Дипломная работа: Физическая модель слоистой среды на основе амплитудно-частотных характеристик сейсмических волн

Введение
1 Физические модели деформируемых сред на основе определения волновых полей в слоистом и неоднородном полупространстве
1.1 Подходы к построению физических моделей
1.2 Матричным методом для расчета сейсмограмм
1.2.1 Подхода Томсона-Хаскела и его численная реализация
1.2.2 Учет горизонтальной неоднородности среды
1.3 Распространение сейсмических волн при влиянии неидеальной упругости среды
1.3.1 Учету неидеальной упругости при помощи эмпирического подхода
1.3.2 Теория деформации, основанная на физических закономерностях о сжимаемости и деформируемости
2 Инструментальные высокоточные наблюдения одной станции: методика и технология
2.1 Аппаратура и ее описание
2.2 Организация работ и размещение станции
2.3 Обработка данных, полученных во время экспедиции на оз. Удыль
2.4 Техника безопасности при работе с компьютером
2.5 Техника безопасности при работе с сейсмостанцией и условия безотказной работы прибора
2.6 Характеристики и свойства землетрясений
2.7 Физический принцип регистрации землетрясений. Сейсмограф Голицина
3. Физическая модель анизотропнойсредыпо параметрам затухания сейсмических волн и спектрам микросейсм
3.1 Результаты измерений
3.2 Исследование шумов
3.3 Регистрация микро землетрясений
3.3.1 Регистрация слабых землетрясений магнитудой 3-4
3.3.2 Регистрация микро землетрясений магнитудой 1-3
3.3.3 Регистрация землетрясений магнитудой меньше 1
3.4 Разработка алгоритма определения параметров землетрясений для решения прямой задачи сейсмического мониторинга вертикально-слоистых анизотропных сред
3.4.1 Общие допущения и предположения
3.4.2 Годограф прямой волны
3.5 Механическая модель волноводов по данным инструментальных наблюдений
3.5.1 Пространственное распределение землетрясений относительно пункта наблюдений
3.5.2 Механическая модель анизотропной среды
3.6 Физическая модель микросейсмических проявлений до и после землетрясений
3.6.1 Закономерности в спектрах микросейсм и их проявлениидо и после землетрясений
3.6.2 Физическая модель на основе законовтермодинамики
Заключение Список используемых источников
Приложение АПараметры зарегистрированных землетрясений
Приложение БПостроение волновых спектрограмм землетрясений
Приложение ВПостроение сейсмограмм
Приложение ГРасчет азимута землетрясений

Сейчас перед геофизикой, одного из разделов физики, стоят большие задачи по изучению литосферы. Решение этой задачи невозможно без использования сейсмических методов и ЭВМ для обработки полученных результатов

Интерференционные поля, регистрируемые при исследова­ниях Земной коры, ставят перед геофизиками новые задачи: повы­шения однозначности интерпретации сейсмограмм; получения данных о структуре и физических характеристиках горных пород; прогнозирования состояния вещества в предполагаемых зонах очагов землетрясений.

Современные физические методы интерпретации волновых полей основаны на обработке сейсмограмм преломленно-отраженных волн, определении по ним геометрических и скорост­ных  характеристик слоев и подробной струк­туры литосферы — локальных неоднородностей, глинистости,  распределения тонко­слоистых пачек, пористости и коэффициентов затухания.

Все эти определения зависят от качества записи получаемых сигналов, которая подвергается различного рода искажениям: шумы различной природы, случайные колебания и интерферирующие с ними различные волны. Так же  сложной проблемой является отделение однократно-отраженных волн на подошве и кровле пластов от межволнового фона, возникающего из за интерференцией на переходных слоях.

Физико-сейсмические методы занимают не последнее место в проблеме прогно­зирования землетрясений. Так же активно применяются при изучении глубинного строе­ния и состояния среды и поиска полезных ископаемых. Использование для  решения всех задач математических методов описания сейсмических полей и расширение класса используемых волн является важным средством для достижения цели.

В этой дипломной работе используются материалы полевых наблюдений. В течение полевого сезона в радиусе 400 км от оз. Удыль было зарегистрировано 22 сейсмических события в различных азимутах. Три события были идентифицированы также сейсмическими станциями ГС РАН. Это позволило провести калибровку азимутов всех зарегистрированных землетрясений.

В настоящей работе автором получены и проанализированы  инструментальные наблюдения за микросейсмическим фоном. На основе анализа и интерпретации этих данных разработан методический подход по использованию микроземлетрясений для изучения характеристик анизотропии блочных массивов горных пород с выраженным направлением тектонических нарушений.

Целью данной дипломной работы является создание физической модели анизотропии геологической среды на основе анализа амплитудно-частотных характеристик сейсмических волн, распро­страняющихся в слоистой среде.

В соответствии с поставленной целью в дипломной работе были поставлены и решены следующие задачи:

1) Инструментальные высокоточные микросейсмические наблюдения одной станцией.

2) Обработка материалов полевых наблюдений с доработкой алгоритма определения азимутов на эпицентр с использованием одной станции, с формированием банка данных и численным моделированием параметров землетрясений.

3)  Построение физической модели анизотропной средыпо параметрам затухания сейсмических волн и спектрам микросейсм в сопоставлении с электрической неоднородностью земной коры.

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