диссертация (Приливные эффекты в высокочастотных сейсмических шумах в сейсмоактивном регионе), страница 5

Концепция активностигеофизической среды, которая проявляется, в частности, в излучении средойсейсмического шума, в корне меняет представления о свойствах горных пород.Всейсмоэмиссионномпроцессеслаборазличимысигналы,соответствующие отдельным актам – микроземлетрясениям. Часто следуя одно задругим, эти отдельные спонтанно возникающие события сливаются в непрерывныйпроцесс, интенсивность которого зависит от общего напряженного состояниясреды, пространственных и временных градиентов напряжений и раздробленностиструктуры.

Каждое такое микрособытие ведет к локальному сбросу напряжений, авесь процесс в целом иллюстрирует тонкую структуру релаксации горных пород исейсмического течения горных масс на уровне отдельных актов крипа.Изучениюсамостоятельнойинформативностивысокочастотныхсейсмических шумов посвящено большое количество работ [Винник, 1968; Гордеев,Рыкунов, 1976; Рыкунов, Смирнов, 1985, 1992; Смирнов, Черепанцев, 1991;Троицкий, 1987; Шубик и др., 1991, и многие другие, развивающие заданноенаправление].Таким образом, сейсмическая эмиссия – новый класс информативныхгеофизических явлений.

Наиболее высокой эмиссионной активностью обладаютзоныразломов,контактыблоковземнойкоры,областианомальнойтрещиноватости и раздробленности [Адушкин и др., 2006, 2012; Спивак, 2010,2014]. Эмиссионная компонента шумов может рассматриваться как интегральныйотклик на все одновременно воздействующие на регион деформационныепроцессы. Концентрация напряжений, предшествующих возникновению сильногоземлетрясения, вносит свой вклад в изменение свойств среды в объеме очага иприлежащих к нему обширных приповерхностных областях [Алексеев и др., 2001],что также может отражаться в параметрах сейсмического шума, и, следовательно,использоваться при прогнозе землетрясений.261.3 Исследования приливного воздействияна высокочастотный сейсмический шум. Приливная модуляция“Краеугольным камнем” в изучении связи высокочастотного сейсмическогошума и земных приливов является открытие явления модуляции высокочастотныхсейсмических шумов Земли, сделанное Л.Н.

Рыкуновым, О.Б. Хаврошкиным и В.В.Цыплаковым в 1983 г. (дата приоритета – 1975 г.) [Рыкунов и др., 1984]. Формулаоткрытия: “Экспериментально установлено неизвестное ранее явление модуляцииВСШ Земли, обусловленной длиннопериодными деформирующими процессами (втом числе собственными колебаниями Земли)” подразумевает также модуляциюземными приливами, о которой авторами открытия была опубликована отдельнаястатья [Рыкунов и др., 1980б].Первые работы по выявлению и исследованиюприливной модуляции сейсмических шумовВ работе [Рыкунов и др., 1980б] на основе корреляционного и спектральногоанализа достаточно коротких рядов данных был сделан вывод о существованииприливной модуляции ВСШ.

Основным доказательством существования эффектамодуляции явились соотношения некоторых спектральных и корреляционныххарактеристикВСШ.Рассчитанныйкоэффициенткорреляциимеждудвухнедельным рядом значений огибающей ВСШ с частотой 27 ± 0.1 Гц и рядомтеоретической приливной поправки силы тяжести g оказался равным −0.4.

Крометого, спектр уровня ВСШ имеет максимумы в районе 12 и 24 часов, которыесвязывались с суточными и полусуточными волнами лунно-солнечного прилива.В последующие за открытием модуляции ВСШ годы исследования этогоэффекта были проведены рядом ученых.Результаты, подтверждающие модуляцию, были получены в принципиальноотличающихся геологических условиях: в частности, в сейсмоактивном регионе(Туркмения [Каррыев, 1984]) и на платформе (Белоруссия [Сероглазов, 1991]).Вработе[Дьяконов,Улитин,1982]рассматривалосьсоотношениеприливных возмущений с вариациями физических характеристик, среди которых, вконтексте обзора, нас интересует сейсмоакустическая эмиссия пород в диапазоне2720 − 100 Гц.

Обработка ряда наблюдений (не совсем понятна, правда, длительностьэтого ряда: с одной стороны приведены десятисуточные графики, с другой:упоминаются серии наблюдений в различных условиях, судя по датам,продолжительностью до двух месяцев) дала коэффициент корреляции шума иприливной поправки силы тяжести 0.8, отмечаются суточные и полусуточныепериодичности в уровне сейсмоакустической эмиссии, причем для различныхгеологических условий регистрации амплитуды гармоник различаются.Как правило, продолжительность регистрации в работах по этой тематикеневелика, и зачастую интересные результаты не подкреплены надежнымистатистическими оценками.

Так, в работе [Беляков и др., 1991] приведеныфрагменты записей, демонстрирующие связь интенсивности акустической эмиссии(регистрируемые частоты 1 − 1 000 Гц) со скоростью изменения приливныхвозмущений силы тяжести, причем регистрация проводилась на трех различныхполигонах: Краснодарский край (Россия), Гомельская область (Белоруссия),Калифорния (США). Глубины скважин находятся в интервале от 390 м до 2000 м,что должно давать надежную защиту от экзогенных шумов. Получено изменениеболее чем в 2 раза интенсивности акустической эмиссии во время сизигийного(максимального) прилива по сравнению с квадратурным (минимальным).К особенностям воздействия приливов (которые сами имеют стабильные вовремени спектральные характеристики) на излучение ВСШ следует отнестинеустойчивость связи (например, [Старовойт, 1986]), а также выявление в шуменеполного комплекта приливных параметров (либо 14-суточная периодичность[Старовойт, 1986], либо 12-часовая, либо 24-часовая).С самого начала проведения работ в этом направлении решается задача омеханизме излучения ВСШ.

В качестве причины излучения предлагаютсяразличные варианты трещинообразования: трещины отрыва (эмиссия возникает втвердой среде при ее растяжении [Рыкунов и др., 1978б], наблюдается корреляцияВСШ со скоростью деформации [Беляков и др., 1991]) или трещины сдвига.Обнаруженный в [Сероглазов, 1991] эффект гистерезиса при приливномвоздействии находится в согласии с моделью прерывистого скольженияпротивоположных берегов готовой трещины при действии приложенных нагрузоки при наличии бокового или всестороннего сжимающего давления (stick-slip),28которое наблюдается при медленных изменениях нагрузки, что согласуется стребованием длиннопериодности деформаций.Особыйинтересвызываетрассмотрениепроцессасвязивнешнихдеформирующих процессов с модуляционным откликом с энергетических позиций.В работе [Рыкунов, Смирнов, 1985] приведены оценки мощности диссипацииприливного воздействия и мощности источников ВСШ (исходя из их обобщенныхспектров [Островский, 1982].

Полученное превышение на 5 − 7 порядковмощности ВСШ по сравнению с диссипацией прилива позволяет предполагатьтриггерный механизм связи внешних воздействий с излучением шума: внешниедеформирующие процессы лишь управляют активностью внутренних источниковВСШ, не являясь их энергетическими источниками. В этой же работе авторывводят для геофизической среды понятие неравновесности, проявлением которой иявляется чувствительность поля ВСШ к слабым внешним воздействиям на среду.Этосвойствопредполагаетактивныйоткликгеофизическойсредынапротекающий в ней деформирующий процесс, обусловленный воздействиемэнергетически слабых внешних полей.Работы оппонентов приливной модуляции сейсмических шумовРезультаты,длиннопериоднымиподтверждающиемодуляциюсейсмическогодеформационнымипроцессами,небылишумавоспринятыоднозначно.

Опубликован ряд работ, критикующих вышеупомянутые результаты[Гальперин и др., 1987, 1988 и др.], либо утверждающих альтернативный вариант –отсутствие какой-либо модуляции шума деформационными процессами на основенезависимых наблюдений [Аксенович и др., 1988; Гальперин и др., 1987, 1988,1989].Наиболее уязвимыми местами работ о модуляции с точки зрения авторов[Гальперин и др., 1987] являются ограниченное представление первичногоматериала и утверждение о наличии причинно-следственной связи, исходя лишь иззначимости коэффициента корреляции между двумя процессами.

Кроме того,эффект модуляции проявляется не постоянно, в различные моменты наблюдаетсямодуляция различными факторами [Старовойт, 1986], что позволило говорить онесостоятельности выводов.29В работе [Гальперин и др., 1987] на основе критериев явления модуляции: 1)присутствие в спектре огибающей шума гармонических компонент, которыехарактерны для прилива (либо другого модулирующего процесса), 2) различиеуровня шума в сизигийном и квадратурном участках, когда амплитуда приливаменяется в несколько раз, 3) постоянное фазовое соотношение между шумом иприливом при наблюдениях в сходных условиях – по результатам регистрациивысокочастотного сейсмического шума в трех пунктах на юге Казахстана:сейсмостанции “Тургень”, “Талгар|” и “Кастек” − модуляция ВСШ лунносолнечными приливами подтверждения не получила.