Изменение направленности высокочастотной геоакустической эмиссии в периоды деформационных возмущений

• Автор: Щербина, Альберт Олегович
• Шифр специальности: 01.04.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: с. Паратунка, Елизовский район, Камчатский край
• Количество страниц: 98 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Глава 1. ИССЛЕДОВАНИЕ ГЕОАКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ
ВЕКТОРНО-ФАЗОВЫМИ МЕТОДАМИ
ЕЕ Особенности геоакустической эмиссии
1.2. Выбор средств регистрации геоакустической эмиссии
1.3. Особенности применения комбинированного приемника
для регистрации геоакустической эмиссии
1.4. Анализ геоакустического сигнала
1.5. Математическое описание геоакустического импульса
Глава 2. ОСОБЕННОСТИ СИСТЕМЫ РЕГИСТРАЦИИ ГЕОАКУСТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ
2.1. Автоматизированный метод выявления и анализа направленности геоакустического сигнала
2.2. Общее описание комплекса
2.3. Система регистрации
2.4. Система обработки
Глава 3. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
ГЕОАКУСТИЧЕСКОЙ ЭМИССИИ
3.1. Проверка работоспособности комплекса
3.2. Особенности регистрируемого геоакустического сигнала.
3.3. Анализ активности геоакустической эмиссии в сейсмически спокойные периоды
3.4. Анализ активности геоакустической эмиссии в периоды возмущений
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Список литературы
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность проблемы
Акустическая эмиссия - излучение упругих волн, возникающее в процессе перестройки внутренней структуры твердых тел при деформациях. Источниками эмиссии является дислокации или трещины, которыми генерируется импульсный сигнал с характеристиками фликкер-шума.
В лабораторных условиях акустико-эмиссионный контроль позволяет изучать процессы деформации и разрушения материалов [43]. В геофизике метод акустико-эмиссионного контроля широко применяется при изучении состояния горных пород [36]. Упругие колебания могут наблюдаться в широком диапазоне длин волн (от тысяч километров сейсмических волн в земной коре до нанометров дислокационных подвижек и связанных с ними колебаний в различных средах). В геофизике принято акустическую эмиссию рассматривать в четырех частотных диапазонах: сейсмическом (от долей до 10 Гц), высокочастотном сейсмическом (10-100 Гц), сейсмоакустическом (100-1000 Гц) и акустическом (более 1 кГц).
На камчатском геодинамическом полигоне ИКИР ДВО РАН (Камчатский край, Елизовский район, п. Паратунка) проводятся исследования геоакустической эмиссии в частотном диапазоне от 0.1 Гц до 10 кГц с помощью гидрофонов, установленных в естественных и искусственных водоемах [15, 18]. В результате исследований было установлено, что в суточном временном интервале до готовящегося землетрясения, наблюдается повышение интенсивности геоакустической эмиссии. Этот эффект наиболее ярко проявляется в килогерцовом диапазоне частот и определяется деформациями пород в пунктах наблюдений на удалении первых сотен километров от эпицентров готовящихся землетрясений. Механизм возникновения описываемого объясняется следующим образом. В моменты подготовки сильных сейсмических событий под действием деформационных сил на обширной площади с радиусом порядка сотен километров вокруг его

эпицентра в Земной коре накапливаются напряжения. После превышения ими определенного порога наступает период деформационных возмущений с лавинообразным растрескиванием пород и проскальзыванием пластов по существующим разломам, что сопровождается характерным повышением уровня геоакустической эмиссии, проявляющимся как в увеличении амплитуды отдельных импульсов, так и в существенном увеличении их потока (числа импульсов в единицу времени).
Актуальным остается вопрос исследования направленности регистрируемого в такие моменты времени акустического излучения, которая, по всей видимости, будет зависеть как от ориентации отдельных источников, так и от их пространственного распределения. Поэтому, проанализировав распределение потока геоакустических сигналов и их характеристики по направлениям, можно оценить ориентацию осей напряжений и выделить направление на источник деформационных возмущений. Это может быть использовано, например, для изучения тектонических процессов, создания методов локации областей повышенных напряжений и оценки уровня сейсмической опасности.
В ранних работах, проводимых в ИКИР ДВО РАН, уже предпринимались попытки оценить направленность геоакустического излучения, однако конструктивные особенности использованных приемников не позволили в полной мере исследовать эти свойства [15]. В дальнейшем система геоакустических наблюдений была модернизирована. Вместо пяти направленных гидрофонов была установлена комбинированная приемная система, включающая гидрофон с круговой характеристикой направленности и трехкомпонентный векторный приемник, позволяющий регистрировать в той же точке пространства три компоненты градиента звукового давления. Используя эти данные можно достаточно легко определять пеленг акустических сигналов.
Приемная система с такими возможностями, установленная вблизи дна водоема и позволяющая регистрировать сигналы геоакустической

Рис. 1.16. Примеры геоакустических импульсов, представленных в полярных координатах (а, б). Параметры эллипса, описывающего область концентрации отсчетов геоакустического импульса (в). УРл,УРу - проекции градиента давления на ось X и У, соответственно.
Для устранения разночтений будем называть линию, проходящую через центр координат по большой полуоси описывающего эллипса, осью импульса. Направление на источник импульса лежит на данной оси, но вследствие симметрии диаграммы направленности векторных приемников, требуется дополнительный анализ с учетом канала давления для устранения неоднозначности пеленгования. Наличие малой полуоси Я описывающего эллипса обусловлено преимущественно помехами и слабым эллиптическим движением частиц среды, вызванным полем детерминированных источников (рис. 1.17).