Возможности метода MASW для решения задач археологии

УДК 550.344.56:902.2

Возможности метода MASW для решения задач археологии.

Многоканальный анализ поверхностных волн (MASW – Multichannel Analysis of Surface Waves) – метод инженерной геофизики, который сформировался в конце 90-х годов в США.

Сейсморазведка методом MASW в нашей стране лишь начинает применяться в структурных целях. Ее основное преимущество заключается в относительной дешевизне и простоте в проведении полевых измерений и возможности получения информации об упругих параметрах слоистой грунтовой толщи.

При возбуждении колебаний источником, расположенным вблизи поверхности земли, образуются два основных типа сейсмических волн: объемные и поверхностные. Основная часть энергии источника расходуется на образование поверхностных волн – 67 %, доля поперечных волн составляет 26 %, а продольных всего 7 %. В большинстве сейсморазведочных методов используются в основном продольные волны, поверхностные же волны рассматриваются как помехи. Поэтому идея использования поверхностных волн для получения геологической информации давно привлекала внимание. Метод основан на Быстром Преобразовании Фурье.

В отличие от объемных волн, поверхностные волны в неоднородной среде обладают дисперсией–зависимостью скорости распространения от частоты колебаний, график зависимости называют дисперсионной кривой. Толщина слоя, частицы которого вовлечены в движение поверхностными волнами, обратно пропорциональна частоте колебаний, это позволяет по характеру дисперсионных кривых получить глубинный разрез поперечных волн. Метод многоканального анализа поверхностных волн позволяет получить двумерный вертикальный профиль скоростей поперечных волн.

Преимущества использования метода MASW:

• высокая интенсивность поверхностных волн;
• методика MASW достаточно проста и не требует специальной дополнительной аппаратуры;
• возможность работы при наличии высокоскоростного слоя на поверхности (асфальт, бетонное покрытие, промерзший грунт);
• глубинность метода достигает 10–30 м.

Однако, можно отметить следующие сложности, которые существуют при картировании сложнопостроенных объектов методом MASW. Во–первых, возможность выделения в сейсмическом поле различных геологических объектов зависит от соотношения их размеров с длиной сейсмической волны, поэтому при проведении таких работ очень важна наилучшая оптимизация системы наблюдений, т.е. необходимо обеспечить определенную глубинность исследований и сохранить нужную детальности при ограниченном количестве сейсмических каналов. Во–вторых, при пересечении зон вертикальных неоднородностей наблюденная дисперсионная кривая часто "рассыпается", выделить фундаментальную моду волны Рэлея становится сложно, высшие моды начинают доминировать на дисперсионном изображении (рис. 1).

Решением дисперсионного уравнения называется кривая зависимости фазовой скорости от частоты – дисперсионная кривая.

Поскольку для каждой частоты существует множество решений, дисперсионные свойства среды могут быть выражены несколькими кривыми, являющимися разными модами

Мода, распространяющаяся с наименьшей скоростью называется фундаментальной – основной.

[pic 1]

Рис. 1. «Рассыпание» дисперсионной кривой.

К решаемым задачам относится:

• изучение верхней части разреза;
• сейсмическое микрорайонирование;
• решение инженерных задач;
• мониторинг состояния плотины и прилегающих к ней площадей.

Современные подходы в малоглубинной сейсморазведке позволяют получить информацию о распределении в среде скорости распространения поперечных волн. Их можно разделить на 3 группы:

1. Использование стандартной схемы регистрации Z–Z с дальнейшим извлечением информации о скоростях распространения поперечных волн, например, с использованием поверхностных и обменных волн.
2. Использование однонаправленного источника (источника с единственным направлением поляризации), и регистрации трех компонент сейсмической волны, с последующим получением информации о скоростях распространения поперечных волн–один из самых распространенных в данное время подходов.
3. Использование управляемого источника и трехкомпонентного приема–наиболее перспективный подход в инженерной сейсморазведке.

Целью научного исследования является изучение возможности метода MASW для решения археологических задач. В процессе работ была изучена верхняя часть разреза для определения наличия курганов на исследуемом объекте «Манжерок–12».

Объект расположен на высокой правобережной катуньской террасе, на новом кладбище с. Манжерок. По сведениям местных жителей при сооружении могильных ям у юго-восточного края кладбища неоднократно обнаруживались более ранние захоронения. Курган очень сильно был задернован и зарос густым кустарником и деревьями. Лесотехнические работы после удаления различной растительности существенно нарушили дерновый покров, что позволило выявить 11 каменных насыпей кургана. Датировка курганной группы может относиться к эпохе палеометалла.