velikost textu

Využití a interpretace seismických povrchových vln v širokém oboru frekvencí

Upozornění: Informace získané z popisných dat či souborů uložených v Repozitáři závěrečných prací nemohou být použity k výdělečným účelům nebo vydávány za studijní, vědeckou nebo jinou tvůrčí činnost jiné osoby než autora.
Název:
Využití a interpretace seismických povrchových vln v širokém oboru frekvencí
Název v angličtině:
Application and interpretation of seismic surface waves in broad frequency range
Typ:
Disertační práce
Autor:
Mgr. Renata Gaždová, Ph.D.
Školitel:
doc. RNDr. Jan Vilhelm, CSc.
Oponenti:
doc. RNDr. Oldřich Novotný, CSc.
RNDr. Karel Holub, DrSc.
Id práce:
84662
Fakulta:
Přírodovědecká fakulta (PřF)
Pracoviště:
Ústav hydrogeologie, inž. geologie a užité geofyziky (31-450)
Program studia:
Aplikovaná geologie (P1202)
Obor studia:
Aplikovaná geologie se zaměřeními (XGEOLAP)
Přidělovaný titul:
Ph.D.
Datum obhajoby:
18. 7. 2012
Výsledek obhajoby:
Prospěl/a
Jazyk práce:
Čeština
Klíčová slova:
povrchové vlny, Rayleighovy vlny, Loveho vlny, disperze, disperzní křivka, grupová rychlost, fázová rychlost, rychlost střižných vln, syntetické vlnové pole, frekvenčně-časová analýza, skupinová seismická stanice, izometrická metoda, mělký seismický průzkum
Klíčová slova v angličtině:
surface waves, Rayleigh wave, Love wave, dispersion, dispersion curve, group velocity, phase velocity, shear wave velocity, synthetic waveform, frequency-time analysis, seismic array, isometric method, shallow seismic survey
Abstrakt:
ABSTRAKT Předkládaná práce se zabývá studiem využití a interpretací povrchových vln v širokém oboru frekvencí a měřítek. Využití povrchových vln jako doplňku ke seismickým metodám používajících objemové vlny se jeví jako velice výhodné. Jejich interpretací lze získat nové informace o studovaném prostředí a zároveň lze jejich pomocí řešit úlohy, jež jsou ostatními seismickými metodami obtížně řešitelné. Přitom jsou povrchové vlny přítomné na seismických záznamech prakticky vždy a pro jejich využití tedy není nutné modifikovat standartní měřící postupy. Výsledkem práce je originální algoritmus pro rychlý výpočet syntetického disperzního vlnového pole v libovolném oboru frekvencí a v libovolném měřítku. Vstupním parametrem pro tento výpočet je disperzní křivka fázové rychlosti, což se výrazně liší od ostatních používaných metod. Syntetické disperzní vlnové pole je spočteno v dané vzdálenosti od seismického zdroje jako suma jednotlivých seismických impulsů posunutých v čase tak, aby posun odpovídal fázové rychlosti dané frekvenční komponenty v dané vzdálenosti. Tento přístup má svojí velkou výhodu v tom, že modelované disperzní vlnové pole odpovídá předem jasně definované disperzní křivce pro daný mód (nebo módy, jsou-li vstupem disperzní křivky více módů povrchové vlny) a je tedy vhodné zejména pro testování různých metod analýzy disperzního pole. Tento algoritmus byl implementován do počítačového programu DISECA. Dále byl vyvinut originální postup zpracování povrchových vln naměřených na skupinové seismické stanici. Zdroje seismické energie se musí nacházet mimo tuto skupinovou seismickou stanici a ideálně by měly být azimutálně co nejpestřejší. Cílem této metody je získání průměrné disperzní křivky grupové rychlosti ze všech dostupných hodochron, jež tvoří rozdíly v časech příchodu dané frekvenční komponenty na všechny snímače a od všech zdrojů. Tímto postupem je získána disperzní křivka grupové rychlosti, jež náleží oblasti ohraničené geometrií skupinové seismické stanice. Metoda byla aplikována na Rayleighovy vlny generované lomovými odpaly a zaznamenané na skupinové seismické stanici Příbram, která leží nad plynovým zásobníkem. Výsledkem byl model rychlosti S-vlny do hloubky 1,8 km, jež se výrazně liší od průměrného rychlostního modelu pro centrální pluton Českého masivu. Tyto rozdíly byly interpretovány jako projevy chodeb a dutin tvořící plynový zásobník. V práci byly analyzovány fázové rychlosti povrchových vln mezi Bulharskem a Českou republikou měřené podél několika profilů pomocí modifikované metody dvou stanic. Byly zpracovány Loveho i Rayleighovy vlny generované několika zemětřeseními. Výsledkem inverze disperzních křivek fázových rychlostí byl model rychlostní struktury kůry a svrchního pláště pro studovaný profil. Z poměru SH/SV byla odhadnuta maximální anizotropie na studovaném profilu. Pro svrchní plášť, kde jsou výsledky nejstabilnější, vyšla hodnota 5 %. Dále byly studovány možnosti využití povrchových vln při mělkém seismickém průzkumu. Na syntetických i reálných datech byla otestována metoda stanovení disperzní křivky pomocí převodu úderových dat na pseudo-vibrační data. Byly studovány naměřené povrchové vlny z okolí hlubockého zlomu o frekvenčním rozsahu 8-200 Hz. Z naměřeného vlnového pole byly pomocí frekvenčně časové analýzy určovány disperzní křivky fázových rychlostí Rayleighových vln na Z a R složce a Loveho vlny na T složce v řadě bodů podél profilu. Disperzní křivky byly následně invertovány na rychlostní profily S-vln pomocí izometrické metody. Výsledky byly srovnány i s výsledky ostatních geofyzikálních metod a také přímo s pozorováním z paleoseismologické rýhy, jež byla na měřeném profilu vykopána. Kombinací výsledků ze seismické tomografie P-vln a inverze povrchových vln bylo zjištěno rozložení Poissonovy konstanty. V daném případě bylo zjištěno, že rozlišovací schopnost rychlostních řezů P- a S- vln je srovnatelná, a že pomocí povrchových vln lze zpřesnit stanovení litologického rozhraní.
Abstract v angličtině:
ABSTRACT Submitted Ph.D. thesis is concerning the application and interpretation of seismic surface waves in a broad range of frequencies and scales. Using surface waves as a supplement to the methods dealing with body waves seems to be worth the effort. Surface wave interpretation can be used to obtain new information about the studied medium and simultaneously it can overcome, in some cases, the limitations of other seismic techniques. Moreover, surface waves are usually present on measured records and hence for its usage it is not necessary to modify the standard measuring procedures. One of the results of this thesis is an original algorithm for dispersive waveform calculation. The program works in an arbitrary range of frequencies and scales. The input parameter for the calculation is the dispersion curve. In this point the algorithm differs from all other approaches used so far. Algorithm is based on a summation of frequency components with shifts corresponding to the velocity dispersion and distance. The resulting waveform only contains an individual dispersive wave of the selected mode, thus being particularly suitable for testing of methodologies for dispersive wave analysis. The algorithm was implemented into the program DISECA. Furthermore, a new procedure was designed to calculate the dispersion curves of surface waves at a local array of seismic stations using sources outside of the array. Method is based on an evaluation of the average group velocity for each period from the travel-time curves for all sources and stations. The S-wave velocity model derived from this average dispersion curve represents the geological structure beneath the seismic array. The method was applied to the Rayleigh waves generated by quarry blasts and recorded at the seismic array Příbram-Háje. The seismic array is situated around the underground gas storage. The obtained S- wave velocity model down to the depth of 1.8 km differs significantly from the average model of the Central Bohemian Pluton. The differences were interpreted as the effect of mining openings and cavern of the gas storage. Surface phase velocities, measured along several profiles between Bulgaria and the Czech Republic, were analyzed using a modified two-station method. Love and Rayleigh waves generated by several earthquakes were processed. Determined phase velocity dispersion curves were inverted for the crust and upper mantle velocity structure. From the SH/SV ratio, the maximal anisotropy was estimated. For the upper mantle, where the results are most stable, the anisotropy estimate reaches 5 %. Another important aim of this thesis was to study the possibility of using surface waves within the near surface prospection. The method based on stretching impulse data into a frequency-swept data was tested both on synthetic and real data. Furthermore, surface wave data were measured within the geophysical survey of the Hluboká fault. The surface waves were studied in the frequency range 8–200 Hz. Phase velocity dispersion curves of Rayleigh and Love waves were determined from a three-component seismograms by means of the frequency-time analysis for several points located on the profile. The Rayleigh waves were determined on the vertical (Z) and radial (R) components, the Love waves were determined on the transversal (T) components. Dispersion curves were then inverted to obtain 1-D S-wave velocity model using the isometric method. The results were compared with results from other geophysical methods and also with direct observation from a paleoseismological trench. Combination of the S- and P-wave velocity profiles obtained from the surface wave analysis and P-wave tomography respectively was used to estimate the Poisson ratio. It was shown, that the resolution capabilities of velocity sections of the P- and S-waves are comparable and also that using of surface waves can improve delineation of the lithological boundaries.
Dokumenty
Stáhnout Dokument Autor Typ Velikost
Stáhnout Text práce Mgr. Renata Gaždová, Ph.D. 6.86 MB
Stáhnout Příloha k práci Mgr. Renata Gaždová, Ph.D. 107 kB
Stáhnout Abstrakt v českém jazyce Mgr. Renata Gaždová, Ph.D. 25 kB
Stáhnout Abstrakt anglicky Mgr. Renata Gaždová, Ph.D. 24 kB
Stáhnout Autoreferát / teze disertační práce Mgr. Renata Gaždová, Ph.D. 456 kB
Stáhnout Posudek oponenta doc. RNDr. Oldřich Novotný, CSc. 90 kB
Stáhnout Posudek oponenta RNDr. Karel Holub, DrSc. 96 kB
Stáhnout Záznam o průběhu obhajoby 782 kB