Способ возбуждения сейсмических сигналов Советский патент 1985 года по МПК G01V1/13 

4

о

sj Изобретение относится к способам возбуждения упругих колебаний при сейсмической разведке и предназначено для использования при сейсмических исследованиях. - Известен способ возбуждения сейсмических колебаний во внутренни точках среди при помощи взрывов в скважинах П1 . Недостатками этого способа являются необходимость бурения специа ных скважин для погружения в них ;зарядов взрывчатого вещества, практическая неуправляемость такого источника по форме и частоте излучаемых в среду импульсов, а также вред, наносимый окружанддей среде бурением скважин и самими взрывами Известен также способ возбуждения сейсмических колебаний на поверхности с помощью взрывных и удар ных источников также вибрационных источников t3. Недостатками данных способов являются поглощение высоких частот в зоне малых скоростей, а также неуправляемость рассматриваемык источников по частоте и форме. Наиболее близким к- предлагаемом является способ возбуждения сейсми ческих сигналов, основанный на соз упругих деформаций во внутренних точках среды С 3. Однако этот способ характеризуе недостаточной эффективностью сейсм ческих исследований, обусловленной значительным поглощением возбуждаемьк колебаний, особенно высокочастотных их составляющих в зоне м лых скоростей, и отсутствием возможности согласования амплитудночастотных характеристик источника с грунтом. Цель изобретения - повышение эф фективности сейсмических исследова Поставленная цель достигается тем, что согласно способу возбужде ния сейсмических сигналов, основа ному на создании упругих деформаций во внутренних участках среды, упругие деформации во внутренних участках среды создают путем излучения над поверхностью земли высок частотных электромагнитных колебан модулированных по амплитуде и частоте, в соответствии с заданным сейсмическим сигналом. 702 Сущность изобретения заключается в том, что в процессе направленного и регулируемого излучения нагревается слой породы внутри среды, за счет чего создают в ней упругие деформации, меняющиеся во времени по закону сейсмического сигнала и распространяю1циеся в виде сейсмической волны. На чертеже приведен пример реализации предлагаемого способа. На чертеже обозначены: генератор 1 электромагнитных СВЧ колебаний, модулятор 2, блок 3 задания сейсмического сигнала, антенна 4 (СВЧ) с отражателем, электромагнитные колебания 5, падающие на землю, поверхность 6 земли, почва 7, зона 8 азрации, водонасьщенные грунты 9, поверхность 10 грунтовых вод, сейсмические колебания 11, график 12 затухания электромагнитных волн в среде ниже поверхности земли, эпюры 13 влажности грунтов, источник 14 сейсмических колебаний. Способ возбуждения сейсмических сигналов заключается в следующем. На поверхности земли над областью возбуждения колебаний располагается мощный генератор 1 СВЧ колебаний, промодулированных с помощью модулятора 2 сейсмическим сигналом по амплитуде или частоте. СВЧ колебания излучаются вниз в среду с помощью антенны 4 с отражателем. Затем они проходят через поверхность 6 земли, почву 7, зону 8 аэрации и, наконец, попадают в водонасыщенные грунты 9. Как правило влажность пород в верхней части разреза по глубине распределена в соответствии с эпюрой 13, т.е. в почве 7 и зоне 8 аэрации грунтов влажность m невелика и большая часть пор в породах заполнена воздухом. Вода в этих ненасыщенных грунтах не является свободной и не передает гидростатического давленияS Именно поэтому породы в этой зоне обладают высоким коэффициентом поглощения сейсмических колебаний и низкой скорости их распространения. В Сейсмике - это зона малых скоростей (ЗМС). В нижней части зоны 8 аэрации влажность по-род быстро нарастает, а ниже поверхности 10 грунтовых вод составляет 100% (зона полного насыщения). В зоне полного насыщения пород грунтовыми водами резко повышается скорость распространения сейсмичес ких волн, а также эффективность возбуждения сейсмических колебаний При распространении электромагнитных волн 11 в горных породах часть их энергии поглощается, прит в тем большей степени, чем вьше влажность пород. В ненасыщенных во дои породах зоны аэрации (ЗМС) пог лощение электромагнитных колебаний невелико, в то время, как в зоне ниже поверхности грунтовых вод пог щение их, резко возрастает, в результате чегЬ уже на небольшом ий-тервале (порядка нескольких длин волн) они практически полностью затухают (см. график 12, характери зующий долю энергии, поглощенной н каждой глубине в зависимости от влажности 13 пород), Вводимые, в среду СВЧ колебания с малыми потерями преодолевают поч ву .7 и зону 8 аэрации, а затем практически полностью поглощаются в сравнительно небольшом объеме зо ны насьцчения, залегающей в подошве ЗМС. При этом в породах в зоне по лорления возникнет тепловой импульс который благодаря явлению термоупругости трансформируется в сейсмические колебания, в точности повторяющие закон модуляции СВЧ-колебаний. Несущая частота СВЧ колебаНИИ выбирается таким образом, чтобы обеспечить эффективную передачу их через почву в зону аэрации и оптимальные с точки зрения возбуждения сейсмических колебаний заданной частоты размеры зоны эффективLHoro поглощения электромагнитных волн в зоне насыщения. Вследствие практической неизменности физических свойств пород при нагреве их электромагнитным излучением источник сейсмических колеб ний термоупругого типа всегда . идеально согласован акустически со средой, т. е. излучает сейсмические волны без потерь в широком диапазо не частот и в том числе, что очень важно, на высоких частотах. Таким образом, обычно весьма сложная проблема акустического согласования источника со средой, имеющая важное значение в известных способах возбуждения колебаний, в данном способе отсутствует. Для эффективнЬго использования процесса нагрева слоя породы внутри .среды и возбуждения сейсмических колебаний необходимо распределить вводимую в среду тепловую энергию равномерно в достаточно большом объеме, а также обеспечить получение во внутренних точках среды тепловых импульсов с частотными спектрами, соответствующими спектрам сейсмических сигналов, Эти требования полностью выполняются при формировании тепловых импульсов с помощью модулированного сейсмическими сигналами электромаг- , нитного излучения, вводимого непосредственно во внутренние точки среды и поглощаемого в них породами. Способ возбуждения колебаний может применяться не только на суше, но и на море и различных водоемах. При этом излучающий объем источника термоупругого тгша будет начинаться прямо с поверхности водоема. Устройство для возбуждения колебаний может располагаться на любом : транспортном средстве, перемещаю-t щемся по суше, воде или по воздуху. Наиболее удобно разместить его на судне на воздушной подушке. При недостаточной мощности регистрации колебаний может осуществляться в режиме накопления от серии возбуждений. Источники рассматриваемого типа могут группироваться, как и источники других типов. Предлагаемый способ возбуждения сейсмических колебаний является есконтактным, чем он принципиально тличается от других известньк спообов. Благодаря этому суп1ественно окращаются затраты на возбуждение олебаний. Кроме того, устройство, еализующее предлагаемый способ, рактически не имеет деталей, подерженных механическому износу и, . ледовательно, обладает более высоой надежностью, чем устройства, еализующие известные способы возуждения упругих колебаний вгеологиеских средах.

СПОСОБ ВОЗБУЖЦЕНШГ СЕЙСМИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ, основанный на создании упругих деформаций во внутренних участках среды, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности сейсмических исследований, упругие деформации во внутренних участках среды создают путем излучения над поверхностью земли высокочастотных электромагнитных колебаний, модулированных по амплитуде и частоте, в соответствии с заданным сейсмическим сигналом. СО