АНАЛИЗ ЗАТУХАНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОЛН

Мультипозиционный анализ затухания энергии поверхностных волн

В традиционных методиках малоглубинной инженерной сейсморазведки при возбуждении упругих колебаний ударными поверхностными источниками или взрывами наложенных и малозаглубленных зарядов подавляющая часть энергии расходуется на генерацию низкочастотных  низкоскоростных поверхностных волн. При распространении этих волн в изменчивом по физическим свойствам приповерхностном массиве грунта происходит их отражение от локальных неоднородностей, вследствие чего  на записях могут проявляться локальные аномалии повышенной энергии поверхностной волны, обусловленные эффектом конвергенции.  Такие аномалии могут являться индикационным признаком наличия жестких отражающих поверхностей, в частности зон вертикальной трещиноватости и нарушений сплошности массивов грунта и коренных пород.  Метод анализа энергии поверхностных волн основан на определении частотно-зависимого коэффициента поглощения, что в свою очередь, позволяет оценить затухание различных гармоник и частотных составляющих их спектров на разных глубинах проникновения колебаний в толщу грунтов в зависимости от длины волны.

Полевая сейсмограмма поверхностных волн (нижний бьеф плотины Плявиньской ГЭС)

Параметр затухания энергии поверхностных волн рассчитывается по отношениям спектральных составляющих по парам трасс сейсмических записей, равноудаленных от общей для них средней точки на профиле. При расчете отношений учитывается ослабление энергии волн за счет геометрического расхождения фронта по закону обратной зависимости от корня квадратного из расстояния между трассами. При высокой кратности перекрытия наблюдений число трасс, относящихся к каждой средней точке по записям от разных источников велико, за счет чего достигается мощный статистический эффект, сводящий к минимуму, сильные в общем случае, флуктуации спектров из-за различий в приповерхностных условиях установки геофонов.

Рабочее окно программы расчета потрассных отношений спектров поверхностных волн

Результатом расчета является двумерная развертка по глубине и по расстоянию вдоль профиля массива (квазиразрез) величин коэффициента поглощения энергии поверхностной волны. Глубина, к которой относится расчетное значение коэффициента поглощения определяется  глубиной приуроченности максимума энергии соответствующей частотной составляющей, которая, в свою очередь, зависит от ее фазовой скорости. Поэтому наиболее эффективна совместная интерпретация данных многоканального анализа поверхностных волн (MASW) и расчета частотно-зависимого коэффициента поглощения.   Связь коэффициента поглощения со скоростями продольных волн менее существенна, однако и здесь можно наблюдать определенные качественные соответствия характеристик изучаемого разреза по двум независимым методам.

Разрез скоростей продольных волн и затухания энергии поверхностных волн по профилю в нижнем бьефе плотины Плявиньской ГЭС

Разрез скоростей продольных волн и затухания энергии поверхностных волн на участке локальных оседаний поверхности шахтного поля над подземными соляными выработками 

Приведенные ниже результаты расчета разрезов скоростей распространения продольных волн и затухания энергии поверхностных волн выполнены по материалам, полученным отделом активной сейсмоакустики Горного института УрО РАН (г.Пермь).

Положительные значения коэффициента поглощения (синие цвета) соответствуют участкам с низкими скоростями продольных волн в местах оседания поверхности. Аномальные участки с отрицательными значениями коэффициента поглощения (красные цвета) соответствуют местам, где происходит «подпитка» энергии поверхностной волны за счет отражения и рассеяния на возможных  границах зон вертикальной трещиноватости и дробления породного массива.

Разрезы скоростей продольных волн по данным обращенного ВСП и затухания энергии поверхностных волн

На данных разрезах проявляются зоны повышения энергии поверхностных волн за счет отражения на возможных участках вертикальной трещиноватости и дробления породного массива на границах низкоскоростной зоны  ускоренного оседания поверхности шахтного поля над отработанными соляными выработками.