Исследование состояния зданий, сооружений, промышленных конструкций в целом и их частей в настоящее время, в том числе, предполагает обработку информации, полученной с помощью сейсмических датчиков, расположенных как в непосредствraенной близости от изучаемых объектов, так и на существенных (до 20 км) удалениях. Методика изучения амплитудных спектров развивается в СЕФ ФИЦ ЕГС РАН в течение последнего десятилетия. За этот период времени были получены и проанализированы сейсмические данные мониторинга Саяно-Шушенской и Новосибирской ГЭС.

Современные технологии развития цифровых сетей связи и сейсмических регистраторов (в качестве примера рассматривается «Байкал-8») дают возможность реализовать передачу сейсмических данных с места их записи на сервер СЕФ ФИЦ ЕГС РАН в режиме реального времени. Специалистами филиала разработаны программное обеспечение и аппаратная конфигурация мобильного комплекса (далее – Комплекс), позволяющего получать на удаленном сервере записи сейсмических сигналов от входящей в его состав сейсмостанции в формате miniSeed посредством коммуникационной среды Интернет и сетевой инфраструктуры организации. Реализованное решение является малогабаритным, для его функционирования требуется подключение к электросети и обеспечение доступа в Интернет (проводное, или через стандартный модем оператора связи).

Принципиальная схема Комплекса приведена на рисунке *.1.

Рисунок *.1 – Архитектура разработанного Комплекса

Аппаратная часть Комплекса, устанавливаемая непосредственно в точке регистрации состоит из следующих компонент:

• сейсмического датчика (используется GD-4.5, или GD-10);
• регистратора Байкал-8;
• микрокомпьютера Raspberry Pi;
• роутера для организации локальной сети и доступа в интернет.

Использование универсального роутера позволяет получить доступ к сети передачи данных через любое возможное подключение – DSL, Ethernet или модем доступного оператора связи без нарушения внутренней организации локальной сети (регистратор и микрокомпьютер), что обеспечивает мобильность Комплекса. Следует дополнительно отметить, что с одним роутером могут одновременно работать несколько регистраторов и микрокомпьютеров, при необходимости.

Микрокомпьютер Raspberry Pi (рисунок *.2) работает под управлением ОС Seismobian, разработанной на базе стандартного дистрибутива Linux (RaspiOS). В операционную систему включены средства, позволяющие:

• организовать туннель (VPN) между микрокомпьютером и центром сбора данных;
• проводить сбор данных с регистратора;
• обеспечивать временное (циклическое) хранение собранных данных во внутренней памяти;
• по запросу основного сервера VPN передавать накопленные данные в центр сбора данных.

Рисунок *.2 – Микрокомпьютер Raspberry Pi

Использование стандартного решения позволяет, в случае необходимости, осуществить быструю замену вышедшего из строя оборудования.

В нормальном режиме (при условии непрерывной связи с основным сервером) сейсмические данные передаются с задержкой в 1-2 с, что позволяет считать Комплекс работающим в режиме реального времени. При возникновении проблем с каналом передачи данных, информация буферизируется и после восстановления соединения вновь передается в основное хранилище данных.

Основной сервер VPN, так же выполняющий роль центра сбора данных, установлен в серверном помещении СЕФ ФИЦ ЕГС РАН (совместно с АСФ ФИЦ ЕГС РАН) и построен на базе системного блока под управлением ОС Linux. Сервер обеспечивает непрерывный опрос микрокомпьютеров, доступных в туннелях VPN по протоколу seedlink, и формирует файловую структуру данных, полученных с сейсмостанций, в формате miniseed.

Доступ к серверу и запрос данных возможны как с помощью ПО Seisgram2K (для получения волновых форм в режиме реального времени), так и стандартными средствами протокола SMB для изучения архивных данных (Рисунок *.3).

Рисунок *.3 – Доступ к архиву данных (ОС Windows 10, OpenVPN)

Следует отметить, что доступ к данным разрешен только авторизованным пользователям в рамках протокола OpenVPN, что позволяет обеспечить необходимый уровень безопасности при удаленной работе специалистов организации.

На сервере организован специальный web-сервис, который позволяет отслеживать поступление данных (задержки буферизации и актуальность информации) в режиме реального времени (Рисунок *.4).

Рисунок *.4 – Монитор слежения доступности подключенных станций

В течение отчетного 2021 года СЕФ ФИЦ ЕГС РАН осуществил закупку восьми новых комплектов оборудования для мобильных Комплексов, интегрировал на сервер сбора информации станции из Камчатского филиала, приступил к сотрудничеству с ИВМиМГ СО РАН для регистрации данных со скважины этой организации (таблица *.1).

Таблица *.1 – Описание сейсмических станций на сервере сбора информации.

№ п/п	Название	Место установки, принадлежность и назначение
1	BSTK	НСО, полигон «Быстровка», АСФ ФИЦ ЕГС РАН, мониторинг НГЭС
2	ETLN	г. Новосибирск, СЕФ ФИЦ ЕГС РАН, мониторинг здания
3	IMVG	г. Норильск, Дворец культуры ПАО «Норникель», СЕФ ФИЦ ЕГС РАН, мониторинг здания
4	KLCH	НСО, сейсмостанция «Ключи», СЕФ ФИЦ ЕГС РАН, мониторинг сооружения
5	KZBS	г. Междуреченск, ВГП шахты «Распадская-Коксовая», СЕФ ФИЦ ЕГС РАН, мониторинг оборудования
6	MKSB	г. Новосибирск, скважина ИВМиМГ СО РАН, ИВМиМГ СО РАН, наблюдение
7	RSPD	г. Междуреченск, ВГП шахты «Распадская-Коксовая», СЕФ ФИЦ ЕГС РАН, мониторинг оборудования
8	SFGS	г. Междуреченск, ВГП шахты «Распадская-Коксовая», СЕФ ФИЦ ЕГС РАН, мониторинг оборудования
9	SVSH	г. Новосибирск, СЕФ ФИЦ ЕГС РАН, мониторинг здания
10	UNVR	г. Новосибирск, СЕФ ФИЦ ЕГС РАН, мониторинг здания
11	AD355	г. Петропавловск-Камчатский, КФ ФИЦ ЕГС РАН, мониторинг здания
12	ADM	г. Петропавловск-Камчатский, КФ ФИЦ ЕГС РАН, мониторинг здания
13	AX355	г. Петропавловск-Камчатский, КФ ФИЦ ЕГС РАН, мониторинг здания
14	AY355	г. Петропавловск-Камчатский, КФ ФИЦ ЕГС РАН, мониторинг здания
15	AZ355	г. Петропавловск-Камчатский, КФ ФИЦ ЕГС РАН, мониторинг здания
16	IVS	г. Петропавловск-Камчатский, КФ ФИЦ ЕГС РАН, мониторинг здания

Особенностью Комплекса является возможность удаленно проводить настройки микрокомпьютера (рисунок *.5).

Рисунок *.5 – Окно удаленного доступа к микрокомпьютеру

Администрирование настроек регистратора аналогично осуществляется с помощью удаленного доступа (Рисунок *.6).

Рисунок *.6 – Настройка параметров регистратора Байкал-8 в удаленном режиме

Завершена регистрация РИД: программы SpectrumSeism, которая предназначена для анализа спектров cейсмических данных. Возможно создание 2D-спектрограмм, а также спектров на указанной трассе. Для пользователя доступен набор инструментов для изучения спектральных особенностей данных, включая расширенные режимы визуализации и экспорта для дальнейшей работы со сторонним программным обеспечением. Поддерживаются следующие форматы данных: miniSeed, vibr2, Роса и Байкал.

Благодаря использованию современных алгоритмов реализована возможность быстрого анализа зависимости амплитуды частоты от времени с любой заданной точностью. Программа характеризуется удобным интерфейсом пользователя, позволяющим обрабатывать большие объемы данных в режиме реального времени

Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ (РИД) приведено на Рисунке *.7.

Рисунок *.7 – Свидетельство о регистрации «SpectrumSeism»

В связи с проведением по внебюджетной деятельности полевых сейсморазведочных работ методом ОГТ-2D летом 2018 года на р. Лена на участке от устья р. Тикян до устья р. Алдан, появилась возможность провести дополнительные исследования по изучению сейсмичности и глубинного строения данного участка. Проведение дополнительных исследований целесообразно, так как позволит получить новые знания о сейсмичности и глубинному строению районов Центральной и Северной Якутии. Малая изученность этих районов связана с труднодоступностью и, следовательно, высокой затратностью работ по установке необходимых для исследований сейсмологических станций, а выполнение таких исследований, как ГСЗ, вообще нереализуемо. При проведении в этих районах полевых сейсморазведочных работ, в которых принимали участие сотрудники Сейсмологического филиала, появилась возможность без существенных затрат эти исследования провести. С этой целью, вдоль р. Лена, на участке работ длиной в 1050 км, устанавливались временные сейсмостанции, на которых проводилась непрерывная регистрация фоновой сейсмичности. Эти исследования важны для получения данных о слабых сейсмических событиях, которые не регистрируются региональной сетью Якутского филиала ФИЦ ЕГС РАН. В дальнейшем предполагается использовать полученные данные о микросейсмических колебаниях для развития метода сейсмоэмиссионной томографии в части возможности исследования активных разломов Земной коры.

Кроме этого, были сделаны пробные исследования, нацеленные на изучение глубинного строения земной коры и верхней мантии данного региона. С этой целью, при регистрации колебаний от пневмоисточников, была увеличена длительность записи до 15-23 с (вместо 6 с, требуемых техническим заданием), т.к. ожидаемое двойное (вертикальное) время пробега отраженной волны до поверхности М составляет порядка 13 с. Также, была увеличена дальность регистрации до 10-20 км (все сто требуемых 8 км) с целью получения длинных годографов преломленных волн.

Выбор интерпретационный модели очень важная и ответственная часть обработки сейсмического материала. Если интерпретационная модель выбрана не верно, то, несмотря на высокую точность топографических параметров, точную временную привязку и т.д., могут возникнуть значительные модельные ошибки. Чтобы избежать этого, на отдельных точках профиля при проведении стандартных работ ОГТ с регистрацией Z-составляющей волнового поля, была проведена трехкомпонентная регистрация (которая также не предусматривалась техническим заданием). Полученная информация позволит изучить полное волновое поле и определить наличие или отсутствие анизотропии в разных местах профиля и правильно выбрать интерпретационную модель. Так как глубина отражающих границ вдоль разреза изменяется от нескольких метров до 15 км, то и модельная ошибка, которая может возникнуть, если существует анизотропия скоростей в разрезе, может достигать 1 км. Такая точность построения параметров разреза явно неприемлема. Чтобы избежать этого, на 8 участках профиля была проведена трехкомпонентная регистрация и получено по 132 сейсмограммы общего пункта приема на X, Y и Z – компонентах, т.е. всего 396 сейсмограмм ОПП. Полученная информация позволит определить наличие или отсутствие анизотропии скоростей вдоль профиля и правильно выбрать интерпретационную модель. 

            На рисунках 1 и 2 показаны схемы проведения исследовательских работ. Сейсморазведочный профиль МОГТ-2D длиной 1050 км (по сглаженной траверсной линии) проходит по руслу р. Лена от устья р. Тикян (ближайший нас. пункт – п. Кюсюр) до устья р. Алдан. Проходит через несколько крупных тектонических структур (рисунок 2 – Тектоническая карта по данным [31]). Так, на участке 0-650 км – это Предверхоянский краевой прогиб, причем на участке 400-540 км, судя по тектонической схеме, профиль проходит по границе между прогибом и Анабарской антеклизой и на этом участке, возможно, близко к поверхности подходит кристаллический фундамент. Участок профиля 650-840 км – проходит по Линденской впадине. Участок 840-930 км проходит по зоне складчато-надвиговых дислокаций Верхоянской цепи. Участок 930-1020 км – Лунгхинско-Келинский мегапрогиб и с 1020-1030 км до конца профиля – участок выхода на поверхность кристаллического фундамента. Таким образом, в тектоническом отношении территория исследований достаточно разнообразная и, при этом, практически не изучена сейсмическими методами (в литературных источниках отсутствуют сведения о глубинном строении именно этого участка, есть только данные профилей ГСЗ, проходящих севернее и южнее рассматриваемой территории).

            Еще на этапе опытных работ, возле г. Якутска, мы установили, что при суммировании по методу ОГТ большого числа сейсмограмм (несколько тысяч), на временном разрезе проявляются отражающие глубинные границы, расположенные намного глубже, чем выделяемые по стандартной сейсморазведке МОГТ, вплоть до границы Мохоровичича. Поэтому, с целью получения данных о ее строении и учитывая, что время двойного пробега отраженной близвертикально волны P_отр^М составляет, в среднем, около 13 с, была увеличена длительность регистрации до 15-23 с (по техническому заданию она составляла 6 с). Кроме этого, была увеличена и дальность регистрации – до 10-20 км (вместо заданных 8 км) с целью получения длинных годографов преломленных волн. Необходимо отметить, что наличие сейсмограмм с такими удалениями приводит к дополнительному увеличению количества зондирований (а значит, увеличению соотношения сигнал/шум), что должно положительно отразиться на качестве суммирования сейсмограмм.

            Рисунок 1 – Обзорная схема речного сейсморазведочного профиля

Рисунок 2 – Схема речного сейсморазведочного профиля на физической и тектонической  топооснове

На рисунке 3 показан пример типичной сейсмограммы, получаемой при речных сейсморазведочных работах, с применением АРУ, до фильтрации и после полосовой фильтрации, в районе 246 км профиля. Видно, что целевые отраженные волны наблюдаются на временах около 1 с; на больших временах видны другие волны (поверхностные, звуковые). Как видно из представленного на рисунке 3в фрагменте временного разреза, лишь до этих времен получаются отражающие горизонты, ниже ничего нет.

На рисунке 4 показана сейсмограмма, полученная с расширенными по времени и расстояниям параметрами регистрации. Видно, что весь набор сейсмических волн наблюдается до времен в первые секунды. На больших временах мы видим лишь некоррелированный шум и воздушную звуковую волну со скоростью 340 м/c. Рассмотрим теперь, что можно получить из этого сейсмического материала после суммирования.    

Рисунок 3 – Пример сейсмического материала, получаемого при сейсморазведке МОГТ-2D в соответствии с техническим заданием. (а) – исходная сейсмограмма; (б) – после полосовой фильтрации 8-16-40-60 Гц; (в) – фрагмент получаемого временного разреза

Рисунок 4 – Пример сейсмического материала, полученного с целью изучения глубинного строения. (а) – исходная сейсмограмма; (б) – после полосовой фильтрации 3-5-10-12 Гц

На рисунке 5 показаны два разреза – построенный по результатам стандартной методики сейсморазведки МОГТ-2D (рисунок 5а) и результат обработки сейсмограмм увеличенной до 23 с длительности с целью получения отражений от глубинных слоев земной коры вплоть до поверхности Мохоровичича (рисунок 5б). Отличия в разрезах для верхней части (1-2 с) связано с различиями в параметрах цифровой обработки сейсмограмм (таблица 1).

Прежде всего, значительно отличается частотный состав – для получения отражений от глубинных горизонтов, использовалась низкочастотная часть записи (5-12 Гц). По этой причине, верхняя часть получаемого разреза не является кондиционной (в большей мере на сейсмограммах остаются низкочастотные поверхностные волны). При стандартной обработке сейсморазведочных материалов, частотный диапазон выше, в целом, от 10 Гц до 40 Гц. Поэтому верхняя часть (осадочный чехол до границы фундамента) строится достаточно хорошо, а отраженные волны от более глубинных границ (даже если рассматривать до 6 с), не суммируются, т.к. подавляются данными фильтрами.

Еще одно отличие – это увеличенная до 2000-4000 кратность. Такая высокая кратность нужна для достижения необходимого соотношения сигнал/шум на получающемся временном разрезе. Мы полагаем, что из-за очень низкой амплитуды P_отр^М-волны при кратностях, например, меньше 1000 на разрезах почти ничего не видно. Высокая кратность достигается, в большей мере, за счет увеличенного до 100 м размера бина и, в меньшей мере, за счет использования в обработке увеличенных до 8-20 км удалений источник-приемник.

Скоростная модель в стандартной обработке сейсморазведочных материалов, как известно, подбирается на основе анализа спектров скоростей. При попытке определить скоростную модель для глубинных слоев, во-первых, не получается построить спектр скоростей из-за крайне низких амплитуд отраженных волн. Во-вторых, поскольку удаления источник-приемник меньше глубины до искомых границ и скорости сейсмических волн значительно выше, чем в осадочном чехле, годографы отраженных волн представляют практически горизонтальные линии, т.е. основная идея подбора скоростей для суммирования по методу ОГТ в данном случае не работает (суммирование с бесконечными кажущимися скоростями дает практически тот же результат).

Рисунок 5 – Фрагмент временного разреза, полученного по стандартной методике речной сейсморазведки МОГТ-2D (а) и в результате настоящего исследования (б)

Таблица 1 – Основные параметры цифровой обработки сейсмических данных

№	Параметр	Значение для стандартная методика речной сейсморазведки МОГТ-2D (рисунок 6.5а)	Значение для обработки сейсмограмм с целью получения глубинного разреза до М (рисунок 6.5б)
1	Бин, м	25х2500	100х2500
2	Максимальные удаления ПП-ПВ, км	6000	8-20
3	Значения кратности	400-600	2000-4000
4	Скоростная модель для суммирования	Определялась по результатам анализа спектров скоростей и менялась вдоль профиля	0-1с: 4 км/с2с – 6 км/с7с – 6.2 км/с13с – 6.5 км/с15с и более – 6.6 км/c
5	Частотный фильтр	В целом, 10-40 Гц, с небольшими изменениями вдоль профиля	5-12 Гц

Таким образом, в результате экспериментальных полевых работ, выполненных сотрудниками СЕФ ФИЦ ЕГС РАН в 2018 году, получены материалы, которые могут быть использованы в дальнейшем для изучения глубинного строения на участке р. Лена от устья р. Тикян до устья р. Алдан.  Выполненная предварительная обработка дает основание полагать, что поставленная задача будет выполнена. В дальнейшем предполагается выполнить анализ (после получения результатов сводной обработки – каталогов землетрясений, зарегистрированных на территории Якутии) записей сейсмических событий на станциях, установленных вдоль сейсморазведочного профиля. Это даст информацию о скоростях сейсмических волн в среде, прежде всего, преломленных волн по поверхности Мохоровичича. Кроме этого, предполагается выполнить анализ трехкомпонентных сейсмических записей с целью изучения волн SV и SH и установления фактов присутствия анизотропных свойств геологической среды.

Работы на Саяно-Шушенской ГЭС

Регистрация сейсмических воздействий, вызванных работой гидроагрегатов Саяно-Шушенской ГЭС

Методика инженерно-сейсмологического мониторинга была применена в научно-исследовательской работе по регистрации динамических воздействий на систему плотина-основание от работы гидроагрегатов Саяно-Шушенской ГЭС (СШГЭС).

Ниже представлены схемы сейсмических наблюдений в теле плотины и машинном зале СШГЭС, соответственно. Регистрация велась в 13-ти различных пунктах наблюдения: 5 точек регистрации располагались в теле плотины на разных высотных уровнях вдоль водовода 6-го гидроагрегата; 2 точки регистрации устанавливались на крыше машинного зала и 6 точек – в машинном зале и возле ГА-6. Каждый пункт наблюдения состоял из трехкомпонентного сейсмоприемника (СК1П – датчика скорости или А1638 – датчика ускорения) и автономного сейсмического регистратора «Байкал-АС» (разработка ФИЦ ЕГС РАН). Направления осей трехкомпонентных сейсмоприемников следующие: Х – направлены по течению реки, Y – поперек.

Запись сейсмических сигналов проводилась в непрерывном режиме и включала регистрацию колебаний как во время работы ГА-6 на различных режимах, так и работы в штатном режиме и при остановленном гидроагрегате.

Схема сейсмических наблюдений в теле плотины СШГЭС

Схема сейсмических наблюдений в машинном зале СШГЭС

Комплект регистрирующей аппаратуры «Байкал»

Также, в рамках работы использовались данные с сейсмостанции «Черемушки», расположенной на расстоянии 4.43 км от СШГЭС в направлении на северо-восток.

Ниже представлены амплитудные спектры 2-х сейсмических записей (при остановленном и работающем на полную нагрузку 6-м гидроагрегате) с одного из датчиков, расположенных в теле плотины Саяно-Шушенской ГЭС. В низкочастотной части спектра как при работающем, так и при остановленном оборудовании выделяются собственные колебания сооружения. При этом заметно, что амплитуды собственных колебаний возрастают примерно в 2 раза при включении гидроагрегата на полную нагрузку. В высокочастотной части спектра при включенном в работу гидроагрегате выделяются монохроматические колебания, которых не было при остановленном оборудовании.

Амплитудные спектры записей с одного из датчиков, установленного в теле плотины СШГЭС

Обработка результатов исследований

Ниже на иллюстрациях представлены исходная сейсмограмма, полученная с датчика, установленного в здании машинного зала Саяно-Шушенской ГЭС вблизи работающего 6-го гидроагрегата, и результаты применения описанного выше алгоритма: графики изменения амплитуд колебаний на частотах, связанных с работой этого гидроагрегата. Видно, что на разных частотах амплитуды колебаний изменяются по-разному, что демонстрирует различие величин вибраций, вызванных отдельными элементами конструкции гидроагрегата.

            Так же приведены графики изменения амплитуд собственных колебаний плотины Саяно-Шушенской ГЭС за время проведения эксперимента. Видно, что при различных режимах работы гидроагрегата, увеличение и уменьшение амплитуд собственных колебаний сооружения происходит по-разному. Анализ графиков дает информацию о том, на какой именно частоте и при каком режиме работы гидроагрегата происходит увеличение амплитуды собственных колебаний сооружения и на основании этого дается оценка влияния работы оборудования на физическое состояние сооружения. В результате анализа установлено, что увеличения амплитуд колебаний плотины Саяно-Шушенской ГЭС, связанные с работой 6-го гидроагрегата, незначительны.

Результаты применения алгоритма обработки данных к записи с одного из датчиков, расположенных в машинном зале СШГЭСРезультаты применения алгоритма обработки данных к записи с одного из датчиков, расположенных в плотине СШГЭС

Выше представлены исходная сейсмограмма, спектр и график изменения амплитуд колебаний на выбранной частоте, связанной с работой 6-го гидроагрегата, полученные по записям сейсмической станции «Черемушки». Данный пример демонстрирует высокую чувствительность методики – на достаточно большом удалении (около 4 км), на фоне значительных сторонних помех (станция расположена в населенном пункте), можно выделить интересующий гармонический сигнал и при этом извлечь информацию об изменениях режимов работы гидроагрегата.

Результаты применения алгоритма обработки данных к записи сейсмостанции «Черемушки»

Выводы

Таким образом, получаемые в результате непрерывного инженерно-сейсмологического мониторинга параметры динамических характеристик колебаний объекта в виде графиков изменения амплитуд колебаний для выбранного набора частот, позволяют проводить непрерывный мониторинг влияния работающих механизмов на физическое состояние здания и/или сооружения и непрерывный мониторинг физического состояния работающего промышленного оборудования и его элементов.

В результате проведенных исследований по регистрации динамических воздействий на систему «плотина-основание» СШГЭС от различных режимов работы ГА-6, установлено следующее:

• По данным регистрации сейсмической аппаратурой определен набор частот колебаний, связанных с работой ГА-6. Изменения режимов работы гидроагрегата отражаются на графиках изменения амплитуд колебаний для частот, кратных частоте вращения агрегата. При этом характер изменения амплитуд во времени на разных частотах колебаний, различен. Наиболее выразительные и высокоамплитудные изменения наблюдаются на «лопастной» и кратной ей частотах (38.095 Гц и 76.190 Гц, соответственно).
• Установлено, что при изменении режимов работы ГА-6 происходит незначительное изменение амплитуд собственных колебаний плотины.
• Установлена связь между работой ГА-6 на различных режимах и данными сейсмологической станции «Черемушки», которая заключается в том, что моменты значительных изменений нагрузки гидроагрегата уверенно выделяются по изменениям амплитуд колебаний на «лопастной» частоте 38.095Гц и соответствуют им по времени.

Сейсмологический филиал ФИЦ ЕГС РАН в последние восемнадцать лет активно производит сейсморазведочные работы в Западной Сибири (опытные работы в 2000 году на р. Обь в районе г. Нижневартовска, производственные работы по заказу МПР России в 2001 году на акватории р. Вах).

В Европейской части России: участвовал в речных работах на р. Кама (2002 год), на Волгоградском водохранилище (2004 год).

С 2003 по 2006 гг. работы проводились по нижнему течению р. Енисей – от г. Дудинка до Енисейского залива

С 2006 по 2008 год работы проводились на р. Лена – от границы с республикой Саха, от г. Витим, далее по всей Иркутской области – по траектории Витим – Коршуново – Киренск – Усть-Кут – Жигалово.

Работы проводятся с большим спектром регистрирующего оборудования – от станций Интромарин-L первого и второго поколений, до телеметрической станции MarshLine, последней разработки компании «СиТехнолоджи», г. Геленджик.

В своей работе филиал использовал, особенно в сложных условиях верхнего течения р. Лена, собственную разработку УРАН ГС СО РАН – трехканальные сейсмостанции «Байкал-АС».

В качестве источников возбуждения упругих колебаний использовались пневматические источники возбуждения упругих колебаний «Пульс-6», на малых глубинах – источники «Малыш».

Технико-экономическими преимуществами предлагаемого подхода к сейсмическим исследованиям стоит принимать полное соблюдение всех экологических норм в районе водоохраных зон рек, отсутствие на исследуемых профилях тяжелого оборудования, характерного для классической наземной сейсморазведки, более дешевую себестоимость работ, по сравнению с наземными.

Области применения  также являются самыми широкими – от малоглубинных исследовании на акваториях малых лет, вплоть до исследованиях в глубоких водах до границы Мохоровичича.

Уровень практического применения можно проиллюстрировать следующими примерами.

Получены сейсмические разрезы на р. Вах, которые хорошо сопоставляются с наземными профилями.

На разрезах, полученных на работах в Енисейском заливе выделяются отражения со сверхглубоких горизонтов.

В сложных условиях Восточной Сибири в 2007-2008  годах получены временные разрезы высокого качества.

Электроразведочные работы

Сейсмологическим филиалом был проведен широкий комплекс исследований, в ходе которого был решен большой спектр задач, на основании которого:

Получены новые полевые данные и определены основные геоэлектрические характеристики разреза методами ВЭЗ, ЗС, в эпицентральной зоне Чуйского землетрясения.

Район проведения работ.

Карта фактического материала с размещением профилей и пунктов измерений комплексом электромагнитных методов ВЭЗ, ЗС, МТЗ на территории Горного Алтая; 1 – ЗС (2009-10 гг.), 2 – ЗС (2007, 2008 гг.), 3 –архивные ЗС, 4 – измерения ЗС с генераторной линией АВ, 5 – МТЗ (2009-2010 г.), 6 – МТЗ (2008 г.), 7 – ВЭЗ.Схема измерений ВЭЗ в долине реки Чаган (западная часть Чуйской впадины)

Построены детальные геоэлектрические модели строения литосферы Чуйской и Курайской впадин Горного Алтая с целью выявления зон аномального положения проводящих горизонтов.

Пример построения геоэлектрических разрезов по данным ЗС.

Геоэлектрический разрез по профилю 9 (ЗС 50-55)

Высокое качество современных измерений позволило получить наиболее точные геоэлектрические характеристики разреза: послойные удельные электрические сопротивления и мощности осадочного чехла Чуйской депрессии на участке измерений.

Примеры построения геоэлектрических разрезов по данным ВЭЗ Чуйская впадина.

Окно программы СОНЕТ. Пример интерпретации для ВЭЗ 33Геоэлектрический разрез по профилю 3Геоэлектрического разреза по профилям 3 с использованием данных двухмерного моделированияПример 3Dинверсии для южного участка долины реки Чаган.

Примеры построения геоэлектрических разрезов по данным ВЭЗ Курайская впадина.

 рис

Описана пространственно-временная динамика электромагнитных параметров в эпицентральной области Чуйского землетрясения на основе интерпретации данных режимных наблюдений электромагнитного комплекса

Режимные индукционные ЗС в западной части Чуйской впадины

Пункты режимных измерений ЗС в западной части Чуйской впадины

Повторные ежегодные индукционные измерений ЗС с соосными установками начаты в 2004 г. после Чуйского сейсмического события. Современные пункты этих зондирований размещены на старых профилях 80-х гг.

Кривые кажущегося удельного сопротивления за 1980, 2004-2010 гг.,(пункт ЗС 106 в западной части Чуйской впадины)

Построены карты изменения сопротивлений 2-го и 3-го слоев за 3 года измеренийКарта изменений сопротивления 2-го слоя за 3 года измеренийИзменение сопротивления 2-го и 3-его слоев после землетрясения

Результаты анализа режимных наблюдений ЗС и текущей сейсмичности свидетельствует о высокой чувствительности электромагнитных методов к изменению напряженного состояния геологического массива. В общем, реакция электрических параметров разреза на сейсмическое воздействие значительна (при сильном землетрясении вариации параметров достигают 100 и более процентов).
 

Режимные наблюдения методом вертикальных электрических зондирований

Для проведения режимных наблюдений по изучению вариаций электропроводности и анизотропии приповерхностной части (до глубин ~ 300 метров) геологического массива горных пород методом ВЭЗ в 2004 г. был выбран полигон, расположенный в долине р. Чаган, южнее пос. Бельтир, непосредственно примыкающий к зоне основного разрыва Алтайского землетрясения и захватывающий область видимых на поверхности трещин.Участки проведения работ методом ВЭЗ

Результаты режимных наблюдений, связанных с исследованием анизотропных свойств исследуемого геологического массива можно наблюдать в следующих диаграммах.Контурные диаграммы распределения кажущегося удельного сопротивления для кругового ВЭЗ 13-16 в зоне трещин; а – 2004 г., б – 2006 г., с – 2008 г.

Диаграмма за 2004 г., представляет эллипс, большая ось которого вытянута в перпендикулярном направлении относительно простирания трещин. Это свидетельствует о присутствии значительной анизотропии геологического массива трещиноватой зоны сразу после сильного тектонического воздействия. С течением времени анизотропия массива уменьшается и анализ диаграмм, позволяет сделать вывод, что, начиная с 2007 г., отношения осей эллипса начинает приближаться к единице, что свидетельствует о процессах консолидации массива горных пород в области трещин, приповерхностные трещины залечиваются и среда становится более однородной.Контурные диаграммы распределения кажущегося удельного сопротивления для крестового ВЭЗ 19-20 вне зоны трещин; а – 2004 г., б – 2006 г., с – 2008 г.

Как видно из рисунка, характер поведения изолиний удельных сопротивлений подтверждает предположение о симметрии среды на этом участке, соответствующей изотропному разрезу. На участке без трещин изолинии ρ_k по форме приближаются к окружностям, и их форма практически не меняется с течением времени.

По результатам исследований выполненных в Чуйско-Курайской сейсмоактивной зоне, выявлены важные особенности глубинного и приповерхностного строения исследуемых регионов на основе развитой комплексной интерпретации. Получены количественные оценки вариаций геоэлектрических параметров разреза, связанные с сейсмическими событиями. Экспериментально доказано, что оба параметра: удельное электрическое сопротивление и коэффициент анизотропии могут быть использованы при проведении электромагнитного мониторинга в сейсмоактивных районах для оценки воздействия геодинамических процессов на геологическую среду. Установлены закономерности процессов консолидации массива горных пород, подвергнутых сильному сейсмическому воздействию, а также основные факторы (геологические, сейсмологические, гидрогеологические), которые эти закономерности обусловливают.

Выполнен совместный анализ электромагнитных и сейсмических данных.

В целях развития комбинированных речных сейсморазведочных и электроразведочных работ выполнена совместная интерпретация по речному региональному профилю МОВ ОГТ 2Dи пространственно совмещенному с ним электроразведочному профилю (Лено-Тунгусская нефтегазоносная провинция, акватория реки Лена).Сводный сейсмогеоэлектрический разрез МОВ ОГТ и ЗС

Выделены участки аномальной электропроводности, связанные с возможными нефтегазопроявлениями.

Выполнен региональный электроразведочный профиль (предгорья Восточных Саян — Братское водохранилище).

Региональный разведочный профиль начинается в пределах Саянского горного обрамления (на юге) и выходит на Сибирскую платформу.

Результаты электромагнитных зондирований позволили изучить строение осадочного чехла, исследовать региональное распределение горизонтов – коллекторов и, на основании выявленных закономерностей, прогнозировать участки перспективные на углеводородное сырьё.Геоэлектрический разрез по данным электроразведочных работ методами ВЭЗ и ЗС

По результатам работ определена верхняя граница грунтовых вод, выявлены зоны локального подтопления.