О возможности обнаружения в поле поверхностных волн геологических тел, не имеющих скоростного контраста

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

С использованием математической модели в рамках линейной теории упругости рассмотрены интересные как с теоретической, так и с практической точек зрения постановки задачи по облучению поверхностными волнами упругого полупространства, содержащего одиночное заглубленное тело, физические свойства которого отличны от свойств материала вмещающей среды, но упругие модули и плотность изменяются согласованным образом так, что скорости как P- так и S-волн не отличаются от таковых во вмещающей среде. Показано, что такие заглубленные неоднородности, несмотря на отсутствие скоростного контраста, могут быть картированы как в плане, так и по глубине, в широкополосном поле поверхностных волн Рэлея по вариациям спектральной амплитуды сигнала, регистрируемого в нескольких точках на поверхности.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. А. Цуканов

Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: a.a.tsukanov@yandex.ru
Россия, Большая Грузинская ул. 10, стр. 1, Москва, 123995

А. В. Горбатиков

Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН

Email: a.a.tsukanov@yandex.ru
Россия, Большая Грузинская ул. 10, стр. 1, Москва, 123995

Список литературы

  1. Аки К., Ричардс П. Количественная сейсмология: теория и методы. М.: Мир, 1983. Т. 1. 520 с.
  2. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. Т. 7. Теория упругости. М.: Наука, 1987.
  3. Socco L.V., Foti S., Boiero D. Surface-wave analysis for building near-surface velocity models — Established approaches and new perspectives // Geophysics. 2010. V. 75. № 5. P. 75A83-75A102. https://doi.org/10.1190/1.3479491
  4. Besedina A.N., Tubanov T.A. Microseisms as a tool for geophysical research. A review // J. Volcanology and Seismology. 2023. V. 17. № 2. P. 83–101. https://doi.org/10.1134/S0742046323700112
  5. Викторов И.А. Звуковые поверхностные волны в твердых телах. М.: Наука, 1981. 288 с.
  6. Бирюков С.В., Гуляев Ю.В., Крылов В.В., Плесский В.П. Поверхностные акустические волны в неоднородных средах. М.: Наука, 1991. 416 с.
  7. Gulyaev Y.V., Hickernell F.S. Acoustoelectronics: History, present state, and new ideas for a new era // IEEE Ultrasonics Symposium, 2004. IEEE, 2004. V. 1. P. 182–190.
  8. Разин А.В. Рассеяние поверхностной акустической волны Рэлея на неоднородности малых размеров в твердом полупространстве // Изв. вузов. Радиофизика. 2010. Т. 53. № 7. С. 464–480.
  9. Лебедев А.В., Манаков С.А., Дубовой Д.В. Рассеяние волны Рэлея на приповерхностном включении в упругом полупространстве // Изв. вузов. Радиофизика. 2023. Т. 66. № 5-6. C. 483–504. https://doi.org/10.52452/00213462_2023_66_05_483
  10. Викторов И.А. Физические основы применения ультразвуковых волн Рэлея и Лэмба в технике. М.: Наука, 1966. 169 с.
  11. Можаев В.Г. Приближенные аналитические выражения для скорости волн Рэлея в изотропных средах и на базисной плоскости в высокосимметричных кристаллах // Акуст. журн. 1991. Т. 37. № 2. С. 368–374.
  12. Malischewsky P.G. Comment to “A new formula for the velocity of Rayleigh waves” by D. Nkemzi [Wave Motion 26 (1997) 199–205] // Wave Motion. 2000. V. 31. № 1. P. 93–96. https://doi.org/10.1016/S0165-2125(99)00025-6
  13. Калиткин Н.Н. Численные методы. М.: Наука, 1978. 512 с.
  14. Самарский А.А. Введение в численные методы. Учебное пособие. М.: Наука, 1982. 269 с.
  15. Горбатиков А.В., Цуканов А.А. Моделирование волн Рэлея вблизи рассеивающих скоростных неоднородностей. Исследование возможностей метода микросейсмического зондирования // Физика Земли. 2011. Т. 4. С. 96–112. https://doi.org/10.1134/S1069351311030013
  16. Цуканов А.А. Исследование и развитие метода микросейсмического зондирования. Дисс. на соиск. уч. ст. к.ф.-м.н., МГУ, Москва, 2010, 152 с. (автореферат https://phys.msu.ru/upload/iblock/3a0/2010-00-00-tsukanov.pdf).
  17. Котельников В.А. О пропускной способности эфира и проволоки в электросвязи — Всесоюзный энергетический комитет // Материалы к I Всесоюзному съезду по вопросам технической реконструкции дела связи и развития слаботочной промышленности, 1933. Репринт статьи в журнале Успехи. физ. наук. 2006. Т. 176. № 7. С. 762–770.
  18. Яновская Т.Б. К теории метода микросейсмического зондирования // Физика Земли. 2017. № 6. С. 18–23. https://doi.org/10.1134/S1069351317060076
  19. Лиходеев Д.В., Дударов З.И., Жостков Р.А., Преснов Д.А., Долов С.М., Данилов К.Б. Исследование глубинного строения вулкана Эльбрус методом микросейсмического зондирования // Вулканология и сейсмология. 2017. № 6. С. 28–32.
  20. Французова В.И., Данилов К.Б. Структура трубки взрыва имени М.В. Ломоносова Архангельской алмазоносной провинции по аномалиям микросейсмического поля // Вулканология и сейсмология. 2016. № 5. С. 71–78.
  21. Киселев Г.П., Данилов К.Б., Яковлев Е.Ю., Дружинин С.В. Радиометрические и сейсмометрические исследования кимберлитовой трубки Чидвинская (Архангельская алмазоносная провинция) // Вестник Камчатской региональной организации Учебно-научный центр. Серия: Науки о Земле. 2016. № 2. С. 43–53.
  22. Заалишвили В.Б., Чотчаев Х.О. Комплексный анализ геологических данных и скоростной модели ММЗ на разрезах Центрального Кавказа // Геология и геофизика Юга России. 2016. Т. 6. № 4. С. 52–67.
  23. Пупатенко В.В., Рябинкин К.С., Бронников А.К., Верхотуров А.Л. Опыт комплексирования микросейсмического и магнитотеллурического зондирования на участке северного фланга Центрального Сихотэ-Алинского разлома // Вестник Камчатской региональной организации Учебно-научный центр. Серия: Науки о Земле. 2021. № 2. С. 84–94.
  24. Цуканов А.А., Горбатиков А.В. Исследование влияния вклада объемных волн на результат применения метода микросейсмического зондирования // Акуст. журн. 2020. Т. 66. № 2. С. 198–205. https://doi.org/10.1134/S106377102001011X
  25. Миронов В.С. Курс гравиразведки. 2-е изд., перераб. и доп. Л.: Недра, 1980. 543 с.
  26. Sadovnichy V., Tikhonravov A., Voevodin Vl., Opanasenko V. “Lomonosov”: Supercomputing at Moscow State University // In: Contemporary High Performance Computing: From Petascale toward Exascale (Chapman & Hall/CRC Computational Science). Boca Raton, USA, CRC Press, 2013. P. 283–307.
  27. Adinets A.V., Bryzgalov P.A., Voevodin V.V., Zhumatii S.A.E., Nikitenko D.A., Stefanov K.S. Job digest: An approach to dynamic analysis of job characteristics on supercomputers // Numerical methods and programming: Advanced Computing. 2012. V. 13(4). P. 160–166.
  28. Zacharov I., Arslanov R., Gunin M., Stefonishin D., Bykov A., Pavlov S., Panarin O., Maliutin A., Rykovanov S., Fedorov M. “Zhores” — Petaflops supercomputer for data-driven modeling, machine learning and artificial intelligence installed in Skolkovo Institute of Science and Technology // Open Engineering. 2019. V. 9. № 1. P. 512–520. https://doi.org/10.1515/eng-2019-0059

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Результаты для цилиндрических неоднородностей без скоростного контраста радиусом R = 5 км. Цветом показано отношение квадрата амплитуды вертикальной компоненты сигнала, регистрируемого на поверхности, к квадрату амплитуды вертикальной компоненты падающей волны на той же частоте. В левой колонке неоднородность состоит из материала ML с пониженной плотностью ρ = 2400 кг/м3, в правой — MH с плотностью ρ = 3000 кг/м3. Верхней паре неоднородностей соответствует геометрия модели G1, нижней паре — G2. Контур неоднородности показан штриховой линией. Коэффициент привязки по глубине kG ~ 0.54–0.57 позволяет восстановить положение неоднородности в глубинном разрезе.

Скачать (328KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Результаты для цилиндрических неоднородностей без скоростного контраста радиусом R = 10 км. Верхней паре неоднородностей соответствует геометрия модели G3, паре в средней строке — G4, нижней паре — G5. Контур неоднородности показан штриховой линией. Так же, как и для рис. 1, в левой колонке результаты для модели материала ML с пониженной плотностью, в правой — MH с повышенной.

Скачать (487KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Результаты для крупных цилиндрических неоднородностей без скоростного контраста радиусом R = 20 км. Верхней паре неоднородностей соответствует геометрия модели G6, паре в средней строке — G7, нижней паре — G8. Коэффициент глубинной привязки kG ~ 0.39–0.42 позволяет восстановить положение неоднородности в глубинном разрезе. В левой колонке диаграмм по аналогии с рис. 1 и рис. 2 — результаты для модели материала ML, в правой — для MH.

Скачать (504KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Зависимость коэффициента глубинной привязки kG, оцененного с использованием критерия (14), от отношения глубины D середины неоднородности к ее радиусу R для всех рассмотренных неоднородностей. От вертикального размера H неоднородности kG не имеет четкой зависимости в рассмотренных случаях. Красный квадратный маркер соответствует неоднородностям с пониженной плотностью материала ML, синий круглый маркер — с повышенной плотностью MH. Размер маркера пропорционален вертикальному размеру неоднородности H.

Скачать (87KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Зависимость среднего по объему неоднородности уровня аномалии, интерпретируемой как искомый объект, от параметра контраста свойств. Квадратный маркер соответствует неоднородности с пониженной плотностью материала ML, которая проявляется положительной аномалией, круглый маркер — неоднородности с повышенной плотностью MH, наблюдаемой как отрицательная аномалия. Штриховая линия показывает результат линейной аппроксимации методом наименьших квадратов, согласно соотношению (15).

Скачать (90KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025