STANOVENÍ DISPERZNÍ KŘIVKY ZE ZÁZNAMŮ SEISMICKÝCH POVRCHOVÝCH VLN PŘI HARMONICKÉM ZDROJI

Podobné dokumenty
3. Vlny. 3.1 Úvod. 3.2 Rovnice postupné vlny v bodové řadě a v prostoru

NEDESTRUKTIVNÍ ZKOUŠENÍ

FYZIKA 2. ROČNÍK. Pozorovaný pohyb vlny je pohybem stavu hmoty, a nikoli pohybem hmoty samé.

6. cvičení. Technické odstřely a jejich účinky

SEISMICKÉ METODY SEISMIKA (SEISMIC SURVEYING, APPLIED SEISMOLOGY)

K Mechanika styku kolo vozovka

vzdálenost těžiště (myslí se tím těžiště celého tělesa a ne jeho jednotlivých částí) od osy rotace

6. OBROBITELNOST MATERIÁLŮ

OVĚŘOVÁNÍ DÉLKY KOTEVNÍCH ŠROUBŮ V MASIVNÍCH KONSTRUKCÍCH ULTRAZVUKOVOU METODOU

Zvuk. 1. základní kmitání. 2. šíření zvuku

6.3.4 Jaderná síla. Předpoklady: , ,

Vlnění druhá sada Equation Chapter 1 Section 1

Výpočet stability (odolnosti koryta)

Bezpečnostní obvody (BO)

Dynamika vozidla Hnací a dynamická charakteristika vozidla

1) Zvolíme vztažný výkon; v tomto případě to může být libovolné číslo, například S v

VLIV SLUNEČNÍHO ZÁŘENÍ NA VĚTRANÉ STŘEŠNÍ KONSTRUKCE

18.2 RYCHLOST ZVUKU 18.1 ZVUKOVÉ VLNĚNÍ

4 Brzdová zařízení kolejových vozidel

Úloha D - Signál a šum v RFID

Začínáme s aplikací IBM TRIRIGA - skript videa Komponenty

MOŽNOSTI GEOFYZIKÁLNÍCH MĚŘENÍ PŘI ŘEŠENÍ STARÝCH EKOLOGICKÝCH ZÁTĚŽÍ SPOJENÝCH S HOSPODÁŘSTVÍM S POHONNÝMI HMOTAMI

Seismografy a Seismické pozorovací sítě mají pro seismo

Stropní anemostaty. Série ADLR s kruhovou čelní částí. Série ADLR-Q se čtvercovou čelní částí 2/16/TCH/7

VYUŽITÍ GEORADARU PRO DIAGNOSTIKU ŽELEZNIČNÍHO SPODKU V PRAXI U SŽDC

Světlo elektromagnetické vlnění

1.6.8 Pohyby v centrálním gravitačním poli Země

Světlo jako elektromagnetické záření

Optika pro mikroskopii materiálů I

Šíření střižných vln v nehomogenním slabě anizotropním zemském nitru

Fyzikální podstata zvuku

Výpočet stability (odolnosti koryta)

1.8.9 Bernoulliho rovnice

Příloha č. 1. amplitudová charakteristika filtru fázová charakteristika filtru / frekvence / Hz. 1. Určení proudové hustoty

x p [k]y p [k + n]. (3)

5.2. Matematika a její aplikace

Jestliže rozkmitáme nějakou částici pevného, kapalného anebo plynného prostředí, tak síly pružnosti přenesou tento kmitavý pohyb na částici sousední

Praktikum I Mechanika a molekulová fyzika

pracovní list studenta Kmitání Studium kmitavého pohybu a určení setrvačné hmotnosti tělesa

Projekt: Inovace oboru Mechatronik pro Zlínský kraj Registrační číslo: CZ.1.07/1.1.08/ Vlnění

1 U. 33. Zapište hodnotu časové konstanty derivačního obvodu. Vyznačte měřítko na časové ose.

Šíření elektromagnetických vln Smithův diagram

Geometrie. RNDr. Yvetta Bartáková. Gymnázium, SOŠ a VOŠ Ledeč nad Sázavou

Smlouva o dílo. Článek 1 Předmět smlouvy

Vlnění první sada Equation Chapter 1 Section 1

Zkraty v ES Zkrat: příčná porucha, prudká havarijní změna v ES nejrozšířenější porucha v ES při zkratu vznikají přechodné jevy Vznik zkratu:

Měření modulů pružnosti G a E z periody kmitů pružiny

SIGNÁLY A SOUSTAVY, SIGNÁLY A SYSTÉMY

Akustika. 3.1 Teorie - spektrum

Fluidace Úvod: Úkol: Teoretický úvod:

TRANSPORT VLHKOSTI VE VZORCÍCH IZOLAČNÍCH MATERIÁLŮ

Měření a analýza mechanických vlastností materiálů a konstrukcí. 1. Určete moduly pružnosti E z ohybu tyče pro 4 různé materiály

Příloha 01. Deskriptory kvalifikačních úrovní Národní soustavy povolání

Charakteristiky optického záření

12 Rozvinutelné a zborcené plochy

DETERMINATION OF VALUE AT RISK AND CONDITIONAL VALUE AT RISK BY ASSUMING ELLIPTICAL DISTRIBITION

Příklad 1 (25 bodů) Částice nesoucí náboj q vletěla do magnetického pole o magnetické indukci B ( 0,0, B)

Jednotlivé body pouze kmitají kolem rovnovážných poloh. Tato poloha zůstává stálá.

Plynové turbíny. Nevýhody plynových turbín: - menší mezní výkony ve srovnání s parní turbínou - vyšší nároky na palivo - kvalitnější materiály

Obsah. 6.1 Augustova rovnice Hmotový tok Historický přehled 5

Fourierovská optika a speciální optické aplikace

Volba zobrazení (Direct Current, Scaling) - FFT 1D, FFT 2D

Elektroenergetika 1. Elektrické přechodné děje

Proudění reálné tekutiny

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ PRŮVODCE GB01-P05 MECHANICKÉ VLNĚNÍ

Na obrázku je nakreslen vlak, který se pohybuje po přímé trati, nakresli k němu vhodnou souřadnou soustavu. v

2.4.5 Deformace, normálové napětí II

Rovinná harmonická elektromagnetická vlna

ROZHODNUTÍ KOMISE ze dne 30. června 2010, kterým se mění rozhodnutí 2006/771/ES o harmonizaci rádiového spektra pro zařízení krátkého dosahu

Vnitřní energie ideálního plynu podle kinetické teorie

KVAZI-PŘÍZE VE VÝROBĚ NETKANÝCH TEXTILIÍ

ω=2π/t, ω=2πf (rad/s) y=y m sin ωt okamžitá výchylka vliv má počáteční fáze ϕ 0

Výsledky zpřesňujícího geofyzikálního průzkumu 2018

Bezkontaktní měření vzdálenosti optickými sondami MICRO-EPSILON

Dilatace času. Řešení Čas t 0 je vlastní čas trvání děje probíhajícího na kosmické lodi. Z rovnice. v 1 c. po dosazení za t 0 a v pak vyplývá t

Stavba zemského tělesa

VÝUKOVÝ SOFTWARE PRO ANALÝZU A VIZUALIZACI INTERFERENČNÍCH JEVŮ

LABORATORNÍ CVIČENÍ Z FYZIKY. Měření činitele zvukové pohltivosti materiálů v akustickém interferometru

Fakulta stavební ČVUT v Praze Katedra hydrauliky a hydrologie. Předmět HYA2 K141 FSv ČVUT. Hydraulika potrubí

Derivační spektrofotometrie a rozklad absorpčního spektra

Spektrální charakteristiky

IDENTIFICATION OF ELASTICITY CONSTANTS BY A BAR ETALON IDENTIFIKACE ELASTICKÝCH KONSTANT PRUTOVÝM ETALONEM

Martin Feigl Matematicko-Fyzikální soustředění v Nekoři, Dopplerův jev

Vlnění. vlnění kmitavý pohyb částic se šíří prostředím. přenos energie bez přenosu látky. druhy vlnění: 1. a. mechanické vlnění (v hmotném prostředí)

Šum AD24USB a možnosti střídavé modulace

Smlouva o centralizovaném zadávání veřejných zakázek uzavřená podle ust a násl. občanského zákoníku mezi smluvními stranami

Fraktální analýza prahovaných a neprahovaných signálů (View+HT) HT 1D

Ultrazvuková defektoskopie. Vypracoval Jan Janský

Nové poznatky o stavbě Země, globální tektonika. Stavba Země

2. Vlnění. π T. t T. x λ. Machův vlnostroj

Elektromagnetické vlnění

Techniky stránkování. Principy virtuální paměti

ÚLOHA S2 STATICKÁ CHARAKTERISTIKA KONDENZÁTORU BRÝDOVÝCH PAR

Modelování anelastické odezvy vlastních kmitů zemětřesení v Chile 2010

Zpracování průkazu energetické náročnosti budov

Úloha č. 7 - Disperze v optických vláknech

6. Jehlan, kužel, koule

KIS a jejich bezpečnost I Šíření rádiových vln

Postup řešení: Výkon na hnacích kolech se stanoví podle vztahu: = [W] (SV1.1)

Vířivé anemostaty. Série FD 2/6/TCH/5. doporučené pro instalaci v místnostech 2,60..,4,00 m

Transkript:

TANOVENÍ DIPEZNÍ KŘIVKY ZE ZÁZNAMŮ EIMICKÝCH POVCHOVÝCH VLN PŘI HAMONICKÉM ZDOJI. Gaždoá, J. Vilhelm Uniersita Karloa Praha, Přírodoědecká fakulta Abstrakt Příspěek se zabýá stanoením disperzní křiky porchoých ln z profiloých seismických záznamů lnění buzeného harmonickým zdrojem příporchoém prostředí. Byl naržen a realizoán skript MATLABu, který grafickém užiatelském rozhraní umožňuje kontrolu kality záznamů a interaktiní stanoení jednotliých bodů disperzní křiky z časoých posunů mezi seismickými stopami. 1 Úod Příspěek se zabýá yužitím porchoých ln mělkém seismickém průzkumu. V seismickém průzkumu příporchoého prostředí se nejčastěji yužíá metoda lomených ln, tj. metoda yužíající objemoých čelných P ln, které se šíří podél seismických rozhraní, na nichž dochází k lomu seismických paprsků. Tato metoda předpokládá, že prostředí je složeno z rste a rychlost seismických ln hlubších rstách je yšší, než mělčích rstách. Hlaní předností této metodiky je to, že yužíá ln, které registrujeme prém stupu. Neumožňuje šak spolehliou interpretaci případě inerze rychlosti. Použití porchoých ln, i když interpretace ychází z nejjednoduššího jednorozměrného modelu prostředí, rozšiřuje interpretační možnosti i o případy poklesu rychlosti seismických ln s hloubkou (četně existence dutiny). Interpretace může přinést informace o rychlosti příčných ln prostředí, a tak i o příčném modulu pružnosti, který je důležitý z hlediska geotechniky. Porchoé lny znikají, když prostředí existuje alespoň jedno rozhraní, které odděluje dě prostředí s rozdílnými elastickými lastnosti. Takoým rozhraním je typicky i zemský porch. Porchoé lny se šíří podél olného porchu a směrem do hloubky jejich intenzita rychle klesá. V seismice mají nejětší ýznam lny ayleighoy a Loeho. Výhodou použití porchoých ln je i fakt, že seismické zdroje umístěné na olném porchu dodáají elkou část sé energie práě porchoým lnám, a proto jsou tyto lny často dominantní složkou seismického záznamu. Při šíření ayleighoy lny se částice pohybují po eliptické dráze, e ertikálních roinách ronoběžných se směrem šíření lny [3]. ychlost ayleighoých ln je dána ztahem = 0,87 = 0,1 = 0, pro σ = 0 pro σ = 0, pro σ = 0, kde je rychlost příčné lny e stejném prostředí a σ je Poissonoo číslo [2]. ayleighoa lna se může šířit různými způsoby. Každý způsob šíření lny je označoán jako mod. Na jedné frekenci může existoat několik modů s různými rychlostmi šíření i různými způsoby pohybu částic []. Existence modů je důsledkem konečných rozměrů rsty [6]. Tato lastnost může ztížit interpretaci a proto je nutné analyzoat záznamy před lastní interpretací a yloučit ty, u kterých je dominantní složkou jiný než fundamentální mód. Loeho lna může znikat jen tehdy, když pod tenkou rstou I, charakterizoanou rychlostí 1 příčné lny, je rsta II o rychlosti 2. Loeho lna yoláá kmitání částic prostředí horizontální roině e směru kolmém na směr šíření lny. ychlost Loeho lny L je podle [3] mezích < < (2). 1 L 2 Interpretace porchoých ln se liší od klasického zpracoání objemoých ln. Nezajímáme se tolik o čas příchodu lny, ale zjišťujeme disperzi rychlosti. Disperze je záislost fázoé rychlosti lny (1)

na její frekenci. Každá frekenční komponenta porchoé lny může mít odlišnou rychlost šíření (nazýanou fázoá rychlost). Porchoé lny o yšších frekencích se šíří při porchu, pronikají do malé hloubky. Porchoé lny o nižší frekenci se šíří rstou o ětší mocnosti a zasáhnou prostředí od porchu až do určité ětší hloubky. Disperze se objeuje jako důsledek omezení prostoru, jímž se lny šíří. Disperzní křika (grafické znázornění záislosti rychlosti na frekenci) se použíá k určení rychlosti příčných ln záislosti na hloubce. Díky znalosti rychlosti příčných ln můžeme ocenit geotechnické parametry prostředí, jako např. příčný modul pružnosti či tuhost podloží (near-surface stiffness) []. Pro generaci porchoé lny jsme použíali malý přenosný elektromagnetický harmonický ibrátor, který přináší možnost olby frekence lnění e zdroji interalu frekencí od do 10 Hz. To je e sronání s obyklým úderoým zdrojem typu kladia ýrazně širší interal, hlaně oblasti ysokých frekencí. Časoá funkce siloého působení harmonického ibrátoru na prostředí je dána jako sin(ωt), kde t je čas a ω je kruhoá frekence. egistrace seismického lnění se proádí pomocí řady geofonů na profilu, měření se zahajuje až po určité době od zapnutí ibrátoru, aby byl zaručen stabilní harmonický průběh kmitů zdroje. Délka interalu registrace je olena tak, aby bylo zaznamenáno nejméně několik period signálu. egistroané lnění je interferencí šech ln, které se prostředím šíří od zdroje k porchu. Za předpokladu, že je na daném úseku profilu amplitudoě dominantní porchoá lna, bude fázoá rychlost ýsledného lnění odpoídat rychlosti porchoé lny. Limitujícími parametry takoého měření je frekenční rozsah ibrátoru (schopnost harmonicky ibroat na dané frekenci), frekenční rozsah měřící aparatury seismografu (schopnost nezkresleně zaznamenat lnění na dané frekenci) a ýkon ibrátoru tj. schopnost zbudit seismickou lnu takoé amplitudy, aby na místě registrace byla porchoá lna spolehliě odlišitelná od šumu [1]. 2 tanoení disperzní křiky Pro stanoení disperzní křiky byl připraen interaktiní program PHAE s grafickým užiatelským rozhraním programoacím prostředí MATLABu. Konstrukce a interpretace disperzních křiek porchoých ln se obykle yužíá seismologii. V tomto případě porchoé seismické lny od zdálených zemětřesení mají obykle nízké frekence (pod 1 Hz) a nejsou podstatně oliněny příporchoými nehomogenitami. V mělkém seismickém průzkumu se pohybujeme relatině íce heterogenním prostředí a yužíá se lnění o frekenci desítkách až stokách Hz. V takoém případě se porchoá lna může poměrně rychle měnit z místa na místo. Naíc důsledku buzení seismické lny pomocí harmonického ibrátoru pracujícího ustáleném režimu, je registroaná lna složitou interferencí šech existujících ln daném místě. Při yužití tohoto zdroje k buzení porchoé lny předpokládáme, že daném úseku profilu je porchoá lna amplitudoě ýrazně dominantní a ýsledné interferenční lnění je blízké skutečné porchoé lně. Proto nelze zpracoání proádět zcela automaticky, ale je nutná pečliá analýza naměřených dat a kontrola jejich frekenčního obsahu. Při nárhu realizace terénního měření je třeba yloučit aliasing prostoroé oblasti, při interpretaci pak musíme brát úahu near offset effect a far offset effect [4], existenci modů a případnou možnost záměny porchoé lny za jinou lnu. Program PHAE dooluje zpracoat terénní seismické záznamy e formátu seismických dat (např. EG-2) nebo e formátu M Excelu. Pro každý seismický záznam (tzn. záznam naměřený při jedné frekenci ibrátoru) ytoří program okno se čtyřmi grafy (obr. 1). Graf A ukazuje zaznamenané seismogramy pro jednotlié polohy geofonů. Časoé měřítko určuje osa x, společná pro šechny stopy. Jednotlié stopy jsou pro zlepšení čitelnosti při ykresloání normalizoány, tj. jejich maximální amplituda je při ykresloání upraena tak, aby přesně odpoídala šířce pásu grafu pro danou stopu. Kůli možnosti sronání amplitud mezi stopami je ně grafu u každé stopy uedeno číslo, které ukazuje hodnotu maximální amplitudy záznamu. Graf B předstauje amplitudoá frekenční spektra maximálním rozsahu frekencí pro každou seismickou stopu. pektra získáme fourieroou transformací naměřených dat. Využita je funkce fft(). I tomto případě jsou průběhy spekter normalizoány kůli lepší čitelnosti. Protože často je nejzajímaější část spektra oboru nižších frekencí, je dále ueden graf C nízkofrekenční část spekter seismických stop. Opět jde o normalizoaná spektra, přičemž normalizace je ztažená pouze k zobrazoané části spekter. Naíc je ynechán prní bod spekter

(frekence 0 Hz), který odpoídá stejnosměrnému posunu záznamů. Vlastní interaktiní zpracoání probíhá grafu D, který zobrazuje fázoý posun na frekenci ibrátoru pro každý geofon. islá osa yjadřuje fázoý posun e stupních, horizontální osu toří čísla geofonů. Protože geofony jsou od sebe zdáleny o známý, předem daný interal, yjadřuje nám tato osa i zdálenost metrech (konkrétně daném případě byly geofony od sebe zdáleny 0, m). Z fázoého spektra je ybrán na každé stopě pouze jediný fázoý posun, a to ten, který odpoídá frekenci ibrátoru. A) seismogram B) amplitudoe frekencni spektrum C) norm. ampl. frek. sp. (bez ss) 8 6 4 soubor 0MC160.xls frekence ibratoru 0 Hz lokalita Zabori 11 8 6 11 14 7 fazoy posun - stupne 22 4 0 00 4000 6000 8000 frekence Hz D) fazoy posun na frekenci ibratoru 00 0-00 -00-00 7 0 30 40 0 cas milisekundy -00 0 0 400 600 800 frekence Hz Obr. 1 Praconí okno programu PHAE s ukázkou terénních dat Na obr. 2 je detail okna, e kterém dochází k lastnímu zpracoání. Pro zobrazení fázoých posunů jako jedné hladké křiky, ze které je následně určoána fázoá rychlost, je yužita funkce unwrap(). Fázoé posuny jsou touto funkcí korigoány přičtením celého násobku ±360º tak, aby byly eliminoány skoky při posunu o celou periodu. V tomto grafu se ybírají lineární části kliknutím na prní a poslední bod křiky fázoého zpoždění kterým chceme proložit přímku. Výběr bodů se uskuteční stisknutím leého tlačítka myši u bodu, který ybereme pomocí nitkoého kříže. K tomuto je yužita funkce ginput(). Ze zájemných časoých posunů program určí fázoou rychlost registroaného interferenčního lnění ms -1, která se zobrazí na místě posledního kliknutí ( našem případě je to hodnota 177,87).

Obr. 2 Graf pro interaktiní odečítání fázoé rychlosti V homogenním prostředí a za předpokladu, že je porchoá lna celém úseku profilu amplitudoě dominantní, by křika na obr. 2 byla jediná přímka, jejíž sklon určuje fázoou rychlost lnění na dané frekenci ibrátoru. Praxe ukázala, že případě existence nehomogenit a záislosti na amplitudách jednotliých interferujících složek různých místech profilu, je často záislost složitější. Popsaným způsobem lze určoat fázoou rychlost jen určitých částech profilu (homogenní úseky). Proto je tento interaktiní způsob yhodnocoání záznamů efektinější, než automatické yhodnocoání zájemných posunů mezi kanály například pomocí funkce zájemné korelace. Zpracoání probíhá postupně pro celou řadu záznamů pořízených daném místě s postupně se zyšující frekencí. Vlastní ýsledek, tj. fázoé rychlosti pro jednotlié frekence, je uložen do ACII souboru, který může být yužit jako stupní soubor pro další zpracoání. Výslednou disperzní křiku spolu s naměřenými nebo odhadnutými hodnotami Poissonoa čísla a hustot lze yužít pro ýpočet rychlosti střižných ln na profilu. K tomu se použíá iteratiní řešení inerzní úlohy. Využití metody nejmenších čterců dooluje automatizaci inerzního procesu [7]. Je nutné zadat iniciální hodnoty modelu prostředí, který se skládá z rychlostí (rychlosti P ln ( P ) a ln ( )), hustot a mocností rste. Mezi těmito čtyřmi parametry má rychlost příčných ln s nejýznamnější efekt na spolehliou konergenci algoritmu [4]. 3 Záěr Byl ytořen jednoduchý nástroj pro zpracoání naměřených ibračních záznamů, který umožňuje interaktině stanoit disperzní křiku porchoé lny. Výhodou interaktiního odečítání je možnost předejít chybám interpretaci yplýajícím ze složitého interferenčního charakteru měřeného lnoého pole od harmonického zdroje.

eferences [1] J. Bárta, V. Beneš, D. Dostál, K. Drozd, J. Kněz, P. Nakládal, J. kopec, J. Vilhelm. Využití geofyzikálních metod pro oěřoání železničních tratí Českých drah. Číslo projektu 803/130/2. Záěrečná zpráa za roky 01 až 03. Archi Ministersta Dopray. Vydal G Impuls Praha spol. s r.o., Praha, 03. [2] F. Glangeaud, J. L. Mari, J. L. Lacoume, J. Mars, M. Nardin. Dispersie seismic waes in geophysics. European Journal of Enironmental and Engineering Geophysics, 3, page 26-306, 1. [3]. Mareš, J. Gruntorád,. Hrách, M. Karous, F. Marek, M. Matolín, J. kopec. Úod do užité geofyziky. NTL, Praha, 10. [4] C. B. Park,. D. Miller, J. Xia. Multichannel analysis of surface waes. Geophysics, Vol.64, No.3, page 800-808, 1. [] L. V. occo, C. trobia. urface-wae method for near-surface characterization: a tutorial. Near urface Geophysics, 2, page 16-18, 04. [6] A. Udias. Principles of eismology. Cambridge Uniersity Press, 1. [7] J. Xia,. D. Miller, C. B. Park. Estimation of near-surface shear-wae elocity by inersion of ayleigh waes. Geophysics, Vol.64, No.3, page 61-700, 1. Mgr. enata Gaždoá Uniersita Karloa, Přírodoědecká fakulta, Oddělení užité geofyziky, Alberto 6, 8 43, Praha 2 e-mail: gazdoa.renata@tiscali.cz Doc. NDr. Jan Vilhelm, Cc. Uniersita Karloa, Přírodoědecká fakulta, Oddělení užité geofyziky, Alberto 6, 8 43, Praha 2 e-mail: ilhelm@natur.cuni.cz