Методика донных сейсмических исследований инженерно-геологических условий на предельном мелководье Арктики (1100340), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Их наличие в устройствепозволяет одновременно регистрировать продольные и поперечные SH-волны.Конструкция донного регистрирующего устройства представляет собой корпустреугольной или ромбовидной формы со сторонами 18-20 см со свинцовой пластинойна дне. Ее наличие в устройстве обеспечивает смещение центра тяжести всейконструкции. Такая конструкция позволяет легко и надежно размещатьрегистрирующее устройство на дне акваторий, обеспечивать надежный контакт сгрунтом, сохранять пространственную ориентацию регистрирующего устройства приперемещении по дну и преодолевать локальные препятствия (камни, неоднородностина дне и пр.) при перемещении вдоль профиля. В корпусе жестко закреплены двасейсмоприемника GS-20DX (вертикальный и горизонтальный) для регистрациипродольных и поперечных SH-волн.
Приемная линия длиной до 300 метров,обеспечивает связь с сейсмостанцией и является одновременно тросом дляперемещения устройства по дну акватории.Регистрирующие донные устройства можно использовать как в одиночномварианте, так и в виде косы из нескольких таких устройств.В результате исследований установлено, что разработанное донноерегистрирующее устройство не уступает по своим характеристикам стандартным11сейсмоприемникам, используемым при наземных сейсмических исследованиях, ипозволяет получать непрерывные сейсмические данные при переходе от суши какватории.Выводы:Существующеесейсмоакустическоеоборудованиеприпроведенииисследований на предельном мелководье не обеспечивает возможность возбужденияи надежной регистрации поперечных SH-волн.
В результате разработки,изготовлении и опробовании технологического оборудования сделаны следующиевыводы:1.Разработаны и успешно опробованы донные сейсмические устройства,обеспечивающие одновременную регистрацию продольных и поперечных SH-волн.2.Разработаны ручной и электромагнитный импульсный источникисейсмических колебаний, обеспечивающие, в отличие от существующих источников,возбуждение продольных и поперечных SH-волн.3.Разработанное технологическое оборудование позволяет получатьсейсмические данные на предельном мелководье в том же частотном диапазоне, что ипри проведении наземных исследований на прибрежных участках суши.4.Отличительной особенностью разработанного комплекса оборудованиядля проведения донных сейсмических исследований, состоит в том, что онообеспечивает одновременную регистрацию продольных и поперечных SH-волн, чтоявляется важным технологическим преимуществом при проведении полевыхисследований в условиях акваторий.5.Разработанный электромагнитный импульсный источник надежноработает на предельном мелководье с глубинами акватории не менее 3 метров, аинтенсивность его колебаний соизмерима с интенсивностью «ручного»сейсмического источника.Глава 4.
Закономерности структуры волнового поля на предельноммелководье Арктики и прибрежных участках сушиЗнание закономерностей структуры сейсмического поля является основой дляобъективных выводов о возможностях и ограничениях использования различныхтипов волн для изучения геологических объектов. Поскольку в литературепрактически не встречаются сведения о таких закономерностях для мелководныхарктических акваторий, проведение подобных исследований оказалось актуальными необходимым.
Ниже отдельно рассматриваются закономерности структурыволнового поля на прибрежных участках суши и на предельном мелководье Арктики.4.1. Прибрежные участки сушиСтруктура поля продольных и поперечных SH-волн, типичная для пляжавблизи границы с акваторией изображена на рис. 2.В структуре поля продольных волн присутствуют прямая продольная волна Тp0со скоростью 270 м/с, связанная с зоной неполного водонасыщения, мощностькоторой составляет около 2 метров; преломленная волна Tpпр зпв со скоростью 155012м/с, соответствующая кровле зоны полного водонасыщения (ЗПВ) и волна Tpпр ММПсо скоростью 2600 м/с, преломленная на кровле ММП. В последующих вступленияхвыделяется волна Tpотр ММП2. Без дополнительной информации идентификация этойволнызатруднительна.Предположительноэтоволна,отраженнаяотсейсмогеокриологической границы в толще ММП.
Наличие интенсивныхповерхностной и прямой волн не позволяет выделить отраженную продольную волнуот кровли ММП.На сейсмической записи поперечных SH-волн по физическим причинамотсутствует волна, связанная с границей ЗПВ. Это упрощает структуру волновогополя. Прямая волна ТSH0 со скоростью 160 м/с характеризует всю толщу талых пород.В структуре волнового поля присутствует волна TSHпр ММП со скоростью 1000м/с,преломленная на кровле ММП и волна TSHотр ММП2, предположительно, как и в случаепродольных волн, отраженная от литологической границы в толще ММП.Рис. 2. Сейсмограммы продольных (А) и поперечных SH-волн (Б), полученныена пляже Печорской губы. Геокриологический стационар «Болванский».Тp0 – прямая продольная волна; Tpпр зпв – продольная волна, преломленная награнице зоны полного водонасыщения; Tpпр ММП – продольная волна, преломленнаяна кровле ММП; Tpотр ММП2 – продольная волна, отраженная от литологическойграницы в толще ММП; ТSH0 – прямая поперечная SH-волна; TSHпр ММП – поперечнаяSH-волна, преломленная на кровле ММП; TSHотр ММП – поперечная SH-волна,отраженная от кровли ММП; TSHотр ММП2 – поперечная SH-волна, предположительноотраженная от литологической границы в толще ММП.Наибольший интерес представляет волна TSHотр, отраженная от кровли ММП,которая расположена на глубине около 8 метров.
Отсутствие поверхностной волныкосвенно свидетельствует о слабой инверсности скоростного разреза, котораяпредположительно связана с повышенным содержанием обломочного материала вприповерхностном слое. Хорошая разрешенность волны TSHотр свидетельствует о13практической возможности использования ее для изучения геокриологическогоразреза. Отметим, что отраженные поперечные SH-волны с хорошим разрешением,присутствовали в структуре волнового поля и на других участках исследований, гдекровля ММП располагалась на глубине всего 2-3 метра.Анализ структуры волнового поля продольных и поперечных SH-волн наприбрежных участках суши показал, что для изучения геокриологического разрезапредпочтение следует отдавать поперечным SH-волнам.
Фактором, осложняющимиспользование продольных волн, является наличие в верхней частигеокриологического разреза ЗПВ.4.2. Предельное мелководье АрктикиПри переходе от суши к акватории структура волнового поля продольных волнпринципиальным образом изменяется (рис.3).Рис. 3. Сейсмограммы продольных волн в прибрежной части Печорскойгубы.
Геокриологический стационар «Болванский».Тp0 – прямая продольная волна; Tpпр зпв – продольная волна, преломленная награнице зоны полного водонасыщения; Tpпр ММП – продольная волна, преломленнаяна кровле ММП; Tpотр ММП – продольная волна, отраженная от кровли ММП;Tpотр ММП2 – продольная волна, предположительно отраженная от литологическойграницы в толще ММП.При возбуждении колебаний на берегу (ПУ 4м) и на урезе воды (ПУ 16 м)структура волнового поля схожа со структурой волнового поля на пляже.
В первыхвступлениях прослеживаются прямая волна Тp0, волна Tpпр зпв, преломленная награнице ЗПВ и волна Tpпр ММП, преломленная на кровле ММП. Как и на пляже,низкая скорость Тp0 свидетельствует о присутствии в приповерхностной части14разрезе зоны неполного водонасыщения в талых породах. Разные значения t0волны Tpпр зпв, преломленной на границе ЗПВ при переходе от пляжа к акватории,говорят об изменчивости мощности этой зоны в плане. Существование зонынеполного водонасыщения в пределах акватории приводит к тому, что частотныйспектр сейсмической записи относительно низкий – 110-130 Гц. На удалении 100метров от уреза воды (ПУ 116 м) эта зона пропадает.
Об этом свидетельствуетрезкое увеличение частоты регистрируемых колебаний до 650 Гц и скоростипрямой волны до 1550 м/с. Увеличение частотного спектра сейсмическихколебаний повышает разрешенность волновой записи, что позволяет выделятьотраженные волны Tpотр ММП и Tpотр ММП2 от кровли ММП и предположительно отлитологической границы в толще ММП соответственно.Стоит отметить, что в структуре поля продольных волн на этом и на другихучастках исследований нет кратных волн от границы вода-воздух, хотявозбуждение и прием сейсмических колебаний осуществляется в водной среде.
Повсей видимости, это связано с тем, что сейсмические колебания осуществлялисьнепосредственно по дну акваторий.В отличие от продольных волн, в структуре поля поперечных SH-волн (рис.4), частотный спектр сигнала остается фактически неизменным на пляже и вразных частях акватории.Характерной особенностью при переходе от суши к акватории являетсяуменьшение скорости прямой волны ТSH0. На этом участке, значения скоростейпрямых волн уменьшаются со 160 м/с до 70 м/с.В качестве объяснения этой особенности автором предложена следующаягипотеза. Вследствие постоянного движения воды в приливно-отливной зонеакваторий верхний слой грунта находится во «взвешенном» состоянии, т.е.сцепление частиц меньше, чем в состоянии «покоя».Таким образом, в сейсмогеологическом разрезе на мелководных акваторияхпоявляется маломощный слой с пониженными значениями скоростей поперечныхSH-волн.
При этом в структуре поля в первых вступлениях прослеживается слабаяпреломленная волна ТSHпр от границы подошвы этого слоя. Низкая интенсивностьэтой волны обусловлена тем, что при возбуждении колебаний большая частьэнергии уходит на формирование прямой волны, связанной с маломощнымповерхностным слоем.Наличие этого слоя и относительно слабая интенсивность преломленной наего подошве волны является благоприятным фактором для регистрации, запределами конуса прямой волны, поперечных SH-волн TSHотр ММП , TSHотр ММП2,отраженных от геокриологических границ.Установленные закономерности структуры поля продольных и поперечныхSH-волн были выявлены и на других участках исследований, в том числе и запределами криолитозоны.15Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
