The dynamic and kinematic characteristics of Scholte surface waves study and their interrelation with the geological structure of the upper part of the section (based on real and model seismic data)

Abstract

В настоящей работе рассмотрены особенности динамических и кинематических характеристик поверхностных волн Шольте, при помощи физического и математического моделирования зарегистрированы поверхностные волны Шольте, Релея, проведена обработка реальных данных поверхностных волн Шольте методом MASW и даны рекомендации по обработке данных и методологи проведения полевых работ. В ходе работы была проведена серия экспериментов с использованием физического моделирования с разной мощностью водного слоя и при разных положениях источника и приёмника относительно дна, также было проведено математическое моделирование для оценки кинематических характеристик волн Шольте, Релея. В результате исследований установлено Волна Шольте в отличия от волны Релея является дисперсионной даже в однородном полупространстве за счёт влияния водного слоя. Кажущуюся скорость поверхностной волны Шольте по данным физического моделирования меньше волны Релея на 5 – 13%, что хорошо согласуется с данными разных источников, в случае математического моделирования разница кажущихся скоростей составляет 20%. Физическое моделирование в условиях фиксированного положения источника на поверхности дна и на глубине 20 м. относительно дна с меняющейся мощностью водного слоя показало, что положение источника не влияет на кинематические характеристики, но приводит к перераспределению энергии вдоль дисперсионной кривой, однако, ее форма существенно не меняется. Анализ полученных данных результатов физического моделирования в условиях меняющегося положения источника с фиксированной и меняющейся мощностью водного слоя показало, что при фиксированной и изменяющейся мощности водного слоя кажущиеся скорости поверхностной волны Шольте будут отличаться при одинаковом удалении источника относительно капролона. Дисперсионные кривые основной моды не идентичны, следовательно, и результаты инверсии будут различаться. По результатам обработки реальных данных установлено: Выделение полезного сигнала не требует углублённых процедур обработки, достаточно низкочастотной фильтрации и мьютинга рассчитанного на основе максимальных и минимальных скоростях поверхностных волн. Проведён анализ влияния на результаты инверсии таких параметров как апертура, шаг между пунктами приёма ПП, правая и левая ветви сейсмограмм. На основе данного анализа даны рекомендации по методике работ и обработке данных: остаточный шаг между ПП составляет 75 м. (при схожих параметрах геолог. среды). При выборе апертуры следует руководствоваться равномерным распределением точек наблюдения по профилю и глубинной требуемого исследования. Левые и правые ветви сейсмограмм дают схожие результаты инверсии.

In this paper, the features of the dynamic and kinematic characteristics of Scholte surface waves are considered, the Scholte and Rayleigh surface waves are recorded using physical and mathematical modeling, the processing of real data of Scholte surface waves by the MASW method is carried out, and recommendations for data processing and methodology for conducting field work are given. In the course of the work, a series of experiments was carried out using physical modeling with different thickness of the water layer and at different positions of the source and receiver relative to the bottom; mathematical modeling was also carried out to assess the kinematic characteristics of Scholte and Rayleigh waves. As a result of the research, it was established that the Scholte wave, in contrast to the Rayleigh wave, is dispersive even in a homogeneous half-space due to the influence of the water layer. The apparent velocity of the Scholte surface wave according to the physical modeling data is 5 - 13% less than the Rayleigh wave, which is in good agreement with the data of different sources; in the case of mathematical modeling, the difference in the apparent velocities is 20%. Physical modeling under conditions of a fixed position of the source on the bottom surface and at a depth of 20 m relative to the bottom with varying thickness of the water layer showed that the position of the source does not affect the kinematic characteristics, but leads to a redistribution of energy along the dispersion curve, however, its shape does not change significantly ... Analysis of the obtained data of the results of physical modeling under conditions of a changing position of the source with a fixed and varying thickness of the water layer showed that with a fixed and varying thickness of the water layer, the apparent speeds of the Scholte surface wave will differ at the same distance from the source relative to caprolon. The dispersion curves of the fundamental mode are not identical, therefore, the results of the inversion will differ. Based on the results of processing real data, it has been established: The extraction of a useful signal does not require in-depth processing procedures, low-frequency filtering and muting is sufficient, calculated on the basis of the maximum and minimum velocities of surface waves. The analysis of the influence on the results of the inversion of such parameters as the aperture, the step between the points of reception of the PP, the right and left branches of seismograms is carried out. Based on this analysis, recommendations were given on the method of work and data processing: the residual step between the PP is 75 m (with similar parameters of the geological environment). When choosing an aperture, one should be guided by the uniform distribution of observation points along the profile and depth of the required survey. The left and right branches of the seismograms give similar inversion results.