Методы и средства регистрации широкополосных сейсмических сигналов и возможных предвестников сильных землетрясений на морском дне

• Автор: Левченко, Дмитрий Герасимович
• Шифр специальности: 25.00.28
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 248 с. : ил.

Глава 1. АНАЛИЗ ПУТЕЙ РАЗВИТИЯ И СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ

ДОННОЙ СЕЙСМОЛОГИИ

1.1. Донные сейсмографы, история развития и области применения

1.2. Широкополосные сейсмографы и геофизические обсерватории

Глава 2. РЕЗУЛЬТАТЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

ШИРОКОПОЛОСНЫХ ДОННЫХ СЕЙСМОГРАФОВ

2.1.Основные метрологические характеристики донных сейсмографов

2.2. Широкополосные сейсмоприемники для донных сейсмографов

2.3.Особенности регистрации микросейсм на морском дне

2.3.1. Методы статистической оценки сейсмических шумов

2.3.2..Сокращение объема данных и количества вычислений

при оценке микросейсм
2.4.Системы сбора и регистрации информации для автономных
донных сейсмографов
2.5. Обеспечение привязки регистрируемых сигналов к единой шкале времени
2.6. Особенности конструктивного исполнения широкополосных
дойных сейсмографов
2.7. Исследования широкополосных донных сейсмографов на стендах
Глава 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ РЕГИСТРАЦИИ
СЕЙСМИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ НА ДНЕ АКВАТОРИЙ
3.1. Взаимодействие морских сейсмографов с дном
3.2. Влияние обводненного слоя осадков на регистрацию сейсмических сигналов
3.3. Влияние придонных течений на работу донных сейсмографов

Глава 4. РЕЗУЛЬТАТЫ РЕГИСТРАЦИИ И ИССЛЕДОВАНИЯ СИГНАЛОВ
МИКРОСЕЙСМ И ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЙ ПА ДНЕ
4.1. Исследование микросейсм в экспедициях Института океанологии
4.2. Анализ источников возбуждения и условий распространения микросейсм
4.3. Распространение микросейсм по океаническим волноводам,. устойчивые спектры микросейсм
4.3.1. Трансформация микросейсм па континентальном склоне
4.4. Результаты регистрации и исследования сигналов землетрясений
на морском дне
4.4.1. Регистрация землетрясений в районе Азорских островов
4.4.2. Регистрация и исследование сейсмических сигналов
в Мотовском заливе Баренцева моря
4.4.3. Регистрация сейсмических сигналов в северо-восточной
части Черного моря
Глава 5. РЕЗУЛЬТАТЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ДОННЫХ
ГЕОФИЗИЧЕСКИХ ОБСЕРВАТОРИЙ
5.1. Методы и средства измерения геофизических параметров
в водной среде и придонном слое
5.2. Гидрохимические и гидрофизические предвестники сильных землетрясений в районе Авачипского залива Камчатки
5.3. Особенности разработки донных обсерваторий для регистрации предвестников землетрясений
5.4. Результаты опытной эксплуатации донной обсерватории ИО РАН
в Авачинской бухте Камчатки
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Сейсмология традиционно развивалась как наука о землетрясениях на суше. Сейсмологическими наблюдениями в настоящее время охвачена практически вся твердая поверхность Земли. Наземная сейсмологическая сеть оснащена широкополосными цифровыми сейсмографами с полосой регистрации от тысячных долей герца до десятков герц при динамическом диапазоне свыше ста децибел. В то же время развитие морской сейсмологии по ряду причин в значительной степени отстает. Стационарные донные сейсмографы в настоящее время насчитываются единицами и имеются только в Японии. Автономные донные сейсмографы имеются в ряде развитых стран (США, России, Японии, Германии, Франции), однако по основным параметрам они, как правило, значительно уступают наземным образцам (Usher, et al., 1979; Аки, Ричардс, 1983; Соловьев, 1985,1986; Wielandt, Stein, 1986; Воронина и др., 1995; Рыков, 1995; Levchenko et ah, 1996; Kasahara, Toshinori, 1997; Островский, 1998; Levchenko, 1999).
Следует отметить, что регистрация удаленных морских землетрясений наземными сейсмометрами производится с большими погрешностями, что сказывается при определении глубин гипоцентров, плановых координат и магнитуды. Слабые морские землетрясения при этом не регистрируются вовсе. Вместе с тем, вследствие геотектонических особенностей Земли большинство землетрясений (до 80% по ряду оценок) происходит под дном морей и океанов. Донная сейсмическая активность, как известно, концентрируется в прибрежных зонах ряда континентальных окраин, островных дуг и срединных океанических хребтов. Прибрежные землетрясения представляют существенную опасность для береговых сооружений и населенных пунктов. Донные землетрясения зачастую вызывают разрушительные волны цунами, приводят к моретрясениям, опасным для судов, провоцируют сход подводных лавин и оползней и другие явления, которые нарушают также экологию акваторий.
В связи с активным освоением шельфа для нефте- и газодобычи, прокладкой подводных трубопроводов и кабелей связи донные землетрясения и провоцируемые ими явления (оползни, мутьевые потоки и др.) становятся чрезвычайно опасными как для самих морских сооружений, так и для экологии региона в целом. Необходимо, также, отметить возможность появления наведенной сейсмичности при извлечении больших объемов нефти и газа из земных недр. Поэтому сейсмологическое

можно сделать весьма малым: как было установлено при поверке электрохимических сейсмоприемников во ВНИИФТРИ Госстандарта (1993 г.) - не более 2% на градус Цельсия. Если учесть, что работа сейсмометра на дне происходит практически при постоянной температуре, и она может быть измерена и учтена, то этой погрешностью можно пренебречь.
Основные параметры электрохимических преобразователей двух типов приведены в табл. 2.1. Эти данные получены путем аттестации па вибростенде во ВНИИФТРИ Госстандарта (1993 г.) и путем сравнения при длительных испытаниях (1994 - 1996 гг.) со стационарным наземным сейсмографом ИФЗ РАН. Как следует из таблицы, по основным метрологическим параметрам электрохимические преобразователи ЭХП-17 и ЭХП-20 сопоставимы с лучшими стационарными преобразователями 8Т8-1 и СМИ-З. Основные преимущества электрохимических сейсмоприемников - малая чувствительность к ударам (до 30 ц), возможность работы как в вертикальном, так и в горизонтальном положении, малые габариты и вес, экономичное питане. Эти достоинства позволяют успешно применять электрохимические преобразователи в широкополосных донных сейсмографах (Воронина и др., 1995, Эогогоу, 8о1оу1еу, 1991, Ьепсйепко е! а1., 1996).
Таблица 2
Сравнительные характеристики некоторых широкополосных сейсмоприемников
№ Тип Частотный диапазон (Гц) Динам. диапаз. (ДБ) Коэффиц. преобраз. (Вс/м) Мощн. питания (Вт) Способ установки Вес (кг)
1 ЭХП-17 0,003 - 10 105 3000° 0,1 Автомат
2 ЭХП-20 0,01 -20 115 3000° 0,1 Автомат. 1,5
3 ЗТБ-І 0,003 - 5 140 2400 5 Ручной
4 СХЮЗТ 0,003 - 70 120 1500 3 Ручной
5 СДЕ 0,001-30 120 1500 10 Ручной
6 СМЕ5211 0,01-30 120 2000 0,5 Автомат2* 5,1
7 ЕР105ОВ8 0,017-50 135 2000 0,075 Автомат2*
1) На частоте 1 Гц , 2) Наклон не более