Изменение направленности высокочастотной геоакустической эмиссии в периоды деформационных возмущений

Щербина Альберт Олегович

    Актуальность проблемы

    Акустическая эмиссия - излучение упругих волн, возникающее в процессе перестройки внутренней структуры твердых тел при деформациях. Источниками эмиссии является дислокации или трещины, которыми генерируется импульсный сигнал с характеристиками фликкер-шума.

    В лабораторных условиях акустико-эмиссионный контроль позволяет изучать процессы деформации и разрушения материалов. В геофизике метод акустико-эмиссионного контроля широко применяется при изучении состояния горных пород. Упругие колебания могут наблюдаться в широком диапазоне длин волн (от тысяч километров сейсмических волн в земной коре до нанометров дислокационных подвижек и связанных с ними колебаний в различных средах). В геофизике принято рассматривать акустическую эмиссию в четырех частотных диапазонах: сейсмическом (от долей до 10 Гц), высокочастотном сейсмическом (10-100 Гц), сейсмоаку-стическом (100-1000 Гц) и акустическом (более 1 кГц).

    На камчатском геодинамическом полигоне ИКИР ДВО РАН (Камчатский край, Елизовский район, с. Паратунка) проводятся исследования геоакустической эмиссии в частотном диапазоне от 0.1 Гц до 10 кГц с помощью гидрофонов, установленных в естественных и искусственных водоемах. В результате исследований было установлено, что в суточном временном интервале до готовящегося землетрясения, наблюдается повышение интенсивности геоакустической эмиссии. Этот эффект наиболее ярко проявляется в килогерцовом диапазоне частот и определяется деформациями пород в пунктах наблюдений на удалении первых сотен километров от эпицентров готовящихся землетрясений. Механизм возникновения описываемого объясняется следующим образом. В моменты подготовки сильных сейсмических событий под действием деформационных сил на обширной площади Земной коры с радиусом порядка сотен километров вокруг их эпицентров накапливаются напряжения. После превышения ими определенного порога наступает период деформационных возмущений с лавинообразным растрескиванием пород и проскальзыванием пластов по существующим разломам, что сопровождается характерным повышением уровня геоакустической эмиссии, проявляющимся как в увеличении амплитуды отдельных импульсов, так и в существенном увеличении их потока (числа импульсов в единицу времени).

    Актуальным остается вопрос исследования направленности регистрируемого в такие моменты времени акустического излучения, которая, по всей видимости, будет зависеть как от ориентации отдельных источников, так и от их пространственного распределения. Поэтому, проанализировав распределение потока геоакустических сигналов и их характеристики по направлениям, можно оценить ориентацию осей напряжений и выделить направление на источник деформационных возмущений. Это может быть использовано, например, для изучения тектонических процессов, создания методов локации областей повышенных напряжений и оценки уровня сейсмической опасности.

    В ранних работах, проводимых в ИКИР ДВО РАН, предпринимались попытки оценить направленность геоакустического излучения, однако конструктивные особенности использованных приемников не позволили в полной мере исследовать эти свойства. В дальнейшем система геоакустических наблюдений была модернизирована. Вместо пяти направленных гидрофонов была установлена комбинированная приемная система, включающая гидрофон с круговой характеристикой направленности и трехкомпонентный векторный приемник, позволяющий регистрировать в той же точке пространства три компоненты градиента звукового давления. Используя эти данные можно достаточно легко определять пеленг акустических сигналов.

    Приемная система с такими возможностями, установленная вблизи дна водоема и позволяющая регистрировать сигналы геоакустической эмиссии в частотном диапазоне от 5 до 11000 Гц, использовалась впервые. Данные наблюдений, полученные в течение пятилетнего периода, позволили исследовать характеристики геоакустической эмиссии как при деформационных возмущениях, так и во время их отсутствия. Среди особенностей эмиссии в периоды подготовки землетрясений отмечаются сильные вариации интенсивности акустических сигналов и изменение их пеленга, исследованию которых и посвящена данная работа.

    Основные положения, выносимые на защиту

    1. Метод автоматизированного обнаружения геоакустических импульсов, основанный на анализе структуры регистрируемого сигнала. 

    2. Результаты статистических исследований распределения интенсивности геоакустического излучения по направлениям в сейсмически спокойные периоды и на заключительной стадии подготовки землетрясений в период 2004 -2009 гг. 

    3. Наличие ярко выраженной анизотропии в распределении интенсивности геоакустического излучения по направлениям в суточном интервале перед землетрясениями. 

    4. Оценка ориентации оси наибольшего сжатия приповерхностных пород по результатам анализа направленности геоакустической эмиссии перед землетрясениями.

    Изменение направленности высокочастотной геоакустической эмиссии в периоды деформационных возмущений : диссертация ... кандидата физико-математических наук : 01.04.06 / Щербина Альберт Олегович; [Место защиты: Тихоокеан. океанол. ин-т им. В.И. Ильичева ДВО РАН].- с. Паратунка, Елизовский район, Камчатский край, 2010.- 98 с.: ил. РГБ ОД, 61 10-1/912