Выделение медленных вариаций времен вступлений волн при коррекции сезонных изменений вибросейсмограмм Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

УДК 550.34

ВЫДЕЛЕНИЕ МЕДЛЕННЫХ ВАРИАЦИЙ ВРЕМЕН ВСТУПЛЕНИЙ ВОЛН ПРИ КОРРЕКЦИИ СЕЗОННЫХ ИЗМЕНЕНИЙ ВИБРОСЕЙСМОГРАММ

Валерий Викторович Ковалевский

Институт вычислительной математики и математической геофизики СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Лаврентьева, 6, доктор технических наук, заместитель директора, тел. (383)330-70-69, е-mail: [email protected]

Людмила Петровна Брагинская

Институт вычислительной математики и математической геофизики СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Лаврентьева, 6, ведущий программист, тел. (383)330-70-69, е-mail: [email protected]

Андрей Павлович Григорюк

Институт вычислительной математики и математической геофизики СО РАН, 630090, Россия, г. Новосибирск, пр. Академика Лаврентьева, 6, научный сотрудник, тел. (383)330-70-69, е-mail: [email protected]

Цырен Алексеевич Тубанов

Геологический институт СО РАН, 670047, Россия, г. Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6а, кандидат геолого-минералогических наук, заведующий лабораторией, тел. (3012)43-49-21, е-mail: [email protected]

Артем Дамбиевич Базаров

Геологический институт СО РАН, 670047, Россия, г. Улан-Удэ, ул. Сахьяновой, 6а, научный сотрудник, тел. (3012)43-49-21, е-mail: [email protected]

В статье приведены результаты коррекции сезонных изменений сейсмограмм и анализа вариаций времен вступления волн при многолетнем вибросейсмическом мониторинге Байкальской рифтовой зоны с использованием виброисточника ЦВО-100. Выделен многолетний тренд в вариациях времен вступлений для трассы распространения вибратор-сейсмостанция Тырган, составляющий величину 0,6-0,7 мсек/год, связанный с медленным изменением скоростных характеристик земной коры под Байкалом.

Ключевые слова: вибросейсмический мониторинг, вариации времен прихода волн, коррекция сейсмограмм.

DETERMINATION WAVE ARRIVAL TIMES SLOW VARIATIONS USING CORRECTION OF SEASONAL CHANGES IN VIBROSEISMOGRAMS

Valery V. Kovalevsky

Institute of Computational Mathematics and Mathematical Geophysics, Siberian Branch of RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, 6 Lavrentiev Ave, Doctor of Science, Deputy Director, tel. (383)330-70-69, e-mail: [email protected]

Ludmila P. Braginskaya

Institute of Computational Mathematics and Mathematical Geophysics, Siberian Branch of RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, 6 Lavrentiev Ave, leading programmer, tel. (383)330-70-69, e-mail: [email protected]

Andrew P. Grigoryuk

Institute of Computational Mathematics and Mathematical Geophysics, Siberian Branch of RAS, 630090, Russia, Novosibirsk, 6 Lavrentiev Ave, Scientist, tel. (383)330-70-69, e-mail: [email protected]

Tsyren A. Tubanov

Geological Institute, Siberian Branch of the Academy of Sciences, 670047, Russia, Ulan-Ude, 6a Sakhyanovoy St., Ph. D., Head of laboratory, tel. (3012)43-49-21, e-mail: [email protected]

Artem D. Bazarov

Geological Institute, Siberian Branch of the Academy of Sciences, 670047, Russia, Ulan-Ude, 6a Sakhyanovoy St., Scientist, tel. (3012)43-49-21, e-mail: [email protected]

The paper presents results of correction of seasonal changes seismograms and analysis of variations in arrival times of the waves at the long-term vibroseismic monitoring the Baikal Rift Zone using vibrosource CVO 100, p. Babushkin. It is identify the weak trend in the long-term variations of the arrival times for the propagation path vibrator seismic station Tyrgan, amounts to 0.6 - 0.7 ms / year, associated with the slow change in the speed characteristics of the crust beneath Lake Baikal.

Key words: vibroseismic monitoring, waves arrival times variations, correction seismograms.

При проведении вибросейсмического мониторинга Байкальской рифтовой зоны с использованием виброисточника ЦВ0-100 (п. Бабушкин) проявляются сезонные изменения вибрационных сейсмограмм, которые выражаются в существенных вариациях амплитуд и временных сдвигов цугов колебаний, соответствующих отдельным волнам на сейсмограмме [1-5].

Для коррекции сезонных изменений сейсмограмм предложен алгоритм, основанный на коррекции их спектров. При многолетнем вибросейсмическом мониторинге накапливается база данных, включающая сейсмограммы Sy (t), полученные в различные годы и месяцы на определенной сейсмостанции (здесь i - месяц, j - год).

Выбирается некоторая базовая сейсмограмма S0 (t), со спектром F0 (ю), к которой приводятся все сейсмограммы путем коррекции спектров. В качестве базовой сейсмограммы может быть взята усредненная сейсмограмма какого-то одного месяца, либо же усредненная по году.

Для каждой сейсмограммы Sy (t) определяется ее спектр Fy(®). Для каждого месяца в году определяется его усредненная по годам сейсмограмма S0i(t) и ее спектр F0i (ю) (i - месяц). Для сейсмограмм Sy (t), полученных в различные годы и месяцы производится коррекция спектра по следующей формуле

Fy корр (ю)= Fy (ю) )/ F0 i (ю)* F0 (ю) (1)

Далее обратным преобразованием Фурье по спектру Fy^pp^) восстанавливается скорректированная сейсмограмма Sy корр (t) для i - месяца, j - года.

Пример коррекции сезонных изменений сейсмограмм приведен на рис. 1, где показаны сейсмограммы для сейсмостанции Хурамша за 2004-2006 гг. Сейсмограммы за разные месяцы и годы до коррекции характеризуются значительным разбросом амплитуд и временных сдвигов в цуге колебаний, соответ-

ствующей определенной волне. После коррекции значительно уменьшается как разброс амплитуд, так и разброс временных сдвигов и сейсмограммы становятся почти идентичными в основном цуге колебаний волны. Различия остаются существенными во временных промежутках между отдельными волнами, как до коррекции, так и после.

Рис. 1. Сейсмограммы 2004 -2006 гг. для сейсмостанции Хурамша до коррекции (вверху) и после коррекции (внизу)

Коррекция сейсмограмм позволяет убрать влияние сезонных изменений времен вступлений для отдельных волн и выделить долговременные тренды в вариациях времен вступлений, которые могут характеризовать изменчивость среды на трассах распространения волн.

Так для сейсмостанции Хурамша был выполнен анализ временных сдвигов (вариаций времени прихода) в цуге колебаний волны со временем прихода 16,5 сек до коррекции сезонных изменений сейсмограмм и после (рис. 2). До коррекции сейсмограмм временные сдвиги периодически изменяются от зимних месяцев к летним с максимальным значением до 25 мсек. После коррекции временные сдвиги отклоняются от среднего значения на величину 2,5-3 мсек. Это позволяет исследовать медленный тренд времен вступления волны за несколько лет. На рис. 2 внизу приведен линейный тренд для скорректированных времен вступлений за 2004-2006 гг. Его значение близко к нулю, что объясняется тем, что трасса распространения волн вибратор (п. Бабушкин) - сейсмо-станция Хурамша пересекает хребет Хамар-Дабан, не имеющий тектонических движений на этой трассе.

Коррекция сезонных изменений сейсмограмм была выполнена также для сейсмостанции Тырган. Анализ временных сдвигов (вариаций времени прихода) в цуге колебаний волны со временем прихода 31,5 сек показал, что до кор-

рекции сейсмограмм временные сдвиги периодически меняются от зимних месяцев к летним с максимальным значением до 32 мсек, аналогично данным для сейсмостанции Хурамша. После коррекции временные сдвиги отклоняются от среднего значения на величину 2,5-3 мсек. Для сейсмостанции Тырган был выделен медленный тренд времен вступления волны за несколько лет. На рис. 3 внизу приведен линейный тренд для скорректированных времен вступлений за 2004-2006 гг. Его значение составляет величину 0,6 - 0,7 мсек/год. Трасса распространения волн вибратор (п. Бабушкин) - сейсмостанция Тырган проходит в земной коре под Байкалом и наличие малого тренда в вариациях времени распространения волны может свидетельствовать о слабых изменениях в скоростных характеристиках коры, возможно связанных с медленным изменением напряженного состояния от тектонических движений.

Рис. 2. Вариации временных сдвигов в цуге колебаний волны (Твст=16,5 сек) определенные по сейсмограммам 2004 -2006 гг. до коррекции (вверху) и после коррекции (внизу). Сейсмостанция Хурамша, 68 км от вибратора

Важным следствием обнаруженных малых временных вариаций времени распространения волн на трассе пересекающей Байкальскую рифтовую зону является то, что определены количественные значения тренда изменения времени распространения за несколько лет. Его величина, составляющая менее 1 мсек в год, находится на пределе точности определения времен вступлений

волн на вибрационных сейсмограммах на расстояниях 200-400 км от вибратора. Это требует при проведении вибросейсмического мониторинга региона уделить основное внимание расположению сейсмостанций в местах с предельно низкими значениями микросейсмических шумов и отсутствием в них техногенной составляющей, а также прецизионной регистрации вибросейсмических сигналов при мониторинге.

Рис. 3. Вариации временных сдвигов в цуге колебаний волны (Твст=31,5 сек) определенные по сейсмограммам 2004 -2006 гг. до коррекции (вверху) и после коррекции (внизу). Сейсмостанция Тырган, 109 км от вибратора

Работа выполнена при поддержке грантов РФФИ: № 15-07-06821-а, № 14-07-00832, ИП СО РАН 54.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Татьков Г.И., Тубанов Ц.А., Базаров А.Д., Толочко В.В., Ковалевский В.В., Брагинская Л.П., Григорюк А.П. Вибросейсмические исследования литосферы Байкальской рифто-вой зоны и сопредельных территорий //Отечественная геология. - 2013.- №3. - С. 16-23.

2. Еманов А.Ф., Селезнев В.С., Соловьев В.М., Кашун В.Н., Татьков Г.И. Эксперименты по вибросейсмическому мониторингу земной коры // Проблемы региональной геофизики. - Новосибирск, 2001. - С. 55-57.

3. Еманов А.Ф., Селезнев В.С., Соловьев В.М. и др. Исследование динамических особенностей сезонных изменений волновых полей при вибросейсмическом мониторинге среды // Геол. и геофиз., 1999, т. 40, № 3, С. 474-486.

4. Сезонные изменения вибросейсмического поля вибратора ЦВ-100 Южнобайкальского геодинамического полигона / Л. П. Брагинская, В. В. Ковалевский, Г. И. Татьков, А. П. Григо-рюк, Ц. А. Тубанов, А. Д. Базаров // Интерэкспо ГЕО-Сибирь-2012. VIII Междунар. науч. конгр. : Междунар. науч. конф. «Дистанционные методы зондирования Земли и фотограмметрия, мониторинг окружающей среды, геоэкология» : сб. материалов в 2 т. (Новосибирск, 10-20 апреля 2012 г.).-Новосибирск: СГГА, 2012. Т. 1. - С. 111-116.

5. Ковалевский В.В., Брагинская Л.П., Григорюк А.П., Тубанов Ц.А., Базаров А.Д. Коррекция сезонных изменений вибрационных сейсмограмм при вибросейсмическом мониторинге Южнобайкальского региона // «Геофизические методы исследования земной коры» Матер. Всерос. конф. посв. 100-летию со дня рождения академика Н. Н. Пузырева. - Новосибирск, Изд-во ИНГГ СО РАН, 2014, С. 219-222.

© В. В. Ковалевский, Л. П. Брагинская, А. П. Григорюк, Ц. А. Тубанов, А. Д. Базаров, 2015