Методы и объекты сейсмических исследований. Введение в общую сейсмологию - Пузырев Н.Н.
Скачать (прямая ссылка):
К особому виду акустических исследований в скважинах относится эхо-локация горных пород, обнажающихся на стенках ствола (акустический видеокаротаж). Способ основан на регистрации отраженных от стенок скважины волн мегагерцевого диапазона [Хохлов, 1986]. Скважинный прибор работает по принципу локатора. Пьезоэлектрический преобразователь вращается вокруг скважинно-
195
Часть III. Методы структурной сейсмологии
г, м
Рис. 11.6. Характерные зависимости скоростных параметров от глубины по данным AK:
а — графики vp(z), vs(z) и K(z) для продуктивного интервала нефтяной скважины. Западная Сибирь (по А. Н. ЗавьялмфВ* б — сопоставление графиков vp(z) и vR(z) для консолидированных известняков.
го прибора и излучает в буровой раствор импульсы с частотой порядка 1 МГц. Между посылка»*!' сигналов этот же преобразователь работает как приемник. В существующей аппаратуре преобрази» ватель делает пять оборотов в секунду, излучая при каждом обороте 400 импульсов. Приемник воспринимает сигналы, отраженные от стенок скважины, которые затем модулируются световые! лучом. Яркость светового излучения пропорциональна отражающей способности стенок. Поскольку осуществляется азимутальная локация, то на экране телевизора фиксируется развертка по всеві направлениям. На фотоснимках развертки скважины отображаются слои малой мощности, трещины, каверны, фиксируются крутонаклонные границы и другие особенности, проявляющиеся на поверк-ности ствола.
11.2. АКУСТИЧЕСКОЕ ПРОЗВУЧИВАНИЕ
По своей физической природе акустическое прозвучивание сходно с просвечиванием на сейсмических частотах межскважинного и околоскважинного пространства, а также массивов горим» пород в шахтах и рудниках (см. гл. 10). Различие обусловлено диапазоном частот и соответствен»» техническими средствами, а также методикой проведения исследований в связи со спецификой изучаемых объектов. Естественно, что акустическое прозвучивание отличается от сейсмического размерами объектов. В подавляющем большинстве случаев акустическое прозвучивание применяете! при исследовании скальных пород [Савич, Коптев, 1969], так как в осадочных отложениях имеет" место большое поглощение энергии высокочастотных колебаний. Экспериментально установлена следующая связь между диапазоном частот и расстоянием от излучателя до приемника. На частота! 1—5 кГц (искровой и электродинамический источники) радиус исследований может достигать 50 м. При использовании мощных магнитострикционных источников на частотах до 50 кГц расстояния от
196
Глава 11. Акустические исследования
источника до приемника в скальных породах обычно не превышают 5-8 м. На ультразвуковых участках с керамическими пьезодатчиками диапазон расстояний редко выходит за пределы 3-5 м
В подавляющем большинстве случаев применяется прозвучивание в импульсном режиме, что дает возможность регистрировать волны различных типов и классов, обеспечивая точное измерение времен вступлении и соответственно скоростей распространения волн. Наиболее часто импульсное акустическое прозвучивание применяют при изучении характеристик горных пород в областях непосредственно примыкающих к подземным горным выработкам. В этом случае в заданной области пространства создается система шпуров протяженностью 5-6 м. Расстояние между шпурами находится в соответствии с диапазоном используемых частот и чаще всего составляет 1-3 м В каждом из шпуров проводится акустический каротаж с зондами малых размеров. При помощи этих же зондов осуществляется прозвучивание пространства между двумя ближайшими шпурами как в прямом так и в обратном направлениях. Такого рода наблюдения с перекрестными базами дают возможность не только получить величины скоростей с большой точностью, но и определить параметры анизотропии и поглощения волн. Путем использования датчиков различной поляризации получают информацию как по продольным, так и по поперечным волнам. На основании наблюдений по такой пространственной системе шпуров, включая измерения вдоль них, строят карты распределения параметров в различных плоскостях, а при достаточно большом количестве шпуров - пространственные трансформации. Для изучения напряженного состояния горных пород вокруг ствола выработки шпуры в некоторых случаях целесообразно располагать в плоскости, перпендикулярной оси выработки, т. е. веерообразно [Савич, Коптев, 1969 ]. Изучение скоростей и динамических параметров вдоль каждого mi iimypon, а также просвечивание между ними дают возможность более полно судить о состоянии массива вокруг выработки.
Наряду с такого рода кустовыми наблюдениями в шахтах, рудниках и тоннелях проводятся измерения линейного вида вдоль стволов выработок либо в других направлениях, в частности, пересекающих продуктивные толщи или зоны с аномальным полем напряжений. Измерения в этом случае проводятся как в неглубоких шпурах, так и непосредственно на поверхности выработок.
В процессе прозвучивания определяется так называемый масштабный эффект, т. е. особенности распределения скоростей при различных базах наблюдений. Акустическое прозвучивание часто связано с изучением напряженного состояния, поскольку характер напряжений определяется упругими и реологическими свойствами среды. Как известно, поле напряжений может изменяться во времени. В горных выработках это связано с изменением их состояния, например, в процессе извлечения того или иного полезного ископаемого. В сейсмоактивных районах изменение напряженного состояния является естественным процессом тектонического происхождения. Акустический способ контроля напряженного состояния заключается в изучении временных аномалий акустических параметров на заранее выбранных участках. Датчики при такого рода исследованиях жестко связываются с массивом, например, при помощи цементирования. Наблюдения по измерению скоростей и динамических характеристик волн проводятся через интервалы времени, определяемые из априорных данных по прогнозу полей напряжений и исходя из целей проводимых исследований.
