Совместное применение наземных сейсмических методов в инженерных исследованиях

Объект исследования. Верхняя часть геологического разреза (зона малых скоростей).

Цель. Продемонстрировать на практике совместное применение двух сейсмических методов (активного и пассивного) для определения глубины залегания кровли коренных пород и наличия структурных изменений в грунтовой толще.

Материалы и методы. Перед геофизическими методами при инженерных исследованиях, как правило, стоит задача определить глубину и рельеф залегания скальных пород. Конечно, это не единственная задача, но одна из самых востребованных. Из всего многообразия геофизических методов для решения поставленной задачи самые информативные и мобильные – это сейсмические. В данной работе авторы сопоставляют результаты совместного использования и интерпретации метода преломленных волн и метода регистрации микросейсм в различных геологических условиях. Это два принципиально разных сейсмических наземных метода. Метод преломленных волн является активным и имеет источник упругих колебаний, метод регистрации микросейсм – пассивный, регистрирует окружающий фон микросейсмических колебаний естественного и искусственного происхождения. На исследуемых площадках выбрано по одному профилю, на которых построены скоростные разрезы по продольным Vp и поперечным Vs волнам. Проведена регистрация микросейсмического фона в нескольких точках, рассчитана спектральная плотность мощности скорости смещения и кривая спектральных отношений. Зная скорость поперечных волн в рыхлом слое, используем формулу пересчета из частотной области (передаточная характеристика Накамуры) в глубину. Таким образом, в точках наблюдения микросейсм может быть вычислена и прослежена глубина контрастных по акустической жесткости границ.

Результаты. На разных грунтовых условиях показана корреляция между скоростными разрезами по поперечным волнам и результатом обработки микросейсм методом Накамуры.

Выводы. Дополнение классического метода преломленных волн данными метода регистрации микросейсм позволяет с большей уверенностью судить о структурных особенностях верхней части геологического разреза.

1. Биряльцев Е.В., Вихорева А.А., Захарчук В.А., Комаров А.Ю., Пыхалов В.В. (2021) Метод обработки данных пассивной сейсмики для выявления контрастных внутрисолевых пропластков в геологическом разрезе Астраханского свода. Георесурсы, 23(3), 109-117. https://doi.org/10.18599/grs.2021.3.14

2. Бобров В.Ю., Герасимова И.Ю. (2021) Применение метода преломленных волн при условии сложной конфигурации преломляющей границы. Инженерная и рудная геофизика – 2021. Геленджик, Россия, 61-69. https://doi.org/10.3997/2214-4609.202152061

3. Воскресенский М.Н. (2022) Инженерные сейсмические изыскания в различных грунтовых условиях. Горный информационно-аналитический бюллетень, 5(1), 56-69. https://doi.org/10.25018/0236_1493_2022_51_0_56

4. Герасимова И.Ю. (2020) Изучение упругой анизотропии верхней части разреза по данным малоглубинной сейсморазведки. Горное эхо, 1(78), 59-62. https://doi.org/10.7242/echo.2020.1.13

5. Горбатиков А.В., Степанова М.Ю., Камшилин А.Н. (2008) Специфика применения метода микросейсмического зондирования в инженерных задачах. Вопр. инженерн. сейсмологии, 35(2), 25-30.

6. Горбатиков А.В., Цуканов А.А. (2019) Об оценке результатов метода микросейсмического зондирования при их геологической интерпретации. Геология и геофизика Юга России, 9(3), 139-150. https://doi.org/10.23671/VNC.2019.3.36482

7. Давыдов В.А. (2019) Малоглубинное сейсмическое зондирование на основе изучения эллиптичности микросейсм. Георесурсы, 21(1), 78-85. https://doi.org/10.18599/grs.2019.1.78-85

8. Давыдов В.А. (2021) Поиски подземных ходов с помощью сейсморазведки на примере заброшенного монастыря. Урал. геофиз. вестник, 2(44), 21-27. https://doi.org/10.25698/UGV.2021.2.3.21

9. Плотников Б.С., Черкашнев С.А. (2021) Реальность и перспективы технологии микросейсмического мониторинга. Приборы и системы разведочной геофизики, 3(70), 29-32.

10. Романов В.В. (2013) Возможности повышения разрешенности сейсмограмм метода преломленных волн (MПB). Технологии сейсморазведки, 4, 67-73.

11. Романов В.В., Гапонов Д.А. (2014) Применение инженерной сейсморазведки при изучении грунтовых вод в глинистых грунтах. Известия вузов. Северо-кавказский регион. Сер.: Естеств. науки, 6(184), 52-59.

12. Сенин Л.Н., Сенина Т.Е. (2005) Сейсмическая станция “Синус”. Приборы и техника эксперимента, 5, 162-163.

13. Сенин Л.Н., Сенина Т.Е., Воскресенский М.Н., Парыгин Г.И. (2018) Комплексные сейсмические исследования верхней части геологического разреза. Урал. геофиз. вестн., 4(34), 41-49. https://doi.org/10.25698/ UGV.2018.4.7.41

14. Тарасов С.А., Гоев А.Г., Волосов С.Г., Горбунова Э.М., Иванченко Г.Н., Королев С.А. (2020) Уточнение скоростного разреза осадочной толщи методом Накамуры на новых сейсмических станциях ИДГ РАН. Росс. сейсмол. журн., 2(4), 43-50. https://doi.org/10.35540/2686-7907.2020.4.04

15. Турчков А.М., Ошкин А.Н., Вязниковцев А.А. (2021) Опыт применения сейсморазведочных методов отраженных и преломленных волн для изучения строения тела плотины. Инженерная и рудная геофизика – 2021. Геленджик, Россия, 75-82. https://doi.org/10.3997/2214-4609.202152075

16. Федин К.В., Колесников Ю.И., Нгомайезве Л. (2020) Картирование Барсуковской пещеры пассивным сейсмическим методом стоячих волн. Недропользование. Горное дело. Направления и технологии поиска, разведки и разработки месторождений полезных ископаемых. Экономика. Геоэкология. XVI Междунар. конф., 665-673. https://doi.org/10.18303/B978-5-4262-0102-6-2020-073

17. Яблоков А.В., Дергач П.А., Лисейкин А.В. (2023) Обработка записей микросейсмических колебаний методом Накамуры на территории Быстровского вибросейсмического полигона. Интерэкспо ГЕО-Сибирь, 2(4). https://doi.org/10.33764/2618-981X-2023-2-4-86-93

18. Яскевич С.В., Дергач П.А., Чернышов Г.С., Карпухин В.И., Дучков А.А. (2021) Изучение анизотропии ВЧР на полигоне Ключи методом преломленных волн. Интерэкспо ГЕО-Сибирь, 2, 90-97. https://doi.org/10.33764/2618-981X-2021-2-3-90-97

19. Hellel M., Oubaiche E.H., Chatelain J.L., Bensalem R., Amarni N., Boukhrouf M., Wathelet M. (2019) Efficiency of ambient vibration HVSR investigations in soil engineering studies: backfill study in the Algiers (Algeria) harbor container terminal. Bull. Engin. Geol. Environ., 78(7), 4989-5000. https://doi.org/10.1007/s10064-018-01458-y

20. Hunter J.A., Crow H.L., Stephenson W.J., Pugin A.J.M., Williams R.A., Harris J.B., Odum J.K., Woolery E.W. (2022) Seismic site characterization with shear wave (SH) reflection and refraction methods. J. Seismol., 26, 631-652. https://doi.org/10.1007/s10950-021-10042-z

21. Konno K., Ohmachi T. (1998) Ground-Motion Characteristics Estimated from Spectral Ratio between Horizontal and Vertical Components of Microtremor. Bull. Seismol. Soc. Amer., 88(1), 228-241.

22. Nakamura Y. (2019) What Is the Nakamura Method? Seismol. Res. Lett., 90(4), 1437-1443. https://doi.org/10.1785/0220180376

23. Vargemezis G., Tsourlos P., Fikos I., Diamanti N., Angelis D., Amanatidou E. (2019) Void Detection and Consolidation Filling Verification by ERT, GPR and Seismic Refraction Methods. 1st Conference on Geophysics for Infrastructure Planning Monitoring and BIM. The Hague, Netherlands. https://doi.org/10.3997/2214-4609.201902525.