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

Рисунок 3.15 - Механическая модель связанных блоков. Обозначения. Квадраты - самоподобные блоки зсемной коры с коэффициентом подобия 1:2. Стрелки - направления сдвиговых деформаций. Длина стрелки определяет величину сдвига. Пружинки - упругие связи между блоками. Отсутствие стрелок означает меньшую по отношению к остальным блокам степень взаимодействия

На представленной схеме механической модели земной коры направления больших стрелок совпадает с преобладающим азимутом разломов северо-восточного простирания. На рисунке показаны смещения для блоков второго порядка (все 4 блока находятся в одном блоке 1-го порядка). Аналогичная схема справедлива для блоков третьего порядка и т.д. То есть для данной самоподобной системы блоков динамические жесткости вдоль структур намного меньше им ортогональных. Этим определяется величина относительного горизонтального смещения блоков (длина стрелок вдоль и поперек структур). Данная механическая модель позволяет объяснить прохождение сейсмических волн вдоль тектонических структур в виде волноводов на большие расстояния, даже при незначительной магнитуде землетрясений.

3.6 Физическая модель микросейсмических проявлений до и после землетрясений

.6.1 Закономерности в спектрах микросейсм и их проявлении до и после землетрясений

На Рисунках 3.16 - 3.18 представлены типичные волновые формы спектрограммы землетрясений и микросейсм до и после землетрясений, которые были получены в результате разработанной программы (Приложение Б)

Рисунок 3.16 - Спектр Х - компоненты землетрясения магнитудой М=1.7 и микросейсм до и после землетрясения

Рисунок 3.17 - Спектр Y - компоненты землетрясения магнитудой М=2.1 и микросейсм до и после землетрясения

Рисунок 3.18 - Спектр Y - компоненты землетрясения магнитудой М=1.4

Наиболее значимые проявления микросейсм для всех землетрясений проявляются за 30-60 с до землетрясения практически во всем спектре мощности самого сейсмического события в интервале частот от 1 до 10-15 Гц. Непосредственно перед землетрясением наблюдается относительное затухание. После землетрясения в течение 30-50 с наблюдается повышенная интенсивность проявления микросейсм в том же интервале спектра. Однако в отличие и синхронного возбуждения геосреды во всем интервале частот до землетрясения, после землетрясения наиболее длительное проявление микросейсм выделяется в интервале частот 5-6 Гц.

Для все событий характерен микросейсмический шум в интервале частот от 0 до 1 Гц. Данные закономерности позволили применить для моделирования слабых землетрясений теорию термодинамики.

3.6.2 Физическая модель на основе законов термодинамики

На рисунке 3.19 представлена спектрограмма с выделенными периодами проявления интенсивности микросейсм. На рисунке обозначены:

зона 1 - период сейсмического затишья до землетрясения;

зона 2 - период действия штормовых;

зона 3 - период микросейсмического затишья перед землетрясением;

зона 4 - спектрограмма периода проявления землетрясения;

зона 5 - область затухания штормовых микросейсм;

зоны 6, 8 - области с фрагментами спектров штормовых микросейсм;

зона 7 - период сейсмического затишья после землетрясения;

зона 9 - область квазипериодического микросейсмического шума.

Рисунок 3.19 - Спектр Y - компоненты землетрясения магнитудой М=1.8 и микросейсм до и после землетрясения (пояснения в тексте).

Данные закономерности вписываются в термодинамическую модель землетрясения, разрабатываемую на основе фазовых переходов "жидкость-газ-жидкость" /30, 31/ при различной динамике изменения температуры, давления и объема замкнутого и открытого включения.

На рисунке 3.20 представлены различные типы термодинамической системы.

На рисунке 3.20 обозначены:

А - переход жидкости в газ водонасыщенного включения при увеличении объема вмещающих пород и уменьшении давления при постоянной температуре;

Б - переход жидкости в газ при уменьшении температуры вмещающих пород и уменьшении давления водонасыщенного включения при постоянном объеме;

В - переход жидкости в газ при увеличении температуры вмещающих пород и увеличении температуры водонасыщенного включения при постоянном давлении;

Г - переход жидкости в газ при уменьшении давления вмещающих пород и уменьшении давления вследствие диффузии из области водонасыщенного включения при постоянной температуре.

Рисунок 3.20 - Термическая модель слабых землетрясений (пояснения в тексте)

Данная модель описывает все динамические условия вскипания жидкости. В отличие от динамики кипения жидкости при атмосферном давлении, при котором 1 литр волы испаряется в среднем за 40 мин, в нашем случае фазовый переход носит практически взрывной характер. Время фазового перехода не превосходит 50 с. При этом объем жидкой фракции флюида может меняться в широких пределах, что и определяет магнитуду землетрясения. Это теоретическая модель позволяет представить еще одну интерпретацию появления штормовых микросейсм. Экспериментальные данные при регистрации микроземлетрясений соответствуют данной термодинамической модели, что может послужить основанием для проведения дальнейших исследований и подтверждении модели.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

По результатам выполненных исследований можно сделать следующие выводы.

В результате детальных высокоточных сейсмологических исследований зарегистрировано 22 сейсмических события.

определены азимуты всех событий и произведена коррекция азимутов при использовании данных ближайших сейсмических станций.

произведен расчет коэффициентов затухания в различных азимутах;

выделено два направления эпицентров землетрясений с различными коэффициентами затухания;

с использованием модели геометрической оптики определены параметры затухания сейсмических волн вдоль основных тектонических структур вблизи озера Удыль.

проведено сопоставление результатов сейсмических наблюдений с данными неоднородности земной коры, выделенными по электроразведочным данным. Установлено качественное пространственное согласие двух методов.

построена механическая модель геосреды, которая позволяет интерпретировать выявленные закономерности зарегистрированных сейсмических событий, как распространение волны в волноводе. Эта модель на основе законов геометрической оптики, которая успешно применяется при поисках залежей нефти и газа. Применение данной модели для водонасыщенных сред (разломных зон) позволило существенно расширить ее возможности и применить ее для изучения анизотропии геологической среды.

рассмотрены основные закономерности в динамике микросейсмического шума, на основе которых построена физическая модель генерации микросейсм и их распространения на основе законов термодинамик

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1.     Клем-Мусатов К.Д. Теория краевых волн и ее применение в сейсмике / К.Д.Клем-Мусатов // Новосибирск: Наука - 1980 - №2 -С.295-296.

2.      Тимошин Ю.В. Импульсная сейсмическая голография / Ю.В.Тимошин // Недра - 1978 С. 280-288.

.        ГузьА.Н.Дифракция упругих волн /А.Н Грузь, В.Д. Кубенко, М.А.Черевко. -1-е изд. Киев: Наукова думка - 1978.- 308 с.

.        Гурвича И.И. Сейсморазведка: Справочник геофизика / И.И. Гурвич, В.П.Номоконов - М.: Недра, 1981. - 464 c.

.        Стародуб Ю.П. Исследование особенностей распространения сейсмических волн в соисто-неоднородном полупространстве. : дис. … кд-рафиз-мат. наук : 01.04.12 / Ю.П.Стародуб - 1984. - 156 с.

6.      Thomson W.T. Computationofelasticwavesthroughstratifiedsolidmedium / W.T.Thomson //J. Apll. Phys -1950 -№2, P. 89-93.

.        Haskell N. A. The dispersion of waves in multilayered media / N. A.Haskell // Bull. Seism. Soc. Amer -1953 - №1, P. 17-34.

.        МолотковJI.A. О распространении упругих волн в средах, содержащих тонкие плоскопараллельные слои / Л.А. Молотков // Вопросы динамической теории распространения сейсмических волн - 1961- №.5, С. 240-280.

.        Молотков JI.A. К вопросу о колебаниях пачки тонких слоев между двумя упругими полупространствами /Л.А. Молотков, Н.С.Смирнова // Вопросы динамической теории распространения сейсмических волн -1971 - №11, С. 4-26.

.        Молотков Л.А. Об интерференционных волнах в свободном неоднородном упругом слое / Л.А. Молотков // Записки научных семинаров ЛОМИ - 1973, С. 117-141.

.        Ратникова Л.И. Расчет спектральных характеристик тонкослоистых сред Л.И. Ратникова, А.Л. Левшин // АН COOP. Физ. Земли - 1967 - № 2, С. 41-53.

.        Ратникова Л.И. Методы расчета сейсмических волн в тонкослоистых средах / Л.И.Ратникова // - М.: Наука - 1973. - 124 с.

13.    KennetB.L.N. Theoreticalreflectionseismogramsforelasticmedia/ B.L.N.Kennet//Geophys. Prospect -1979 №. 2, P. 301-321.

.        Kennet B.L.N. Seismic waves in a stratified half space/ B.L.NKennet, N.J.Kerry //- Geophys. J. B. Astr. Soc -1979 - №3,P.557- 583.

15.    БабичB.M. РаспространениеволнЛявавупругомполупространстве, неоднородномвнаправлениидвухкоординат / В.М. Бабич, Л.ИМолотков // АН СССР. Физ. Земли - 1966 -№6, С. 34-38.

.        Мухина И.В.О распространении волн Рэлея в упругом полупространстве, неоднородном по двум координатам / И.В. Мухина, Молотков И.А // АН СССР. Физ. Земли - 1967, № 4, С. 3-8.

.        Гантмахер Ф.Р. Терия матриц / Ф.Р. Гантмахер М.: Наука -1966.- 576 с.

.        Николаев Б.Г. О распространении нестационарных возмущений в неидеально-упругих средах / Б.Г. Николаев // Вопросы динамической теории распространения сейсмических волн - 1959 - №3, С. 293-319.

.        Рудшкий В.П. Про запасание в Земле продольных волн / Рудшкий В.П. // Доп. АН УРСР - 1980 -№ 7, С. 30-39.

20.    Stacey F.D.Anelastic damping of acoustical and seismic pulces/ F.D.Stacey // Geophys. Surveys - 1979 - №2, P. 155-151

.        Futterman W.I. Dispersive body waves / W.I. Futterman // J. Geophys. Res -1962 -№13, P. 278-291.

22.    ГуревичГ.И. Деформируемостьсреди распространение сейсмических волн / И.Г. Гурьевич // М.: Наука - 1974. 484 с.

.        Левшин А.Л.О дисперсии и поглощении упругих волн в горных породах А.Л. Левшин, Л.И. Ратникова, М.В. Сакс // Вычислительная сейсмология - 1980 -№13, С. 134-142.

24.    Buchen P.W. Planewavesinlinearviscoelasticmedia/ P.W.Buchen // Geophys. J. B. astr. Soc -1971, v. 23, n. 4, p. 531-542.

25.   Каплун В.Б Глубинное строение уникальной Нижнеамурской структуры В.Б. Каплун, Ю.Ф Манилов // Проблемы сейсмичности и современной геодинамики Дальнего Востока и Восточной Сибири - Хабаровск :ИТиГ им. Ю.А. Косыгина ДВО РАН - 2010, 312 с.

26.    Трофименко С.В.Тектоническая интерпретация статистической модели распределений азимутов аномалий гравимагнитных полей Алданского щита / С.В. Трофименко // Тихоокеанская геология - 2009 - № 3. С. 64-77.

.        Трофименко С.В. Термодинамическая модель Южно-Якутского очага землетрясения / С.В. Трофименко // Материалы всероссийской научно-практической конференции 24-27 октября 2005 г. «Сейсмичность Южно-Якутского региона и прилегающих территорий» - Нерюнгри: ЯГУ - 2005, С.163-165

.        Трофименко С.В. Термическая модель Южно-Якутского землетрясения С.В. Трофименко //«Физика геосфер», материалы Шестого всероссийского симпозиума, Владивосток.- ТОИ ДВО РАН - 2009, С.250-255

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Таблица параметров зарегистрированных землетрясений