Экспериментальное исследование спектрально-временной структуры вариаций параметров упругих волн в массивах горных пород тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.12 ВАК РФ

Vu Wt

vn ^

Щ1} / - НАЦЮНАЛЬНА АКАДЕМ1Я НАУК УКРАКНИ f

/Í 1НСТИТУТ ГЕ0Ф13ИКИ ¡M. С. I. СУББ0Т1 НА

На правах рукопису УДК 550.34

НАЗАРЕВИЧ АНДР1И ВОЛОДИМИРОВИЧ

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ДОСЛ1ДЖЕННЯ СПЕКТРАЛЬНО-ЧАСОВОГ СТРУКТУРИ ВАР1АЦ1Й ПАРАМЕТР1В ПРУЖНИХХВИЛЬ В МАСИВАХ ПРСЬКИХ ПОР1Д

01.04.12 — reotj)i3HKa

Автореферат дисертацп на здобуття вченого ступени кандидата ф!зико-математичних наук

Дисертвц1я с рукописен«.

Робота виконана в Карлатському в1дд1л<;нн1 1нституту геоф1зики in. С.1.Суббот1на HAH УкраНш (м. Льв1в).

Пров1даа установа: Ф1зико-механ1чний 1нститут HAH Укра1ни (м.Льв1в)

Захист в1дбудеться " 19 " лютого 1997 р. о 13 год. на зас1данн1 Спец1ал1зовано1 рада Д 01.95.01 при 1нститут1 геоф1зики 1м. С.1.Су66от1на IIAH Укра1ни (м.Ки!в, пр.Паллад1на 32)

Автореферат роз!сланий " // " 1997 р.

В1дгуки, зав1рек! печаткою установи, просимо надсилати в одному при-

м1рнику за адресои: 252680, Ки1в - 142,

пр. Паллад1на 32, 1нститут геоф1зики HAH УкраЗЕни

3 дасертац!ею иокна ознайомитися в С1бл1отец1 1ГФ КАН Укра1ни.

Науксв! кер!виики: кандидат геолого-м1нсф£1лог1чних наук,

старший науковиЛ сп1вроб1тник Т.З.ВерОицький

кандидат ф1зико-ыатеиатичлих наук, старший науковий сп1вро01тник Б.Д.Бойко

0ф1ц1йн1 опоненти: доктор ф1з1шэ--натематичкнх наук

С.В.Мостовий (1ГФ HAH У, м. Ки1в)

доктор геолого-ы!нералог1чних наук С.О.Лизун (ШТК HAH У, м. Льв1в)

Вчений секретар Спец1ал1зовано1 ради

В.С.Гейко

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальн1сть.

Для мон!торингу природних 1 техногеншх геодинам!чних проце-с1в, зокрема для пошуку пров!сник1в 1 прогнозу землетрус1в, карс-т1в, обвал!в 1 зсув1в, а також для розв'язання 1ншкх задач геоф!-зики незам1ниыою е 1нфорыац1я про просторовий розподЛл 1 чэсову динам!ку вар1ац!й иапруяено-деформованого стану масив1в г1рськнх пор1д. Одним з най01льш перспективних для отриманнн такс! 1нформа-ц11 метод!в досл1джень е параыетричний геоакустичний метод, в роз-витку якого, зокрема, в напрямку вивчення нел!н1.йких 1 параметрич-кмх ефект1в тя 1х використання для досл!даекня пружшх характеристик г1рських гГор1д,, 1 в застосуванн! цнх результат1в для мониторингу геодинак1ч1шх процес1в та сейсмопрогностачиих досл1днень одними з перших е роботи 'Г.З.Вербицького 1 Б.Д.Бойка. Запропоноватшй ними вар1ант методу пройшов к!лькар1чну практичну апробац!» при прове-деян1 сейсмопрогностичних досл!джень в Закарпатт1 1 ГрузП.

Але в зв'язку з малими величинами нел1н1йно-пружшх: параке-тричних ефект!в та 1х складно» 1 ще недостатньо досл!де:еною ф!зич-ною природою 1, в1дпов1дно, спектрально-часовою структурою необх1д-но Оуло розроОити комплекс заход1в для п!двгацення е^ективност! та 1нформативност1 параметричних геоакустичких досл1джень з м<зтою за-Сезпечення широких можливостей 1х ефективного використання при ьи-р1шенн1 р1зних геоф1зичних задач. Тому питания розробки такого комплексу заход1в, зокрема, нових ефективних вар1ант1в методик дос-л1джень, спец1ал1зовано! високочутливо! 1 високоточно! апаратурн, способ1в визначення та нейтрал1зац11 впливу методико-апаратурннх фактор1в 1 похиОок вим!рювань, а також природних завад на якасть отримуваних даних, методик анализу та геомехан1чно1 1 геодинам1ч-ноК 1нтерпретац11 реестрованих вар!ац1й е дуже вамливиыи 1 акту-алышми. Розв'язанню комплексу цих питань присвячена дана робота.

Автор висловлюе подяку сп1вро01т1шкам вХдалу Я 11 Карпатсько-го в1дд!лення 1нституту геоф!эи?;и, зокрема к.г.-м.н. Т.З.Вербицькому, к.ф.-м.н. Б.Д.Бойку, к.т.н. е.С.Струну за п1дтримку 1 сприяння в цих роботах, а також С.Л.Звар1юку за допомогу в створенн1 1 в!д-лздц1 програмного зпОезпечення вбудовэного м1кролроцесорного контролера геоакустично! апаратурн j С.Т.Вербицькому та Ю.Т.ВерОиць-му за люО'язно надшшм пакет прпграм для обро&ки часових ряд!в.'

- г -

Мета 1 задач! роботи.

Метою дано! дисертац1йно! роботи е детальне експериментальне вивчення спектрально1 1 спектрально-часово! структури вар1ац1й ла-раиетр1в пружних хвиль в иасивах г1рсышх пор1д 1 розроОка спосо-С1в використання отримувано! 1нформац11 для зд!йснекня моШторин-гу природных та техногенних геодинам1тших процес1в, а також для ро-эв'язання 1нших геоф1зичних эавдань.

Для зд!йснення ц1е! мети • необх1дно Оуло розв'язати комплекс наступних задач:

1. Досл1диги ф1зичн1 особливост1 та ф1зико-1нфорыац1йн1 характеристики реестрованих геоакустичних параиетр1в 1 эапропонуваги нов1 вар!анти методики параметричних геоакустичних досл1дяень з п1-двищеною чутлив1стю, 1нформативн1стю та техн1ко-економ1чною ефекти-вн1стю;

2. Досл1дити вплив апаратурно-методичних фактор1в на як1сть результат1в параметричних геоакустичних 1 сейсмогеоакустичних дос-л1джень та розробити апаратурно-ыетодичн1 заходи нейтрал1эац11 цьо-го впливу 1 на ц1й основ1 розробити ефективну функц1ональну структуру 1 схемотехн1ку спец1ал1зованого високочутливого 1 високоточ-ного мультипараметричного 1 багатофункд1онального цифрового зонду-ючо-вим1рювального параметричного сейсмогеоакустичного комплексу, провести його метролог!. чн1 та експлуатац1йн1 випробування, а також розробити способи калЮрування вим!рювальних геоакустичних канал1в та методику редукцИ апаратурних похибок за його результатами.

3. аосл1дити вплив методичних та пр1фодних ф!зичних фактор1в-завад на як1сть польових результат!в параметричних сейсмогеоакустичних досл1днень 1 розробити способи та методику врахування та м1-н1м1зац11 цього впливу.

4. Досл1дати спектральну 1 спектрально-часову структуру реестрованих в польоеих умовах вар!ац1й параметр1в пружних хвиль в масивах Прських пор1д та II зв'язок з контрольованими геодинам1чниыи процесами, зокрема з актив!зац1ею геодинам1чного режиму 1 п1дготов-кою ы1сцевих Закарпатських землетрус!в, розробити методику геомеха-н1чно! 1нтерпретац11 зареестрованих вар1ац.1й 1 провести 1нтерпрета-ц!ю пров!сникових аноыал1й.

Наукова новизна.

Нау] зва новизна роботи иоллгае, насамперед, в таких основних

захшцуваних положениях;

1. РозроОлено високочутливий економ!чний вар!ант параметрично-го геоакустичного методу з цикл1чним режимом зондування для контролю зм1н напружень в масивах. г1рських пор1д.

2. РозроОлено параметричний сейсмогеоакустичний метод - метод широкод1апазонного (в1д пост1йно! складово! до сейсм!чних хвиль включно) параиетричного прийому 1 рвестрацИ пруяних хвиль в г1рсь-ких породах.

3. РозроОлено методику побудови ефективного високочутливого 1 високоточного мультипараметричного 0агатофункц1онального цифрового зондуючо-Б1ш1рювального сейсиогеоакустачного кошлексу.

4. РозроОлено методику калЮрування сейсмогеоакустичних вимЛ-рввальних канал1в 1 редукцП апаратурних похибок за його результатами.

■ 5. Запропоновано методику параиетричного сейсиогеоакустичного контролю реним1в актив1зацИ м!сцевих 1 реПональних геодинам1чких процес1в.

6. РозроОлено методику геомехан!чно! ХнтерпретацИ параметрич-них геоакустичних 1 сейсмогеоакустичних даних.

Кр1м цього, наукову новизну становлять також настунн! результата спектрального 1 спектрально-часового аналАзу вар1ац!й парамет-р1в пружних хвиль в масивах г1рських пор1д та досл1дясень зм!н в ча-с1 характеристик цих пор1д:

1. Вперше досл1джено детальну спектральну структуру середньо-перЮдних вар1ац!й шввдкостей пружних хвиль в масивах г!рських по-р!д, зареестровано фон власних коливань Земл! та *х 1нфранизькочас-тотних мод, досл!джено тонку спектральну структуру прилливних вар1-ац1й 1 вид1лено основы! припливн1 хвил:1.

' 2. Проведено спектрально-часовий анал!з геоакустичннх аноыал!й

- пров1сник!в к!сцевих Закарпатсышх землетрус1в, досл!джено дина-ы1ку актив!зац11 крипових рух!в, що супроводнують геоданам1чн1 про-цеси в зон! п!дготовки цих землетрус!в, виявлено п1двищення в 2-3 рази ампл1туд вар1ац1й в д!апазон1 пер!од1в 3-30 год. (осоОлиео ви-разне на пер!одах 3-5 год.) за 2-5 тижнЗв до сейсм1чно! поди, а на його фон! - окрйм1 Шки актив1зац11 з цугами тривнл!стю до 2-х дн!в

- крипов! "м!н1зеилбтруен". За 3-5 дн!в до землетрусу в цьому д1а-пазон! пер1од!в виявлоно мгкросейпийчн! бур1, п!д час яши амшЦту-ДИ п1дпов1дних сп'"-кт]:;и;ья1'х. ошмдорих эростзмть в десятки ра:пв.

3. Виявлено значн! зм1ни в час1 коеф1ц1ента параметрично1 тен-эочутливост! г1рських пор1д, аномальн! значения яких в пер1оди ак-тив!зац11 геодинам1чних процес1в в десятки 1 сотн1 раз1в перевищу-ють 1х нормальн1 величини.

Достов1рн1сть результат!в.

Дост~ав1рн1сть рвзультат1в Эабезпечуеться 1х теоретичною 1 екс-периментальною первв1ркою, незалекним &етролог1чним контролен пара-метр1в 1 характеристик вим1рювально! апаратури за допомогою високо-точних лабораторных прилад1в, сп!вставленням отриманих результат1в з данный контрольних лаСораторних досл1джень, поравнянням спектрального складу зареестрованих в польових умовах часових вар1ац1П з дашши 1нших автор1в, що досл1джували власн1 та 1нфранизькочастотн1 коливання Земл1, пржшшн1 хвил1 та динаы1ку крипових рух1в 1 1х зв'язок з геодинам1чними процесами в!домими геоф1зичними методами (за допомогою кварцевих 1 лазерних деформограф1в, грав1метр!в, на-хилом1р!в).

Практична Ц1кн1сть.

Розроблен1 вар1анти методик параметричних геоакустичних 1 сей-смогеоакустичних досл!джень 1 в1дпов1дна апаратура можуть Сути вико-ристан! окремо чи в комплекс! з 1ншими геоф!зичними методами в практична д!яльност1 геоф!зичних досл!дно-методичних парт1й при про-ведекн! режиыних сейсмопрогностичних спостереиень, а такок п!дпри-емствами 1 орган1зац!ями для контролю Оезпеки г1рничих роб1т чи стану проммайданчик 1 ь 1ккенерних споруд.

Отриыувана геоакустичною апаратурою 1нфсрмац1я про нел1н1йн1 властивост1 г!рських пор!д та 1х динам1ку моме Оути Еикористана тэ-кож для розв'язання завдань :.даенерно1 сейсмологи 1 м1кросейсмора-' йонування.

Запроионований параыетричний сейсмогеоакустичний метод прийо-му 1 реестроацН пружних хвиль може Оути використаний науково-дос-л1дшши орган!зац!ями для досл1джень сейсм1чних хвиль в широкому спектр1 частот, зокрема при вивченн! власних коливань Земл1, при вЮрозондуванн! зон вогннщ зеылетрус!в, при досл1дженн! низькочас-тотних та 1нфранизькочастотних спектральних складових сейсм1чних хвиль в1д самих землетрус1в та 1н.

Запропонована методика параметричного сейсмогеоакустичного

- Б -

контролю режиы1в актив1зац11 и1сцевих та регЮнальних геодинам1ч-них процес1в коже бути використана (з врахуванняы масштабного фактора в1дпов1дних процес1в) для геодинам1чного мон1торингу природ-них 1 техногенних процес!в, зокрема карст1в, обвал!в, зсув1в i ви-кид1в в шахтах, кар'ерах та 1ншх Прничих виробках, стану гребель водо- 1 хвостосховищ, проммайданчик!в важливих, еколог!чно небезпе-чких oö'gktIb (АЕС, х!мкомб!нат!в та 1н.). Методика геоыехан!чно! 1нтерпретац11 параметричних геоакустичних 1 сейсмогеоакустичних да-них може бути використана для к1льк1сно! оц!нки параметр1в цих кон-трольованих процес!в, прогнозу ix дальшого розвитку, визначення не-безпеки виникнення катастроф1чних геодинаы1чних явищ, розробки за-ход1в з цетою .уникнення ладських жертв та зйпоб1гання чи м!н1м!за-ц11 економ1чних збитк!в.

Cnociö 1 пристр1й корекц!* показ1в годинника служби часу сигналами точного часу рад!омовних станц1й може внкористовуватись в р1зн1Й апаратур!, наприклад геоф1зичн!й, нав1гац!йн1й та 1нш1й.

Розроблен! принципов! схеми та техи!чна завдання можуть буш використан! для виготування параметрично* сейсиогеоакустично! яла-ратури на Досл!дному завод1 4WI 1м. Карпенка HAH УкраКки (м. Льв!в) чи !нших п!дприемствах М!нпроыу УкраКни.

Реал!ззц1я роботи.

Розроблен! нов1 BapiaiiTH методики параметричних геоакустичних 1 сейсмогеоакустичних досл1джень, а такой результата вивчетш впли-ву апаратурно-методичних фактор!в на як!сть отримуваних дэних 1 за-пропонован1 для нейтрал!зац11 цього впливу заходи були реал!зован1 у вперше створеному спец!ал1зованому високочутливому 1 високоточ-ному багатофункц!ональному параметричному сейсмогеоакустичному зон-дуючо-спд!рюеальному комплекс! АЦГК-1, досл!дн1 зразки якого виго-тував Досл!дний завод ФМ1 (м.Льв1в) за нашими прннциловими схемами i техн!чним завданняы.

Один з досл!дних зразк!в комплексу АЦГК-1 (вар!ант АЦГК-1/01) впроваджений в Досл!дно-методичн!й геоф1эичн1й експедицН при 1нс-титут1 геоф1зики АН Груз!! в 1991 р.

На основ! наОутсго ь uposv-'Ci розробки 1 викоркстання ппаратури АЦГК-1 досвд.ду с>уло р')-¡юОлрно «структуру та схекотохШку 1 стпсрено досл!дн| макет;« cwn-ч нагого, Сч'лъш ьк(>ном1<тиго .1 ифгк-ндоого пв-Towmrmoro injfwi.ro '•»П'.-ч'^о-жусгично-'о п Mn»»wy ДИСК-;.:.

Розроблена методика 1 апаратура Сули використан! при проведен-Hi poölT за темою Державного фонду фундаментальних досл!джень Укра-1ни Я 6.3/162 "Експериментальне досл1джекня ефект!в нел1н1йно! вэа-еыодИ пружних хвиль в г1рських породах" (1994-1995 p.p.).

Апробац!я робота.

Результата роботи допов1дались на б!льш як 20-ти конференц1ях р1зного р1вш, в тому числ! 3-х ы1жнародних, зокрема на конференц!-ях молодих вчених 1нституту прикладных проблем механ1ки 1 математики (Льв1в, 1983 р., 1985 р., 1987 р.), на сес!ях Ради 'Теодинам1ка 1 прогноз зенлетрус1в" (Ки1в, 1984 р., 1986 р., 1993 р., 1994 р.), Сем1нарах М1хв!домчо! ради по сейсмологи 1 сейсмост1йкому буд!в-ництву СРСР (Ялта, 1987 р., Льв1в-Мукачево, 1988 р., М!нськ, 1989 р.), 10-1Й Всесоязн1Л м1жв!домч1й нарад1 по вивченню сучасш1х рух1в земно! кори на геодинам1чних пол!гонах СРСР (Соч1, 1984 р.), на ВсесоюзнШ школ1-сем!нар1 "Застосування довгобазових лазерних 1нте-рферометр1в в геоф!зиц!" (Владивосток, 1987 р.), Всесоюзних нарадчх "36ip 1 передача даних сейсыопрогностичних спостереяень" (Кисло-водськ, 1987 р.), "Шдвищення ефективност! виэначекня осадок 1кяе-нерних споруд" (Воронеж, 1988 р.), "Сейсмопрогностичн! досл1дження на геодинам1чних пол!гонах СРСР" (Душанбе, 1988 р.), Всесоюзн!й ко-нференц!! "Розвиток 1дей чл.-кор. АН СРСР С.Ф.Саваренського в дос-л1дяекнях по сейсмолог!I 1 сейсмост1йкому буд1вництву" (Москва, 1988 р.), М1кнародних симпоз1умах "Нел!н!йна сейсмолог1я" (Суздаль, 1986 р.). 'Теодез!я, сейсмолог!я ! прогноз" (Срев.ан, 1989 р.), "Ге-одинам!ка г!рських систем Бвропи" (Яремче, 1994 р.) та 1н.

В ц!лому робота обговорювалась на науковому сеы1нар! Карпатсь-кого в1дц!лення 1нституту геоф1зики 1м. С.1.Суббот!на HAH Укра1ни.

Публ1кзц!1.

Основний зм!ст 1 результата дасертац!йно! роботи викладен! в 23-х публ!кац!ях (список в к!нц1 реферату).

Структура 1 об'ем роботи.

Дисертац1я складаеться з вступу, чотирьох розд1л!в, Шдсумк!в 1 списку л!тератури з 167 найменувань. Робота м1стить 136 стор!нок основного тексту, 28 рисунк!в, 5 таблиць. Всього 179 стор!нок.

ЗМ1СТ РОБОТИ

У вступ! сформульовано мету та задач1 досл1дхень 1 коротко ро-зкрито 1х зы1ст. Визначено коло пигань, як1 необх!дно вивчити для досягненнл поставлено! ыети.

Виходячи э анал1эу стану параметричних геоакустичних досл!д-яень у попередн1 роки, обгрунтовяно можлив1сть 1 необх!дн!сгь 1х розвитку в напрякку пХдвшцення ефективност! та 1нфорыативност!, а також розшрення облает! застосувакня, зокрема, при контрол! природних 1 техногенних геодинам!чних процес1в та для реестрацИ пру-нших хвиль в широкому частотному д1апазон1 (вЗд пост!йно! складово! до сейсм!чшх частот включно). Показано, що для досягнення ц!е! мети необх1дно розв'язати комплекс взаемозалежних ф!зико-методачних, методико-техн!чних, методико-експериментальних та !нтерпретац1йних задач, кояна з яких, в свою чергу, складаеться з комплексу п.1дзадач р1зних р1вн!в, створюючи склядну 1ерарх!чну структуру. Розкркто внутр1шн1 зв'язки ы1х окремнми задачами, п!дзадачаш та !х групаш, визначено ступ1нь впливу кокно! з них на як1сть к!нцевих результа-т!в, визначено посл!довн1сть викладу досл!джуваних питань 1 розро-блено ч!тку лог!чну структуру дисертац1йно! роботи.

В периому розд1л! детально проанал!зовано ф!зичну суть 1 мето-дико-апаратурн1 особливост! параметричного геоакустичного методу. На в!дм1ну в1д роб1т Т.З.Вербицького 1 Б.Д.Бойка, в якнх здеб!льшо-го розглядалися нел!н!йн1 ефектн, в дан1й робот1 основну увагу зо-середжено на тензочутливост! г!рських пор!д (включаючи статичн1 1 динашчн! 11 прояви), зокрема на залежно.ст1 швидкост! прухних хвиль в породах в1д тиску.

Спочатку на основ! загального заедания геодинам1чного цон1то-рингу визначено и1сце 1 роль параметричного геоакустичного методу в комплекс! 1ншх, що застосовумться для вивчешя геодинам!чного режиму. Дано анал!з ф!зично! сут! методу 1 особливостей застосову-ваноХ до цього часу методики спостеренень. Дал! детально розглл-нуто !нформац!йн! характеристики основних геоакустичних- пармыет-р!в: швидкост! пруюшх хвиль, ампл!туди осношш! частота, амил!ту-ди друго! гармон1ки, та гт'язок них параметр!!* з фхзнчттн характеристиками 1 напружено-деформованим станом г1рськнх пор!д. На основ! цього анал!зу запропоневан! нов!, б!льш ефективн! га 1н1'орматий-н1 впр!,знти иотодики досл1д*1!нь.

- В -

Це економ1чкий вар1ант методики з вим!рюванням т1льки швидкос-т! зондуючо! хвил1, де в1дсутн1сть контролю аипл1туд основно! частота 1 друго! гврмон1ки компеНсуеться значним (на порядок 1 б1льше) Шдвшценням 1нтегральноТ чутливост1 по пшидкост1 за рахунок в1дпо-в!дного зб!льшення бази зондування, не обмежувано! в цьому випадку зоною над1йно! реестрацИ друго! гармон1ки на фон1 природних геоа-кустичних шум!в.

Перевагами цього вар1знту методики такой е б1льша сп1вв!днос-н1сть реестрованих вар!ац1й з масштабом контрольованих геодинам1ч-них процес!в, бо для к1нематичних параиетр1в (швидкост!/фази зондуючо! хвил1) результуючий ефект накогшчуеться р!вном1рно по вс1й до-вхин1 Сази зондування, тод1, як для друго! гармон!ки основний вклад в сумарнлй ефект вносить ближня зона (десятки сантиметр1в) 61ля генераторного зонда 1, отже, переважаючим е вшшв 11 м1кроструктури та локальних особливостей динам1ки перерозпод1лу тут напрухень, а також 1нших маскуючих ефект1в-завад. Важливим е також значне опрощения та здеиевлення апаратури за рахунок в1дсутност1 вуэькосмуго-вих високоселективних ф1льтр1в 1 ампл1тудних вим!рювальних канал!в.

1нший вар1»нт методики - з цикл1чним зондуванняы, де як1сть 1нформац11 значно п1двшцуеться за рахунок застосування високоста-С1^ьного кварцованого генератора зондуючих сигнал1в, а економ1ч-н1сть по живленню п1двищуеться на 2-3 порядки, залежно в1д сп1вв1д-ношення 1нтервалу зондування (1-10 сек.) до пер1оду вим1рювянь (1020 хв.), 1, кр1м того, досягаеться абсолютне уникнення взаемких за-вад м!к теоакустичною та 1ншою геоф!зичною апаратурою при 1х сп1ль-Н1й робот!. на комплексному пункт1 спостережень (шляхом почергового включения р!зно1 апаратури).

Нарешт1 найважлив1ша методична розробка - це обгрунтування на основ! мало!нерц1йност1 м!кротр1щинного ф1зичного механ1зму тензо-чутливост! 1 нел1н1йно! пружност1 г1рських пор!д нового - пнрамет-ричного сейсмогеоакустичного методу ирийому 1 реестрацИ пружних (в т.ч. сейсм1чних) хвиль (АС Л 1753292, 1992 р.), де використовуеться ефект параметрично! модуляцИ швидкост1 в1домо1 високостаб1льно1 ультразвуков©! зондуючо! пружно! хвил1 нев1домою, досл1джуваною ни-зькочастотною пружною хвилею.

Як висновок з ц!е! частини роботи, сформульован1 методичн1 ви-ыоги до функц1ональних 1 метролог1чних характеристик параметрично! геоакустично! (з врахуванням вимог нових вар1внт1в методики) 1 параметрично! сейсмогеоакустично! апаратури.

В другому розд1л! описано досл1даення впшву впаратурно-мето-дичшх фактор!в на як1сть результат1в геоакустичних спостерекень та заходи по нейтрал1зац11 цього впливу, розглянуто структуру та тех-н1чн! характеристики розробленого на основ1 цих досл!джень автоматичного цифрового геоакустичного комплексу АЦГК-1, наведено результата його метролог1чних випробувань.

Проведено загальний аналХз способ1в вим1ргвань швидкост1 пруж-них хвиль в г!рських породах, оц!нено 1х переваги та недол1ки, ви-значено найперспективн1и1 з цих способ1в щодо мояливостей досягнен-ня максимально! чутливост1 при польових геодинам1чких досладженнях.

На основ1 анал1зу методики, характеристик використовуваннх до цього часу технХчних засо01в (лабораторних виы1рювальних прмлад1в), результатов попередн!х лабораторних 1 польових геоакустичних досл!-джень спочатку було визначено найосновн1ш1 техн!чн1 характеристики створюваного комплексу (1 розроблено його загальну системно-функли-ональну структуру), пот1и - необх1дн! функц1ональн1 1 мвтролог1чи1 характеристики геоакустичного виы1рввального каналу, зокрема, тук1, як режими роботи, функц1ональний склад 1 структура каналу та його п1дсистем, робочий д1апазон частот зондування, потуян!сть та стаб1-льн1сть па'раметр1в зондуючого сигналу, склад 1 к!льк!сть вим1р»ьп-них параметров, чутлив1сть, роздОльна здатн1сть 1 точность вимОрю--"вань амплОтудних 1 часових параметров, чвсова 1 температурна стаМ,-льнОсть характеристик вии1рювальних канал!в.

Детально розглянуто структуру, схемотехнОку 1 характеристики окремих вузлОв геоакустичного каналу, який складаеться з генератора ультразвуковой частота, генераторного 1. трьох приймальних эондОв, 3-х канал1в п1дсилювач1в 1 ф0льтр1в 1-1 та 2-1. гармонОк з детекторами, 8-канального комутатора 1 аналого-цифрового перетворювачя, а також 4-канального фазометра 1 п!дсистеми наскрОзного калзбрування геоакустичного тракту. Проанал1зовано результати досл0.джень впливу параметров 1 характеристик цих вузл1в на як1сть отримунаних геоаку-стичних даних.

Було визначено, що кайсуттевОшй вплив на сумарш. похибки еи-ы1рювань щвидкост! зонду1ичих хвиль мае темлературНо-часова неота-С1льн0сть двох параметров: робочо! частота зондуючого ультразвукового генератора 1 фазо-частотннх характеристик фОльтрОв основно! частоти. ПршпШйнм (<2 10 ) кварцева стаб!л1зац1я частоти зондуючого удьтразнукоього генерзторн 1 автоматична (з точн1стю »0,02 %)

стаб!л!зац1я його амлл!туди повн!стю н1велюють вплив цих параметра на як1сть отримуваних даких. Застосування ефективно! схемотех-Н1ки, високояк!сно! елементно! бази 1 к1л термокомпенсацИ, а також ф!н!п:не юстування амлл1тудно- 1 фазо-частотнмх характеристик ф!ль-тр1в б1льга, як на порядок, зшмують 1х температурн1 1 часов1 дрейфи. Залишков! похибки зн1маються за результатами кал1брування.

0llтюJlзaцlя конструктивных, електричних 1 електроакустичних характеристик генераторного 1 приймального зонд!в, а такон шуыових, акпл1тудно-частотних 1 нел!н!йних характеристик вОудованого в прий-мальний зонд повн!отю екранованого високочутливого попереднього п1-дсилювача дозволяв в к1лька раз!в зб1льыити базу зоедування, в1дпо-в1дно п1двищивши чутлив!сть до реестрованих вар!ац!й, або (при ма-лих базах) значно зменшити необх1дну потухн1сть зондуючого сигналу, обмеживш цкм •■яшы також нел!н1йн1 ефекти ближньо! зоны, 1, в результат!, значко п!двицити як!сть геоакустично! 1нформац11.

Застосування ре;:ош1в накопичення ! усереднення данях при вим!-рюэаннях фази зондуючо! хвил!, спец!ально роэроблено! п!дсисте.чн м!крорастру для з61льшення на 2 порядки розд!льно! здатност! вим1-рювань в цих режимах, а також систем захисту в!д !мпульсних завад 1 модул1в нейтрал!зац!1 ппливу високочастотних вар1ац!й фази на похибки усереднених значено забезпечили екв1валентну апаратурну чут-лив!сть фазових вим!рювальних канал1в на р1вн1 10 (в режим1 геоакустики ).

Для забезпечення довготривало! часово! 1 температурно! стаб!-льност1 ■ :ш!рювань часових (на р1вн1 ±2x10"") 1 ампл1тудних (на р!-внх ±2'10"') геоакустичних параметр!в застосовано прециз1йн! висо-К0стаб1льн! термостатован! формувач! опорних величин частота (квар-цевий генератор) 1 напруги (опорний ста01л1затор). Приведения ре-альких метролог!чних параметг ав 1 характеристик геоакустичних вим!-рювальних канал1в до цих величин забезпечуеться застосувннням ефек-тивного наскр1з1юго калЮрування цих канал!в з пост1йним контролем основних д!агностичних параметр1в.

Досл!днено вплив слуибових систем на як1сть отримуваних даних та над1йн1сть 1 в!дмовост!йк!сть апаратури 1 роэроблено в!дпов!дну систему програмних 1 апаратних заход!в нейтрал!зац!1 цього впливу, в тому числ1 застосовано апаратно реал1зований реким автоматичного перезапуску комплексу (з в1дновленням б1жучого часу 1 роботах реия-м!в) при внутр!шн1х збоях чи переривах в подач! електрояшвлення.

Зокрема, визначено найваюшв!ш! характеристики слуяби часу:

довготривалу стаб1льнд.сть частота (±0,5*10 8 за добу) прециз!йного термостатованого кварцевого генератора опорно! частота, и такой то-чн1сть (±0,2 мс) 1 над1йн1сть робота каналу рэд1окорекц1! показ1в вбудованого годинника сигналами точного часу радЮмовних стакц!й. Показано, що ц1 характеристики (з врахуЕанням застосовано! адаптивно! селекцИ сигнал1в точного часу) гарантовано забезпечухяь необ-х!дну точн1сть як вим1рювань часових параметр1в, так 1 ходу вбудованого годинника, а отне, 1 синхронн!сть вим1рювань на вс!х пунктах мереж! спостережень.

При досл1дженн! роботи систем керування 1 реестрацИ реализовано ряд додаткових апаратно-прогрямних заход!в, до забезпечили не-обх!дну для беэперервких режимких спостерекань над!йн1сть 1 Сегвзд-мовн1сть !х роботи при эбоях в подач1 електроэшалення, нестаб!льних (внасл1док зношування 1 впливу польових кл!матичних фактор1ь) реак-Ц1ях механ1чних вузл!в цифродрукуючого пристрою, зокрема, застосовано живлеши цифрових юл та м1кропроцесорно! систем« пок;«еною напругою, що значно полеглмло 1х електричн! 1 теплов1 релшми.

Досл1дження якост1 та 0езв1дмовност1 роботи системи живлеши дозволило також виявити непрямий електротемперптурний ефект, зумов-лений впливом зм!н теплового потоку в!д рад1атор!в стаб!л1затор1в вторинно! напруги при коливаннях вхХдно! напруги живлення, та роз-робити 1 реал1зувати заходи по нейтрал1зац11 цього та 1нших ефект1в (зокрема, паразитних електричних зв'язк1в 1 мХжканалытх та мХжсис-темних вплив1в через сп1льн1 кола вторшшого живлення), 1 забеэпе-чити в к!нцевому п1дсумку необх1дн! метролог!чн1 характеристики та над1йн1сть роботи комплексу.

Для визначення реально досягнуто! чутлмвост!, розд1льно! зда-тност1, тсчност! та довготривало! стаб1льносг1 метролог1чких парь-метр1в 1 характеристик АЦГК-1 було проведено його всесторонн! ме-тролог1чн1 а також експлуатац1йн! випробування 1 отримако фактичн1 характеристики вим1рювальшх канал!в, як1 п!дтверджують правиль-н1сть 1 повноту проведеного анал!зу впливу апзратурних фактор1ь га ефективн!сть методичгах, структурно-схемотехн1чних, алгоритм1чних та програмних зьходдв нейтрзл1зяцП цього впливу.

Зокрема, гИдканал вим1рюианнн фазоикх чпсових 1кт«риал1в (4-канальний фазометр), який й одним з осноьних в скляд1 комплексу, працюе по принципу ш>ретвор^кня фази сигналу в часовни олтервал 1 цифрового нш1р| •ь.чнил цього чмк-пого 1нт^рч:1.«у, В1н мо.\т> пр.чцивати ь р'ПП'М! л.'^ж-уопг::» (-> пг'чсо'шч'мл'.-и 1 ус>-'|"'р.лнеинг1.- пигь.ч ту ) та ;;

режим! сейсыогеоакустики (з вим1рюванням 0!жучих значень фази). В режим1 сейсмогеоакустики канал забезпечуе розд1льну здатн1сть по фаз!, екв!валентну 0,001° при 20-ти вим1рах за секунду, тобто мае !нтегральну розд!льну здатн!сть на 2 порядки вищу в1д сер!йного цифрового фазометра Ф2-34. В перерахунку на чутлив!сть це становить (за результатами калЮровки 1нтегрального коеф1ц!ента параметрично-го перетворення пришшвними складовими реестрованих вар!вц1й) 0,0520 г/см' по напруженнях (тиску) 1 Ю^-Ю'" - по в!дносних дефор-мац!ях, залежно в!д конкреишх техн!ко-методичних параиетр!в досл1-джень та коеф!ц!ента параметрично! тензочутливост! г1рських пор!д.

Аналогов! вим1рювальн! канали мають розд!льну здатн1сгь прямих виы1рювань 0,025% (яку забезпечуе 12-розрядний аналого-цифровий пе-ретворювач посл!довного наближення), а в режим! накопичення - на порядок вищу. 3 врахуванням похибок вс!х вузл1в ампл!тудного геоа-кустичного тракту сумарн! власн1 похибки вим!рювань (без редукцН за результатами кал!брування) для ампл!туди основно! частота не пе-ревищувть (в д!апазон1 температур 20±5 °С) ±0,23 ! для друго! гар-ыон1ки - ±0,3%, а з врахуванням редукцИ - 10,02?; (при г=20±10 С) для обох параметр!в. Отхе, чутлив!сть (в перерахунку на вар!ац!3 тиску) становить 5-50 г/см' для вар!ац1й ампл!туд основно! частоти 1 1-10 г/саг - для друго! гармон!ки.

Дал! розглянуто особливост! методу кал!брування вим!рювальн>1Х канал!в та досл!джено його точн1сть, температурну ! довготривзлу часову стаб!льн1сть. Показано, що виб!р оптимально! частоти (в д1апазон! в!д 10 хв. до одн1е! доби, залежно в!д методики роб!т та ампл1тудно-частотних характеристик вар1ац!й температури) 1 засто-сування комб!нованих (апаратурних, алгоритм!чних ! обчислювальних) метод!в кал!брування в поеднанн! з пост!йним контролем стаб!льност! параметр!в калЮрувальких сиг ал!в забезпечують ефективне визначен-ня точних б!жучих значень передавальних характеристик вим!рювальних канал!в ! багаторазове зменшення впливу температурних ! довготрива-лих часових нестаО!льностей цих характеристик на як1сть отримуваких даних. Описано методику.редукцН апаратурних похибок за результатами кал1брування ! наведено в!дпов!дн! форму ли для редукцИ похибок вим!рювань ампл!туд ! фаз.

В результат! вс1х перерахованих вшце роб!т було синтезовано ефективну структуру 1 схемотехн!ку високочутливого 1 високоточного мультипарчметричного цифрового зондуючо-вим!рювального каналу 1 на його основ! вперше створено спец!ал!зований багагофункц!оналышй

аьтоматичний цифровой геоакустичний комплекс АЦГК-1. Комплекс скла-давться з основких (геоакустично! 1 багатоканально! вимАрювяльно!) та слуябових (керуввння, реестрацП, передач1 дапих, контролю, *и-влення, служби часу) систем 1 працюе в мвсш7в01 реального часу п1д керуванням вбудованого м1кроконтролера типу "Електрон1ка К1-20" 1 в1дпов1дного ("зашитого" в пост!йну пам'ять) програмного эабезие-че1шя. Комплекс ¡'М1зуе повномасштабну методику геоакустичних до-сл1джень з безпер^.ьним зондуватям контрольовяно! эони масиву г1р-ських пор1д монохроматичною прутов хвилею в трьох ортогональних напрямках 1 цшШчним вим1р»накняи аипл1туд основно! частота 1 дру-го1 гармон1ки, а також швидкостей пружних хвиль (фазовим методом) по трьох просторових компонентах, эабезпечуе прив'язку виШривань до точного часу 1 реестрац1ю вим1ряних величин в буферн1й пам'яП та на цифродрукувчому пристро!, а також видячу 1х в телеметричний канал 1 (в аналогов1й форм1) на контрольн1 аналогов1 рееи/ратори. При сснащенн1 додатковими швидкод1ючими системами реестрацП (велико! вмност1) комплекс може працьвати 1 в реяим1 сейскогеоакустики. Комплекс може живитися в1д мере*1, акумулятор1в чи системи гаранто-ваного кивлення 1 забезпечуе проведения безперервних довготривалих режимних геоакустичних спостережень за геодинам1чними процесами. Основне призначекня комплексу - робота в яиост1 Оазово! апаратури обслуговуваних геоф1зичних станЩЯ при проведенн1 сейсмопрогностич-них досл!джень на геодинам1чних полигонах.

На основ1 набутого в процес1 розробки 1 використання комплексу АЦГК-1 досв1ду 1 застосування ново! елементно! бази було розро-блено структуру та схемотехн1ку 1 створено досл1дн1 макети систем нового, б1льш економ1чного та ефективного автоматичного цифрового сейсмогеоакустичного комплексу АЦСГК-2, який забезпечуе зондування масиву пор1д з вим1рюванням т1льки швидкостей зондуьчих хвиль (фазовим методом) по трьох просторових компонентах. Комплекс дозволяв ефективно реал1зувати методику нараметричного сейсногеоакустичного прийому 1 реестрацП пружних хвиль в широкому частотному д1апаЭон! (в1д пост1йно! складово! до сейсм1чних частот включно) за рахунок п1двгацено1 в 4-10 раз1в (до 10") розд1льно! здагност1 по ФЧ1, зб1-льшено! (до 100 вим./с) максимально! частота вим1рювань 1'на порядок вищо!, н1ж ран1ше, 1нтегрэльно! чутливосг1 вим1ровального каналу. АЦСГК-2 мае у 8-10 раз1в вшцу економ!чн1сть по живлекню в режи-м1 безперервного зондування, а також ефективно реал1зуе режим цик-л!чного зондування з р1зною тривал!стю циклу, забезпечуючи зменшен-

ня споживано! потужност1 ще на 1-3 порядки, що поряд з реестрац!ею в енергонезалежн1 модул1 пам'яг! дозволяв використовувати його на автономиях польових необслуговуваних пунктах спостерехень з кивлен-ням ь1д акуиулятор1в. Передбачена передача 1нформац11 з таких пунк-т1в по рад1отелеметричному каналу, або шляхом пер!одичного (з пер1-одон в1д 1-5 дн1в до 2-4 тихн1в - залежно в1д розв'язуваних задач) транспортуваюм в центр збору эвповнених модул1в пам'ят1 чи дискет, на як1 1нформац1я переписуеться на м1сц1 через !нтерфейс 1нформац1-йно! маг1страл1 за допомогою переносного ко'п'ютера. Комплекс тако* иохе ефвктивно працювати в склад! локалышх телеиетричних систем контролю техногенних геодинам1чних процес!в (безпекм г1рничих ро-61т, стану гребель, промислових об'ект1в, АЕС та !н.)> як апаратура иункт1в первинного контролю.

Як п1дсумок цих роб!т, показано можливост! ново! апаратури що-до реестрацП природних процес!в широкого ампл!тудно-частотного спектру (зеилетрус1в, власних коливань Земл1, крипових рух!в, при-пливних вар1ац1й), шляхом сп1вставлення досягнуто! методико-апара-турно! чутливост1 (перераховано! в тиск чи деформац!!) з характеристиками цих процес!в.

Грет1й розд!л лрисвячено анал1зу 1 досл1дхенню впливу методич-них 1 природних ф1зичних фактор1н на як1сть реестрованих нар!ац!й геоакустичних ! сейсмогеоакустичних паракетр!в. Результата лабора-торких експериментхв на зразках пор!д 1 польових експериментальних досл!джень сп!вставлено з численними л!тературними даними, 1 на основ! цього розроблено методико-апаратурн! заходи нейтрэл!зац!1 впливу природних фактор!в на як1сть отримувано! 1нформац11.

Зокрема,. в лабораторних умовах на зразках пор!д досл!даено ые-тодако-!нформац!йн! особливост! режиму прямих вим1ршвань 1 режиму когерентного накопичення 1 усереднення сигналу. Показано, що в режим! накопичення при в!дсутност! регулярних синхронких апаратурних завад дисперс1я в!дл!к!в знижуеться пропорц!йно кореню квадратному в!д коеф!ц!екта накопичення 1 усереднення сигналу, що узгоджуеться з теоретичною моделлю впливу випадково! шумово! завади.

Досл!джено вплив темнератури на реестровая! в лабораторних умовах вар!ац11 швидкост! в зразках пор1д. К1льк1сно величина цього впливу лежить в мехах, визначених на п.1дстнв1 анюПз}. результатов петроф!зичних досл1джень для в1дпов!дних нор)д.

В процес! лабораторних експцтминт ¡н з ыдкричин широкогмуго-

вин фазовим вим1ривальтш каналом було выявлено floro п1дьищену чу-тлив1сть до 1мпульсних акустичних запад. Це зумопило ннобх1дн!сть анал1зу впливу 1мпульс1в акустично! eulcll г1рських пор1д на реестровая! дан! 1 розробки в1дпов1дких апарагурно-методичних эяход1в нейтрал1зац!1 такого впливу при проьеденн1 польоних досл1,дж*нь.

Для проведения польовнх досл1джень на осноЫ анал1зу никляде-них вище результата Суло розроблено в1дпов1дну методику роб!т. Щм цьому, кр1н впливу акустично! eulcil пор1д було досл1джено 1 прон-нал!зовано вплив позасмугових високочастотних вар1ац1й на похибки реестрованих даних. Показано, що для найб1лып повно! 1 кор*ктно1 нейтрал!зац!1 такого впливу необх1дно безперервно накопичувати 1 1нтегрувати сигнал на протяз1 всього 1нтервалу вим1рювання, реял1-зуючи методико-апярятурний аналог в1кокного зглвджуючого ф1льтра. Певним наблиленням до цього е методика вюЛрьЬань з частотош, в к1-лька раз1в вищою в!дносно необх1дно! для вивчення вар1ац1й - досл1д-жуваного спектрального д1впчзону з наступним усередненням дяних на в1дпов1дному часовому 1нтервял1.

Для виэначення можливих величин впливу темиерятури, термопруж-них вар1ац!й та вологост1 на реестрован1 внр1ац1! геоякустичннх нн-раметр1в було проанал1зовано методику самих досл1дяень, коккретну геомехан1чну обстановку на пунктах сгюстережень, дан! петроф!зичних доел1джень в1дпов1дких пор1д. Показано, що Сезпосередн1й ьплив тем-ператури 1 вологост! на середньопер1одн1 вэр1ац1! геоакустичшх па-раметр!в в облэст1 зондування е незначним, на довгих пер!одах (дч-к!лька тихн!в i м!сяц1) в!н пор1вняно б1льшй. Б1льш суттевим, але важче досл1дхувнним е вплив териопружних вар1ац1й, бо в1н заложить в!д конкретно! рельефно!, грунтоно!, г1дролог1чно1, геолог1чно! тя геомехан!чно1 обстановки, отхе, мае своп специф1ку на кожному пункт! спостережень, !, до того ж, лежить на частот! осноьно! добово1 припливно! сонячно! складово! К.. На ochobI провед^них досл!дчень запропоновано в1дпов1дн1 методичн! зяходи м1н1м1эацП впливу терно-пружних деформац1й.

Результати спец1альних досл1/пИ1ь режиму встчновлення зондуючо-го ультразвукового якустичного поля, аналЗз теоретичних !' екснери-ментальних даних, н тому чи.:л!' температурно-часоних дрейфi ó параметр ÍB ьикористоЕувяно! ранЛмн анярнтури, сп1вставления з описяними в л!тератур1 (зокрема, з проблематики нкустнчЖ'Г» кяротяяу) ре:-уль-татами досл!д«ень Нп:нх аыч'р1в показали, по ¡-четрован! до цього го часу в польо.'-и.ч учовэх (--кспернментчл.м!! крин i ¡(становления (три-

ввл1стю до 3-5 год.) режимних значень фази/швидкост1 при включенн! апаратури в режим безперервного зондування спричинен1 не ефектами в г1рських породах, а впливом темперагурно-часово! нестаб1льност1 зо-ндуючо! частота ультразвукового генератора (перераховано! за базу зондування) 1 характеристик ф1льтр1в основной частоти. Це дало п!д-стави запропонувати новий високоеконоы1чний вар!ант параметричного геоакустичного методу з цикл!чким зондуванням, в1дмобившсь в1д обов'язкового безперерьного зондування i знстосувавши в!дпов1дн1 методико-апаратурн1 заходи нейтрал1зац!1 вк* ?аних вище паразитних апаратурних ефект!в.

Загальним п1дсумкоы оиисаних в третьему роэд1л1 досл1джень стала розробка 1 обгрунтування системи взаемопов'язаних методички* i нпаратурких заход1в нейтрал!зац11 ьпливу природних фактор1в на як!сть отримуваних геоакустичних 1 сейсиогеоакустичних даних.

В четвертому розд1л1 описана методика 1 результата польових досл1джень, в тому числ! режимних геоакустичних сейс.мопрогностичних спостережень 1 експерименталышх сейсыогеоакустичких роб1т по реес-триц11 прукних хьиль в масиьах гХроьких пор1д параметричким сейсмо-геоакустичнии методом. OchobhI результати сейсмогеоакустичких екс-перимент!в отрииан! в 1594-1595 p.p. п1дчас виконання за завданняы Державного фонду фундаментнльних доол1джень Укра1нм пошуково! теми X 6.3/162 "Експериментальне досл1дження ефект!в нел!н1йно! взаемо-д11 прухних хвиль в г1рських породах". Наведено результата спектрального 1 спектрально-часового анал1зу сейсмогеоакустичних 1 геоакустичних даних, зокреыа пров1сникоьих нномал1й, що передували м1-сцевим Закарпатсышм землетрусам, а таком розроблено методику гео-механ1чно! 1нтерпретац1I 1 проведено 1нтерпретнц1ю них аномал1й.

Методика польових досл1дкень розроблена з врнхуванням опиевних вище способ1в нейтрал!зац11 впливу впарятурно-методичиих факторХв на як1сть отримуваних даних. Методика анвл!эу них даних враховуе ix ф!эичну природу, зокрема парнметричну суть, шлихом ьиокремлешш ко-еф1ц1ента параметрично! тензочутливост! Прських пор1д, що дозволив методично правильно розд1ляти р1зн! ф!зичн.1 ьфекти з метою 1х пода-льшого анал1зу 1, в к!ндевоиу п1дсумку, створю« базу для постановки 1 розв'язання оОернено! задач1 параметрично! сейсмогеоакустики.

Анал1з сейсмогеоакустичних даних лроводиися пиктом ирогрнм для обробки часових ряд!в. Технология arnuLay дани* ькличае, зокрема, 1х спектральнкй та корьляц!йкий анализ, слектральну та :iншi ви-

да ф1льтрац!1, обробку сплайном та 1н. При п1дготовц1 датах до ком-п'ютерного анал1эу проводиться редукц1я апэратурних похибок эя результатами кал1бровки вим!рювнльних канал1в.

0триман1 в результат! анал1зу спектри вар!ац!й сейсмогеоакус-тичних параметр1в пор1внюв8лися з 1ншими геоф1зичними даними (грн-в1ыетричними, деформограф1чними, нахилом!рними). В загальюй структур! спектр1в (в д!апазон! в1д десятк1в хьилин до дек1лькох д1б) вид!ляються (починаючи з виших частот): фон власних коливань Земл1, !нфранизькочастотн! моди коливань Земл1 1 ядра, крипов1 рухи и1сце-во! тектон!чно! природа, оск.»вн! припливн1 хвил1, довгопер1одн! те-ктон1чн1 вар1ац!К

Найб!льшу фонову ампл1туду в досл!днен1й област1 частот власних коливань Земл1 мае основний сфероКдальний тон .Б , в 2-3 рази вище за фонов! значения оточуючих пгум!в. Причому точне значения йо-го частота значно ближче до значень, зареестровяних грии-метром, н!ж до зпреестрованих деформогрвфом (екстенэометром), що с ще одним св!дченням на користь природи сейсмогеоакустичних даних, як парнме-тричних тензовар!ац!й, спричинених зм1ног няпружень в масивях пор1д.

Частотна структура фону 1нфранизькоч8стотних мод коливань Зем-л! (в д1апазон! пер!од1в 60-240 хв.), отримвна в результат! спектрального анал!зу параметричних сейсмогеоакустичних даних, сп!впадае з даними'1нших автор1в, отримаюми за догюмогоо лазерних 1 кварце-вих деформограф!в в р!зних рег!онах ЕвразП (Закавказзя, Середня Аз!я, Далекий Сх!д), що св1дчить про ефективн1сть методики 1 об'ек-тивну ц!нн!сть отриманих даних, а такой про нисоку чутлив!сть створено! параметрично! сейсмогеоакустично! апаратури. ЗафОксовано такой л!двшдення ампл1тудного фону цих 1нфрзнизькочэстотних мод л!сля досить сильних землетрус1в.

Застосування набутоГо досв1ду обробки 1 знал!зу часових ряд!в та сучасних комп'ьтерно-програмних засоб!в дало можлив1сть, незва-жаючи на низьку як!сть иопередн!х польових матер!ал!в, провести спектрально-часовий анал1з геоакустИчних аномал!й - пров1сник1в м1-сцевих Закарпатських землетрус1в ! отримати вахлив1 для проблем прогнозу результата. Було виявлено, що за к!лька тижн1в до м!сцевих зенлетрус!в починаеться п!двитенкя тектон1чно! эктивност1 1 в!дбу-ваеться актив1зац1я р!эних геодинам!чних процес1в, що в1дображаеть-ся в загальному П1двищенн1 спектральних ампл!туд вар1ац1й геовкус-тичних параметров в д1апазон! пер!од1в 3-30 год., яке розпочинаеть-ся з б!льш низьких частот 1 захоплюе поступово б!льш вгоок!, причо-

иу з каблихенням иоиенту зеилетрусу 1нтенсивн1сть вар1ац!й постШю зростае. Найб1льш ч1тко 1 шразно цей процес проявляеться в д1апа-зок1 пер1од!в до 3-5 год., характерных (за данный 1нших автор!в) для спектру крипових рух 1в 1, очевидно, Ын в!добрахае розвиток зо-'ни п1дготовки цайбутноьго зеилетрусу. Спектральна ф1льтрац1я даних ь цьоиу д1ипазон1 пер1од!в ьиразно показуе сер1ю р!зких п1к!в акти-и1зац11 з загвсаючиии шлейфами (триьыЦстю до двох-трьох Д1б), н1би кршюьих 1нфранизькочастотнмх "и1н!землетрус:!в", що в1дображають ьикликану тектон1чними силаии перебудоьу ш>.:1б напружень-деформацШ на складн1й блоков1й структур1 земно! кори Закариаття.

Щи одшш характерном для геоакустичних проь1сникових аноиал!й явищеи е "и1кросейсы1чн1 бур!", як1 часто в!дбуваються в цьоиу х д1нпазон1 пер1од!в (3-30 год.) за 3-5 дн1ь до зеилетрусу, характе-ризуються на 1-2 порядки б!льшими в1д фонових ампл!тудами вар1ац1й 1, очевидно, в1добрахають формуваннл вогнищево! зони майбутнього зеилетрусу. Шдчас таких бурь коеф!ц1ент параметрично! тензочутли-вост! пор1д зростае в десятки разхь.

На основ1 цих результат1ь та 1х сШьстаьлення з данишг дефор-иоисгричких 1 акустоем1с1йних (зокреиа, шахтнмх) сгюотерехень роз-роблено методику параыетричного сейсиогеоакустичного контролю ре-яим1в актив1зац!1 шсцевих 1 регЮнальних (техногенних 1 природних) геодинаи!Ч(их процес1в, яка включая ресстрац1ю вар1ац1й сейсмогеоакустичних параиетр!в, !х спектрально-часовий анализ в ковяаючоцу часовому в1кн1 1 у в1дпой1дноиу спектральному д!апазон1 (з ьраху-ваншш просторово-часового масштабного фактора контрольованих про-цес!в) 1 анал!з часово! данам1ки ампл1туд в1дпов!днмх спектральних складових. Така методика моме бути особливо ефективна тако* для контролю стану г1рничих виробок, оск1льки вона, на в!дм!ну в1д контролю акустично! ем1сИ пор!д, який дав 1н4>ормнц1ю про окрем! ло-кальн! м1кроструктурн1 ефекти руйнування, ь1добракас загальну картину перерозпод1лу напружень в контрольован!Я зон! касиву пор1д.

Наступниы, завершальниы етапом ьикористання параметричних гео-акустичних 1 сейсмогеоакустичних даних с 1х геоысхан1чна ! геодинн-м1чна !нтерпретац1я, яка ыохлива на основ1 роэв'нэакня обернено! задач! параметрично! сейсмогеоакустики. Така обериека задача 1>}ор-мульована наш наступним чином: необх1дно ьизначити ьм!ии ¡Чрського тиску (складов! тензора напружень) за часоьими вар!ним звр^вот-ровашх сейсмогеоакустичних параыетр1в. Запропоноьана методика роз-в'язання ц!е! задач! грунтуоться на ь!домих п1длод;н, розрк'.яених ь

механ!ц1 г!рськил пор1д, як1 розвинут! та адаптован1 на™ до по-раметричних сейсмогеоакустичних даних з врахуьанням 1х природи 1 ф1зико-методичких особливостей.

Методика вклвчпг: перернхунок зареестровянмх вар1яц!й за повну базу зондуванкя, перернхунок отримнних величин в значения ивидкост1 хвиль в г!рських породах (нбсолютнА чи в1дносн1), розряхунок величин вар!ац1й скля","вих тензора нчпружень зл в [дпов)/агами гклядо-ВИМИ 3м!н ШВИДКОС'1 1 1 в1ДОМ!<Ш< (э либорчторнид дс>(\11лт^нь ни эрч.ч-ках в1дпов1дннх пор!д чи з л1тературних джерел) зялежностяии твид-кост! пружних хвиль в пород,... в1д тисну з врахувпнкям конкретно! Геомехан1чно1 обстановки на иункт1 спостережень.

Для ьизначення точно! пивнс>1 бази зондування (у н1дносних оди-ницях) при проведенн! парямегричних геоакустичних 1 сейсмогеонк/с-тичних досл1джень наш запропонований 1 використовуеться ЛТ/Дф-ме-тод, який гюлягае в розрахунку ц1с! величини за значениями ..*, М 1 в!дпов1дним 1м йф, визначеннми в результат1 зовдувяння масиьу по-р1д на двох дуже близьклх частотах.

Додатковим контрольним калАСрувальним фактором при геомехян1ч-н1й 1нтерпретац!1 зареесгрованих ьяр1ац1й сейсмогеоакустичних пя-ряметр1в служять величини ирилливних склндоьих.

Реал1зац1я тяко! комплексно! методики про1л*»:гровяня ня приклад! геомехан!чно! 1нтерпретяц!1 геоякустичного пров1сьика Вино-град!вського землетрусу 4-5 жовтня 1983 року. 1!роанал!зовяно результата ц1е! !нтерпретац!1( 1 розглянуто ыожлив! ьар1анти !х сп!в-в!днесення з загальним геодинам1чним режимом Закярпаття.

У п!дсумках мерел1чено нэйвяжлив1т1 результата роботи 1 с^ор-мульовано уэагальн№ч1 висновки.

0СН0ВН1 РЕЗУЛЬТАТ/ I КИСНОВКИ

1. На основ1 анал1зу ! дссл!длення ф!зико-!кфс>рмац1йних характеристик контрольовяних пяраметр1в зондуичих пружних хвиль роэроб-лено 1 обгрунтовано нов1 вяр1анти методик пяраметричних геоякустичннх досл1джень з пАдвищенот 1нформативн1стп ! техн1ко-економ1чною ефективнАстю:

а.) високочутлиьий екошличний вар!ант паряметричного геоякустичного методу контролю ?М1М напружинь в мясинах г1рських пор1д (з цикл!чним режимом зондування);

б.) параметричний ыгйсмогеоакустичний ме'юд - метод пярамег-

ричного прийому i реестрацИ пружних хвиль в г!рських породах, (в широкому частотному д!апазон! - в1д пост1йно! складово! до сейсм1ч-них частот вклпчно).

2. Па основ! внал1зу 1 вивчення впливу апаратурно-методичних фактор!в на як1сть результат^ параметричних сейсмогеоакусгичних досл!джень 1 розробки в!дпов!дних заход1в нейтрал!зац!1 цього впливу залропоновано структуру 1 схемотехн1ку висйкочутливого i високо-точного нультииараметричного багатофункц1оннльного цифрового зонду-ючо-вим1ривального сейсмогеоакустичного комплексу, розроблено методику кал1брувания його виШршальних каналов та редукцИ залишкових. апаратурних похибок вим1рювань за результатами кал1брування.

3. В результат! досл!дження спектрально! i спектрально-часово! структури реестрованих в польових умовах вар1ац!й параметр!в пруж-них хвиль в масивах г1рських пор1д виявлено нов! ефекти, що супро-воджують процеси п1дготовки землетрус!в ! на ц1й основ! запропоно-вано методику параметричного сейсмогеоакустичного контролю режимов вктив1зещН геодинам1чких ироцес1в.

4. Розроблено методику геонехан1чно! 1нтерпретац11 параметричних геоакустичних 1 сейсиогеоакустичних даних, яку застосовано для !нтерпретацП геоакустичних аномал!й - пров1сник!в м1сцевих Закар-патських землетрус1в.

В загальному проведено комплекс р!знопланових роб1т для п!д-вшцення ефективност1 та !нформативност! параметричних геоакустичних досл!джень та розроблено методики використания отримуваних даних для розв'язання ц1лого ряду геоф1зичних задач. Наведен! резуль-тати наочно 1люструють перспективы!стъ та широк! можливост! засто-суванкя описаних методичних 1 апаратурних розробок в геоф1зичних досл1дженнях,■ зокрема, для мон!торингу геодинам1чних процес!в, сей-смопрогностичних роб!т, реестрацИ в г!рських породах хвильових процес!в широкого частотного д!апазону.

0CH0BHI РЕЗУЛЬТАТУ! ДИСЕРТАЦП ВИКЛАДЕН1 В РОБОТАХ:

1. Бойко Б.Д., Струк Е.С., Назаревич A.B. Установка гарантированного электропитания системы геоакустического- контроля. - В сб.: Геофиз. аппаратура. - Л., 1985, вып. 85, с. 131-133.

2. Струк Е.С., Назаревич A.B., Бойко Б.Д. Кварцевые ча<-ы с радиокорректором. - В сб.: Геофиз. аппаратура. - Л, вып. 85, с. 68-72.

3. Назаревич A.B. Автоматическая систем* передачи результате]-, reo-

физических наблюдения по линии электросвязи. - В ich. : Современные геодинамические процессы и их изучение в связи с проблемой прогноза землетрясений. Сб. науч. тр. - Киев: Наук, думкя, 19(36, с. 48-51.

4. Вербицкий Т.З., Бойко В.Д., Струк Е.С., Назаревич A.B. Геоикус-тические и микросейсмические исследования состояния земной коры на Карпатском прогностическом полигоне. - В кн.: Современные геодиннмические процессы и прогноз землетрясений. Сб. науч. тр. - Киев: Наук, думка, 1987, с. 57-61.

5. Назаревич A.B. Автоматический цифровой геоакустический комплекс.

- В кн.: Сейсмопрогностические исследования на территории УССР. Сб. науч. тр. - Киев: Наук, думка, 1988, с 116-123.

6. Вербицкий Т.З., Кузнецова В.Г., Максимчук В.Е., Бойко Б.Д., Струк Е.С., Назаревич A.B. Изучение геодинамических явлений на основе комплексных геофизических исследований. - В кн. ¡4- Повышение эффективности определения осадок инженерных сооружений. -Воронеж, 1988, с. 61-62.

7. Вербицкий Т.З., Кузнецова В.Г., Шанотко В.И., Максимчук В.Е., Струк E.G., Чигинь А.И., Назаревич A.B. Результаты сейсмопрог-ностических исследований на территории Закарпатья. - В кн.: П{Ю-гноз землетрясений, JilO, Душанбе-Москва. - Душанбе: Дониш, 1988.

8. Вербицкий Т.З., Бойко Б.Д., Струк Е.С., Назаревич A.B. Геоакустические и микросейсмические исследования состояния земной коры на Карпатском геодинамическом полигоне. - В сб.: Развитие идей чл.-корр. АН СССР Е.Ф.Саваренского в исследованиях по сейсмологии и сейсмостойкому строительству. М., 1988, с. 113-118.

9. Вербицкий Т.З., Бойко Б.Д., Назаревич A.B., Струк Е.С., Месхия А.Ш., Манжгаладзе П.В. Результаты опробования и перспективы развития геоакустического метода контроля состояния массивов горных пород на территории Закавказья. Сообщ. АН ГССР, 1989, Л 2, с. 319-326.

10. Назаревич A.B. Реестрац1я сейсм!чних хвиль параметричним - сей-сыогеоакустичним методом. - Б кн.: Геодинамические исследования в Украине. Сб. науч. тр. Киев: ИГФ, 1995, с. 179-184. •

11. Струк Е.С., Назаревич A.B. АС #1413591 СССР, МКИ С04С 11/02. Устройство выделения сигналов точного времени. Открытия. Изобретения. 1988, бвл. И 28.

12. Назаревич A.B., Назаревич Л.Е. АС. Я175329Я СССР, МКИ G01H 1/00. Способ определения параметров распространения упругих волн в не-

линейно-упругой среде. Открытия. Изобретения. 1992, бюл. Ji 29.

13. Boyко B.D., Nazarevych A.V. Geoacoustlc control oi the rock maself state, the results oi itB application and the development prospects. - "Nonlinear seismology". International symphoslum. Abstracts. Suzdal, USSR, October 31 - November 6, 1986. - Moscow, 1986, p. 93.

14. Вербицкий T.3., Бойко БД., Назаревич А.В. Параметрический приемник деформаций массивов горных пород. - В кн.: "Применение дликнобазовых лазерных интерферометров в геофизике". Тезисы до-кладоъ школы-семинара. Владивосток, 26-31 июля 1987 г. - Владивосток, 1987, с. 67-69.

15. Вербицкий Т.З., Бойко Б.Д., Струк Е.С., Назаревич А.В. Сейсыоа-кустические исследования на территории Карпатского геодинамического полигона. - В кн.: Тезисы докладов Международного симпозиума "Геодезия, сейсмология и прогноз", Ереван, 2-6 октября 1989 г. - М., 1939, С. 52.

16. Назаревич А.В. Сучасна методика i апаратура геоакустичних сгюс-•гережень (стан 1 перспективи 1х розвитку та застосуваншг для за-вдань прогнозу 1 геодинам1ки). - В кн.: 1-ша УкраХнська наукова конфйренЩя "Комплексн1 досл!дження геодинам1ки земно! кори". Тези допоь!дей. Алушта, 20-26 вересня 1993 р. - Льв1в, 1993, стор. 42.

17. A.V. Nazarevych. Some aspects oi optimization oi methodically-apparatus supply oi the network oi geodynamic observation oi the Ukraine.- International Symposium "Geodynaxnic of Europe montaln systems". Abstracts. Iviv-Jaremche, April 10-17, 199Д. - Lviv, 1994, p. 65.

18. Назаревич А.В., Назаревич Л.Е. Методика и техника-сейсмогеоакус-тического контроля напряженно-деформированного состояния литосферы. - В кн.: Напряжения в литосфере (глобальные, региональные, локальные). Тезисы докладов Первого Международного семинара. Москва, 19-23 сентября 1994 г. - М.: ИГиРГИ, 1994, с. 124125.

19. А.V.Nazarevych. Investigation and application of dynamic nonlinear elastic rocks lor seismic waves recording arid geodynamic monitoring. - 20th General Assembly of the European Geophysical Society. Abstracts. Gamburg, 3-7 April, 1995. - Annalea Geophy-Bicae, Supplement of Volume 13, 1995.

20. A.V.Nazarevych. Spectral-temporal analysts, geoineclianlc and не-

lsmoprognostlc interpretation of seismogeoacoustJc data. - 21th General Assembly of the European Geophysical Society. Abstracts. Hague, 6-10 May, 1996. - Annales Geophysical, Supplement oi Volume 14, 1996.

21. A.V.Hazarevych, L.Ye.Mazarevych. Parametric [¡elEnwgeoacouHtlc method (parametric "stress-seismograph") in geodymmic and shIb-moprognostic investigations. - 21 th General Assembly of the European Geophysjcal Society. Abstracts. Hague, 6-10 May, 1996. -Annales Geophysicae, Supplement oi Volume 14, 1996.

22. A.V.Hazarevych. Investigation oi Earth low-irequency oscillation and tidal deformations by parametric seismogeoacoustic. method. - 21th General Assembly oi the European Geophysical Socip-ty. Abstracts. Hague, 6-10 Hay, 1996. - Annales Geophysicae, Supplement oi Volume 14, 1996.

23. А.В.Назаревич, Л.б.Наэаревич. Параметричний сейсмогеоькустичний мон1торинг геодинам!чних процес!в (методика, апаратура, резуль-тати). - В кн.: Зб1рник тез ы!жнародного симпоздуму "Гио1нформа-ц1йний мон1торинг навколишнього середонища". Алушта, 1996. Льв1в, 1996, стор. 13.

Нэзаревич А.В.

Экспериментальное исследование спектрально-временной структуры вариаций параметров упругих волн в массивах горных пород.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.12 - геофизика

Институт геофизики им. С.И.Субботина НАН Украины Киев, 1997

АННОТАЦИЯ

Разработаны новые варианты методики параметрического геоакустического контроля изменений напряжений в горных породах с высокой чувствительностью, информативностью и технико-экономический эффективностью и создана сиецинлиз: ^ованная высокоточная аппаратура для их речлизации. Исследована спектральная и спектрально-временная структура зарегистрированных этими методами в полевых условиях вариаций скорости упругих волн в массивах горн»'- пород, в том числе

аномалий - предвестников местных Закарпатских землетрясений, выявлен Фон собственных колебаний Земли и их инфранизкочастотных мод, основные приливные волны, криповые и тектонические движения. Разработана методика геоыеханической интерпретации зарегистрированных вариаций и проведена интерпретация предвестниковых аномалий.

A.V.Haaarevych

Experimental Investigation of Spectral-Temporal Variations Structure of Elastic Wave Fararneters in Rock Massifs

Candidat of Physical and Mathematical Sciences Degree Dissertation Speciality 01.04.12 - Geophysics

Subbottn Institute of Geophysics of the HAS of the Ukraine

Kyiv, 1597

ABSTRACT

New variants of parametric geoacoustic methods for monitoring of stress variations in rocks are developed; they are characterized by high sensitivity, informativ1ty and technical-economical effectl-vity. Specialized high-precision equipment for these methods to be realised is created. Spectral and spectral-temporal structure of elastic wave velocity variations in rock massifs reglstrated by these methods under field conditions well aa anomalies - precursors of local Trans-Carpathians earthquakes are Investigated. The background of the Earth's free oscillations and their infralow-frequency modes, main tidal waves, creep and tectonic movements are found. The methods for geomechanical interprétation of variations registered is worked out and interpretation of precursor anomalies is car-red out.

КЛЮЧ0В1 СЛОВА: пьраыетрична тензочутлиЫсть пор!д, нел1н1йна пруж-HicTb, вар1ац11 параметр1в пружних хвиль, 1нфорнвц1йн1 характеристики, фактори-завади, похибки вим1рювннь, кал1брування апаратури, редукц!я похибок, часов1 ряди, спектрально-часоний анал1з, криновi рухи, припливн! вар1ацИ, геомехан1.чна 1нтерпретя1Ця, < геодинам1ч-ний мон!торинг, прогноз землетрус!в.