Introducere¶

Geofizica studiaza comportamentul undelor care se propaga in interiorul materialelor. Un semnal seismic se modifica in functie de caracteristicile mediului pe care il traverseaza. Undele pot fi generate in mod artificial cu ajutorul unui berbec de batut, ciocan, etc.

¶

Miscarea semnalului seismic

Semnalul seismic poate fi descompus in mai multe faze, fiecare dintre acestea identificand miscarea particulelor actionate de undele seismice. Fazele pot fi:

P-Longitudinala: unda de adancime de compresiune;
S-Transversala: unda de adancime de forfecare;
L-Love: unde de suprafata compusa din unde P si S;
R-Rayleigh: unda de suprafata compusa dintr-o miscare eliptica si retrograda.

Undele Rayleigh – “R”

In trecut studiile despre difuzia undelor seismice s-au concentrat pe propagarea undelor de adancime (P,S) considerand undele de suprafata ca un "zgomot" al semnalului seismic de analizat. Studiile recente insa au permis crearea de modele matematice avansate pentru analiza undelor de suprafata in medii cu rigiditati diferite.

Analiza semnalului folosind tehnica MASW

Conform ipotezei fundamentale a fizicii liniare (Teorema lui Fourier) semnalele pot fi reprezentate ca si suma a semnalelor independente, numite armonice ale semnalului. Aceste armonice, pentru analizele monodimensionale, sunt functii trigonometrice sinus si cosinus, si se comporta in mod independent neinteractionand intre ele. Concentrandu-ne atentia pe fiecare componenta armonica rezultatul final in analiza liniara rezulta echivalent cu suma comportamentelor partiale corespunzatoare armonicelor individuale. Analiza lui Fourier (analiza spectrala FFT) este instrumentul fundamental pentru caracterizarea spectrala a semnalului. Analiza undelor Rayleigh, prin intermediul metodei MASW, este realizata prin prelucrarea spectrala a semnalului in domeniul transformat unde este posibila, intr-o maniera facila, identificarea semnalului relativ undelor Rayleigh fata de alte tipuri de semnal, observand, de altfel, ca viteza cu care se propaga undele Rayleigh este functie de frecventa. Legatura viteza frecventa este data de spectrul de dispersie. Curba de dispersie identificata in domeniul f-k este numita curba de dispersie experimentala si reprezinta amplitudinile maxime ale spectrului in domeniu dat.

Modelare

Plecand de la un model geotehnic sintetic caracterizat de grosime, densitate, coeficientul Poisson, viteza undelor S si viteza undelor P, se poate simula curba de dispersie teoretica ce leaga viteza si lungimea undei conform relatiei:

Modificand parametrii modelului geotehnic sintetic se poate obtine o suprapunere a curbei de dispersie teoretica cu cea experimentala: aceasta faza, numita de inversie, permite determinarea profilului vitezei in medii cu rigiditate diferita.

Moduri de vibrare

Atat in curba de inversie teoretica cat si in cea experimentala se pot identifica diversele configuratii ale vibratiilor terenului. Modurile pentru undele Rayleigh pot fi: deformatii la contact cu aerul, deformatii aproape nule la mijlocul lungimii undei si deformatii nule la adancimi ridicate.

Adancimea de cercetare

Undele Rayleigh se descompun la o adancime aproximativ egala cu lungimea undei. Lungimi mici de unda (frecvente inalte) permit cercetarea zonelor superficiale, in timp ce lungimi mari de unda (frecvente joase) permit cercetari la adancimi mari.

Fluxul de lucru in Easy MASW: de la datele inregistrate la profilul Vs¶

Scopul unui test MASW este obtinerea profilului vitezei undelor de forfecare Vs in functie de adancime, plecand de la vibratiile inregistrate la suprafata de catre geofoane. In Easy MASW parcursul este intotdeauna acelasi si se desfasoara in patru pasi:

Importul traseelor. Se incarca seismogramele inregistrate de geofoane in timpul desfasurarii: sunt datele brute de plecare.
Analiza spectrala. Programul transforma traseele intr-o imagine de dispersie: o harta colorata in care axa orizontala este frecventa iar axa verticala este viteza de faza. Zonele mai luminoase, de energie mai mare, deseneaza niste "creste": fiecare creasta este curba de dispersie a unui mod de vibrare al terenului (modul fundamental si modurile superioare).
Picking. Crestele colorate sunt transformate in puncte numerice. Facand click de-a lungul unei creste se extrage, mod cu mod, curba de dispersie experimentala: este data de masura pe care se va baza intregul calcul ulterior.
Inversia. Se cauta profilul Vs care reproduce curba selectata. Rezultatul este stratigrafia de viteza (grosimea si Vs ale fiecarui strat), din care se obtin apoi Vs echivalent si categoria de teren.

Principiul intr-o singura fraza

Undele de suprafata sunt dispersive: frecventele joase (unde lungi) patrund in adancime si "vad" straturile profunde, in timp ce frecventele inalte (unde scurte) raman la suprafata. De aceea curba viteza-de-faza/frecventa contine informatia despre profilul Vs al subsolului. Masurarea ei (picking) si revenirea la profilul care o genereaza (inversia) reprezinta, in esenta, intreaga metoda MASW.

Nu este necesar sa cunoasteti stratigrafia in prealabil

Stratigrafia terenului nu este un dat pe care il introduceti la inceput: este rezultatul pe care il obtineti la final, prin inversie. Tot ce setati inainte — modelul sintetic optional din analiza spectrala si limitele de cautare din inversie — doar ghideaza calculul, nu este solutia.

Pe scurt, fluxul este:

Trasee geofoane
   →  Analiza spectrala   (harta frecventa–viteza: crestele sunt modurile)
   →  Picking             (extrage curba de dispersie experimentala, una per mod)
   →  Inversia            (gaseste profilul Vs care reproduce punctele selectate)
   →  Profil Vs · Vs echivalent · Categoria de teren   (rezultatul)