Способ обнаружения "живущих" разломов

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано при изучении сейсмогенерирующих структур. В способе обнаружения «живущих» разломов в зоне разлома устанавливают акустическую мониторинговую станцию и выполняют суточный мониторинг зоны разлома. Определяют время активизации и время «затишья». Затем задают мониторинговый профиль вкрест исследуемого разлома с выходом на вмещающие породы. На вмещающих породах устанавливают акустическую мониторинговую станцию и второй датчик, вычисляют спектры и энергию и по разности энергии вычисляют среднюю квадратическую ошибку вычисления энергии. Переносят второй датчик на следующие пикеты, выполняют краткосрочный синхронный акустический мониторинг двумя установленными на первом и текущем пикетах датчиками и по каждому из датчиков на первом и текущем пикетах вычисляют амплитудные спектры и энергию акустической эмиссии. По правилу трех сигм выделяют аномалии энергии над фоном, по границам аномалий определяют границы «живущего» разлома, характеризующегося аномальными проявлениями микроземлетрясений, и/или образованием магистральных трещин, и/или микротрещин. Технический результат - повышение точности и достоверности получаемых данных.

 

Изобретение относится к области геофизики и, в частности, к геоакустическим методам изучения сейсмогенерирующих структур.

Изобретение наиболее эффективно может быть использовано при поиске «живущих» (прямо сейчас) разломов и краткосрочном прогнозе землетрясений по акустическим предвестникам.

«Живущий» разлом - это такой разлом, в теле которого наблюдается повышенная концентрация трещин по сравнению с вмещающими породами, процессы образования аномальной концентрации микротрещин и укрупнения трещин. На это расходуется накопленная в теле разлома энергия упругой отдачи и триггерная энергия внутриразломных и внешних источников, в том числе энергия приливных процессов [1].

«Живущий» разлом - это среда, которая способна накапливать энергию внутренних и внешних источников и выделять эту энергию при воздействии на элементы тела разлома энергии (спусковой механизм) дополнительных источников с образованием резонансных волн и других упругих колебаний. К «живущему» разлому следует относить тело разлома и активную часть примыкающих к нему вмещающих пород, которые могут быть изучены по аномалиям геофизических (к примеру, акустических) полей даже в случае закрытых осадками разломов [1].

Упругая энергия в «живущих» разломах выделяется из некоторого предварительно напряженного объема пород - очага. Частота проявления очагов многих опасных геологических процессов в «живущих» разломах выше, чем в просто разломах и тем более во вмещающих породах.

«Живущий» разлом - это такой разлом, в котором наблюдается затишье в геодинамической активности, т.е. может быть нарушена обычная (нормальная, фоновая) реакция разлома (среды) на приливные и другие воздействия, что свидетельствует о способности накапливать энергию упругой отдачи. Затишье может наблюдаться в микроземлетрясениях. Поэтому при выделении «живущих» разломов, анализ акустической эмиссии следует производить путем сравнения характера акустической эмиссии в зоне разлома и за ее пределами, к примеру, по микроземлетрясениям и/или по аномалиям энергии акустической эмиссии.

Известен способ, в котором считается, что разломы, неоднократно проявлявшие себя в недавнем геологическом прошлом, вероятно, еще возобновят свою деятельность в будущем. Такие разломы называются «живущими» [2]. Слово «живущий» указывает на возможность будущей деятельности разлома, и поэтому такие разломы называют также потенциально «живущими». Поэтому, к примеру, в Калифорнии для строительства в областях разломов (или вблизи них), которые юридически считаются «живущими», требуется специальное разрешение властей штата (закон Алквиста-Приоло о геологически опасных зонах). «Живущими» разломами считаются в соответствии с законом как «…потенциально «живущие» разломы, проявлявшие значительную активность во время голоцена (примерно последние 10 тыс лет), положение которых легко определимо и которые вызывали смещения на земной поверхности в течение четвертичного периода…». Законом определено, какие разломы считаются «живущими» и какова их протяженность. В постановлении Комиссии США по атомной энергии, касающемся сейсмостойкости АЭС, «живущими» разломами считаются вообще все «действовавшие в течение последних 500 тыс лет». Принимается во внимание и протяженность разломов, которую надо учитывать при проектировании АЭС. Например, разломы более 1 мили (1,6 км) в длину обязательно учитываются, если они находятся не дальше 30 миль (48 км) от предполагаемой строительной площадки, а разломы длиной более 10 миль (18,5 км), если находятся на расстоянии 50-100 миль (92,5-185 км) от нее [2].

Однако все эти положения не приемлемы для задач сейсмологии, так как нас интересует, живет ли разлом прямо сейчас и как он влияет на окружающую среду прямо сейчас.

Известен также способ оценки современной активности тектонических нарушений (патент №2393510), в котором выявляют зоны неотектонических разломов. В выявленных зонах проводят полевое геолого-геоморфологическое картирование с последующим определением деформаций и смещений молодых отложений и элементов рельефа. Определяют возраст этих деформаций и выделяют зоны активных разломов. Проводят геофизические исследования в зонах активных разломов, в результате которых определяют местоположение и структуру разломов и выделяют активные разрывы.

Однако недостатком способа является необходимость проведения трудоемких и продолжительных полевых наблюдений с целью картирования деформаций, определения возраста деформаций и местоположения активных разрывов, которые носят субъективный характер, и продолжительных наблюдений.

Из известных наиболее близким по технической сущности является второй описанный выше аналог, который содержит определение деформаций, точно так же, как и заявляемый. Он может быть принят в качестве прототипа.

В заявляемом способе не требуется выполнение многочисленных исследований, а интерпретация результатов не приводит к субъективным выводам.

Кроме того, недостатком известного аналога (прототипа) является способ оценки современной активности разлома по сопоставлению значений скоростей современных тектонических смещении по разломам с их интервальными суммарными значениями, характеризующими степень их тектонической активности.

Кроме того, все известные аналоги не оценивают активность разломов прямо сейчас.

Целью настоящего изобретения является обнаружение активного в настоящее время разлома в течение короткого периода времени наблюдения, например в течение суток.

Поставленная цель достигается путем проведения акустического мониторингового двухдатчикового профилирования, выполняемого по профилям, направление которых выбирается вкрест исследуемого разлома с выходом на вмещающие разлом породы.

При этом согласно изобретению профилирование выполняется в период суточной активизации разлома двумя датчиками, один из которых мониторинговый (первый) устанавливается на вмещающих породах на первом пикете профиля, второй перемещается по профилю (по пикетам) до тех пор, пока не будет пересечен разлом. На первом пикете на вмещающих породах устанавливают акустическую мониторинговую станцию и второй датчик, вычисляют спектры и энергию в 5-10 разных минутных интервалах и по разности энергии в заданных частотных интервалах вычисляют среднюю квадратическую ошибку (сигма - σ) вычисления энергии. Переносят второй датчик на следующие пикеты. На каждой паре первого и текущего пикетов производится краткосрочный синхронный акустический мониторинг (от 3-х до 10 минут, который оценивается экспериментально по сходимости спектров акустической эмиссии на разных временных интервалах) и вычисляется энергия в нескольких частотных интервалах (низкие, преобладающие, высокие) акустической эмиссии. По градиенту энергии акустической эмиссии (разность энергий на текущем и первом датчиках) в заданном интервале частот отбивается граница разлома и граница вмещающих пород, где энергия выходит на фоновый уровень, или разность ΔE_i=E_i-E₁ (где i - текущий пикет) больше kσ, k=1÷3, т.е. ΔE>kσ. По границам аномалий на одном, двух или трех интервалах низких, средних и высоких частот определяют границы «живущего» разлом, характеризующегося аномальными проявлениями микроземлетрясений, и/или образованием магистральных трещин, и/или микротрещин.

Расстояние между пикетами на профиле выбирается из опыта таким, чтобы на теле разлома было зарегистрировано не менее трех точек.

Время наблюдения на точке должно обеспечить прохождение всего маршрута в течение времени активизации разлома и/или окружающей среды. Для этого по результатам суточного мониторинга строят спектры и/или энергию, в выбранных частотных интервалах выбирают интервал расчета энергии. Фоновый (преобладающий) и аномальный на низких и высоких частотах. Например, в Псковско-Палдисской и других зонах разлома были выбраны:

- низкие - 2-18 Гц (частота упругих колебаний от местных слабых землетрясений);

- высокие - 80-120 Гц (частота упругих колебаний от трещин);

- преобладающие - 18-80 Гц (частота упругих колебаний от трещин и/или микроземлетрясений).

Псковско-Палдисская зона разлома выделена по геофизическим данным (Н.М. Руховец, 1966, Схема тектонического строения Прибалтики по данным геофизических исследований) и прослежена от Псковского озера на северо-запад до о-ва Осмассаар. На юго-восточном окончании этой зоны в 2002-2003 гг. лаборатория МГМ ФГУП ВНИИОкеангеология выполняла магнитные, элетромагнитные и акустические исследования, в результате которых разлом был признан «живущим». Его активизация приводит к подвижкам вдоль зон тектонических нарушений на северо-востоке в Сосновоборском регионе.

Выделяются микроземлетрясения в зоне разлома по низким и высоким частотам. Перед обоими событиями зарегистрированы микроземлетрясения на всех интервалах частот. Это близкие к акустической станции микроземлетрясения. Кроме того, на графиках видны в отдельных временных интервалах удаленные события, которые происходили как одновременно с близкорасположенными, так и в другие периоды времени. Это указывает на то, что разломная зона активизируется закономерно по всей длине и/или на отдельных участках.

Во время указанного мониторинга в разломе происходили различные события: I - удаленные от установленной акустической станции, интенсивные в ночное время микроземлетрясения; II - микроземлетрясения, близкие к акустической станции; III - возрастание частых малоамплитудных микроземлетрясений; IV - интенсивные процессы трещинообразования с отдельными слабыми микроземлетрясениями. Это характеристика небольшого участка разлома, которая наблюдалась всего в течение нескольких дней. Это тоже подтверждает тот факт, что данный разлом является «живущим».

Список литературы

1. Паламарчук В.К., Глинская Н.В. и др. «Живущие» разломы. Определения. Примеры. // Естественные и технические науки, №6, 2012, из-во: Спутник, Москва, с.223-229.

2. Асада Т., Исибаси К., Матсуда Т. и др. Методы прогноза землетрясений // под. ред. Асада Т., пер. с англ. - М.: Недра, 1984, 312 с.

Способ обнаружения «живущих» разломов, содержащий карту тектонических нарушений исследуемого района, отличающийся тем, что в зоне разлома устанавливают акустическую мониторинговую станцию, выполняют суточный мониторинг зоны разлома, определяют время активизации и время «затишья», выбирают период максимальной активизации на низких - 2-18 Гц, средних - 18-80 Гц, и высоких - 80-120 Гц частотах, задают мониторинговый профиль вкрест исследуемого разлома с выходом на вмещающие породы, выбирают расстояние между пикетами на профиле, на первом пикете на вмещающих породах устанавливают акустическую мониторинговую станцию и второй датчик, вычисляют спектры и энергию в 5-10 разных минутных интервалах и по разности энергии в заданных частотных интервалах вычисляют среднюю квадратическую ошибку (сигма - σ) вычисления энергии, переносят второй датчик на следующие пикеты, выполняют краткосрочный трехминутный синхронный акустический мониторинг двумя установленными на первом и текущем i-том пикетах датчиками, по каждому из датчиков на первом и текущем пикетах по синхронным измерениям вычисляют амплитудные спектры и энергию акустической эмиссии (E₁ и E_i соответственно) в заданных интервалах низких, средних и высоких частот, по правилу трех сигм в разности ΔE_i=E_i-E₁ выделяют аномалии энергии над фоном, по границам аномалий на одном, двух или трех интервалах низких, средних и высоких частот определяют границы «живущего» разлома.