Дипломная (вкр): Физическая модель слоистой среды на основе амплитудно-частотных характеристик сейсмических волн

Таким образом в случае отдельного распространения продольных и поперечных колебаний имеем дисперсионные зависимости для скоростей и декрементов затухания в виде формулы (1.49). А в случае двумерной неидеально-упругой среды комплексные волновые числа представляются соотношениями (1.51).

2.      ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ ВЫСОКОТОЧНЫЕ НАБЛЮДЕНИЯ ОДНОЙ СТАНЦИИ: МЕТОДИКА и ТЕХНОЛОГИЯ

2.1    Аппаратура и ее описание

Сейсмическая станция «Reftek 130-01» производства «Refraction Technology» (США) представляет собой современный прибор последнего поколения сейсмической аппаратуры, отвечающий всем необходимым требованиям. Станция имеет 6 каналов сбора данных, сгруппированных по три, систему синхронизации внутренних часов, через систему GPS, последовательный и Ethernet-порт для обмена данными, поддерживающие стек протоколов TCP/IP, и отдельный последовательный порт для настройки станции. Встроенное программное обеспечение станции позволяет работать в самых различных режимах сбора данных. Программное обеспечение регистратора позволяет использовать целый ряд протоколов TCP/IP, UDP/IP, FTP, RTP, PPP для настройки оборудования и передачи собранных данных по сети. Но следует заметить, что в станции используется «урезанная» версия FTP протокола, которая не поддерживает некоторые команды. Для станции создан собственный протокол RTP, который позволяет реализовать передачу данных и удаленное управление станцией. Как любой высокочувствительный прибор, станция требует особых мер при работе с ней. Станция должна быть установлена в сухом помещении с минимальными перепадами температуры. Кабельные линии, соединяющие регистратор с датчиком и другим оборудованием, должны быть проложены так, чтобы исключить их механическое или термическое повреждение. GPS антенна должна быть установлена на открытом месте, с хорошим приемом спутников, а также должны быть приняты меры для предотвращения попадания в нее молнии. Основные характеристики аппаратуры показаны в таблице 2.1.

Таблица 2.1 - Регистратор сейсмических сигналов «REFTEK-130-01»

2.2    Организация работ и размещение станции

Для сбора необходимых данных летом 2014 года была проведена научная экспедиция, в рамках которой были проведены следующие действия:

·        установка сейсмического датчика была осуществлена на стабильном фундаменте, состоящего из монолитной скалы, на которой была выбита ровная площадка для установки прибора. Помимо этого место было выбрано таким образом чтобы минимизировать влияние природных помех: ветер, перепады температур. Фотография станции на месте установки представлена на рисунке 2.1.

·        обеспечение стабильного и постоянного электропитания станции при помощи автомобильного аккумулятора;

·        обеспечение постоянного приема сигнала GPS, за счет размещение приемника на возвышение, на открытой местности;

·        была выставлена частота дискретизации регистрируемых данных - 100Гц, позволяющая получать данные высокого качества, расходуя минимум энергии;

·        станция стабильно работала на протяжении 10 дней, до разряда аккумулятора. В течении всего периода работы аппаратуры велся полевой журнал, в котором отмечались изменения погоды, которые могли бы повлиять на работу станции;

2.3    Обработка данных, полученных во время экспедиции на оз. Удыль

Для обработки данных полевой экспедиции были проведены следующие действия:

·  Все файлы со станции были перемещены на компьютер и конвертированы для работы в программе DIMAS 2011

·        При помощи программы DIMAS 2011 были отфильтрованы все записи в диапазоне от 2 до 12 Гц, в результате чего было обнаружено 22 землетрясения, которые произошли в период с 23 июля по 1 августа.

·        При помощи математической системы matlab была написана программа, (Приложение В) позволяющая строить спектрограммы по имеющимся данным, отдельно по каждому каналу на каждый час, что позволило проверить найденный землетрясения при помощи этого метода.

·        Так же при помощи математической системы matlab была написана программа, (Приложение Г) позволяющая определять азимуты землетрясений методом одной станции.

·        Вычисленные азимуты были подтверждены данными, которые были получены с других сейсмостанций, работающих в этом регионе: Тымовская, Оха, Ванино, Горный, Чегдомын.

·        После подтверждения все результатов землетрясения были привязаны к координатам и были на нанесены на карту, содержащею тектонические разломы при помощи среды ArcGIS

·        Была создана таблица, в которой была систематизирована вся информация по землетрясениям для их сопоставления друг с другом, которая представлена (Приложение А).

2.4 Техника безопасности при работе с компьютером

При работе с компьютером нужно соблюдать следующие правила /25/:

. Системный блок устанавливается в месте, где он не будет подвергаться толчкам и вибрациям, а также интенсивному запылению.

. Монитор устанавливается на уровне глаз так, чтобы на экран не попадали прямые солнечные лучи и, если вы пользуетесь ЭЛТ-монитором, позади монитора не работали люди.

Уровень определяется так: сидя за компьютером и глядя горизонтально, вы должны видеть верхний край экрана. Расстояние от ваших глаз до экрана должно быть в пределах 50-70 см.

Что касается запрета работать позади ЭЛТ-монитора, то следует обратить внимание на то, что ЭЛТ-монитор основан на электронно-лучевой трубке, которая при своей работе создает электромагнитное поле (к жидкокристаллическим мониторам это не относится). Со стороны экрана существует хорошая защита, а с обратной стороны такая защита слабее. Нахождение человека в электромагнитном поле монитора может вредить его здоровью.

. Клавиатура устанавливается в месте, удобном для работы, так, чтобы она не загрязнялась. Мелкие частицы могут заклинивать клавиши, мешая им работать, жидкость, попав внутрь корпуса клавиатуры, вызывает выход из строя микросхем. Ремонт клавиатуры стоит дороже, чем приобретение новой. Существуют защищенные клавиатуры, но они довольно дорогие.

. Принтер должен иметь устойчивое основание и достаточный простор для печати документов. Нельзя устанавливать принтер на горизонтальный системный блок.

. Все работы, связанные с переключением кабелей, соединяющих устройства компьютера, следует выполнять при выключенном компьютере!

. Перед включением компьютера необходимо убедиться, что все токоведущие части надежно изолированы, а розетки заземлены.

. Не рекомендуется работать на компьютере более 4-х часов подряд. После каждого часа работы рекомендуется устраивать физкультурные паузы, снимающие нагрузку с глаз.

Общая продолжительность пребывания за монитором не должна превышать 6 часов.

2.5 Техника безопасности при работе с сейсмостанцией и условия безотказной работы прибора

При работе со станцией нужно соблюдать следующие правила:

.        Переноска станции осуществляется только в специальных защитных контейнерах

.        Станцию необходимо устанавливать на устойчивой поверхности во избежание каких либо подвижек прибора.

.        Место установки станции должно быть защищено от внешних факторов: прямые солнечные лучи, порывы ветра, так же необходимо исключить вероятность затопления станции.

.        Необходимо обеспечить скрытность станции от посторонних лиц и диких животных.

.        Перед подключением станции к источнику питания необходимо удостовериться в целостности изоляции

.        Все работы по переключению кабелей необходимо делать при отключенной станции.

2.6 Характеристики и свойства землетрясений

Землетрясения, в зависимости от их магнитуды происходят с разной периодичностью - чем землетрясение сильней, тем оно реже. В Таблице 2.2 систематизированы землетрясения по их частоте проявления.

Таблица 2.2 - Как часто происходят землетрясения

Для удобной классификации землетрясений они были поделены по балам, в зависимости от их мощности и величины повреждений, которые они вызывают на поверхности земли /26/. В таблице 2.3 приведена классификация землетрясений по баллам.

Таблица 2.3 - Краткая расшифровка шкалы MSK-64.Более подробная характеристика включает в себя три отдельных критерия: ощущения людей, воздействие на сооружения, воздействие на рельеф

Магнитуда землетрясения характеризует общую энергию сейсмических колебаний земной поверхности. Магнитуда определяется как «логарифм отношения максимальных амплитуд волн данного землетрясения к амплитудам таких же волн некоторого стандартного землетрясения» (магнитуда «стандартного землетрясения» принимается за 0). Впервые шкала магнитуд была предложена в 1935 году Ч. Рихтером, поэтому до сих пор очень часто говорят о «магнитуде по шкале Рихтера», что неточно. Шкала Рихтера приближенно соответствует современным формулам для расчёта магнитуды, но в настоящее время не используется.

Изменение магнитуды на единицу означает рост амплитуды колебаний в 10 раз и рост количества выделившейся энергии в 32 раза.

В отличие от интенсивности, магнитуда не имеет единицы измерения - она обозначается целым числом или десятичной дробью, так что сказать «магнитуда 6,9 баллов» - неправильно. Интенсивность определяется по субъективным показателям: ощущениям людей, повреждениям сооружений, изменениям рельефа, в то время как определение магнитуды основано на строгих физико-математических расчётах. Можно провести такую аналогию: бальность землетрясения - это навскидку оцененная сила взрыва (определяемая по внешним проявлениям), а магнитуда - мощность взрывного устройства. Однако следует помнить, что магнитуда не является абсолютным значением энергии землетрясения, это всего лишь относительная характеристика.

2.7 Физический принцип регистрации землетрясений. Сейсмограф Голицина

В 1906 Борис Борисович Голицин сконструировал первый в мире электромагнетический сейсмограф. Большинство сейсмографов, работающих сегодня работают по принципу разработанным Б.Б. Голициным, с тем лишь исключением, что сегодня используется цифровая форма записи.

Сейсмограф Голицына представляет собой: тяжёлый металлический груз, прикрепленный закрепленный на раме, которая в свою очередь висит на пружине. Колебания груза происходят вверх и вниз. На конце рамы закреплены проводящие катушки, помещенные между сильными магнитами. Вся система неподвижна при отсутствии землетрясения. Во время землетрясения начинает двигаться подставка к тяжелому грузу, который из-за большого веса отстает в движении от подставки. При этом дальний конец рамы с катушкой движется между магнитами, тем самым вызывая в катушках электрический ток. После этого ток поступает в зеркальный гальванометр с закрепленным на нем маленьким зеркальцем, которое отражает луч света на фотобумагу, оставляя после прохождения рисунок сейсмограммы.

3. физическая модель анизотропной среды по параметрам затухания сейсмических волн и спектрам микросейсм

.1 Результаты измерений

За время научной экспедиции на озере Удыль было зарегистрировано 22 сейсмических события. Магнитуда этих событий варьируется от 0.7 до 4. Все эти землетрясения нанесены на карту (рисунок 3.1). Более подробно данный мониторинг в нашей ранней работе /27/

Рисунок 3.1 - Положение эпицентров зарегистрированных землетрясений и основные тектонические нарушения района работ

3.2 Исследование шумов

Для примера взяты два землетрясения № 7(27.07.2014 02:58). На рисунках 3.2 и 3.3 показаны записи шума до и после этих землетрясений (полоса частот 2-20 Гц)

Рисунок 3.2 - Запись сейсмического шума до землетрясения