Методы и объекты сейсмических исследований. Введение в общую сейсмологию - Пузырев Н.Н.
Скачать (прямая ссылка):
Важно отметить, что расхождение объемных прямых волн в пластине подчиняется закону 1 //Ж, тогда как в массиве — 1/R.
Листовые двумерные модели могут быть изготовлены практически для любых распределений параметров в плоскости (х, z) с учетом указанных выше ограничений. Наиболее просто это реализуется для однородных слоев и блоков, в том числе с криволинейными границами. Были также найдены способы создания модели градиентных сред. Наибольшее распространение получили два способа создания градиентных моделей. Первый из них состоит в том, что в листе по заданной сетке просверливаются отверстия малых размеров (дырчатые модели). Путем изменения плотности распределения отверстий можно варьировать величины скоростей в пределах до 40 % [Ивакин, 1969]. Среда в дырчатой модели автоматически становится поглощающей за счет рассеяния волн на отверстиях. Во втором способе градиентность среды достигается путем склеивания двух пластин переменной толщины, изготовленных из различных материалов (биморфные модели). Кроме того, используется прием, при котором к тонкому листу (обычно плексиглас) приклеивается металлическая фольга различной толщины.
Наибольшая стабильность возбуждения и приема при работах с двумерными моделями обеспечивается при расположении датчиков на торцах пластины. Если датчики располагаются на поверхности пластины, то требования к соединению излучателя и приемника со средой остаются такими же, как для трехмерной твердой модели. Но даже при тщательном выполнении экспериментов редко удается провести измерения амплитуд и энергий сигналов с ошибкой меньше 5 %•
205
Часть III. Методы структурной сейсмологии
ПВI ПВ 2
Рис. 11.13. Результаты двумерного моделирования волнового поля ВСП при наличии вертикальной ступени:
а — эскиз модели; б — фрагмент сейсмограммы для ПВ 1 (дг - +200 м); в — то же для ПВ 2 (х - -200 м).
Пример двумерного моделирования применительно к задачам вертикального сейсмического профилирования на продольных волнах приведен на рис. 11.13 [Орлов и др., 1988]. Модель состоит из двух сред, разделенных границей ступенчатой формы. Для удобства восприятия расстояния и времена распространения волн увеличены в 2000 раз. Вертикальный профиль („скважина") располагается на расстоянии 100 м от вертикальной части границы. Наблюдения проведены при двух положениях источника, соответственно на расстояниях ±200 м от устья „скважины" по схеме Z—г. Для ПВ 1 сейсмограмма имеет обычный вид с изломом оси синфазности, совпадающим с границей раздела на опущенном крыле. Для источника, расположенного над приподнятым крылом (ПВ 2), в нижней среде наблюдается не одна, а две волны. На глубинах >900 м в первых вступлениях выходит волна, распространяющаяся в пределах приподнятого крыла ступени. В этой же части сейсмограммы во вторых вступлениях фиксируется волна, аналогичная той, которая отмечена на рис. 11.13,6. Построение лучей проходящих волн показало, что на некоторых интервалах обе из указанных волн не могут рассматриваться как лучевые и обусловлены явлениями дифракции в области вертикальной ступени. Таким образом, наличие вертикальной ступени при определенном положении источника может привести к разрыву годографа первых вступлений.
Моделирование процесса обработки сейсмических данных для многократных систем наблюдений реально может быть осуществлено в настоящее время только на физических моделях ІАверко, Максимов, 1984]. Это дает возможность опробовать без больших затрат на эксперимент различные графы обработки и корректно оценить преимущества и недостатки тех или иных подходов.
О моделировании задач очаговой сейсмологии. Лабораторное моделирование в очаговой сейсмологии нацелено прежде всего на обоснование физических процессов, связанных с подготовкой землетрясений и соответственно с прогнозом крупных сейсмических событий [Шамина, 1981; Виноградов, 1989]. Основная трудность решения такой задачи состоит в том, что о механизме движения грунтовых масс на глубине и соответственно о структуре полей напряжений имеются только гипотетические представления. В связи с этим нельзя в достаточно корректной форме говорить о выполнении условий подобия между моделью и натурой. Тем не менее сопоставление данных лабораторного эксперимента с установленными закономерностями возникновения реальных событий по тем или иным1 параметрам позволяет лучше понять механику сейсмических процессов. 206
Глава 11. Акустические исследования
Известно, что реальные землетрясения сопровождаются появлением трещин и разломов и очаг представляется в виде подвижек грунтовых масс вдоль некоторой субвертикальной поверхности (поверхность скалывания) (см. гл. 5, 6). В связи с этим при лабораторном эксперименте важно изучить процесс образования трещин и их эмиссионную способность при создании в теле заданного поля напряжений, которое может изменяться во времени. Опыты проводятся как на образцах горных пород, так и на искусственных материалах. Преимущественное значение имеют трехмерные твердые модели, но некоторые эксперименты проводятся также на двумерных листовых моделях. Диапазон используемых частот остается приблизительно таким же, как и при моделировании задач структурной сейсмологии. При изучении акустической эмиссии применяется такая же приемная и регистрирующая аппаратура, какая используется при изучении спонтанных источников в шахтах (см. гл. 6). Испытуемый образец подвергается одностороннему либо всестороннему сжатию в специальных прессах, аналогичных тем, о которых говорилось в начале данного параграфа. Существенное значение имеет режим распределения давления на образец во времени. В некоторых опытах давление поддерживается неизменным на протяжении достаточно длительного времени, измеряемого десятками часов. В других опытах величина давления в процессе эксперимента возрастает. Появление пассивных микротрещин фиксируется по результатам непосредственного наблюдения и по изменению скоростей vp и vs на заданных интервалах, поскольку при появлении трещин скорость vp всегда уменьшается. Кроме того, при появлении трещиноватости среда становится анизотропной, что может проявиться, в частности, в расщеплении импульсов искусственно возбуждаемых поперечных волн.
