Численно-аналитические методы расчёта волновых полей и восстановления скоростных характеристик неоднородных упругих сред Байкальской рифтовой зоны

На основе численного метода решения прямой и обратной задач разработана методика слежения за динамикой распространения сейсмо-гидроакустического волнового поля, построения синтетических сейсмограмм и оценивания скоростных характеристик сложнопостроенной геофизической структуры Байкальской рифтовой зоны на участке пос. Бабушкин (юго-восточная часть Байкала) — пос. Бугульдейка (северо-западная часть Байкала). Выбор профиля для моделирования обусловлен выполненными здесь экспериментальными работами силами Института физики Земли РАН, Института вычислительной математики и математической геофизики СО РАН, Института геологии СО РАН в 2021 г. Алгоритм решения прямой задачи восстановления волнового поля основан на применении интегрального преобразования Лагерра по времени и конечно-разностной аппроксимации по пространственным координатам. Численная модель среды, используемая при расчётах распространения сейсмических волн, задавалась с учётом априорных данных о скоростном разрезе Байкальской рифтовой зоны, полученном рядом исследователей в районе по данным глубинного сейсмического зондирования Земли. Результаты прямого численного моделирования предполагают прогнозирование сложной структуры волнового поля и призваны для облегчения его интерпретации. В качестве подхода к решению обратной задачи восстановления скоростных характеристик неоднородной среды предложен и апробирован вычислительный сеточный алгоритм, основанный на вычислении средневзвешенных скоростей в участках сетки, накладываемой на поверхность земли. За счёт выбора шага сетки, метода аппроксимации дискретного годографа волн кубическими сплайнами, учёта кривизны годографа головных волн в областях с ярко выраженной неоднородностью строения среды удаётся определить скоростную характеристику с повышенной точностью. Показана согласованность восстановленной теоретической скоростной модели среды с экспериментально полученной моделью по методу глубинного сейсмического зондирования. Ключевые слова: Байкальская рифтовая зона, численная модель, численное моделирование, волновое поле, синтетические сейсмограммы, сеточный алгоритм, скоростной разрез, сопоставительный анализ.