Возбуждение сейсмических колебаний Применение взрывных источников В наземной сейсморазведке классическим источником, до сих пор зачастую не превзойденным по качеству получаемых материалов, является взрыв заряда ВВ (тротил, гексоген, порох, селитра и другие) в специально пробуренной скважине. В результате взрыва образуется значительный объем сжатого газа, который стремительно распространяется по горным породам, разрушая или деформируя их. Постепенно скорость движения продуктов взрыва уменьшается и деформации становятся обратимыми – возникает упругая падающая волна. Условия возбуждения Самые низкочастотные колебания возбуждаются при взрывах в рыхлых сухих породах; коэффициент полезного действия взрыва в таких породах весьма низок, так как волна сжатия в них быстро затухает с расстоянием. При взрывах в породах скального типа, а также во льду возбуждаются колебания, основная энергия которых принадлежит высоко частотным составляющим, быстро затухающим по мере распространения в толще земной коры. Волны с параметрами, близкими к оптимальным, имеют место при взрывах в увлажненных пластичных породах (водонасыщенные пески и глины). Поэтому взрывы осуществляются ниже подошвы ЗМС (Зоны малых скоростей). Сейсмический эффект взрыва увеличивают путем укупорки заряда в скважине, заполняя ее водой или грунтом (шламом).
Взрыв компактного заряда ВВ в однородной среде образует простой по форме и довольно короткий 1 1, 5 видимых периодов) импульс упругих колебаний, который распространяется во все стороны в качестве прямой продольной волны. В реальных условиях вблизи очага взрыва почти всегда присутствуют сейсмические границы, на которых первичный импульс испытывает отражения в непосредственной близости от места своего образования. Наиболее резкой границей является подошва ЗМС, отличающаяся очень большим перепадом скоростей и создающая интенсивную волну, называемую спутником. Для борьбы с волнами спутниками глубина бурения взрывной скважины h. В выбирается на четверть длины волны большей, чем расстояние до подошвы зоны малых скоростей.
Параметры источника Форма источника Идеальным источником продольных волн является сферический излучатель. ВВ закладываемые в скважину обычно имеют цилиндрическую форму. При взрывах в скважинах не рекомендуется применять заряды, у которых длина более чем в 12— 15 раз превышает диаметр. Масса заряда Амплитуда излучаемых колебаний только при самых слабых взрывах (десятки и первые сотни грамм ВВ) прямо пропорциональна массе заряда. По мере увеличения массы заряда рост амплитуды полезных волн все более замедляется, и для больших зарядов (десятки и сотни килограмм ВВ) зависимость амплитуды описывается квадратным или даже кубическим корнем из массы заряда. Преобладающая частота возбуждаемых взрывом колебаний обратно пропорциональна кубическому корню из массы заряда, что также свидетельствует в пользу применения, повозможности, малых взрывов, обеспечивающих более высокочастотный спектр упругих колебаний. Снижение сейсмической эффективности крупных одиночных зарядов ВВ делает целесообразным группирование зарядов меньшей массы.
Групповые взрывы Групповым взрывом называется одновременный (или с небольшим временем задержки) взрыв нескольких зарядов, расположенных в различных точках. Группирование взрывов позволяет достичь следующих эффектов: 1) статистический эффект, повышающий отношение амплитуды сигнала к амплитуде случайных помех, возбужденных взрывом; 2) эффект осреднения условий взрыва, позволяющий снизить влияние местных (в окрестности очага взрыва) условий на интенсивность и форму возбуждаемых колебаний; 3) эффект направленности, который дает возможность выделить полезный сигнал на фоне волн помех.
Импульсные невзрывные источники сейсмических колебаний Импульсные источники производят короткие одиночные удары с длительностью, не превышающей одного периода колебаний. По принципу действия импульсные невзрывные источники делят на механические газодинамические электродинамические. К механическим источникам относятся установки с падающим грузом. Груз весом несколько тон поднимается на высоту до 2 м с помощью гидравлической системы. Груз удерживается в верхнем положении и сбрасывается по сигналу с сейсмостанции с помощью электромагнитной муфты. Момент воздействия фиксируется и передается в станцию с помощью пьезоэлектрического датчика, установленного на грузе. В газодинамических источниках используется энергия взрыва горючих смесей (пропан кислород, бензин кислород) или выхлопа сжатого воздуха (пневматические излучатели). В источниках электродинамического типа от двигателя автомобиля или трактора через коробку отбора мощности запускается синхронный генератор. Электрическая энергия этого генератора подается на специальные преобразователи блока управления, которые обеспечивают заряд конденсаторных накопителей генераторов импульсов электромеханического преобразователя.
Невзрывные вибрационные источники колебаний Вибрационные источники генерируют непрерывные, протяженные колебания, длительность которых превышает несколько периодов. Вибрационные установки гидравлического типа состоят из массивного цилиндра, поршня и рабочей плиты. Цилиндр совершает периодическое движение в вертикальной плоскости под давлением масла, попеременно поступающего в его полости. Через поршень колебания цилиндра передаются рабочей плите, плотно вдавленной в грунт. При вибрационном квазиrармоническом излучении плита прижата к поверхности гpунта и вместе с ним совершает вынужденные колебания большой длительности, частота которых определяется гeнератором задающих, управляющих сигналов вибратора. Интенсивность воздействия определяется силовыми параметрами вибраторов. Схема вибрационной установки
В сейсморазведке используют много разновидностей гидравлических вибраторов отечественного и зарубежного производства. Последние представлены преимущественно разнообразной продукцией фирм Inрut/Оutрut (США) и Sersel (Франция). В ряду отечественной техники следует назвать сейсмические вибраторы марок СВ 5/150, СВ 10/100, СВ 20/150, СВ 27/150, СВ 30/120 и др. фирм «Точмашприбор» , «Сейсмотехника» , «Геосвип»
Типы управляющих сигналов Колебательные движения плиты вибрационной установки задаются управляющим сигналом – “свипом”. Чаще всего управляющий сигнал является гармонической функцией, один из параметров которой изменяется во времени – модулирован. Наибольшее применение получила частотная модуляция (ЧМ) свипа. Различают два вида управляющих ЧМ сигналов – линейно частотномодулированные (ЛЧМ) и нелинейно частотно-модулированные (НЛЧМ). У первого вида частота возрастает или убывает по линейному закону, у второго – по степенному или логарифмическому
ЛЧМ сигнал развертки представляет собой квазигармоническое колебание постоянной амплитуды А, частота f которого в течение времени излучения T изменяется с постоянной скоростью от f. Н, до f. К, которые описываются следующей зависимостью скорость изменения частоты свипа (затухание). Управляющие сигналы также характеризуются: начальной и конечной частотой развертки f. Н и f. К, шириной полосы Δf средней частотой f. СР, длительностью T, направлением развертки, конусностью dt.
Средняя частота сигнала f. СР рассчитывается как полусумма начальной и конечной частоты: Ширина полосы равна разности конечной и начальной частоты: Длительностью управляющего сигнала T называется время полной развертки управляющего сигнала (10 -20 с). Направление развертки определяет характер изменение частоты управляющего сигнала со временем. В случае развертки “вверх” – частота постепенно возрастает, развертки “вниз” – убывает. Конусом свипа называют время, за которое управляющий сигнал достигает максимальной амплитуды и затухает до нулевого уровня в конце вибрационного воздействия. При резком начале и резком окончании ЛЧМ-сигнала на краях его частотного диапазона возникают специфические искажения, нарушающие равномерность спектра. Эти искажения устраняют путем плавного наращивания и плавного снижения амплитуды свип-сигнала на его краях, где огибающая приобретает коническую форму. В практики широкое распространение получил экспоненциальный конус свипа.
Корреляция Длительное воздействие на геологическую среду вибрационного источника приводит к образованию сложного неразрешенного волнового поля, которые регистрируется на полевых записях виброграммах. Для представления виброграмм в виде последовательности коротких импульсов в сейсмической станции автоматически производится процедура корреляции с опорным управляющим сигналом. При корреляции энергия вибрационных колебаний концентрируется на временах вступления волн, образовывая коррелограмму, аналогичную по структуре данных взрывной сейсморазведке. После корреляции волны выделяются в виде компактных импульсов, симметричных относительно времени вступления Принцип действия вибрационной сейсморазведки: импульсная модель среды, свип, виброграмма, корреляционный импульс, коррелограмма.
Параметры корреляционного импульса Корреляционный импульс характеризуется следующими параметрами – преобладающей частотой F, компактностью r и уровнем корреляционного шума d. Преобладающая частота импульса F прямо пропорциональна средней частоте свипа и определяет временную разрешенность сейсмограммы. Под компактностью понимается отношение уровня боковых минимумов импульса AMIN к центральному максимуму AMAX. Небольшие значения r показывают, что энергия корреляционного импульса сосредоточена вблизи времени вступления волны, что увеличивает динамический диапазон записи. Коореляционные шумы образуются при проведении процедуры корреляции и представляют собой гармонические колебания за пределами центрального максимума и двух боковых минимумов. Наличие корреляционного шума снижает надежность выделения слабых сигналов, уровень которых не превышает среднюю амплитуду шума. Корреляционные шумы уменьшаются с увеличением длительности сигнала. D=шум/Amax
Корреляционный импульс (автокорреляционной функции) описывается следующим уравнением: Выражение представляет колебание с несущей собой амплитудно-модулированное гармоническое и огибающей . Характер поведения автокорреляционной функции определяется интерференцией несущей и оrибающей, каждая из которых представляет собой гармоническое колебание, но с разными частотами, так как при t=0 оба сомножителя принимают наибольшие значения, равные единице, образуя основной максимум автокорреляционной функции. По мере увеличения t несущая и оrибающая расходятся вследствие различий fcp и
Скачать презентацию Возбуждение сейсмических колебаний Применение взрывных источников В наземной
Возбуждение и регистрация колебаний.ppt