LOFRES

Проект базировался на инновационном методе, использующем глобальный и локальный сейсмический шум. Частота анализируемых сигналов составляет от 0,1 до 3 Гц, а при техногенном шуме — вплоть до 30 Гц. Исследования могут охватывать глубины от нескольких десятков до нескольких тысяч метров.

До реализации проекта в Польше отсутствовала система, позволяющая проводить подобные исследования, а также устоявшаяся методическая база. Команда проекта внесла существенный вклад в разработку измерительной системы и методики.

Система LOFRES позволяет в автоматическом режиме проводить непрерывные измерения колебаний в диапазоне низких частот с помощью соответствующим образом сконфигурированных измерительных модулей и взаимодействующего с ними центра сбора данных.

• разработка концепции максимально автоматизированной системы измерения скорости колебаний в полевых условиях с соответствующим динамическим диапазоном в области низких частот, а также регистрации, обработки и интерпретации больших массивов данных,
• разработка теории, моделирования измерительных процессов, методологии измерений, алгоритмов обработки, интерпретации и калибровки,
• практическая верификация модели, теории и методологии в ходе предусмотренных научно-исследовательских работ,
• разработка системного программного обеспечения,
• создание и испытание демонстратора технологии, способного осуществлять мониторинг приповерхностных слоев методом сейсмической интерферометрии или микросейсмического зондирования,
• адаптация системы для проведения измерений в различных конфигурациях в зависимости от потребностей и применяемого метода,
• внедрение оптимальной версии с мобильными автономными станциями, оснащенными одно- или трехкомпонентными датчиками, и стационарными опорными станциями,
• измерительные и опорные станции оснащены аккумуляторным питанием, GPS-приемником для точной синхронизации шкалы времени и определения положения датчиков во время проведения измерений,
• система оснащена накопителями памяти и радиопередатчиками для передачи данных посредством мобильного сервера и модемов GSM LTE,
• минимизация затрат на измерительную сессию за счет циклического перемещения мобильных станций по различным узлам сетки, обеспечивающего многократное использование оборудования,
• возможность стационарного монтажа системы в полевых условиях для непрерывного отслеживания изменений в режиме реального времени (например, в горном деле для контроля изменений напряжений и деформаций).

Исследования, проведенные на различных полигонах, позволили сформулировать следующие выводы:

• сейсмическая интерферометрия позволяет определять степень нарушенности массива горных пород, вызванной горными работами, на основе поля скоростей поперечной волны,
• при проектировании измерительной расстановки необходимо исследовать частотную характеристику и направленность сейсмического шума в районе измерений,
• анализ относительных изменений скорости волн кода, полученных методом сейсмической интерферометрии, дает ценную информацию о степени нарушенности горного массива,
• использование всех компонент (Z, N, E) снижает погрешности оценки относительных изменений скорости волн кода, связанные с неоднородностью волнового поля сейсмического шума,
• в условиях сильного сейсмического шума результаты метода MASW менее применимы по сравнению с сейсмической интерферометрией или методом преломленных волн, несмотря на использование различных видов фильтрации,
• методика сейсмической интерферометрии позволяет определять поле скоростей S-волн в геологической среде, что имеет важное значение для инженерных приложений,
• предложенная методика обработки и интерпретации подтвердила свою эффективность в измерительных условиях проведенных исследований,
• результаты указывают на то, что сейсмическая интерферометрия может найти применение для изучения строения и упругих свойств приповерхностной геологической среды, а также анализа пространственно-временных изменений, связанных с оползневыми процессами.

Знание структуры геологической среды, и в особенности степени ее нарушенности, необходимо для устройства оснований и фундаментов различного рода крупноплощадных строительных объектов, а также тоннелей, аэропортов, транспортных магистралей, дамб обвалования, гидротехнических сооружений и резервуаров или жилых массивов.

На территориях ведения действующих и завершенных горных работ система способствует оценке опасности для земной поверхности от последствий непрерывных и разрывных деформаций, а также позволяет выбрать оптимальный метод ревитализации.

Система может использоваться для:

• определения степени нарушенности горного массива в районах, подверженных наведенной (техногенной) сейсмичности и тектоническим толчкам,
• мониторинга степени выработанности различных месторождений (нефти, газа, сланца, каменной соли, серы методом подземной выплавки и т. д.).

Преимуществом разработанной системы низкочастотной пассивной томографии по сравнению с применяемой активной томографией является отсутствие необходимости использования взрывных зарядов или дорогостоящих автомобильных возбудителей для генерации просвечивающей волны. Отсутствуют связанные с ними повреждения земной поверхности. Измерение практически неинвазивно (исключительно монтаж датчиков). Система позволяет проводить непрерывные измерения на территориях ведения горных работ.

В ней заинтересованы прежде всего:

• строительные компании, осуществляющие строительство крупноплощадных объектов,
• компании, занимающиеся разведочной геофизикой,
• горная промышленность — для оценки опасности толчков и томографии района добычной лавы.

Система LOFRES состоит из аппаратной и программной частей, предназначенных для обработки и интерпретации сейсмических данных.

Методика MS (Microseismic Sounding)

Требует использования не менее 2 измерительных станций. Одна опорная станция (база) остается стационарной и не меняет своего положения. Остальные являются подвижными и могут перемещаться в различные точки измерений. Регистрация в каждой точке проводится в течение не менее одного часа для достижения стационарности записи.

Методика IS (Seismic Interferometry)

Не требует соблюдения условия стационарности сейсмического волнового поля, поэтому опорная база, как в методе MS, не требуется. Однако необходимо оснащение всех точек измерений, что требует наличия большего количества датчиков.