Способ возбуждения сейсмических сигналов Советский патент 1979 года по МПК G01V1/02 

(54) СПОСОБ ВОЗБУЖДЕНИЯ СЕЙСМИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ

1

Изобретение относится к области сейсмической разведки и сейсмологии, в частности, к сейсмическим работам с использованием мощных источников возбуждения колебаний.

Известен способ, заключаюпдийся в том, что для возбуждения сейсмических импульсов под поверхностью земли предва;ритеЛБно создается полость путем подрыва небольшого количества газа, затем в эту полость опускается камера сгорания, заполненная газом и производится подрыв газа, в результате чего генерируется сейсмический импульс 1.

НедЬстатком рассматриваемого способа является то обстоятельство, что при .возбуждении сейсмического сигнала не учитываются резонансные свойства полости и упруго-плотностные характеристики окружающей полость среды.

Это приводит к тому, что лишь незначительная часть энергии взрыва расходуется на излучение сейсмического сигнала, а, следовательно, падает коэффициент полезного действия сейсмического источника и отсутствует свойство стабильности формы излучаемого импульса при повторных.взрШахТ

Известен также способ, заключающийся в том, что для возбуждения сейсмических импульсов применяется установка, создающая в верхней части земли полость с уплотненными стенками, в полость заканчивается газ, который затем подрывается, в результате него в среду излучается сейсмический импульс 2.

Этот способ обладает такими же недостат ками, что и отмеченный выше - не учитываются резонансные свойства полости и упруго-плотностные характеристики среды, низок КПД.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ возбуждения сейсмических сигналов, основанный на возбуждении колебаний источником сигналов в полости с наполнителем, расположенной в среде под поверхностью земли 3. Недостатком способа является то, что

при возбуждении волн не учитываются резонансные особенности полости, обусловленные соотношением упруго-плотностных характеристик окружающей среды и наполнителя. Не учитываются также пределы упруГОСТИ среды, что приводит к уменьшению КПД источника. Целью настоящего изобретения является повышение ; КПД сейсмического источника, улучшение временной стабильности характеристик излучения. Поставленная цель достигается тем, что перед возбуждением регистрируют известным способом частотную характеристику системы полость-среда и выбирают по ней диапазон частот возбуждения, в котором отдача сейсмической энергии в среду максимальна, далее измеряют известным способом упруго-плотностные характеристики среды и наполнителя и по ним для выбранного диапазона частот находят мош,ность источника сигналов, при которой давление на стен ки полости не .превышает предел упругоети среды. Изложенная суш,ность изобретения поясняется в процессе его теоретического обоснования. Если в среДе имеется полость с наполнителем, то система полость-среда может рассматриваться как механическая система, обладающая резонансными свойствами. Для простоты рассмотрим случаи, когда в среде имеется сферическая полость. В этом случае, пользуясь терминологией теории собственных колебаний шара, можно говорить о крутильных, радиальных и сфероидальных колебаниях полости. Рассмотрим в качестве примера радиальные колебания, являющиеся источником продольных волн. Математическое решение граничной задачи о собственных колебаниях сферической полости радиуса R с наполнителем в однородной безграничной упругой среде приводит к следующему уравнению, определяющему спектр собственных частот .... х X , х- .1 l.-4je где;с м R/Cp -безразмерная комплексная частота; в CpilCpe - отношение продольных скоростей внутри CfL 1 (А1+2ы.Тк и вне Cpe/(Ae+2/4e/; e сферического включения; -fflpi - отношение соответствующих плотностей и f(fte-JUi)l/{Ле+2 /ме) -параметр, определяемый разностью модулей сдвига вмещающей средыjMe и напoлнитeляJMi. Cлyчaй i 0, соответствует полости, заполненной жидкостью. Комплексное трансцендентное уравнение имеет набор комплексных решений Х Ч-Х/ , действительная часть которого определяет собственную частоту оа 2лу Cpe/R; а мнимая - декремент затухания f Xi Cpe/R каждой моды п колебания. Аналогично могут быть получены соответствующие уравнения для других классов колебаний (крутильных и сфероидальных). При - с эприведенное уравнение переходит в комплексное уравнение для X собственного колебания пустой полости 0, ()C|/C|, а при ,-0 - в действительное уравнение для х/оС дискретного (затухание, обусловленное излучением, отсутствует) спектра собственных колебаний упругого шара. Подбор параметров оС, и ;9 (в случае жидкого заполнителя только oL и) позволяет варьировать спектр собственных частот и свойств излучения, определяемые затуханием (мнимой частью частоты - Xi ). В соответствии с предложенным способом осуществляется следующая последовательность операции на глубине 100-500 м от дневной поверхности: с помощью взрыва ядерного или химического ВВ создают полость диаметром 30-100 м, заполняют полость наполнителем. С помощью сейсмических методов разведки на проходящих и отраженных волнах определяют упруго-полостные характеристики среды и наполнителя. Затем, определив резонансные свойства системы полость-среда, находят диапазон частот и мощность источника, при которых излучение сейсмической энергии полостью будет максимально (КПД источника полость-среда максимален) и далее помещают в полость источник выбранной мощности, возбуждения сейсмических колебаний проводят в выбранном диапазоне частот. Учет и использование резонансных свойств полости позволяет генерировать колебания, оставаясь в пределах идеальной упругости. В этом случае практически вся энергия «закачиваемая в полость в виде механических колебаний «уносится излучаемыми сейсмическими волнами. Это означает, что имеется возможность приблизиться к 1000/0 КПД. Представляет практический интерес при достаточно высоком КПД получить максимальную мощность сейсмического излучения. С точки зрения генерирования мощного излучения резонансная система полость-среда является оптимальной. Излучающая способность полости может быть оценена, если известна предельная степень упругой деформации пород, в которой она образована. Из предварительного опробования выяснено, что степень деформации стенок полости, при которой не выходят за рамки идеальной упругости, равна 10 . Тогда полость радиусом в 30 м при периодических колебаниях ее стенок будет генерировать интегральный поток сейсмической энергии мощностью 10 Вт в диапазоне, частот б Гц. Снижение генерируемой частоты в три раза при тех же уелоВИЯХ приводит к понижению излучаемой мощности на два порядка (до 10 Вт). Таким образом, резонансная раскачка по лости позволяет при высоком КПД генерировать мощное излучение, что особенно важно для целей раскачки месторождений нефти, очага землетрясений, для сейсморазведки больших глубин. Учет резонансных свойств при использовании полости с заполнителем как генераторасейсмических волн, имеет еще одно существенное преимущество, а именно, достигается высокая стабильность источника во времени или иначе - повторяемость формы излучаемого сигнала. При этом характеристики излучаемых сигналов, как при импульсном, так и периодическом режимах, стабильны в течение времени, достаточного для просвечивания среды. Это особенно важно для целей прогноза разрушительных землетрясений. Получение полости необходимых размеров является в настоящее время технически выполнимой задачей. Наиболее простым решением является подземный ядерный взрыв большой мощности. Повторные ядерные взрывы или взрывы химических ВВ в образованной полости с заполнителем обеспечивают (при условии выбора оптимальной мощности с учетом резонансных свойств полости) стабильный мощный источник сейсмической энергии. Использование же периодически действующего режима колебаний в полости позволяет получить полностью контролируемый способ излучения сейсмических волн большой энергии. Таким образом, предложенный способ, -по сравнению с существующими, позволяет повысить КПД источника, улучшить стабильность излучения, увеличить мощность источника. Оценки показали, что КПД предлагаемого источника увеличивается по меньшей мере на порядок по сравнению с существующими. Формула изобретения Способ возбуждения сейсмических сигналов, основанный на возбуждении колебаний источником сигналов в полости с наполнителем, расположенной в среде под поверхностью земли, отличающийся тем, что, с целью повышения коэффициента полезного действия и улучшения временной стабильности характеристик излучения, перед возбуждением регистрируют частотную характеристику системы полость-среда и выбирают по ней диапазон частот возбуждения, в котором отдача сейсмической энергии в среду максимальна, далее измеряют известным способом упруго-плотностные характеристики среды и наполнителя и по ним для выбранного диапазона частот находят мощность источника сигналов, при которой давление на стенки полости не превышает предел упругости среды. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 3752256, кл.т 181-5, опублик. 1973. 2.Патент Франции № 2103976, кл. G 01 V 1/00, опублик. 1972. 3.Авторское свидетельство СССР № 193092, кл. G 01 V 1/02, 1966 (прототип).