Научное обоснование методов коррекции волновых форм при проведении сейсмических наблюдений

• Автор: Беседина, Алина Николаевна
• Шифр специальности: 25.00.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 143 с. : ил.

Содержание
Введение

1. Анализ сведений о методах коррекции и областях их применения

1.1 Используемая сейсмическая аппаратура

1.2 Основные методы расширения штатного диапазона сейсмометра

1.3 Сейсмический мониторинг

1.3.1 Слабая сейсмичность

1.3.2 Наблюдения микросейсмического фона в области низких частот

1.4 Исследование длиннопериодных процессов (приливного отклика)

Выводы к разделу

2. Метод коррекции частотной характеристики датчиков

2.1 Теоретическая основа исследований
2.2 Оценка шумов измерительных каналов
2.2.1 Модельный расчет шумов измерительного канала
2.2.2 Экспериментальная оценка шума измерительного канала
2.2.3 Результаты экспериментов
2.3 Исследование АЧХ и ФЧХ датчиков при численной коррекции
2.4 Выделение длиннопериодных составляющих в сейсмических записях.... 53 Выводы к разделу
3. Апробация метода коррекции
3.1 Расширение диапазона регистрации датчика С8-2(ЮХ
3.1.1 Регистрация микросейсмического фона
3.1.2 Регистрация промышленных взрывов
3.1.3 Исследование ФЧХ измерительных каналов

3.1.4 Локация сейсмических событий с помощью малоапертурной сейсмической антенны
3.2 Расширение диапазона регистрации датчика СМ-ЗКВ
Выводы к разделу
4. Мониторинг слабой сейсмичности
4.1 Моделирование излучения сейсмического источника
4.2 Оценка ошибок при определении геомеханических параметров источника
4.3 Определение поправки для локальной шкалы магнитуд станции «Михнево» применительно к слабым событиям с М<
4.4 Выделение длиннопериодных колебаний в записи микросейсмического фона
Выводы к разделу
5. Исследование проявления солнечно-лунных приливов при совместном анализе сейсмических и гидрогеологических данных
5.1 Измерительный комплекс для проведения синхронных сейсмических и гидрогеологических наблюдений
5.2 Анализ результатов наблюдений
5.3 Оценка проницаемости коллектора
Выводы к разделу
Заключение
Список литературы

Введение
Сейсмологические наблюдения включают в себя чрезвычайно широкий спектр измерений - от регистрации сверхнизкочастотных движений (например, приливных волн) до контроля сигналов килогерцового диапазона частот при мониторинге шахтной сейсмичности. В зависимости от поставленных физических задач используются первичные преобразователи различных типов, соответствующие необходимому диапазону частот: широкополосные датчики, предназначенные для измерения параметров колебаний грунта в диапазоне частот от сотых долей Гц (в отдельных случаях от нескольких тысячных Гц) до первых десятков Гц, короткопериодные датчики (обычно от 0.5-1 Гц до 50-100 Гц), высокочастотные датчики или геофоны (5 Гц - 1.5 кГц), акселерометры различных типов (до 20 кГц).
В последние годы общемировая тенденция сейсмологических наблюдений, особенно в сейсмоактивных регионах, заключается в резком увеличении количества стационарных и временных сейсмостанций и оснащении их широкополосной высокочувствительной аппаратурой. Так, например, на западном побережье США за 2006-07 гг. было установлено свыше 100 станций на площади 700x900 км [йотЬе^ Щ а1., 2006]. Однако такой подход требует столь огромных финансовых затрат, что подобные проекты едва ли в ближайшее время могут быть осуществлены в России. Реалии, сложившиеся на территории нашей страны, таковы, что количество используемой широкополосной аппаратуры относительно невелико. Большинство станций в таких тектонически активных районах как Байкальская рифтовая зона, Бурятия, Северный Кавказ и др. оборудованы в основном короткопериодными датчиками, которые в состоянии решать лишь ограниченный круг задач в «средней полосе частот».
При проведении сейсмического мониторинга существует ряд актуальных проблем, решение которых требует проведения измерений в широком диапазоне частот.

где ю„0- верхняя граничная частота сейсмометра, <он - новая верхняя граничная частота сейсмометра.
2.2 Оценка шумов измерительных каналов
Коррекция частотных характеристик сейсмометров имеет своей основной целью расширение частотного диапазона датчика в область низких частот. Опыт многих разработчиков сейсмометров показывает, что нижнюю граничную частоту можно уменьшить в 10-20 раз, пропуская сигнал с выхода рабочей катушки сейсмометра через корректирующий фильтр, восстанавливающий усиление частотных компонент сигнала, ослабленных механической колебательной системой сейсмометра [Харченко, 1956; Карандеев, Гик, 1959; Гик, Карандеев, 1962; Рыков, 1963; Рыков, 1972; Аки, Ричардс, 1982; Наувкоу, А^иасії, 2002]. Однако, выигрывая в частотном диапазоне, мы неизбежно проигрываем в шумовых характеристиках канала. Действительно, такой параметр сейсмометра как собственный шум прямо пропорционален затуханию и обратно пропорционален инерционной массе сейсмометра [Аки, Ричардс, 1982]. Поэтому, расширяя нижнюю граничную частоту, например, датчика 08-2<ЮХ с инерционной массой 0.011 кг, имеющего собственную частоту 10 Гц, до 0.5 Гц, т. е. до нижней граничной частоты сейсмометра СМ-ЗКВ, у которого инерционная масса равна 2.2 кг, придется мириться с повышенным по сравнению с СМ-ЗКВ шумом (разность в инерционных массах определяет соответствующее различие в шумах) [Беседина и др., 2011а].
В данном разделе на основе расчета шумов измерительных каналов, содержащих сейсмические датчики, усилители и корректирующие фильтры, расширяющие частотные характеристики каналов в область низких частот, впервые оцениваются границы применимости подобных устройств в практике сейсмических наблюдений.