Способ возбуждения сейсмических сигналов

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ИЯ Союз СоветсюаСоциалнстичесааРеспубднк п 1693289(61) Дополнительное к авт. свид-ву - (22) Заявлено 23.08.7 (21) 2519443/18-25 с присоединением заявкиЪ 10 осударственнын комитет СССР ао делам нзебретенн н открытий) УДК 550.83 (088.8) пу Дата опубликования описания 05.1.7 Авторы зобретеи В. А. Дубровск В. Кузнецов, Д. Султано Николаев 1) Заявите изики Земли им. О Шмидта АН СССР нст СПОСОБ ВОЗБУЖДЕНИЯ СЕЙСМИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ хнической сущносспособ возбуждев, основанный на сточником сигналем. расположен- стью земли 31, является то, что учитываются реости, обусловлен-плотностных хасреды и наполниже пределы упруИзобретение относится к области сейсмической разведки и сейсмологии, в частности, к сейсмическим работам с использованием мощных источников возбуждения колебаний.Известен способ, заключающийся в том, что для возбуждения сейсмических импульсов под поверхностью земли предварительно 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.Недостатком 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, взрывах. Известен также способ, заключающийсяв том, что для возоуждения сейсмических импульсов применяется установка, создающая в верхней части земли полость с уплотненными стенками, в полость заканчиваетсягаз. который затем подрывается, в результате него в среду излучается сейсмический импульс 21.Этот способ обладает такими же недостат ками, что и отмеченный выше - не учитыв ваются резонансные свойства полости и упруго-плотностные характеристики среды, низок КПД. Наиболее близким по те ти к изобретению являетсяния сейсмических сигнало возбуждении колебаний и лов в полости с наполнит ной в среде под поверхно Недостатком способа при возбуждении волн не зонансные особенности по,ные соотношением упруго рактеристик окружающей теля. Не мчитываются такростей вн т и Ср =Л +2 )1 х и вне Сре (Ле+ реРе сферического включения;отношение соответствующих плотностей и 40 45 Ре - э 4 е) /2 ре) - параметр, опреде разностью модулей вмещающей среды р полнителя р. Случ =О, соответствует п заполненной жид яемы сдвиг еи на йу. = олости остью. Ко меетнение)котоцендентное ура сных решений Х вительная часть венную частоту а /К. а нимая мплексное тран набор комплек- Хо рого о =2 ку кремен дой м е=Х" гости среды, что приводит к уменьшениюКПД источника,Целью настоящего изобретения являетсяповышение КПД сейсмического источника,улучшение временной сгабильности характеристик излучения.Поставленная цель достигается тем, чтоперед возбуждением регистрируют известным способом частотную характеристикусистемы полость-среда и выбирают по нейдиапазон частот возбуждения, в которомотдача сейсмической энергии в среду максимальна, далее измеряют известным способом упруго-плотностные характеристики среды и наполнителя и по ним для выбранногодиапазона частот находят мощность источника сигналов, при которой давление на стенки полости не превышает предел упругости среды.Изложенная сущность изобретения поясняется в процессе его теоретического обоснования.Если в среде имеется полость с наполнителем, то система полость-среда может2 Орассматриваться как механическая система,обладающая резонансными свойствами. Дляпростоты рассмотрим случаи, когда в среде имеется сферическая полость. В этом случае, пользуясь терминологией теории собственных колебаний шара, можно говоритьо крутильных, радиальных и сфероидальных колебаниях полости. Рассмотрим в качестве примера радиальные колебания, являюециеся источником продольных волн. Математическое решение граничной задачи особственных колебаниях сферической полости радиуса 1 х с наполнителем в однороднойбезграничной упругой среде приводит к следующему уравнению, определяющему спектрсобственных частотк х х 4 фхС Ест,с ь, 11 х-над, 4 угдех=в К/С,е - безразмерная комплекснаячастота;= С,/Сре - отношение продольных скоАналогично могут быть получены соответствующие уравнения для других классов колебаний (крутильных и сфероидальных).При 4 - ъ приведенное уравнение переходит в комплексное уравнение для Х собственного колебания пустой полостих - 146 х - 46 =О,геу =,4 ф. +2,ц) =С/С 2а при с =+ и 1, -+ 0 - в действительное уравнение для== хф дискретного (затухание, обусловленное излучением, отсутствует) спектра собственных колебаний упругого шара.Подбор параметров еК,и,8 (в случае жидкого заполнителя только Ы, ие) позволяет варьировать спектр собственных частот и свойств излучения, определяемые засзе. туханием (мнимой частью частоты - Х 1 ),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 помешают 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 к100% КПДПредставляет 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 О . Тогда полость радиусом в 30 м при периодических колебаниях ее стенок будет генерировать интегральный поток сейсмической энергии мощностью 1 О Вт в диапазоне частот 6 Гц. Снижение генерируемой частоты в три раза при тех же усло693289 Фориу 1 а изобретения Составитель Л. Солодимов Редактор Л. Веселовская ТехредО. Луговая Корректор Н. Стен Заказ 6071/16 Тираж 688 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4эвиях приводит к понижению излучаемой мощности на два порядка (до 104 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 генератора сейсмических 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 15 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 тю 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. зоТаким 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. Способ возбуждения сейсмцческих 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 экспертизе1. Патент США Мо 3752256,кл.т 181 - 5, опублик. 1973.2. Патент Франции Мо 2103976,кл. 6 01 7 1/00, опублик, 1972.3. Авторское свидетельство СССРМ 193092, кл. б 01 У 1/02, 1966 (прототип).