авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 ||

Атрибуты сейсмических волновых полей и их использование при решении задач инженерной геологии

-- [ Страница 2 ] --

В основе классификации сейсмических атрибутов (Brown, 2004) лежат типы исходной сейсмической информации, способ их расчета и форма представления. Сейсмические атрибуты условно разделяют на два класса - кинематические и динамические (Урупов А.К., 2004). Кинематические атрибуты (время, скорость) несут структурную информацию о строении среды (о положении и конфигурации границ объектов) и частично об упругих параметрах горных пород. Динамические атрибуты (амплитуда, частота, затухание) сейсмических волн отражают фациальные и литологические особенности строения геологического разреза, связаны с вещественным составом, пористостью и трещиноватостью горных пород, могут давать информацию об относительном изменении пустотности и водонасыщенноси горных пород. Для подчеркивания той или иной особенности геологического строения в конкретных условиях вычисляются наиболее чувствительные атрибуты или их производные, а также конструируются комплексные атрибуты. Комплексные атрибуты могут состоять из атрибутов сейсмических волн одного типа или разных типов волн, отличающихся как по поляризации, так и по траектории распространения. Использование гибридных (комплексных) атрибутов, учитывающих многообразие геологического строения в конкретных условиях, повышает устойчивость получения сейсмической информации о среде и ее детальность.

Для облегчения процесса выделения волн разных типов автором предлагается трансформация исходных сейсмограмм в сейсмограммы таких атрибутов, как мгновенные амплитуды и фазы. На сейсмограммах мгновенных амплитуд лучше прослеживаются первые вступления преломленных и рефрагированных волн разных типов, а на сейсмограммах мгновенных фаз четче выделяются оси синфазности регулярных волн в зоне интерференции.

В качестве атрибутов на объектах с наличием участков пониженной прочности целесообразно использовать параметры, количественно сообщающие о наличии или отсутствии на записях некоторых волн-индикаторов, таких как дифрагированные волны, образующиеся на неоднородностях, связанных с участками нарушенной прочности. Например, этим атрибутом может быть величина кривизны осей синфазности.

При работах МПВ в качестве кинематических атрибутов записи предлагаются: времена регистрации, временные интервалы между фазами, между осями синфазности, интегральные или локальные углы наклона осей синфазности и производные от этих параметров (скорости и т.п.). В качестве динамических атрибутов волновых записей предложены интегральная, интервальная и мгновенная амплитуды, их частотные и фазовые характеристики, а также различные производные параметры: энергия сейсмических сигналов, коэффициенты затухания и градиенты этих характеристик по вертикали и по латерали.

В таблице показаны рекомендуемые сейсмические атрибуты на основе информации о времени регистрации сейсмических волн, их амплитуде, частоте и затухании. Атрибуты определяются для некоторой преломляющей границы (оси синфазности) или в некотором временном окне. Внутри окна изучаемый параметр (атрибут) может быть описан средним, экстремальным, доминирующим значением, а также как параметр статистического распределения.

Атрибуты, рекомендуемые для применения в инженерной сейсморазведке МПВ

Базовые атрибуты Способы вычисления атрибутов
в точке регистрации волн на трассе или вдоль границы в окне
Время Нормированное время первых вступлений,наклон изолиний (полей времен, скоростей), кривизна изолиний (полей времени, скоростей) Подобие (корреляция), различие времен пиковых значений
Амплитуда Размах амплитуды, максимальная амплитуда Полная энергия, число пересечений нуля, средний модуль амплитуды записи, среднеквадратический разброс амплитуд
Частота Доминантные частоты Средняя частота в окне, спектральная декомпозициия, максимальная амплитуда спектра, ширина спектра на уровне 0,7 от амплитудного максимума, площадь амплитудного спектра
Затухание Отношение амплитуд на двух или трех периодах Отношение энергий двух типов волн

Особенность атрибутов МПВ в отличие от атрибутов МОГТ заключается в том, что они получаются по сейсмограмме, а не по временному разрезу. Поэтому при практическом использовании следует отдать предпочтение более надежно определяемым оконным или комплексным атрибутам.

Важной стороной при построении атрибутных изображений является вопрос о координатах, в которых изображаются значения атрибута. Предлагается отнесение атрибутов по координатам источника, приемника или средней точки на поверхности наблюдений, по глубине, интервалу глубин, по времени вступления волны, интервалу времен.

Третье защищаемое положение. На базе применения новых атрибутных изображений получены новые геологические результаты при изучении карстоопасных объектов, участков с подземными горными выработками и зон повышенной трещиноватости в геологическом разрезе.

Защищаемое положение раскрывается в третьей главе диссертации.

Выявление закарстованных зон. Особую остроту проблема изучения и мониторинга карстовых явлений приобретает для участков железных дорог, как правило, расположенных в благоприятных для развития карста условиях: в долинах рек, межгорьях и т.п.

Один из примеров использования атрибутных изображений - участок 1913-1914 км перегона Богданович - Пышминская Свердловской железной дороги. Участок характеризуется интенсивным движением поездов и находится в пределах развития карбонатного карста. Верхняя часть геологического разреза сложена известняками С1 и терригенными отложениями С3. Рыхлые отложения, залегающие на палеозойских породах, представлены в основном суглинками, глинами и супесями с высоким содержанием дресвы и щебня. Кровля известняков, поднимаясь в середине участка до глубин от 2-4 м, западнее и восточнее погружается до 19-25 м.. Мощность зоны выветривания 2-3 м, по трещинам до 20 м. Трещины круто падающие, секут породу через 3-10 м. Карстовые полости размером от десятков см до 1-2,5 м заполнены чаще всего глиной или суглинками с примесью дресвы и щебня и могут быть заполнены водой.

Другой объект - участок железнодорожного перегона Пермь - Кунгур - характеризуется карстово-суффозионными явлениями в гипс-ангидритовых отложениях. Участок находится у тылового шва первой надпойменной террасы р. Бабки. В коренных породах под аллювием, мощность которого составляет от 10 до 18 м, находится зона интенсивной трещиноватости и закарстованности. Коренные породы пермского возраста представлены мелко- и среднезернистыми песчаниками с карбонатным цементом, а также гипс-ангидритовыми и карбонатными пачками. Ниже по разрезу с глубины 20-25 м залегают слаботрещиноватые доломиты. Характерная черта карстующихся пород – загипсованность. Она определяет интенсивность развития карста, строение полостей, наличие зон разуплотнения, в которых карбонатная мука находится в текучем состоянии.

Одинаковый подход к получению и обработке сейсмических материалов на обоих участках позволил определить факторы, которые являются доминирующими при обнаружении зон разуплотнения грунтов в карстующейся толще, а также определить комплекс показателей карстоопасности. Для его определения использовались кинематические и динамические характеристики не одного, а нескольких типов сейсмических волн.

Характерной чертой локальных скоростных аномалий является их небольшая ширина - 10-15 м и высокий градиент скорости по латерали (рис.1). Важно то обстоятельство, что такой тип аномалий соответствует скрытым карстовым полостям, расположенным внутри толщи известняков. Открытым карстовым полостям, выходящим в залегающие над известняками рыхлые грунты, соответствуют лишь небольшие скоростные аномалии, которые трудно отличить от аномалий, связанных с поверхностными неоднородностями. Отмечено также, что области понижения скоростей, связанные со сменой типа геологического разреза (с изменением литологического состава), имеют горизонтальные размеры, превышающие размеры блоков. В них наблюдается плавный характер изолиний скоростей. Все это позволило использовать атрибут, вычисляемый как наклон изолиний.

 Фрагмент вертикальной карты скоростей продольных волн с вынесенными-0

Рис. 1. Фрагмент вертикальной карты скоростей продольных волн с вынесенными инженерно-геологическими скважинами

С целью уточнения положения зон разуплотнения горных пород в изучаемом геологическом разрезе автором был рассмотрен ряд дополнительных атрибутов, которые могут указывать на наличие аномальных участков, связанных с карстовыми полостями или повышенной трещиноватостью. Основными среди них являются: характерный вид сейсмической записи, связанный с аномальным поглощением сейсмических волн (атрибут форма сигнала), форма годографа первых вступлений (атрибут время), характер скоростного разреза продольных волн (атрибут наклон), положение областей уменьшения значений скоростей поверхностных волн (атрибут отношение скоростей). Кроме этого, проводился спектральный анализ сейсмограмм (атрибут спектральная декомпозиция), который позволил сделать заключение об изменении частотного состава волн в пределах участка. Это было использовано для формирования комплексного показателя карстоопасности (рис. 2).

Сравнение скоростных разрезов, карт, результатов, полученных по различным характеристикам волнового поля, показало, что выделяемые по ним аномальные участки хорошо увязываются между собой по месту положения на профиле. Поэтому решение вопроса об отнесении того или другого участка профиля к категории участка повышенного риска проводилось на основе учета всего комплекса атрибутов, описанного выше. Такой принцип интерпретации применялся для построения прогнозной карты карстоопасных участков.

 Прогнозная карта распределения комплексного параметра по площади и имеющиеся-1

Рис. 2. Прогнозная карта распределения комплексного параметра по площади и имеющиеся инженерно-геологические скважины на участке ст. Богданович, построенная на основе семи атрибутов сейсмических записей

(1913.8 – номер ж/д пикета, 0.. 50.. 100 – номера сейсмических пикетов)

- скважины с наличием карстовых полостей на глубине до 10 м;
- скважины с наличием карстовых полостей глубже 10 м;
- скважины без карстовых полостей

Выявление положения подземных горных выработок. Мониторинг состояния грунтовых оснований

Исследование зон влияния подземных горных выработок проводилось в г. Березовском, где находится много недокументированных выработок на глубинах часто более 20 м, и на площадках г. Каменска-Уральского, где наряду со старыми выработками широко развиты и карстовые явления. Согласно данным УралТИСИЗ (2006 г.), на площадке г. Березовского подземные воды находятся на значительной глубине. Подземные пустоты на участках исследований в г. Каменске-Уральском заполнены атмосферными и техногенными водами (ООО «Технология», г. Екатеринбург, 2003). Кроме скоростных атрибутов по записям объемных волн использовались атрибуты поверхностных релеевских волн (значения фазовых скоростей, наклоны дисперсионных кривых, амплитуды и частоты их записей, количество наблюдаемых гармоник), а также параметр-индикатор дифрагированных волн – кривизна осей синфазности. Контуры зон влияния, выявленные по данным с применением атрибутного анализа, хорошо коррелируются с данными бурения.

Заключение

Разработана методика применения в инженерной сейсморазведке атрибутных параметров сейсмической записи для получения дополнительной информации о зонах с ослабленными прочностными показателями.

Предложены атрибуты для сейсморазведочных работ методом преломленных волн, а также алгоритмы их получения, изображения, анализа и способы инверсии.

На основе использования атрибутного подхода получены новые геологические результаты на ряде объектов инженерно-геологических изысканий.

Работы, опубликованные по теме диссертации:

Статья, опубликованная ведущем научном журнале, входящем в Перечень ВАК:

1. Крылаткова Н.А. Результаты инженерно-сейсмических исследований карста на Свердловской железной дороге // Известия вузов. Горный журнал. - 2008. - № 6.- С.

Монография:

2. Крылаткова Н.А. Интерпретация годографов первых волн в инженерной сейсморазведке / В.И. Бондарев, С.М. Крылатков, Ж.В. Пущина, Н.А. Крылаткова. – Екатеринбург: Изд-во УГГГА,1995.-84 с.

Статьи, опубликованные в научных сборниках, журналах и материалах конференций:

  1. Крылаткова Н.А. Изучение двумерно-неоднородных сред по годографам первых волн / В.И. Бондарев, Р.В. Кузнецов, С.М. Крылатков, Н.А. Крылаткова // Известия УГГГА. - Вып. 8. Серия: Геология и геофизика. - 1998. - С. 137-142.
  2. Крылаткова Н.А. Расчет и интерпретация годографов преломленных волн при изучении сред с криволинейными границами / В.И. Бондарев, А.С. Кашубин, Н.А. Крылаткова // Международная конференция "Экологическая геофизика и геохимия": Сборник материалов. - Москва-Дубна, 1998. – С. 56-57.
  3. Крылаткова Н.А. Исследование карстоопасных участков железных дорог с помощью сейсморазведки /С.М. Крылатков, Н.А. Крылаткова, О.Б. Нещеткин // Известия УГГГА. - Вып. 18. Серия:  Геология и геофизика. - 2003. - С. 137-142.
  4. Крылаткова Н.А. Основные результаты инженерно-сейсмических исследований карста на Свердловской железной дороге в 1998-2002 гг. /С.Г. Дубейковский, В.В. Бодин, Н.А. Крылаткова // Материалы международного симпозиума "Карстоведение – XXI век: теоретическое и практическое значение". - Пермь, 2004. - С. 251-255.
  5. Крылаткова Н.А. Особенности обработки и интерпретации инженерно-сейсмических данных при изучении закарстованных территорий / Н.А. Крылаткова, С.М.Крылатков // Материалы научно-практической конференции “Проблемы инженерных изысканий для строительства в Уральском регионе”. - Екатеринбург: Изд-во АМБ, 2004. - С. 46-50.

Подписано в печать 19.11.2008 г. Формат 6084 1/16

Бумага офсетная. Печать на ризографе.

Печ.л.1,0. Тираж 100. Заказ

Издательство УГГУ

620144, г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30

Уральский государственный горный университет

Отпечатано с оригинал-макета в лаборатории множительной техники изд-ва УГГУ



Pages:     | 1 ||
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.