Нашими специалистами выполняется сейсмомикрорайонирование (СМР) в рамках изыскательских инженерно-геофизических работ для изучения и уточнения современной сейсмичности в районе работ.

Работы по микросейсморайонированию в районе работ выполненяются способом регистрации микросейсм и землетрясений на исследуемых и эталонном участках.

Сейсмическое микрорайонирование проведится в соответствии с нормативными требованиями:

1. Строительные нормы и правила. Строительство в сейсмических районах. СНиП II-7-81*. – М.: Минтрансстрой России. 1995.

2. РСН 60-86 Инженерные изыскания для строительства. Сейсмическое микрорайонирование. Нормы производства работ. Введены 1997-01-01. – М.: Госстрой РСФСР. 1997. 17 с.

3. МДС 22-1-2004 Методические рекомендации по сейсмическому микрорайонированию участков строительства транспортных сооруженийю – М.: МИИТ. 2004. 61 с.

4. СП 14.13330.2011 (актуализированная версия СНиП II-7-81*). Строительство в сейсмических районах. Введ. 2011-05-20. М.: Минрегион России, 2011. 82 с.

Целью работ являлется построение карты приращения балльности территории в масштабе 1:2000 (1:500). По материалам выполненных наблюдений за микросейсмами выполняются оценки приращения интенсивности сейсмических воздействий традиционным способом, регламентированным действующими нормативными документами (РСН 65-87 и РСН 60-86).

Сейсмическое микрорайонирование осуществляют, используя несколько традиционных  способов и средств. Развитие науки и техники позволило модифицировать старые или создать ряд новых способов, которые уже получили широкое распространение, но не вошли пока ещё в нормативные  документы и справочники. Все способы сейсмического микрорайонирования, решая одну задачу, в то же время имеют свою область применения и свои погрешности.

Для сооружений повышенного уровня ответственности нами  для сейсмического микрорайонирования используется наиболее трудоемкий и малопроизводительный, но и более тонкий способ, а именно способ регистрации микросейсм и землетрясений.

Используемая аппаратура

При проведении инструментальных измерений используются цифровые трехкомпонентные сейсмометры CMG-6TD фирмы Guralp.

СМР1

Сейсмометр CMG-6TD фирмы Guralp

CMG-6TD – современный цифровой трехкомпонентный сейсмометр, состоящий из трех ортогонально ориентированных однокомпонентных датчиков расположенных в общем герметичном корпусе. Каждый датчик обеспечивает измерение колебаний в широком диапазоне частот (0.033-50 Гц). Такой широкий диапазон частот обеспечивается благодаря применению совершенной технологии форс-балансных маятников с петлей обратной связи. Встроенный цифровой преобразователь с разрешающей способностью 24 бита конвертирует полученные на выходе датчиков сигналы в цифровые данные.

Амплитудно-частотная характеристика сейсмометра имеет столообразную форму в диапазоне частот (0.033 – 30 Гц), который наиболее широко используется при различных сейсмологических исследованиях.

Перед проведением полевых наблюдений сейсмометры проходят все необходимые калибровочные тесты, в том числе тест и на идентичность.

Для привязки пунктов наблюдательной сети на земной поверхности и для поддержания на регистрирующем комплексе единого времени используются GPS-приемник. Принимая сигналы от спутников системы глобального позиционирования, GPS-приемник определяет свое местоположение в 3-х мерном пространстве (широту, долготу и высоту) и позволяют корректировать время в компьютере регистрирующего модуля. Тем самым осуществляется привязка цифровой сейсмической информации к единому координатному времени (UTC – Universal Time Coordinated). При наблюдениях в горных выработках привязка к единому времени осуществляется через внутренние часы приборов, предварительно синхронизированные с помощью GPS-приемника.

Методика полевых наблюдений

При проведении полевых измерений используется стандартная методика производства наблюдений, которая подразумевает длительные непрерывные измерения трех компонент движения грунта (две горизонтальные и вертикальная), обеспечивающие регистрацию микросейсм и землетрясений (взрывов) в частотном диапазоне от 0.1 до 10 Гц. Данный вид наблюдений производится синхронно в двух пунктах, один из которых является опорным (базовым) и, как правило, выбирается на участке с выходом на поверхность эталонных грунтов. Второй пункт выбирается на исследуемом грунте.

Проводимые наблюдения должны обеспечивать возможность изучения амплитудно-частотных характеристик местных источников микросейсм и их спектрально-временной изменчивости. В связи с этим наблюдения должны быть синхронными, а их длительность максимально возможной. Желательно выявление изменений характера микросейсм в зависимости от времени суток, дней недели и даже сезонов года. В силу этого особое внимание уделяется идентичности регистрирующих каналов и особенно сейсмодатчиков. Перед проведением полевых измерений выполняется калибровка регистрирующих каналов.

Эффективность измерения микросейсмических колебаний в решающей степени определяется условиями установки датчиков. Последние должны размещаться на твердый грунт и иметь с ним надежный контакт. Для обеспечения этого в пунктах наблюдения в сейсмоприёмники ставятся, по возможности, в небольшие ямы, глубиной 0.2 – 0.3 м, и засыпаются грунтом. В горных выработках приемники устанавливаются на бетонное основание, имеющее плотный контакт со скальными грунтами (в восточной части тоннеля) либо с аллювиальными отложениями (западная часть). Сейсмометры, по возможности, тщательно изолируются от ветровых помех.

Учитывая, что микросейсмические колебания, измеренные в одной точке наблюдения, охватывают объем пород размерами, сопоставимыми с длиной волн в диапазоне частот от 0.1 до 10 Гц, то фактически результаты наблюдений в каждом пункте характеризуют всю прилегающую область с горизонтальными размерами от 50 до 100 метров.

Землетрясения

СМР2

Сейсмограмма землетрясения, произошедшего 9.10.2013 г. в 16:00 UTC, записанная в пункте BASE

Регистрация землетрясений при сейсмическом микрорайонировании является важным и одним из основных элементом при оценке относительных изменений сейсмической интенсивности на участках с разными инженерно-геологическими условиями. Количество пригодных для обработки записей землетрясений, зарегистрированных на сравниваемых участках, должно быть достаточным для обоснованной оценки приращений сейсмической интенсивности с помощью статистического анализа. Обработке подлежат те землетрясения, при которых расстояние между пунктами регистрации меньше 0.1 гипоцентрального.

Для обработки годятся записи всех (сильных и слабых) землетрясений, при этом представляют интерес колебания как для всего диапазона периодов от 0.1 до 2 с, так и раздельно для коротких (от 0.1 до 0.3 с), средних (от 0.3 до 0.5 с) и длинных (от 0.5 до 2 с) периодов.

Спектральные оценки микросейсмических колебаний
в пунктах наблюдений

Основным методом анализа полученных записей во всех пунктах наблюдения является спектральный анализ записей микросейсмических колебаний. Известно, что обычная спектральная оценка, получаемая в результате преобразования Фурье, не может выступать в качестве основы для дальнейших расчетов в виду значительной ее подверженности ошибкам расчета спектральных амплитуд. Для устранения этого недостатка Фурье-анализа разработано несколько способов, а один из них – спектральная оценка Бартлетта – используется для дальнейших построений. Данный способ подразумевает разбиение анализируемой записи на несколько сегментов одинаковой продолжительности. Для каждого такого сегмента с помощью быстрого преобразования Фурье рассчитывается амплитудный спектр, после чего определяются средние спектральные амплитуды по совокупности всех спектров. Дисперсия спектральных амплитуд после такой манипуляции уменьшается в  раз, где N количество сегментов разбиения.

СМР3

Амплитудный спектр микросейсмических колебаний

Представленные спектры демонстрируют типичную картину интенсивности сейсмических колебаний, характерную для большинства пунктов в полосе частот до 10 Гц. Как правило, полоса частот выше 1 Гц бывает подвержена влиянию техногенных источников шума, которые проявляют себя в пунктах, расположенных вблизи автомобильных дорог, железной дороги и мест скопления людей. Благодаря применению при обработке полевых материалов процедуры редуцирования шумных участков записей, такие локальные помехи не оказывают существенного влияния на получаемые результаты.

Адекватность полученных спектральных оценок микросейсм действительному уровню шумов определяется степенью изученности их вариации во времени в районе исследований. От степени надежности полученных спектральных оценок зависит и качество определения изменений сейсмической интенсивности. Представляющая интерес для дальнейшего рассмотрения структура микросейсм в конкретном месте на земной поверхности обусловлена, прежде всего, особенностями строения разреза, а точнее реакцией массива горных пород в пункте наблюдения на проходящие упругие колебания. Обладая сравнительным постоянством, отмечаемая структура микросейсм может осложняться за счет влияния других факторов, обладающих значительно большей изменчивостью. Наиболее значимые из них – это погода и техногенные сейсмические воздействия. В связи с этим единственным способом оценки их влияния остаются повторные наблюдения.

При проведении сейсмического микрорайонирования в качестве эталонных грунтов рекомендуется выбирать средние грунты, к которым условно относится величина исходного балла, определенная по карте сейсмического районирования ОСР-97. Такими грунтами чаще всего являются наиболее характерные для верхней части разреза необводненные супесчано-суглинистые грунты с включением дресвяно-щебнистого или гравийно-галечникового материала, либо крупно- и среднезернистые песчаные грунты средней плотности, либо близкие по составу грунты, относящиеся ко II категории по сейсмическим свойствам, в соответствии с табл. 1 СП 14.13330.2011 [21] и РСН 65-87.

Важность правильного выбора эталонных грунтов связана с необходимостью расчета относительных характеристик исследуемых грунтов. Сравнение различных сейсмических параметров с их аналогами, получаемыми на эталонных грунтах, лежит в основе многих методов сейсмического микрорайонирования, в том числе метода регистрации землетрясений и метода регистрации микросейсм в стандартном варианте, изложенном в РСН-65-87.

Примеры работ по разделу cейсмомикрорайонирование (сейсмическое микрорайонирование)