Аппаратура для регистрации сейсмических событий.

сейсмического источника.
Задача Абеля. Уравнения Герглотца-Вихерта.
Взаимосвязь между сейсмической активностью и

параметрами пласта месторождения нефти.
Использование регистрации микросейсмических явлений для определения положения трещин гидроразрыва пласта.

Лекция 4

- прибор для определения азимута на эпицентр.
Во второй половине XIX

века сейсмоскопы стали использовать для определения времени землетрясения, снабжая их часами, которые останавливались или запускались в момент землетрясения.

в Японии Юингом. Он состоял из чугунного кольца весом 25

кг, подвешенного на стальной проволоке длиной около 6.8 м. При помощи системы рычагов движение груза разбивалось на две горизонтальные составляющие и в увеличенном виде записывалось на закопченной стеклянной пластине, вращающейся вокруг вертикальной оси. Пуск часового механизма, вращающего пластинку, производился сотрясением при землетрясении. Увеличение этого прибора было около 10.

В 1888-1889 г.г. Ребер-Пашвиц создал горизонтальный маятник, подвешенный к штативу на двух остриях с оптической регистрацией на барабане, вращающемся с линейной скоростью 11мм/ час. Длина маятника 19 см, длина оптического плеча 4.5 м, увеличение около 48.5.

использовано электродинамическое преобразование перемещений маятника в электрический ток. Для записи

сейсмограммы использовался пучок света, отраженный от зеркальца гальванометра; чрез гальванометр проходил электрический ток, возбуждаемый в обмотке катушки, которая была соединена с маятником и двигалась вместе с ним в постоянном магнитном поле.

Современные типы сейсмографов используют принцип регистрации, предложенный Голицыным. В основном регистрируется скорость смещения почвы, полученные велосиграммы с помощью АЦП преобразуются в цифровую форму и записываются на различные типы носителей- магнитные ленты, диски и т.д. Для регистрации сильных движений в эпицентральной зоне землетрясений применяются акселерометры, в устройстве которых используются пъезоэлементы.

и положения эпицентров местных землетрясений в пределах месторождений, береговых сооружений

и на расстоянии до 20 км от них для землетрясений с локальными магнитудами от 2 c точностью определения положения эпицентра 2 км.
Нахождение статистических параметров естественного сейсмического режима.
Определение возможных изменений естественного сейсмического режима в ходе разработки месторождений.

Основные требования к системе сейсмического мониторинга

времени GPS;
Система архивации сейсмических сигналов;
Система резервного питания сейсмической станции.

- 40 Гц
Коэффициент преобразования 200 -

600 в/м/сек
Шум сейсмоприемника в диапазоне частот 0,5-40 Гц не более 2,5 нм/с
Динамический диапазон не менее 120 Дб
Длина коммуникационного кабеля к регистратору до 20 м

информационных каналов не менее 6
Динамический диапазон информационных каналов не менее 120

Дб
АЦП 24 разряда
Частотный диапазон каждого канала 0,5 - 40 Гц
Диапазон регулировки усиления канала 1 - 64
Частота квантования входного сигнала на канал от 10 до 1000 отсч/сек
Антиалясинговый фильтр с частотой среза 40 Гц
Тип системы ведения точного времени GPS
Точность привязки к мировому единому времени не хуже 1 мс
Калибровка импульсным или синусоидальным сигналом,
Тип записи информации непрерывный, триггерный, по расписанию
Тип алгоритма выделения событий LTA / STA
Размер винчестера не менее 30 Гбайт
Рабочий температурный диапазон -5 / +30 С
Питание от сети через систему резервного питания (возможно резервирование аккумулятором емкостью до 55А/ч).
Напряжение сети 220 В
Потребляемая мощность (без датчиков) не более 30 Вт
Длина коммуникационного кабеля к PI/CI до 500 м

программ системы сбора данных
Пакет программного обеспечения по обработке сейсмических данных

ARCES (эпицентральное расстояние Δ = 391 км; верхние две трассы

и NORES ( Δ= 1309 км, нижние трассы).

базируются на лучевых представления о распространении сейсмических волн.
Положения волнового фронта

в моменты времени t и t+Δt определяются расстоянием Δs вдоль направления луча. Угол θ между вертикалью и падающим лучом называется углом падения. Путь, пройденный волной вдоль луча, связан с путем, пройденным вдоль поверхности выражением
Δs = Δx sinθ.
Т.к. Δs = vΔt, то vΔt = Δx sinθ
Δt /Δx = sinθ /v = u sinθ ≡ p,
где u – «медленность» ( u = 1/v, где v- скорость), а p - лучевой параметр.

две сейсмические станции, можно измерить лучевой параметр. Лучевой параметр характеризует

медленность волнового фронта в горизонтальном направлении, поэтому p часто называют горизонтальной медленностью сейсмического луча.
Рассмотрим траекторию луча, падающего на границу слоя под углом a1 к вертикали. Пусть скорость в каждом ниже лежащем слое больше, чем в верхнем. Т.к. лучевой параметр р остается постоянным
p = u1 sin a1 = u2 sin a2 = u3 sin a3 = …
Если скорость будет все время расти, то в конце концов, угол a достигнет 900 и луч будет распространяться горизонтально. Обозначим медленность на поверхности u0 , угол выхода a0 тогда.
u0 sin a0 = p = u sin a.
Когда a = 900, луч достигает точки поворота р = uгр , uгр - медленность в точке поворота.

луча. Из геометрии

Чтобы получить х, проинтегрируем это выражение.


Пусть z1 находится на свободной поверхности (z1 = 0) , z2 - точка поворота zp , тогда расстояние, пройденное лучом от поверхности до точки поворота


Т. к. траектория луча симметрична относительно точки поворота, полное расстояние Х ( р)

dt = uds, dt/ds = u




Вывод справедлив для

случая, когда скоростная модель представляет собой непрерывную функцию, зависящую от глубины. Для скоростной модели в виде плоскопараллельных слоев интеграл заменяется на суммирование.
Вместо X(p) и T(X), часто используется комбинация этих функций,

эта функция получила название временной задержки и может быть выражена как


где zp - глубина точки поворота.

известен простейший годограф – функция T(X), не имеющий ни точек

возврата, ни разрывов, связанных с существованием зон пониженных скоростей. Тангенс угла наклона касательной к каждой точке годографа определяет значение скорости в точке поворота. Необходимо определить какой глубине в Земле эта скорость соответствует.

потраченное мячом на то, чтобы прокатиться от основания холма до

верхней точки и снова до основания.


здесь x –высшая точка, на которую поднялся мяч , t – затраченное на это время. Аналогично для волны положим t(x)=X(p)/2p, x=p², ξ=[u(z)]² f(ξ)=dz/d(u²)

– радиус-вектор для луча, выходящего на расстоянии X1, R –

радиус Земли

верно и по ним построены два прямолинейных участка годографа. Существует

бесчисленное множество разрезов, которые дадут одинаковый годограф первых вступлений.

сейсмического события одной станцией для оценки координат очага и времени

в очаге, используется метод отношения амплитуд между компонентами 3-компонентной записи.
Вектор движения в начальной части записи P-волны на горизонтальных и на вертикальных компонентах смещения, используется для вычисления азимута на эпицентр и угла падения сейсмического луча.
Расстояние можно получить по разности времен пробега волн P и S.
На больших расстояниях от очага для определения эпицентрального расстояния используются годографы.

данные не более 3 станций, координаты гипоцентра и время в

очаге определяются методом засечек по данным об азимуте на эпицентр и угле падения.
Определение координат эпицентра методом засечек осуществляется построением на карте кругов с центрами в точках расположения сейсмостанций и радиусами равными эпицентральным расстояниям, измеренным по разности времен пробега P- и S-волн.
Область пересечения кругов соответствует местонахождению эпицентра.
Эти круги, впрочем, редко пересекаются в одной точке, что приводит к ошибкам в определении положения эпицентра и гипоцентра.

более станций, параметры гипоцентра определяются при помощи метода инверсии времен

пробега.
Предполагается, что разница в истинном положении очага и рассчитанном является малой величиной, так что остаточная разность может быть задана линейной функциональной зависимостью от поправки к истинному положению гипоцентра.
Исходное решение задается в виде времен пробега для рассматриваемых фаз от некоторой области, где предположительно локализован очаг, которое затем проверяется для нахождения поправок к первоначально заданному положению, далее исправленное решение является входным и т.д.
Итеративный процесс обычно быстро сходится, если первоначальное определение гипоцентра близко к истинному местоположению.
В международной практике полевых сейсмологических наблюдений данный подход определения положения землетрясений является одним из самых распространенных. В расчетах в качестве базовой модели в основном используется одномерная скоростная модель среды.

групп сейсмических событий
a) Soultz-sous-Forets
experiment, 1993
b) Fenton Hill
experiment, 1983
Примеры облаков сейсмических

событий в экспериментах по инжекции жидкости

spatial change of permeability.
length, mm
Pressure isolines, account of gas and

inhomogenety.

the 0.1-second intervals and scaled pore pressure during water injection

into closed reservoir. Permeability 14 mD.

Турунтаев С.Б. Техногенные процессы в литосфере (опасности и катастрофы).