Геофизические исследования: статья

ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ И ВОЗМОЖНОСТИ КОМПЛЕКСА ПАССИВНЫХ СЕЙСМИЧЕСКИХ МЕТОДОВ ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ГЛУБИННОГО СТРОЕНИЯ ЗЕМНОЙ КОРЫ
Г.Н. Антоновская 1
К.Б. Данилов 1
И.М.Басакина 1
Н.Ю. Афонин 1
Н.К. Капустян 1,2
1 Федеральный исследовательский центр комплексного изучения Арктики имени академика Н.П. Лавёрова Уральского отделения РАН
2 Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН
Журнал: Геофизические исследования
Том: 24
Номер: 3
Год: 2023
Страницы: 5-29
УДК: 550.34
DOI: 10.21455/gr2023.3-1
Ключевые слова: микросейсмы, пассивные сейсмические методы, частотный диапазон, глубинное строение, разрывные нарушения, деструкция среды.
Аннотация: На экспериментальных примерах представлен анализ возможностей комплекса пассивных сейсмических методов для изучения геологического строения верхней части земной коры по сравнению с активными методами. В комплекс пассивных методов включены: метод микросейсмического зондирования, метод Накамуры (HVSR), сейсмическая интерферометрия, для техногенных площадок – вибропросвечивание техногенным источником. Рассмотрено три примера: зона платформенного тектонического землетрясения, кимберлитовая трубка, плотина ГЭС с площадкой её размещения. Показано согласие результатов применения пассивных и активных сейсмических методов, при этом первые дают “размытое” по-ложение горизонтальных границ, но эффективны в выделении близвертикальных неоднородностей. Комплекс пассивных сейсмических методов эффективен для рекогносцировочных исследований, труднодоступных районов или там, где сложно развернуть системы наблюдения активными методами. Он позволяет выполнить одновременную обработку полученной сейсмической записи разными пассивными методами. Кроме того, при проведении исследований указанный комплекс допускает использование малого количества датчиков – минимум двух.
Список литературы: Алексеев А.С., Глинский Б.М., Ковалевский В.В., Хайретдинов М.С. Геотехнологии вибра-ционного зондирования в ХХI веке // Сборник докладов IV Международной научно-технической конференции “Радиотехника, электроника и связь”. Омск: Омский науч-но-исследовательский институт приборостроения, 2017. С.113–124.

Аплонов С.В., Бурзин М.Б., Вейс А.Ф., Владимирова Т.В., Горбачев В.И., Капустин И.Н., Коваленко В.С., Лебедев Б.А., Махоткин А.И., Россомахин В.Я., Сапожников Р.Б., Си-моненко Л.А., Сулейманов А.К., Тимошенко О.М., Тимошенкова Н.В., Федоров Д.Л., Хисамов Р.С., Чамов Н.П., Ченборисова Р.З., Широбоков В.Н. Геодинамика и возможная нефтегазоносность Мезенского осадочного бассейна. СПб.: Наука, 2006. 319 с.

Басакина И.М., Антоновская Г.Н., Игнатчик Е.М. Сейсмические исследования тектонического нарушения в зоне сочленения Кандалакшско-Двинского рифта с Архангельским выступом // Вестник геонаук. 2022. № 2(326). C.12–18. DOI: 10.19110/geov.2022.2.2

Балуев А.С., Журавлев В.А., Терехов Е.Н., Пржиялговский Е.С. Тектоника Белого моря и прилегающих территорий / Отв. ред. М.Г. Леонов. М.: ГЕОС, 2012. 104 с.

Богатиков О.А., Гаранин В.К., Кононова В.А., Кудрявцева Г.П., Васильева Е.Р., Вержак В.В., Веричев Е.М., Парсадян К.С., Посухова Т.В. Архангельская алмазоносная про-винция (геология, петрография, геохимия и минералогия). М.: МГУ, 1999. 524 с.

Гобаренко В.С., Егорова Т.П. Сейсмотомографическая модель коры южного Крыма и при-легающей части Черного моря // Вулканология и сейсмология. 2020. № 3. С.56–73.

Губайдуллин М.Г. Региональные геолого-геофизические модели литосферы // Литосфера и гидросфера европейского Севера России. Геоэкологические проблемы / Отв. ред. Ф.Н. Юдахин. Екатеринбург: УрО РАН, 2001. С.48–56.

Данилов К.Б. Применение метода микросейсмического зондирования для изучения трубки взрыва им. М.В. Ломоносова (Архангельская алмазоносная провинция) // Вестник КРАУНЦ. Науки о Земле. 2011. Вып. 17, № 1. С.172–178.

Егоркин А.В. Многоволновые глубинные сейсмические исследования // Геофизика. 1996. № 4. С.25–34.

Егоркин А.В. Строение земной коры и верхней мантии вдоль профилей Чешская губа – пай-Хой, Белое море – Воркута, Двинская губа – р. Мезень, р. Онега – Чешская губа, р. Вага – Белое море. Отчет камеральной партии СРГЭ о результатах региональных сейсмических исследований ГСЗ, МОВЗ, проведенных в 1985–1987 гг. на севере Ев-ропейской части СССР (в двух книгах). Листы R-39, 40,41, 42; Q-37, 38, 39, 40, 41; P-37, 38. Москва: Росгеолфонд, Центральное фондохранилище, 1987. 188 с.

Ермолаева Г.М. (отв. исп.) Информационный отчет о результатах работ по теме: “Сейсморазведочные работы. Мезенская синеклиза (профиль I-I)”. Москва: Росгеолфонд, Центральное фондохранилище, 2002. 270 с. Инв. № 479426.

Кадырова Э.Р. (отв. исп.) Отчет “Сопровождение полевых работ, обработка и интерпретация результатов сейсморазведочных работ МОГТ-2D по Архангельскому лицензионному участку”. Архангельская область. Инженерная геология. Москва: Росгеолфонд, Центральное фондохранилище, 2007. 73 с. Инв. № 488893.

Капустян Н.К., Юдахин Ф.Н. Сейсмические исследования техногенных воздействий на земную кору и их последствий. Екатеринбург: ИЭПС УрО РАН, 2007. 416 с.

Кутинов Ю.Г., Чистова З.Б. Иерархический ряд проявлений щелочно-ультраосновного магматизма Архангельской Алмазоносной провинции. Их отражение в геолого-геофизических материалах. Архангельск: ООО “ИПП “Правда Севера”, 2004. 283 c.

Кутинов Ю.Г., Чистова З.Б., Неверов Н.А. Новые данные о влиянии тектонических узлов на состояние окружающей среды на севере Русской плиты // Вестник Московского университета. Серия 5. География. 2020. № 5. С.12–24.

Николаев А.В. Вибрационное просвечивание – метод исследования Земли // Проблемы вибрационного просвечивания Земли. М.: Наука, 1977. С.5–14.

Николаев А.В. Исследование Земли невзрывными сейсмическими источниками // Исследование Земли невзрывными сейсмическими источниками. М.: Наука, 1981. С.5–29.

Стогний В.В., Коротков Ю.В. Поиск кимберлитовых тел методом переходных процессов. Новосибирск: Издательство “Малотиражная типография 2D”, 2010. 121 с.

Тихоцкий С.А., Фокин И.В., Шур Д.Ю. Активная лучевая сейсмическая томография с ис-пользованием адаптивной параметризации системой вэйвлет-функций // Физика Земли. 2011. № 4. С.67–86.

Юдахин Ф.Н., Капустян Н.К., Антоновская Г.Н. Инженерно-сейсмические исследования геологической среды и строительных конструкций с использованием ветровых коле-баний зданий. Екатеринбург: ИЭПС УрО РАН, 2007. 156 с.

Adly A., Poggi V., Fäh D., Hassoup A., Omran A. Combining active and passive seismic meth-ods for the characterization of urban sites in Cairo, Egypt // Geophysical Journal Interna-tional. 2017. V. 210. P.428–442.

Afonin N., Kozlovskaya E., Kukkonen I., Heikkinen P., Komminaho K., Hurskainen R., Raita T., Silvennoinen H. Structure of the Suasselkä postglacial fault in northern Finland obtained by analysis of local events and ambient seismic noise // Solid Earth. 2017. V. 8. P.531–544. https://doi.org/10.5194/se-8-531-2017.

Antonovskaya G., Kapustian N., Basakina I., Afonin N., Moshkunov K. Hydropower Dam State and Its Foundation Soil Survey Using Industrial Seismic Oscillations // Geosciences. 2019. V. 9. 16 p. https://doi.org/10.3390/geosciences9040187

Antonovskaya G.N., Dobrovolsky I.P., Kapustian N.K., Orlova I.P. Determination of the in situ elastic properties of a railway roadbed by seismic observations // Seismic Instruments. 2021. V. 57, N 1. P.1–8. DOI: 10.3103/S0747923921010023

Bath M. Spectral Studies in Meteorology, Oceanography and Microseismology // Spectral analy-sis in geophysics. Amsterdam, Oxford, N.Y.: Elsevier Scientific Publ. Co., 1974. P.409–462.

Beckel R.A., Lund B., Eggertsson G.A., Juhlin C. Comparing the performance of stacking-based methods for microearthquake location: A case study from the Burträsk fault, northern Swe-den // Geophysical Journal International. 2021. V. 228. P.1918–1934. DOI: 10.1093/gji/ggab437

Berkhout A.J., Verschuur D.J. A scientific framework for active and passive seismic imaging, with applications to blended data and micro-earthquake responses // Geophysical Journal In-ternational. 2011. V. 184. P.777–792. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.2010.04855.x

Bignardi S. The uncertainty of estimating the thickness of soft sediments with the HVSR meth-od: a computational point of view on weak lateral variations // Journal of Applied Geophys-ics. 2017. V. 145. P.28–38. https://doi.org/10.1016/j.jappgeo.2017.07.017

Danilov K.B. The structure of the Onega downthrown block and adjacent geological objects ac-cording to the microseismic sounding method // Pure and Applied Geophysics. 2017. V. 174, N 7. P.2663–2676. https://doi.org/10.1007/s00024-017-1542-x

Danilov K.B., Yakovlev E.Yu., Afonin N.Yu. Study of deep structure of the kimberlite pipe named after M. Lomonosov of the Arkhangelsk diamondiferous province obtained by joint using of passive seismic and radiometric methods // Pure and Applied Geophysics. 2021. V. 178, N 10. P.3933–3952. https://doi.org/10.1007/s00024-021-02864-2

Draganov D., Campman X., Thorbecke J., Verdel A., Wapenaar K. Reflection images from am-bient seismic noise // Geophysics. 2009. V. 74, N 5. P.A63–A67. https://doi.org/10.1190/1.3193529

Gorbatikov A.V., Montesinos F.G., Arnoso J., Stepanova M.Y., Benavent M., Tsukanov A.A. New features in the subsurface structure model of El Hierro Island (Canaries) from low-frequency microseismic sounding: an insight into the 2011 seismo-volcanic crisis // Surv. Geophys. 2013. V. 34. P.463–489. https://doi.org/10.1007/s10712-013-9240-4

Gorbatikov A.V., Tsukanov A.A. Simulation of the Rayleigh waves in the proximity of the scat-tering velocity heterogeneities. Exploring the capabilities of the microseismic sounding method // Izvestiya. Physics of the Solid Earth. 2011. V. 47, N 4. P.354–369.

Hellel M., Oubaiche E.H., Chatelain J.L., Bensalem R., Amarni N., Boukhrouf M., Wathelet M. Efficiency of ambient vibration HVSR investigations in soil engineering studies: backfill study in the Algiers (Algeria) harbor container terminal // Bulletin of Engineering Geology and the Environment. 2019. V. 78. P.4989–5000. https://doi.org/10.1007/s10064-018-01458-y

Kaya Ya., Safak E. Real-Time Structural Health Monitoring and Damage Detection // Topics in Dynamics of Civil Structures, V. 4. Conference Proceedings of the Society for Experimental Mechanics Series. New York: Springer, 2013. P.11–19. DOI: 10.1007/978-1-4614-6555-3

Lane J.W., White E.A., Steele G.V., Cannia J.C. Estimation of bedrock depth using the horizon-tal-to-vertical (H/V) ambient-noise seismic method // Symposium on the Application of Ge-ophysics to Engineering and Environmental Problems, April 6-10, 2008, Philadelphia, Penn-sylvania. Denver, Colorado: Environmental and Engineering Geophysical Society, 2008. 13 p.

Morozov A.N., Vaganova N.V., Mikhailova Y.A., Asming V.E. Seismicity of the north of the Rus-sian plate: relocation of recent earthquakes // Izvestiya Phys. Solid Earth. 2018. V. 54, N 2. P.292–309.

Nakamura Y.A. Method for dynamic characteristic estimation of subsurface using microtremor on the ground surface // Quarterly Report of Railway Technical Research Institute. 1989. V. 30, N 1. P.25–33.

Onyebueke E.O., Manzi M.S.D., Durrheim R.J. High-resolution shallow reflection seismic inte-grated with other geophysical methods for hydrogeological prospecting in the Nylsvley Na-ture Reserve, South Africa // Journal of Geophysics and Engineering. 2018. V. 15, N 6. P.2658–2673. https://doi.org/10.1088/1742-2140/aadbe3

Oren C., Nowack R.L. Seismic body-wave interferometry using noise auto-correlations for crus-tal structure // Geophysical Journal International. 2017. V. 208. P.321–332.

Picozzi M., Parolai S., Richwalski S.M. Joint inversion of H/V ratios and dispersion curves from seismic noise: estimating the S-wave velocity of bedrock // Journal of Geophysical Research Letters. 2005. V. 32. 4 p. https://doi.org/10.1029/2005GL022878

Punzo M., Cianflone G., Cavuoto G., De Rosa R., Dominici R., Gallo P., Lirer F., Pelosi N., Di Fiore V. Active and passive seismic methods to explore areas of active faulting. The case of Lamezia Terme (Calabria, southern Italy) // Journal of Applied Geophysics. 2021. V. 188. 104316. https://doi.org/10.1016/j.jappgeo.2021.104316

Romero P., Schimmel M. Mapping the basement of the Ebro Basin in Spain with seismic ambient noise autocorrelations // Journal of Geophysical Research: Solid Earth. 2018. V. 123. P.5052–5067. https://doi.org/10.1029/ 2018JB015498

Rost S., Thomas C. Array seismology: Methods and applications // Reviews of geophysics. 2002. V. 40, N 3. P.2.1–2.27. https://doi.org/10.1029/2000RG000100

Roux P., Sabra K.G., Gerstoft P., Kuperman W.A., Fehler M.C. P-waves from cross-correlation of seismic noise // Geophysical Research Letters. 2005. V. 32, N 19. 4 p.

Ruigrok E., Campman X., Wapenaar K. Extraction of P-wave reflections from microseisms // Comptes Rendus Geoscience. 2011. V. 343, P.512–525. https://doi.org/10.1016/j.crte.2011.02.006

Schweitzer J., Fyen J., Mykkeltveit S., Gibbons S.J., Pirli M., Kühn D., Kværna T. Seismic arrays // New manual of seismological observatory practice 2 (NMSOP-2). Potsdam: Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ, 2012. P.1–80.

Shapiro N.M., Campillo M., Stehly L., Ritzwoller M.H. High-resolution surface-wave tomogra-phy from ambient seismic noise // Science. 2005. V. 307. P.1615–1618.

Sobisevich A.L., Gorbatikov A.V., Ovsuchenko A.N. Deep structure of the Mt. Karabetov Mud volcano // Doklady Earth Sciences. 2008. V. 422, N 1. P.1181–1185.

Taylor G., Rost S., Houseman G. Crustal imaging across the North Anatolian Fault Zone from the autocorrelation of ambient seismic noise // Geophysical Research Letters. 2016. V. 43, N 6. 8 p. https://doi.org/10.1002/2016GL067715

Tibuleac I.M., von Seggern D. Crust-mantle boundary reflectors in Nevada from ambient seis-mic noise autocorrelations // Geophysical Journal International. 2012. V. 189. P.493–500. https://doi.org/10.1111/j.1365-246X.2011.05336.x

Wapenaar K., Slob E., Snieder R., Curtis A. Tutorial on seismic interferometry: Part 2 – Underly-ing theory and new advances // Geophysics. 2010. V. 75, N 5. 17 p.