Приведений огляд стану проблеми дослідження хвильових полів та вирішення оберненої динамічної задачі сейсміки для літосфери Землі та обгрунтовані цілі дослідження. Розроблений підхід до вирішення оберненої динамічної задачі сейсмології на основі розвинутого (для випадку стохастичного обертання) методу розв'язку оберненої динамічної задачі сейсмології для об'ємних Р-хвиль. Зроблений докладний розгляд теорії підходу до опису статистики помилок, наведено розрахункові приклади збіжності отриманого на цій основі алгоритму. Запропонований підхід для вирішення задачі уточнення будови земної кори під трьома станціями Карпатського регіону. Приведені відомості про будову земної кори використовуються для побудови початкових моделей сейсмічних розрізів. Отримано покращені розподіли швидкостей та добротностей поздовжніх і поперечних хвиль, а також густини. Розраховані роздільна здатність і похибки числового експерименту.

Розроблений матрично-скінченоелементний метод математичного моделювання хвильових полів та напружено-деформованого стану в земній корі для розв'язання сучасних задач сейсмології і сейсморозвідки. Метод дозволяє аналізувати хвильові поля з метою вивчення відбиттів заданих кратностей і типів хвиль. Приведені результати досліджень напружено-деформованого стану, поширення сейсмічних хвиль через перетин земної кори в напрямку міжнародного геотраверсу, нафтового родовища, під атомною станцією. Підкреслюється, що запропонований підхід застосовується для розв'язання актуальних задач інженерної сейсмології при вивченні коливань та напружень інженерно-геологічних об'єктів (електростанцій, мостів, дамб), дослідженні їх стійкості і сейсмічного ризику.

Наведено методичні розробки прогнозування впливу підземних робіт на поверхневі споруди для комплексної оцінки дії статичних (просадка) та динамічних (гірничі удари) навантажень.

Індекс рубрикатора НБУВ: Д217.31

Рубрики:

Поверхневі сейсмічні хвилі

Шифр НБУВ: Ж14253 Пошук видання у каталогах НБУВ 

Зазначено, що пружно-деформований стан гірського масиву визначається фізико-механічними, у першу чергу, пружними властивостями порід, глибиною залягання від поверхні та особливостями літолого-тектонічної будови. Залежно від характеру структурного порушення масиву тектонічними процесами в ньому можуть утворюватися вогнища підвищених концентрацій напруг і за наявності поблизу оголень можливе руйнування породи зі звільненням енергії в формі руху гірської породи в напрямку вільного простору, а також у вигляді сейсмічних коливань, що досягають поверхні землі. Це явище, назване гірським або тектонічним ударом, зумовлює руйнування підземних виробок і негативно впливає на поверхневі об'єкти. Викладено критерії енергетичної оцінки гірського (тектонічного) удару та методи розрахунку параметрів сейсмічних хвиль.

Наведено результати експериментальних досліджень інтенсивності коливань грунту в поверхневій хвилі під час одночасного вибуху розосереджених зарядів за різних грунтових умов і розроблено методику її визначення. Одержано залежність ефективної маси одиничного заряду від умов вибуху розосередженого заряду. Показано практичну доцільність розрахунку масової швидкості грунту з використанням ефетивної маси одиничного заряду, а не загальної маси розосередженого заряду.

При подземной разработке месторождений на больших глубинах в результате изменений в напряженном состоянии пород, происходящих в результате выемки горной массы из подготовительных и очистных выработок и появления при этом мест концентрации упругой энергии, возникают очаги внезапного разрушения породы с излучением в окружающий массив сейсмических колебаний (горные удары). В зависимости от выделяемой энергии сейсмические волны могут представлять для подземных выработок и поверхностных сооружений опасность повреждения или разрушения. Для оценки энергетических параметров горного удара принята гипотеза прочности по потенциальной энергии формоизменения, рассмотрены наиболее распространенные конструкции очагов горных ударов (сферические, цилиндрические) и приведены методы расчета параметров сейсмических колебаний.

Проаналізовано нелінійне проходження акустичних збурень через літосферу в іоносферу, що відбувається під час землетрусів і потужних підземних вибухів. Широкий спектр акустичних хвиль, що був викликаний розтріскуванням гірських порід і простирався аж до діапазону радіохвиль, спостережено на супутниках та у радіотелескопних дослідженнях бомбардування Місяця метеорами. Нелінійне проходження хвиль від підземних джерел забезпечене еластичною нелінійністю літосфери та гідродинамічною нелінійністю атмосфери. Якщо розтріскування відбувається на великих глибинах, нелінійна взаємодія високочастотних коливань збуджує над- і вкрай-низькочастотні хвилі пружності, які досягають поверхні Землі та здійснюють відгук на сейсмограмах. Переважно вертикальне поширення акустичних хвиль в атмосфері викликає послідовні зміни в їх спектрі, збуджуючи понад 100 гармонік. Генерація ВНЧ та УНЧ хвиль в атмосфері відбувається внаслідок нелінійної трансформації та дифракції акустичних хвиль, що поширюються та збуджуються в ній.

Розглянуто особливості кутових характеристик складових сейсмічного сигналу від джерел у ближній зоні. Запропоновано підходи щодо ідентифікації в автоматичному режимі сейсмічного сигналу з ближньої зони за результатами аналізу кутових характеристик.

Розглянуто питання побудови 2D синтетичних сейсмограм. Запропоновано покращений алгоритм променевого трасування на підставі рівняння ейконалу, що поєднує переваги класичного променевого й скінченнорізницевого методів моделювання процесу поширення хвиль у пружному неоднорідному середовищі. Алгоритм реалізовано як блок променевого трасування в програмі моделювання синтетичних сейсмограм Tesseral Pro.

  Скачати повний текст

Розроблено теорію матрично-скінченноелементного методу для моделювання процесу поширення сейсмічних хвиль в неоднорідних середовищах. Досліджено стійкість алгоритму, дані контрольних розрахунків, отриманих у процесі розв'язку статичних і динамічних задач теорії поширення сейсмічних хвиль. Здійснено моделювання ситуацій з використанням даних вивчення напружено-деформованого стану сейсмо-небезпечного району Карпат, хвильових полів у геотраверсах Карпатського регіону, нафтогазового родовища на Прикарпатті та Чорнобильської АЕС. Розроблено теорію та алгоритм розв'язку оберненої динамічної задачі сейсміки на базі методу стохастичного обертання та матричного методу розв'язку прямої динамічної задачі сейсміки. Представлено приклади уточнення моделей сейсмічних розрізів під сейсмостанціями на основі натурних сейсмограм, зареєстрованих станціями "Ужгород", "Косів", "Міжгір'я" Карпатського регіону.

Розроблено підходи щодо визначення поля переміщень на вільній поверхні шаруватого півпростору для близької та далекої зон, коли джерело сейсмічних хвиль є довільно орієнтованою силою та тензором сейсмічного моменту. Запропоновано аналітично-числові підходи щодо визначення компонент тензора сейсмічного моменту, а також використання сингулярного розкладу у випадку погано обумовлених матриць. Показано, що із визначенням сейсмічного тензора, як функції часу, є можливості для оцінки часу, протягом якого відбувається сейсмічна подія.

Розроблено метод, алгоритми та програми для розрахунку синтетичних сейсмограм на вільній поверхні вертикально-неоднорідного півпростору. Одержано співвідношення, які описують випромінювання прямих сейсмічних P-, SV- і SH-хвиль змінною у часі довільно спрямованою силою, прикладеною у будь-якому шарі горизонтально-шаруватого середовища - первинне хвильове поле. Це дозволяє використати матричний метод для математичного моделювання поширення хвиль у вертикально-неоднорідному ізотропному неідеально пружному півпросторі, збуджених зосередженою силою або ефективно-точковою дислокацією. На основі розробленої методики розв'язання прямої задачі побудовано алгоритми та програми для розрахунків трикомпонентних теоретичних сейсмограм у вертикально-неоднорідних середовищах з поглинанням, в яких діють джерела у вигляді сили або довільного точкового диполя, зображеного тензором сейсмічного моменту. Наведено результати випробування алгоритмів і програм на основі співставлення одержаних сейсмограм з сейсмограмами, одержаними іншими методами, а також з реальними записами землетрусу. Використовуючи розроблену методику, запропоновано алгоритм оцінки тензора сейсмічного моменту для вогнищ місцевих землетрусів.

Поставлена задача установить степень влияния реальных условий протекания упругих деформаций в сейсмических волнах (в условиях изменяющихся уровней напряжений при всестороннем сжатии в анизотропных средах и динамическом режиме приложения нагрузок) на скорости объемных сейсмических волн.

Розглянуто шарувате геологічне середовище, один із шарів якого перебуває під дією напружень ізотропного однорідного стискання. Середовище моделювали горизонтально-підшаруватою пружною структурою, яку утворюють декілька шарів скінченної товщини, що покривають пружний півпростір. Імпульсне точкове сейсмічне джерело, яке локалізоване в одному із верхніх шарів, збуджує в середовищі пружні хвилі. Вплив напружень на акустичні властивості стисненого шару враховували залежністю густини мас і фазових швидкостей поздовжніх й поперечних плоских хвиль від величини стиску. Сформульовано задачу поширення хвиль у шаруватому середовищі, яку розв'язували за допомогою матричного методу. Числові розв'язки задачі, одержані для різних значень напружень стиску, застосували для дослідження інтерференції хвиль у точці спостереження, розташованій на вільній поверхні на відстані від епіцентру джерела. Проведений кількісний аналіз дозволив зробити висновок, що часові залежності компонент вектора переміщень, визначені у точці спостереження, містять інформацію про величину напружень стиснення шару. Показано, що ці напруження можна визначити за часом досягнення точки спостереження інтерференційними піками, утвореними хвилями, відбитими від верхньої та нижньої меж напруженого шару.

Представлен обзор широкого набора существующих на сегодняшний день механизмов и теорий поглощения сейсмических колебаний применительно к разным геологическим условиям. Показано их развитие как в направлении разнообразия, так и усложнения предлагаемых моделей. Представлен краткий обзор теорий Гассмана и Био. Сделаны выводы о том, что наиболее востребованными среди геофизиков-исследователей являются механизмы газового кармана Уайта и струйного (локального) перетока флюида. Наиболее глубоко проработанными являются теории механизмов поглощения для периодического и непериодического распределения зон поглощения, включая тонкослоистые среды в двух- и трехмерных вариантах.

Наведено огляд широкого набору існуючих на сьогодні механізмів і теорій поглинання сейсмічних коливань стосовно до різних геологічних умов. Показано їх розвиток як у напрямку розмаїтості, так і ускладнення пропонованих моделей. Подано стислий огляд теорій Гассмана й Біо. Зроблено висновки про те, що найбільшим попитом серед геофізиків-дослідників користуються механізми поглинання газової кишені Уайта й струменевого (локального) перетікання флюїду. Найглибше опрацьованими є теорії механізмів поглинання для періодичного й неперіодичного розподілу зон поглинання, включаючи тонкошаруваті середовища у дво- і тривимірних варіантах.

A review of nowday a wide set of mechanisms and theories of absorption of seismic vibrations with reference to various geological conditions is submitted. Their development towards as variety and as complication of offered models is shown. A brief review of the theories of Gassmann and Biot is given. Final conclusion is made that White's gas pocket and jet (local) fluid flow are the most called-up mechanisms of absorption among geophysicist-investigators. Most deeply worked are theories of mechanismsof absorption for periodic and noncyclic distribution of zones of absorption, including thin-layer environment in two and three-dimensional variants.

Исследована эффективность методов снижения воздействия транспортных источников сейсмичности на здания и сооружения, основанные на регулировании процессов генерирования сейсмотехноволн и их распространения в геологической среде. Доказана целесообразность их применения в условиях населенных пунктов.

Algorithms are suggested to evaluate the necessary parameters for the method described in the previous paper. The method allows the amplitude spectrum of the optimum pilot sweep for seismic vibrators to be computed. The seismic vibrators require not a spectrum, but the related pilot sweep as a frequency function depending on time. Therefore, an algorithm was developed and is demonstrated with model data for calculation the sweep from a predefined amplitude spectrum. Besides, a brief review was carried out of the main non-linear functions used in vibrator controllers to generate pilot sweeps. Also, a method for approximation of the optimum sweep by two functions is described and demonstrated with model data.

The propagation of seismic waves is considered in a homogeneous medium with a source represented by a single force and by a double pair of forces (which is equivalent to dislocation with displacement at the inner surface). The expressions for potentials of P, SV and SH wave have been obtained as well as the field of displacements in the form of integral transformations.