Требования к сетям сейсмографов. В районах предполагаемого сооружения таких объектов, как крупные плотины и ядерные реакторы, иногда полезно разместить, пока не начались главные строительные работы, чувствительные сейсмографы для записи местных землетрясений. При этом преследуются следующие цели: 1) определить частоту местных землетрясений (если они возникают); 2) определить положение сейсмических очагов и их глубину; 3) определить магнитуду и признаки, указывающие на тип механизма очага землетрясений; 4) получить возможность прогноза сейсмического режима.
Чтобы определить положение очага землетрясения с требуемой точностью, необходимо записать с помощью по меньшей мере четырех близко расположенных сейсмографов приход продольных (и, если возможно, поперечных) волн с точностью не хуже ±0,1 с. Для всех сейсмографов должна существовать общая система отсчета времени, и приборы следует располагать оптимальным образом вокруг сейсмоактивного района. Для плотин главные задачи исследования могут быть решены в два этапа. На предварительном этапе, когда главной целью является выяснение того, происходят ли вообще в данном районе землетрясения, достаточной может оказаться минимальная сеть, состоящая из трех короткопериодных сейсмометров для вертикальной составляющей колебаний. С помощью такой сети производится грубая оценка частоты фоновых землетрясений, положения их очагов (с использованием продольных и поперечных волн), магнитуда. Если преобладают землетрясения с местными очагами, сеть надо увеличить по меньшей мере до четырех сейсмографов; дополнительный сейсмометр должен быть установлен как можно ближе к активной области.
В течение нескольких лет после постройки плотины и максимального наполнения водохранилища рекомендуется вести наблюдения с помощью сети, состоящей по меньшей мере из четырех приборов. Если действительно возникнет серия землетрясений, сеть должна быть сгущена. Такой анализ возбужденной водохранилищем сейсмичности заслуживает специального исследования. В этом случае точность определения очагов землетрясений должна достигать 1 км, чтобы можно было проводить сопоставление с положением геологических разломов.
Расположение сетей. Выбор мест для чувствительных сейсмографов часто определяется такими практическими соображениями, как возможность безопасной установки на строительной площадке. Однако конфигурация сети должна, насколько это практически возможно, удовлетворять нескольким общим требованиям.
Прежде всего, приборы должны быть размещены равномерно по всем направлениям от объекта. Расстояние между станциями не должно быть больше 30 км и меньше 5 км. Выбор конкретных мест определяется местными тектоническими структурами. Лучше всего размещать приборы на обнажениях пород фундамента, и они должны быть максимально удалены от участков строительных работ, от ручьев, карьеров, водосливов и т. д. Как правило, место для приборов надо выбрать так, чтобы не пришлось их передвигать в течение всего срока работы. До того как приборы будут окончательно установлены, в местах их предполагаемого размещения полезно также провести полевые наблюдения с помощью портативных сейсмографов для оценки сравнительного уровня фоновых микросейсм.
Оказалось целесообразным помещать сейсмометры в неглубокие (около 1 м) ямы, вырытые в поверхностном грунте. Удобный защитный кожух обычно представляет собой стальной барабан с водонепроницаемой крышкой, укрепленный на основании из залитого на дно ямы бетона.
Характеристика сейсмографов. В настоящее время выпускается целый ряд элементов, из которых можно смонтировать подходящую схему сейсмографа с высоким усилением. Таким образом, можно сконструировать много схем, соответствующих установленным ранее требованиям. Следующие две альтернативные схемы А и В удовлетворяют минимально необходимым требованиям и испытаны в полевых условиях. В обоих случаях сейсмограф должен хорошо работать в диапазоне частот от 5 до 50 герц.
Схема А. В этой схеме используются обычные портативные сейсмометры и устройства визуальной записи. Станции сети не связаны между собой, и каждый самописец отмечает марки времени от собственных кварцевых часов. Запись обычно производится на закопченной бумаге, и бумажные ленты надо менять каждый день. Это может делать любой человек из обслуживающего персонала без специального обучения.
Портативная схема в каждом комплексе включает четыре компоненты: 1) сейсмометр, 2) водонепроницаемую кассету на одну ленту с лентопротяжным механизмом и батареями (размеры устройства — приблизительно 50 х 50 х 25 см), 3) радиоприемник, 4) источник энергии — например зарядное устройство, работающее от солнечных батарей.
Схема В. Здесь используется телеметрическая передача сигналов от отдельных сейсмометров сети в центр регистрации по проводам. В каждом пункте, где установлен сейсмометр, нужна энергия для питания усилителей и генераторов электрических колебаний. На записывающей станции также нужна энергия для детекторов сигналов, усилителей, барабанных регистриров и магнитофонов. Эта схема дороже, чем схема А, из-за стоимости наземных линий. Большим ее преимуществом является централизация записи в одном удобном и доступном месте. Обслуживающему персоналу редко приходится посещать места, где установлены сейсмометры. Все компоненты телеметрических систем в настоящее время выпускаются промышленностью.
Работа сети и анализ данных. Функционирование сети сейсмографов типа А и В не требует привлечения специалистов по приборам и штатного сейсмолога. Важнейшее условие для проведения всех таких исследований сейсмичности-непрерывность работы и минимум переделок в системе наблюдений.
При использовании любой схемы оператору надо каждый день примерно в одно и то же время менять бумажную ленту. Он должен отмечать дату и место записи каждой сейсмограммы. Все существенные изменения в характеристиках схемы должны быть записаны в эксплуатационном журнале. Может оказаться необходимым время от времени проводить настройку и калибровку сейсмографов в соответствии с указаниями изготовителя.
При работе с телеметрической схемой В детекторы, радиоприемник, часы и барабаны регистрира обычно можно разместить в небольшой комнате в техническом помещении. Переменный ток там, как правило, имеется. Чаще всего сейсмограммы можно просматривать и хранить в том же помещении. Всю сейсмологическую аппаратуру следует прикрепить к элементам каркаса сооружения, чтобы избежать смещения и повреждения приборов во время землетрясения.
Анализ материалов, получаемых при использовании схемы с большим увеличением, часто требует участия опытного сейсмолога. Конечно, никаких особых договоренностей не требуется, если местные землетрясения не регистрируются или если они очень редки. Однако если район сейсмически активен или же в районе плотины к окончанию ее строительства местная сейсмичность возрастает (или если складываются оба этих условия), желательно получить консультации по анализу сейсмограмм у опытного специалиста-сейсмолога.
Оценки стоимости. Составные части схем А и В в настоящее время достать нетрудно, и они широко используются сейсмологами. По ценам 1978 г. сейсмометры, применяемые в схеме А, стоят около 1000 долларов. Полный комплект портативной записывающей системы можно купить за 4 тыс. долларов. Соответствующий комплект солнечных батарей стоит примерно
500-600 долларов. Таким образом, общая стоимость сети, состоящей из 4 станций типа А, составляет около 20 тыс. долларов. В эту сумму не включены затраты на подготовку ям и приобретение защитных кожухов.
Стоимость установки сети приборов типа В, которым следует отдать предпочтение, несколько выше. Комплект из сейсмометра-усилителя-генератора, предназначенный для установки на каждой станции, продавался в 1978 г. по цене около 1800 долларов. Комплект из детектора-усилителя-регистрира, устанавливаемый в центре регистрации, стоит около 2500, подходящие кварцевые часы-около 1500, а широкополосный радиоприемник-500 долларов. В результате общая стоимость оборудования в ценах 1978 г. опять же составляет около 20 тыс. долларов. Однако требуются дополнительные расходы на прокладку линий телеметрической связи. Кое-где удается арендовать коммерческие телефонные линии (в некоторых местах бывает удобно установить телеметрическую связь с помощью высокочастотных радиопередатчиков и приемников).