Вибросейсмический способ создания постоянных напряжений в массиве горных пород Советский патент 1984 года по МПК G01V1/00 

Изобретение относится к сейсмологии, точнее к таким исследования и промышленным процессам, при кото пых необходимо создавать в опреде, ленном объеме приповерхностных час тей земной коры поле напряжений с постоянной и переменной компонен тами, и может быть использовано дл изучения упругих констант среды, повышения нефтеотдачи, воздействия на очаг готовящегося землетрясения Известен способ защиты сооружен от сейсмических воздействий, при реализации которого в локальном объеме земной коры вибраторами соз дают регулярное сейсмическое поле с управляемыми параметрами. Знакопеременное поле напряжений дополни тельно нагружает дефектную среду и частично снимает через локальные сейсмические удары накопившуюся упругую знергию L1. Однако при этом отсутствует пос тоянная компонента деформаций, а знакопеременное нагружение не всег да эффективно. Наиболее близким техническим ре шением является вибросейсмический способ создания постоянных напряжений в массиве горных пород, включаю щий .непрерывное гармоническое излу чение и узкополосную регистрацию C Недостатком его является отсутст вие контроля постоянной составляк)ще в возбуждаемом поле механических .напряжений. Целью .-изобретения является повышение .эффективности способа Путем контроля постоянных напряжений. Поставленная цель достигается тем, что согласно вибросейсмическому спосЬбу создания постоянных напряжений в массиве горных пород, включающему непрерывные гармоническое излучение и узкополосную регистрацию колебаний, непрерывные гармонические колебания излучают в заданном направлении, ангшизируют форму и амплитуду зарегистрированных непрерывных гармонических колебаний, после чего изменяют.частоту и амплитуду излучаемых колебаний до получения амплитудной асимметрий фаз сжатия и растяжения. Способ основан на теоретических предпосылках, основанных на различных представлениях решения Ирншоу задачи об излучении простой волны конечной а1 плитуды гармонически колеблящилюя поршнем. Движение в эйлеровых координатах в начале коор динат имеет вид иэ- iM t/M coSwi+lAV-T-M sinwt-|M co32io 2L о J 2 + .JL l S r 2u;i--y Msin3wt+0(M) , гдеи :-Ш2г- J и максимальная колебательная скорость; скорость звука/ акустическое число /Haxa(A jbL).. 0 UJ - частота колебаний поршня, Ср у отношение теплоU емкостей, 0(М) - члены Ьолее высокого порядка, чем М . . Как следует из приведенного выражения, движение даже в начале координат отличается от синусоидального, причем существует постоянная составляющая, пропорциональная М, Помимо основной частоты (м появляются гармоники с частотами 2 tO , 3 U) и т.д. Указанный эффект отмечается не только в начале координат, но и в любой точке пространства, т.е. при чисто синусоидальном движении приемник принимает гармоники и постоянную составляквдую. При этом из-за постоянной составляющей полупериод положительной скорости ( или давления ) Не равен полупериоду отрицательной скорости. Существует такой режим излучения вибросигналов, когда за счет формирования определенной формы волны преобразование колебательной энергии в постоянную составляющую происходит с высоким КПД,превышающим десятки процентов. Для. относительно низких частот (л/15-100 Гц | это обеспечивается подбором амплитуды смещений излучающей поверхности и частоты, С ростом частоты излучения (i 400 Гц/ постоянная компонента давления относительно переменной составляющей возрастает еще более. Характерным признаком во всех случаях, является особенность профиля сейсмической волны: фаза сжатия по амплитуде превосходит фазу растяжения. Указанная асимметрия формы волны является одним из существенных признаков, гарантирующих формирование значительной по величине постоя-нной компоненты давления в объеме земной коры, заполненном вибросейсмическим полем. Помимо указанного признака при создании постоянной компоненты сил в земной коре можно использовать и другие сигналы, обусловлен.ные реакцией среды на постоянное натяжение: сейсмическую эмиссию, электрические, магнитные и электромагнитные сигналы. На фиг. 1 изображена схема по измерению модулей среды в районе застройки; на фиг. 2 - нагружение нефтяного коллектора; на фиг. 3 воздействие сложным силовым полем на очаг предполагаемого землетрясения. Схема содержит дневную поверхность 1, исследуемый объем 2 земной коры, виброисточник 3, трассы 4 рас пространения зондирующих вибросигна лов, наземные сейсмоприемники 5, векторы б направления постоянных сил, формируемых вибросейсмическим полем, скважинные сейсмоприемники 7 застройку 8, нефтяной коллектор 9, скважины 10, скважинный сейсмический вибратор 11, станцию 12 по регистрации магнитных, электрических и электромагнитных полей, разлом 13 края 14, 15 разлома, перемычка 16, векторы 17 тектонических сил на раз ломе . Зибросейсмическое нагружение сре ды по предлагаемому способу осущест ляется следующим образом. Для определения упругих констант среды в исследуемом объеме 2 -в райо не застройки В на дневной поверхнос ти 1 устанавливают виброисточники 3 сейсмических волн и включают их так что трассы 4 вибросейсмических волн проходят через исследуемый объем. Излучаемые волны регистрируют под виброисточником 3, в объеме 2 с помощью скважинных сейсмоприемников 7 и сейсмоприемниками 5 на дневной по верхности 1. Далее известными методами, например, путем определения соотношения межцу основной частотой и гармониками сигнала, находят па раметр нелинейности п. Затем, направляют излучаемое вибросейсмическое поле 3 колинеарно векторам 6 главных напряжений создаваемого поли постоянных напряжений (на фиг. 1 они совпадают). Сейсмоприемниками 5 и 7 регистрируют в объеме 2 сформированные вибросигналы и анализируют их форг-, например, с пбмощью осциллографа. Если амплитуды фаз сжатия и растяжения на трассах 4 симметричны, то частоты и амплитуду излучаемого вибросигнала изменяют до момента наступления амплитудной несимметрии фаз. Далее зарегистрировав значение постоянной компоненты напряжений (это происходит автоматически, если используются датчики манометрического поля), определяют по известному уже п некоторые соотношения между упругими константами. Для более подробной оценки параметров среды указанные операции повторяют для других диапазонов частот и амплитуд и акустических чисел Маха. Для нагружения нефтяного коллектора 9 (фиг.2 из скважины 10 скважинным вибратором 11 излучают вдоль Коллектора вибросейсмическое поле, соответствующее трассам 4, направля его в плоскости двух векторов 6 главных Напряжений, лежащих в плоскости коллектора. Группой наземных виброисточников 3 создают поле трасс 4, направленное вдоль третьего вектора 6 главных напряжений, перпендикулярного коллектору 9. Далее анализируют как и в предыдущем случае форму сигнала, регистрируемого сейсмоприемниками 7 в скважине 10 и сейсмоприемниками 5 на поверхности 1, а также измеряют этими приборами уровень сейсмической эмиссии от коллектора 9. Одновременно принимают от коллекторной зоны магнитные, электрические и электромагнитные сигналы станцией 12. Затем, в случае симметрии фаз в вибросейсмическом поле и неиаменного шумового уровня сейсмической эмиссии и сигналов на станции 12 изменяют частоту и амплитуду излучаемого вибросигнала до момента наступления амплитудной несимметрии фаз. Возникшая в этот момент постоянная сила параллельная векторам 6 постоянных напряжений и направлена к скважинам 10. Варьируя частотой и амплитудой сигнала в нелинейной среде коллектора, зону формирования постоянной силы можно перемещать внутри коллектора 9 и тем самым деформировать его участки так (вepтикaJ ьныe компоненты сил (фиг.2-) сдавливают коллектор 9), что нефть нагнетается от периферийных участков к скважинам 10. С возникновением постоянных сил уровень сейсмической эмиссии и сигналов на станции 12 превышает шумовой. Далее, повысив приток нефти к скважинам 10 ведут излучение в достигнутом режиме. Контроль за существованием постоянной компоненты сил, помимо анализа формы сигнала, обеспечивают тем, что при пгщении уровня сейсмической эмиссии и. сигнсшов на станции 12, варьируют частоту и амплитуду излучаемого поля до момента роста эмиссии и сигналов на станции 12. И так всякий раз при падении уровней указанных характерных параметров, определяемых существованием постоянных сил. Аналогично ведут нагружение среды и в случае разрядки упругих напряжений в очаге готовящегося землетрясения (фиг.З). Если очаг обусловлен, например, существованием перемычки 16 на краях разлома 14 и 15, то, определив найравления тектонических сил, соответствующих векторам 17, приложенных к 14, разлома 13, осуществляют постепенное нагружение перемычки 16 постоянными силами. Нагружение ведут плавно, постепенно разряжай напряжения путем многоразового дискретного разрушения перемычки. Для этого вибраторами 3 на дневной пойерхнос

ВИБРОСЕЙСМИЧЕСКИЙ СПОСОБ СОЗДАНИЯ ПОСТОЯННЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В МАССИВЕ ГОРНЫХ ПОРОД, включающий непрерывное гармоническое излучение и узкополосную регистрацию колебаний, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективное, ти способа путем контроля постоянных напряжений, непрерывные гармонические колебания излучают в заданном направлении, анализируют . форму и амплитуду зарегистрированных непрерывных гармонических колебаний, после чего изменяют частоту и амплитуду излучаемых колебаний до получения амплитудной асимметрии фаз сжатия и растяжения. 00 оо о