Способ определения скоростей распространения поперечных волн в донных грунтах Советский патент 1988 года по МПК G01V1/00 

00 Од

Способ относится к области сейсмо акустических исследований донных грунтов на акваториях, и может быть использован для определения их проч- ностных и деформационных характеристик .

Цель изобретения - повышение глубинности и разрешающей способности определения скоростей распростране- ния поперечных волн .в неоднородных грунтах за счет частотного и временного разделения регистрируемых упругих волн.

На фиг.1 приведена схема исследо- ваний донных грунтов; на фиг,2 - регистрируемая сейсмограмма; на о. фиГоЗ - 4 - графики скоростей продольных и поперечных волн в донных грунтах.

Схема исследований включает высо- кочастотный импульсный излучатель 1, базу профилирования 2, содержащую приемники 3, низкочастотньй излуча- т ель 4j сЪормирующий за пределами ближней зоны 5 протяженностью две длины (2 Л ) квазипериодическую поверхностную волну с частотой, буслов- ленной физическиьш свойствами осад- ков и спектром излучаемого иЯпульса. Импульс запуска от устройства синхронизации 6 одновременно .подается по магистрали 7 и кабелю 8 дпя возбуждения низкочастотного и высокочас- тотного излучателей. Сигналы, пос ту- пившие на приемники базы профилирования, передаются по кабелю 9 в регистрирующее многоканальное устройство 10, Излучатели 1 и 4 и прием- НИКИ 3 расположены на границе вода - грунт или на расстоянии от нее не более ОуГЛ. Низкочастотный излуча-. тель вынесен на расстояние не менее, а высокочастотный - не более 2 г. Приемники 3 на базе профилирования 2 расположены с переменньш шагом: малым в начальной ее части, обеспечивающим надежную фазовую корреляцию высокочастотных отраженных 11 волн, прямой волны 12 и рефрагированных 13 волн на малых временах и надежной корреляции низкочастотных поверхностных волн 14 на больших временах, и с большим шагом - на удаленном от излучателя конце базы 2 профил.ирова- ния для обеспечения необходимой глубинности исследования по рефраги- рованным 13 волнам.

,-

Ю

5 0

5 30 з О

0

Частотное разделение упругих волн достигается путем использования разночастотных излучателей, а временное - за счет их рас положения относительно базы профилирования.. Данная система расположения изг7ча- телей и приемников обеспечивает интервал времени между вступлениями отраженных и поверхностных волн, достаточный дпя изучения разреза продольными волнами на глубину нескольких десятков метров (до 1,5 Л).

Способ реализуется следующим образом.

На фиг.2 приведена сейсмограмма, зарегис 1рированная на базе профилирования. В начале записи выделяют отражение 11, 12 и рефрагиро- ванные 13 волны. На больших временах регистрации четко прослеживаются несколько гармо1-гик поверхностной волгг ны 14 со скоростью 218, 275 и 318м/с. По записям продольных отраженных и рефрагированных волн определяют распределения скоростей Vj, продольных волн по глубине Z. С использованием узкополосной фильтрации определяют фазовые скорости поверхностных волн , которые при заданном отношении плотностей жидкости и грунта характеризуют изменение скорости поперечных волн V с глубиной Z.Полученные распределения скорости Vj, (Z) аппроксимируют одной из типовых функциональных зависимостей скорости упругих волн от глубины, содержащей постоянные коэффициенты. Число фазовый скоростей поверхностных волн должно быть равно количеству неизвестных констант в найденном типе зависимостей Vp(Z), которые определяют путем решения системы ур;ав- нений.

На фиг.З показаны графики зависимостей Vj. от. частоты для двух гармоник поверхностных волн 15, 16.. Точка- ми на графиках показаны значения фазовых .скоростей,-, полученных по. сей- смограмм м, подвергнутых,узкополосной ф1-шьтрации с центральными частотами 5, 10, 15 Гц.

На фиг.4 приведены график 17 пластовых скоростей Vpj (Z), полученный по годографам отраженных волн, график V (Z) 18 по годографам рефрагированных ВОЛН5 график Vp(Z) 19 по

31А

зависимости экспоненциального типа, аппроксимирующий распределение Vpi (7.) по глубине, и график Vy (Z) 20 по зависимости этого же типа, полученный с использованием значений фазовых скоростей Vc по графику 3.

Способ позволяет получить скорости продольных и поперечных волн в низкоскоростньЬс донных осадках, для оценки их прочностных и деформационных свойств, что может быть исполь- зованое при инженерно-геологических изысканиях и поисках и разведке

полезных ископаемых.

Формула изобретения

Способ определения скоростей рас- пространения поперечных волн в донных грунтах, закпючающийся в перемещении излучателя и матрицы приемнико в слое жидкости,, покрьшающей исследуемые осадки, возбуждении упругих колебаний в массиве грунта, регистрации колебаний мног(еством приемников, расположенных на различных удале 7.

ниях от излучателя, фильтрации колебаний, измерении фазовых скоростей и длин поверхностных волн на разных частотах, отличающий- с я TeMj что, с целью повышения глубинности и разрешающей способности определения скоростей распространения поперечных волн в неодно-t родных грунтах за счет частотного и временного разделения регистрируе- Nbix упругих волн, упругие колебаг-отя в массиве грунта возбуждают одновременно BHcoKO4acTOTHbiM излучателем вапн давления в толще воды вынесенным нэ расстояние не более двух длин поверхностных волн и низкочастотным импульсным излучателем, расположенным на границе вода - грунт или на расстоянии от нее не более 0,1 длины поверхностной волны, генерируемой низкочастотным излучателем в грунте, низкочастотный излучатель выносят на расстояние не менее двух длин поверхностных волн и принимают колебания датчиками давления, расположенными на расстоянии от дна не более 0,1 длины поверхностной волны.

Изобретение относится к области сейсмОакустических исследований и может быть использовано при инженерно-геологических изысканиях для определения прочностных и деформа-, ционных свойств горных пород. Цель изобретения - повьшение точности определения скоростей поперечных волн в неоднородньгх донных грунтах за счет осуществления частотного и временного разделения упругих волн различных: типов - отраженных, рефра- гированных и поверхностных. Высокая разрешенность сейсмезаписей обеспечивается благодаря одновременному возбуждению акустических импульсов разночастотными пространственно- разнесенными источниками. В основу способа положено определение в процессе сейсмических наблюдений распределения скоростей продольных волн по вьвделенным на сейсмозаписях высокочастотным, рефрагирированным и отраженным волнам. Для определения скоростей поперечных фолн по фазовым скоростям нескольких гармоник низкочастотных поверхностных волн и по известному градиенту скорости продольных волн определяют распределение по глубине скоростей поперечных волн в осадках. 4 ил. ш ел

Фиг.1

0,60,8

фиг. г

1,0 и

г i.e

10

о f/tt

Шиг.з

150 ZOO 250 300 350 1600 1800 2000 220

ftO

Фиг.