Способ трассирования тектонических нарушений в верхней части разреза

Изобретение относится к области геоакустики и может быть использовано для обнаружения и трассирования тектонических нарушений в верхней части разреза. Сущность: на расположенных в крест простирания основных тектонических структур профилях измеряют акустическую эмиссию. Выделяют аномальные значения на каждом из профилей. Отождествляют выделенные аномалии с зонами разрушения пород. Проводят мониторинг двух выделенных аномалий на двух профилях двумя акустическими станциями. При этом одну станцию располагают на первом профиле в месте максимального скопления энергии, а другую - на соседнем профиле в аномальной точке. Регистрируют сигналы акустической эмиссии одновременно на обоих профилях в течение 20-30 минут. Данную процедуру выполняют поочередно во всех аномальных точках второго профиля. Выделяют аномалии акустической эмиссии на первом (a ₁) и на втором (а ₂) профилях. Ищут соответствие каждой из аномалий первого профиля одной из аномальных точек на втором профиле. Соответствием считают наиболее близкое к единице отношение энергии a ₁ к энергии а ₂. По выявленной паре таких точек прослеживают тектоническое нарушение с одного профиля на другой, а далее по этому же принципу - на другие профили. Технический результат: повышение эффективности корреляции разломов.

 

Изобретение относится к способам прогноза опасных геологических процессов и может быть использовано в инженерной геологии.

Известны способы корреляции тектонических нарушений, выделенных по геофизическим, геохимическим и др. аномалиям в верхней части разреза на нескольких профилях, основанные на том, что корреляция с одного профиля на другой осуществляется по ближайшим аномалиям [1]. Однако при высокой плотности разломов или неортогональных к разломам профилях способ не позволяет надежно трассировать (коррелировать) разломы с одного профиля на другой.

Также известны методы обнаружения разломов по акустической эмиссии, которая излучается зонами разрушения пород, отождествляемый обычно с тектоническими нарушениями [2]. Акустическая эмиссия (АЭ) регистрируется в виде амплитуды, ускорений или давления A(t) (где t - время) в интервале частот от 1 до 1000 Гц. Такие частоты позволяют обнаружить тектонические нарушения с мощностью зоны разрушения сплошности пород порядка 0,5 м и больше.

Задачей изобретения является повышение эффективности корреляции разломов по результатам измерения интенсивности акустической эмиссии по профилям. Профили обычно располагаются в крест предполагаемого простирания основных тектонических структур и на каждом из профилей выделяются аномальные значения акустической эмиссии по правилу превышения трех сигм (трех среднеквадратических значений уровня шума). Аномалии выделяются по интенсивности одиночного отсчета, или по средней интенсивности, или по энергии - за определенный промежуток времени: 0,1 с, 0,5 с, 1,0 с. Временной интервал выбирается из практики или по отношению энергии аномалии к энергии помех.

По результатам экспериментов было сделано предложение коррелировать аномалии акустической эмиссии, выделенные на разных профилях, не по сигналам, а по выделенным среди них микроземлетрясениям и/или их энергии. Задача при этом упрощается, а надежность корреляции повышается. Это обусловлено тем, что не всякий сигнал акустической эмиссии, в том числе большой интенсивности и/или продолжительности, может быть отождествлен с приходом сигнала от микроземлетрясения. При корреляции микроземлетрясений они выделяются по энергии, которая выступает в роли аномалий. Предложенный способ от этого не изменится.

Энергия вычисляется по формуле:

где A(t_i) - мгновенная интенсивность АЭ в t_i; m - число точек на сигнале.

Однако, несмотря на увеличение отношения сигнал помеха при вычислении энергии, опознать идентичные аномалии, обусловленные одним и тем же разломом на двух соседних профилях, не просто.

Учитывая тот факт, что тектонические нарушения из-за разрушения пород имеют меньшую, чем окружающие породы скорость распространения упругих волн, их можно идентифицировать в качестве волноводов, в которых переток акустической эмиссии происходит с минимальными потерями энергии. Если аномалии принадлежат одному и тому же разлому, то можно сказать, что они связаны между собой волноводом.

Трассирование нарушений от одного профиля к другому может производиться путем мониторинга двух аномалий, расположенных на двух профилях, при помощи двух акустических станций.

Если одна станция расположена на первом профиле - в одном из мест максимального выхода энергии АЭ, другая - на соседнем профиле поочередно на всех его аномальных точках, и на обоих профилях регистрируются сигналы АЭ одновременно в течение 20-30 минут, то при установке обеих станций на одну и ту же зону разлома принимаемые во время мониторинга сигналы будут близки по амплитуде и энергии и их отношение близко к единице. Во всяком случае это отношение, самое близкое к единице по сравнению с остальными.

В зависимости от надежности обнаруженных во время мониторинга аномалий, характера проявления разлома (к примеру, флуктуации по глубине и мощности) и других факторов, которые могут быть обнаружены во время мониторинга, возможны различные схемы прослеживания аномалий и соответственно разломов, например, с 1-го на 2-й и 3-й и т.д и/или с 1-го на 2-й, со 2-го на 3-й, с 3-го на 4-й и т.д. или с 1-го на 2-й и 3-й, а с 3-го на 4-й, 5-й, 6-й и т.д. Время, необходимое для мониторинга, зависит от всех условий. Из опыта оно составляет 15-20 минут, но может уточняться по результатам специального мониторинга на исследуемой площади. К примеру, на первом профиле в опытном порядке мониторинг может продолжаться до 3 часов. По результатам мониторинга выбирается промежуток времени, в котором приходит два или более микроземлетрясений.

Во время мониторинга выделяют аномалии акустической эмиссии: a ₁ - на первом и a ₂ - на втором профилях и ищется соответствие каждой из аномалий первого профиля одной из множества аномальных точек на втором профиле по близкому к единице отношению энергии аномалий a ₁/a ₂. Близкому к единице, потому что благодаря волноводному распространению волны вдоль разлома амплитуда сигнала почти не изменяется. Если микроземлетрясение находится со стороны первого профиля, то а ₁/a ₂≤1, если со второго, то а ₁/а ₂≤1.

По данной паре таких точек прослеживают нарушение с одного профиля на другой и далее, по такому же принципу, на другие профили. После этого может быть прослежена вторая аномалия с первого профиля на все остальные профили и т.д., пока не будут исчерпаны все аномалии первого, потом точно так же второго и т.д.

Способ можно применять как на суше, так и для корреляции тектонических нарушений с суши на море и с моря на сушу. Выделенные аномалии отождествляются с зонами разрушения пород или тектоническими нарушениями.

Способ применяется в инженерной геологии. Эффективность способа проявляется при картировании тектонических нарушений в осадочном чехле в районах строительства стратегически важных и экологически опасных объектов. На примере строительства Всемирной Шанхайской выставки 2010 года и в районе строительства крупных промышленных объектов на побережье Финского залива показана эффективность предлагаемого способа.

Литература

1. Гзовский М.В. Основы тектонофизики. М., 1975.

2. Прялухина Л.А., Глинская Н.В., Мищенко О.Н. и др. Поиски и обнаружение «живущих» разломов по акустическим шумам. // Изменяющаяся геологическая среда: пространственно-временные взаимодействия эндогенных и экзогенных процессов: Материалы Международной конференции: Т.2. Казань: Изд. КГУ, 2007.

Способ трассирования (корреляции) тектонических нарушений в верхней части разреза, включающий измерение энергии акустической эмиссии (АЭ) по располагаемым вкрест простирания основных тектонических структур профилям, выделение аномальных значений АЭ по правилу превышения трех сигм (трех среднеквадратических значений уровня шума) на каждом из профилей и отождествление выделенных аномалий с зонами разрушения пород, отличающийся тем, что осуществляется мониторинг АЭ двух выделенных аномалий на двух профилях двумя акустическими станциями, одна из которых расположена на первом маршруте в месте максимального выхода энергии АЭ, другая - на соседнем(их) профиле(ях) в аномальной точке, выполняют эту процедуру поочередно на всех аномальных точках второго профиля, регистрируют сигналы АЭ одновременно на обоих профилях в течение 20-30 мин, выделяют аномалии акустической эмиссии а ₁ на первом и а ₂ на втором профилях, ищут соответствие каждой из аномалий первого профиля одной из аномальных точек на втором профиле по близкому к единице отношению энергии а ₁ к энергии а ₂, по данной паре таких точек прослеживают тектоническое нарушение с одного профиля на другой и далее по такому же принципу на другие профили.