Лящук, Ю. А. Андрущенко, Є. В. Карягін
ОСОБЛИВОСТІ ВИКОРИСТАННЯ СЕЙСМІЧНОГО ШУМУ
ДЛЯ ВИВЧЕННЯ ГЛИБИННОЇ БУДОВИ ЗАХІДНОЇ АНТАРКТИКИ
Рис. 3. На частинах акваторій біля Аргентинських островів, відмічених як 1, 2 та 3,
котрі входять у деякі кутові сектори, спостерігалось скупчення айсбергів. Залежно від напрямку вітру
та течії айсберги переміщувались (дрейфували) та, вдаряючись у морське дно, генерували сейсмічні сигнали.
Протягом року помітна також тенденція зростання та зниження сейсмічного фону протя
гом доби. Так, в літній період у нічний час, коли відсутній прямий сонячний нагрів льодових
мас, амплітуда фону значно нижча, ніж у час, коли сонце стоїть у зеніті. Протягом доби спосте
рігається поступове зростання сейсмічного фону та кількості виявлених сигналів приблизно до
середини дня. У другій половині дня амплітуда фону та кількість сигналів знижується.
Мінімальний рівень фону спостерігається приблизно з 1:00 до 4:00. Вірогідно, що в цьому про
цесі головну роль грає прямий сонячний нагрів льодових мас, що, у свою чергу, прискорює
процес танення льоду та збільшення кількості руйнувань айсбергів у морі та народження нових
айсбергів в районах льодовиків. У зимовий період спостерігається протилежна картина. Вночі
амплітуда фону більша ніж вдень. У зимовий період, коли спостерігається досить коротка три
валість сонячного часу протягом доби, вплив прямого нагріву знижується,а на перший план
виходить інший чинник.
3. Пасивні сейсмічні методи
Отже, в районі УАС можна залучити до вивчення глибинної структури сейсмічні методи,
зондуючим сигналом у яких використовувалися б мікросейсми, генератори яких описані вище.
Методи досліджень, що використовують мікросейсмічний фон, поділяють на дисперсійні і ста
тистичні.
Сейсмічні методи дисперсійної групи, як правило, базуються на вимірах, метою яких є по
будова експериментальних кривих залежності фазової швидкості поверхневих хвиль від їх часто
ти (дисперсійної залежності). Для отримання дисперсійних кривих поверхневих хвиль потрібне
проведення вимірювань декількома синхронізованими приладами, наприклад, за допомогою мето
ду SASW (Spectral Analysis of Surface Waves — спектральний аналіз поверхневих хвиль) [5].
Два основні елементи методу — це генерація від джерела сейсмічної хвилі і вимір хвилі Релея
за допомогою приймачів на деякому віддаленні від джерела. Експериментальна установка методу
SASW, що може бути реалізована на станції, представлена на рис. 4. Приймачі реєструють поверх
неву хвилю, створену джерелом сейсмічного сигналу на відстані від приймача. Дані з приймачів
передаються на АЦП і передаються на комп›ютер для аналізу спектральних характеристик хвилі
Релея.
63
О. І. Лящук, Ю. А. Андрущенко, Є. В. Карягін
ОСОБЛИВОСТІ ВИКОРИСТАННЯ СЕЙСМІЧНОГО ШУМУ
ДЛЯ ВИВЧЕННЯ ГЛИБИННОЇ БУДОВИ ЗАХІДНОЇ АНТАРКТИКИ
Рис. 4. Експериментальна установка метода SASW із використанням айсберга як генератора сигналу.
Сам метод можна поділити на три етапи: отримання даних, обробка даних і складання дис
персійних кривих, відновлення середовища. На першому етапі швидкості зміщення часток запису
ються двома приймачами. Далі відбувається обробка даних. Два сигнали з часової області x1(t) і
x2(t) переводяться в частотну за допомогою швидкого перетворення Фур›є і отримуються спектри
X1(t) і X2(t). Якість сигналу оцінюється за допомогою функції когерентності, а саме порівнюються
спектральні величини з різних реєстрацій і оцінюється ступінь, з якою вхідні і вихідні сигнал мають
лінійну кореляцію.
Наступним кроком є складання дисперсійних кривих, оцінювання фазової швидкості хвиль
Релея як функції частоти. Використовуючи методи спектрального аналізу. можна отримати інформа
цію із запису X, зокрема, залежність фазової швидкості від частоти. Фазова швидкість оцінюється
по набігу фаз на кожній частоті для своєї часової області. Так, значення фази для даної частоти:
( ) ( ) ,
( )
ImX ff atan
ReX f
ϕ
=
(3)
де f — частота.
Тоді зсув по часу між двома приймачами , і значення фазової швидкості:
( ) ,R
DV f
τ
=
(4)
Довжина хвилі:
( ) ( )R
R
V f
f
f
λ =
(5)
Оцінка місця розташування приймачів по відношенню до джерела, тобто місця, де зсув час
ток викликаний тільки хвилею Релея, є відкритою проблемою для дослідників. Були проведені деякі
грубі оцінки [6,7], згідно з якими, якщо перший приймач віддалений від джерела на відстані менше
третини довжини хвилі Релея, то до таких даних слід ставитися з обережністю. Там може значно
64
О. І. Лящук, Ю. А. Андрущенко, Є. В. Карягін
ОСОБЛИВОСТІ ВИКОРИСТАННЯ СЕЙСМІЧНОГО ШУМУ
ДЛЯ ВИВЧЕННЯ ГЛИБИННОЇ БУДОВИ ЗАХІДНОЇ АНТАРКТИКИ
проявитися вплив інших хвиль, відмінних від хвиль Релея. Також вибір місця розташування прийма
чів залежить від дисперсійних властивостей середовища (які залежать від того, як змінюється жор
сткість середовища з глибиною).
Одним з статистичних методів, що як вимірюваний параметр використовує амплітуду поверх
невих сейсмічних хвил,ь є метод мікросейсмічного зондування. Аналіз пасивних сейсмічних мето
дів показав, що в умовах Антарктики, зважаючи на особливості району розташування української
антарктичної станції, даний метод є найбільш прийнятним. Метод заснований на використанні при
родного мікросейсмічного поля, вертикальна компонента якого переважно визначається суперпози
цією цугів поверхневих хвиль [8].
Результати великої кількості експериментів і чисельне моделювання показують, що в загаль
ному випадку неоднорідності земної кори спотворюють спектр низькочастотного мікросейсмічного
поля. На поверхні Землі над високошвидкісними неоднорідностями спектральні амплітуди певної
частоти f зменшуються, а над низькошвидкісними неоднорідностями зростають [8, 9]. Частота f
пов»язана з глибиною залягання неоднорідності H і швидкістю фундаментальної моди хвилі Релея
VR(f) співвідношенням
( )RV fH K
f
=
де К — числовий коефіцієнт близький до 0,5
Це відбувається тому, що зона максимальних зсувних напруг у фундаментальній моді релєєв
ської хвилі, а значить, і зона чутливості по відношенню до включень розташована на глибині близько
0,3λ, де λ — довжина хвилі Релея. Метод реалізується в обґрунтованому допущенні, що вертикальна
компонента мікросейсмічного поля визначається переважним внеском фундаментальних мод Релея.
Необхідно відзначити, що використання цього методу дозволяє отримувати більш детальну
інформацію про будову геологічного середовища. Однак даний підхід в порівнянні з відомими сейс
мічними методами не визначає абсолютні швидкості сейсмічних хвиль, а дозволяє отримати розрізи
тільки по контрастам сейсмічних швидкостей. Метод не вимагає високих фінансових витрат у зв›яз
ку з використанням поля мікросейсм, постійно присутнього на земній поверхні. Технологія вимірю
вань і обробки включає наступні процедури [8, 9]:
— послідовні виміри мікросейсм одночасно пересувною і опорною станціями, причому для
статистичної стійкості виконується накопичення сигналу протягом експериментально визначеного
періоду його стаціонарності;
— розрахунок розподілу інтенсивності мікросейсм щодо опорної станції за профілем;
— прив’язка отриманої карти до відповідної глибини, що розраховується за формулою (4).
Реєстрація сигналу на опорній точці в межах досліджуваного полігона дає змогу виключити
вплив мікросейсм, не пов»язаних з геологічними властивостями середовища, на спектральні харак
теристики сигналу.
Для реалізації методу мікросейсмічного зондування потрібно мінімум два широкосмугових
сейсмометра. Один встановлюється на деякому віддаленні від місця проведення робіт і служить
«базовою» станцією, що працює постійно і використовується для усунення часових варіацій. Другий
«пересувний» сейсмометр використовується для отримання даних на досліджуваних пунктах (після
1.5−2 годин запису даних на одному пункті цей сейсмометр встановлюється на наступний).
Одночасне використання великої кількості «пересувних» сейсмометрів дозволяє прискорити прове
дення польових робіт. Після отримання синхронних записів з «базової» станції і «пересувних»
сейсмометрів відбувається порівняння усереднених спектрів цих сигналів і визначається відносна
амплітуда мікросейсмічного шуму для кожного досліджуваного пункту і кожної частоти поверхне
вої хвилі. Використовуючи формулу (6), здійснюється перехід в простір глибин.
4. Висновки
Досліджено сейсмічний шум в регіоні та чинники, що на нього впливають. Запропонована
методика для проведення у подальшому робіт із дослідження глибинної структури регіону пасивни
ми сейсмічними методами. На УАС можна застосувати два види сейсмічного зондування, як основу
генератора такого зондуючого сигналу можна використовувати мікросейсмічний шум від циклоніч
ної діяльності в районі протоки Дрейка і локальні сейсмічні сигнали від періодичних ударів місце
65
О. І. Лящук, Ю. А. Андрущенко, Є. В. Карягін
ОСОБЛИВОСТІ ВИКОРИСТАННЯ СЕЙСМІЧНОГО ШУМУ
ДЛЯ ВИВЧЕННЯ ГЛИБИННОЇ БУДОВИ ЗАХІДНОЇ АНТАРКТИКИ
вих айсбергів об морське дно. Залежно від сейсмічних сигналів, що застосовуються, будуть різними
роздільна здатність та максимальна глибина зондування. Різні вимоги будуть ставитися до техніч
них засобів. Для локальних генераторів достатнє використання геофонів або подібних датчиків, тоді
як для штормових мікросейсм бажано використовувати широкосмугові сейсмічні станції. В Україні
існує виробництво обох типів сейсмічного обладнання, якість якого не поступається іноземним ана
логам. Попередня апробація методів може бути здійснена в Україні.
Список літератури
1. Соловьёв В. Д. О новых перспективах нефтегазоносности структур дна Западной
Антарктики / В. Г. Бахмутов, И. Н. Корчагин, С. П. Левашов, Н. А. Якимчук, Д. Н. Божежа //
Український антарктичний журнал – 2010. – № 9. – C. 49 – 61
2. Korchagin I. N. New crustal models of Drake Passage and the hydrocarbon reservoir searching
in the Antarctic Peninsula continental margin structures (by the 17th Ukrainian Antarctic Expedition results)
/ I. N. Korchagin, V. D. Solovyov , V. G. Bakhmutov, S. P. Levashov, N. A. Yakymchuk, D. N. Bozhezha //
Український антарктичний журнал– 2013. – № 12. – С. 21 – 29.
3. Левашов С. П. О газогидратном потенциале структур дна континентальных окраин
Антарктики (по данным геофизических исследований) / С.П. Левашов, Н.А.Якимчук , И.Н. Корчагин,
Ю. М. Пищаный, В. Г. Бахмутов, В. Д. Соловьёв, Д. Н. Божежа // Український антарктичний журнал
– 2014. – № 13. – С.48 – 60.
4. Лящук А. И. Оценка чувствительности сейсмической станции AIA по результатам реги
страции сигналов от сейсмических источников / А. И. Лящук, В. Н. Шапка, Ю. А. Гордиенко, Е. В.
Карягин // Український антарктичний журнал – 2006. – № 4 – 5. – С.203 – 206.
5. Foti, S. Nonuniqueness in surfacewave inversion and consequences on seismic site response
analyses/ Foti, S., Comina, C., Boiero, D., Socco, L. V. // Soil Dynamics and Earthquake Engineering,
2009. – аv. 29. – Р. 982 – 993.
6. Жэн Б.-С. Волны Рэлея и обнаружение низкоскоростных слоев в слоистом пространстве
/Б.С.Жэн, Л.Ю.Лу // Акустический журнал – 2013. – Т. 49. № 5. – С. 613 – 625.
7. Heisey J. S. Moduli of pavement systems from spectral analysis of surface waves/ J.S.Heisey, K.
H. II Stokoe, A. H. Meyer // Transp. Res. Rec. – 1982. – Р.22 – 31
8. Горбатиков А. В. Моделирование волн Рэлея вблизи рассеивающих скоростных неодно
родностей. Исследование возможностей метода микросейсмического зондирования / А.В.
Горбатиков, А. А. Цуканов // Физика Земли. – 2011. – № 4. – С. 96 – 112.
9. Горбатиков А. В. Закономерности формирования микросейсмического поля под влиянием
локальных геологических неоднородностей и зондирование с помощью микросейсм / Горбатиков
А. В., Степанова М. Ю., Кораблев Г. Е. // Физика Земли. – 2008. – № 7. – С. 66 – 84.
|