Сезонные изменения вибросейсмического поля вибратора ЦВ-100 Южнобайкальского геодинамического полигона Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

СЕЗОННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ВИБРОСЕЙСМИЧЕСКОГО ПОЛЯ ВИБРАТОРА ЦВ-100 ЮЖНОБАЙКАЛЬСКОГО ГЕОДИНАМИЧЕСКОГО ПОЛИГОНА

Людмила Петровна Брагинская

Институт вычислительной математики и математической геофизики Сибирского отделения РАН (ИВМиМГ СО РАН); 630090, Новосибирск-90, пр. ак. Лаврентьева, 6, ведущий программист, тел. (383)3307069, е-mail: [email protected]

Валерий Викторович Ковалевский

Институт вычислительной математики и математической геофизики Сибирского отделения РАН (ИВМиМГ СО РАН); 630090, Новосибирск-90, пр. ак.Лаврентьева, 6, заместитель директора, тел. (383)3307069, е-mail: [email protected]

Геннадий Иванович Татьков

Геологический институт Сибирского отделения РАН (ГИН СО РАН); 670047, г.Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6а, директор, тел. (3012)434921, е-mail: [email protected]

Андрей Павлович Григорюк

Институт вычислительной математики и математической геофизики Сибирского отделения РАН (ИВМиМГ СО РАН); 630090, Новосибирск-90, пр. ак.Лаврентьева, 6, научный сотрудник, тел. (383)3307069, е-mail: [email protected]

Цырен Алексеевич Тубанов

Геологический институт Сибирского отделения РАН (ГИН СО РАН); 670047, г.Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6а, научный сотрудник, тел. (3012)434921, е-mail: [email protected]

Артем Дамбиевич Базаров

Геологический институт Сибирского отделения РАН (ГИН СО РАН); 670047, г. Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6а, научный сотрудник, тел. (3012)434921, е-mail: [email protected]

В статье приведены результаты анализа многолетних данных вибросейсмического мониторинга Байкальской рифтовой зоны с использованием виброисточника ЦВО-100, определения сезонных вариаций характеристик сигналов, излучаемых вибратором и характеристик вибрационных сейсмограмм, регистрируемых сейсмостанциями локальной и региональной сети.

Ключевые слова: вибросейсмический мониторинг, волновые поля, сезонные вариации.

SEASONAL CHANGES OF THE VIBROSEISMIC FIELD OF VIBRATOR CV-100 SOUTHBAYKAL GEODYNAMIC TEST SITE

Ludmila P. Braginskaya

Institute of Computational Mathematics and Mathematical Geophysics, Siberian Branch of RAS (ICMMG), 630090, Novosibirsk-90, Lavrentiev Ave, 6, lead programmer, tel. (383) 3307069, email: [email protected]

Valery V. Kovalevsky

Institute of Computational Mathematics and Mathematical Geophysics, Siberian Branch of RAS (ICMMG), 630090, Novosibirsk-90, Lavrentiev Ave, 6, Deputy Director, tel. (383) 3307069, email: [email protected]

Gennady I.Tat'kov

Geological Institute, Siberian Branch of the Academy of Sciences (GIN RAS), 670047, Ulan-Ude, ul. Sakhyanovoy 6a, Director, tel. (3012) 434921, e-mail: [email protected]

Andrew P.Grigoryuk

Institute of Computational Mathematics and Mathematical Geophysics, Siberian Branch of RAS (ICMMG), 630090, Novosibirsk-90, Lavrentiev Ave, 6, Scientist, tel. (383) 3307069, e-mail: [email protected]

Tsyrenov A.Tubanov

Geological Institute, Siberian Branch of the Academy of Sciences (GIN RAS), 670047, Ulan-Ude, ul. Sakhyanovoy 6a, Scientist, tel. (3012) 434921, e-mail: [email protected]

Artem D. Bazarov

Geological Institute, Siberian Branch of the Academy of Sciences (GIN RAS), 670047, Ulan-Ude, ul. Sakhyanovoy 6a, Scientist, tel. (3012) 434921, e-mail: [email protected]

The paper presents results of the analysis of longitudinal data vibroseismic monitoring of the Baikal rift zone using vibration sources SVO-100, the definition of seasonal variations in the characteristics of the signals emitted by the vibrator and the vibration characteristics of the seismograms recorded by seismic stations of local and regional networks.

Key words: vibroseismic monitoring, wave fields, seasonal variations

Для оценки прошлого и современного состояния Байкальской рифтовой зоны в контексте сейсмической опасности и прогноза ее развития необходима разработка инструментария и методик экспериментальных наблюдений изменений напряженно-деформируемого состояния земной коры в регионе. Потребности экспериментального исследования процессов подготовки сильных и катастрофических землетрясений инициировали быстрое развитие нового направления в геофизике - активного вибросейсмического мониторинга, основанного на применении для глубинных исследований Земли мощных управляемых вибрационных источников сейсмических волн [1, 2].

В Южнобайкальском регионе создана локальная сейсмологическая сеть с использованием 100-тонного низкочастотного сейсмического вибратора ЦВО-100, расположенного на вибросейсмическом полигоне СО РАН п. Бабушкин в южной части Байкала, многоканальных систем регистрации вибросейсмических сигналов, локальной Селенгинской системы сейсмонаблюдений, региональных сейсмических станций Прибайкалья (рис.1).

С 2003 г. Геологическим институтом СО РАН и Бурятским филиалом ГС СО РАН проводится регулярный мониторинг южной и центральной частей Байкальской рифтовой зоны с применением монохроматического и свип-излучения вибратора. Для наблюдения долговременных вариаций времен пробега глубинных волн необходимо стабильное излучение и высокая

повторяемость излучаемых вибрационных сигналов, что обеспечивается системой управления вибратором, а также изучение и учет сезонных вариаций вибросейсмического поля вибратора.

На основе анализа многолетних данных вибросейсмического мониторинга Байкальской рифтовой зоны с использованием виброисточника ЦВО-100 были исследованы сезонные вариации характеристик сигналов, излучаемых вибратором и характеристик вибрационных сейсмограмм, регистрируемых сейсмостанциями локальной и региональной сети. Для анализа сезонных вариаций в ИВМиМГ СО РАН и ГИН СО РАН были обработаны записи колебаний грунта в ближней зоне вибратора и записи с сейсмостанций Хурумша и Тырган при излучении свип-сигналов за период с августа 2003 г. по март 2006 г.

^КасИид

Рис. 1. Система вибросейсмического мониторинга Южной и центральной части Байкала. Центральный треугольник - вибратор ЦВ0-100, черные треугольники

- сейсмические станции

Календарная сборка автокорреляционных функций излученных свип-сигналов вибратора в ближней зоне и их спектров с августа 2003 по март 2006 года приведена на рис. 2. На графиках хорошо видно перемещение максимума спектра сигнала из высокочастотной области в низкочастотную и обратно в течение года. В период ноябрь-май амплитуда сигнала вибратора имеет

монотонный вид с максимумом в конце рабочего диапазона на 10 Гц. В июне увеличивается амплитуда в среднем диапазоне с максимумом в районе 7 Гц. В июле-сентябре максимум амплитуды в районе 6,5-6,8 Гц, далее в октябре график аналогичен июньскому с максимумом около 7 Гц. Характер графиков стабильно повторяется от года к году. Такое изменение характера излучения вибратора связано с промерзанием грунта в месте его установки. В зимние месяцы вибратор как бы вморожен в грунт своей платформой и анкерами, что обеспечивает излучение высоких частот. В летние месяцы после оттаивания грунта, по видимому, остается остаточная увлажненность области контакта вибратора с грунтом и окружающей площади, что мешает излучению высоких частот, оставляя высокую мощность излучения вблизи резонансной частоты. Эта резонансная частота также несколько смещается от 7,2 Гц до 6, 5 Гц и обратно за летние месяцы.

Рис. 2. Автокорреляционные функции свип-сигнала вибратора в ближней зоне и их спектры. Календарная сборка с августа 2003 г. по март 2006 г.

Аналогичный анализ сезонных изменений характеристик вибрационных сейсмограмм и их спектров был сделан за тот же период для сейсмостанций Хурумша и Тырган (рис. 3). Спектр имеет неравномерный, изрезанный вид со многими локальными максимумами, однако его общие закономерности те же что и для спектра излученного сигнала вибратора. Это - наличие в спектре всех частот включая высокие до 10 Гц в зимние месяцы, смешение его максимума в область резонанса источника 6-7 Гц и пропадание высоких частот в летние месяцы. Изрезанность спектра сейсмограмм связана с интерференцией отдельных спектральных составляющих на расстоянии 65 км от источника. Участки вибрационных сейсмограмм Z-компоненты для сейсмостанции Хурумша для различных времен вступлений волн приведены на рис.4. Видно, что для отдельных волн на вибрационных сейсмограммах изменяются амплитуды цугов колебаний и их характерные частоты.. Изменение спектра

излученного сигнала вибратора приводит к существенному изменению цуга и смещению его максимума для волн в первых вступлениях на 12 -13 сек, значительно меньшее влияние наблюдается для поперечных волн с временами вступлений 22-23 сек, и вновь большее для поверхностных волн на временах 31-32 сек. Выявленные сезонные вариации характеристик вибрационных сейсмограмм требуют подробного анализа и учета при проведении вибросейсмического мониторинга и выявлении вариаций времен прихода основных волн связанных с изменениями в среде.

Рис. 3. Вибрационные сейсмограммы 7-компоненты и их спектры для сейсмостанций Хурумша (слева) и Тырган (справа) за период 08.03 - 03.06 г.

Рис. 4. Участки вибрационных сейсмограмм 7-компоненты для сейсмостанции Хурумша. Календарная сборка с августа 2003 г. по март 2006 г.

Работа выполнена при поддержке грантов РФФИ: № 10-07-00387-а, № 11-05-92215-Монг_а, проектов СО РАН 4.6, ИП СО РАН 54.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Активная сейсмология с мощными вибрационными источниками. Монография. Коллектив авторов. Филиал «Гео» Издательства СО РАН, Новосибирск, 350 стр, 2004.

2. Active geophysical monitoring. Handbook of Geophysical Exploration: Seismic Exploration, vol. 40, Elsevier Science, 450 p. 2010.

© Л.П. Брагинская, В.В. Ковалевский, Г.И. Татьков, А.П. Григорюк, Ц.А. Тубанов, А.Д. Базаров, 2012