Методы и объекты сейсмических исследований. Введение в общую сейсмологию - Пузырев Н.Н.
Скачать (прямая ссылка):
от специального генератора. В последнее время разработаны способы цифровой регистрации на ультразвуковых частотах, что обеспечивает более точное измерение времен пробега и амплитуд импульсов [Аверко, Максимов, 1984; Гик, 1983].
Отметим, что значения скоростей vs и vr определялись также резонансным методом. Этот способ состоит в том, что образец определенной формы последовательно возбуждается при помощи
монохроматических колебаний различной частоты. Когда подаваемая частота совпадает с собственной частотой колебаний образца, то наступает явление резонанса, т. е. возрастание амплитуд регистрируемых колебаний. Зная / , можно вычислить величину скорости. Так, например, при изгибных колебаниях vs «= 21 / , где / — длина испытуемого образца. Определенное значение имеет способ, основанный на регистрации не объемных, а поверхностных волн Рэлея. Скорость vR с
ХОРОШИМ приближением МОЖНО пересчитать В Vj (см. гл. 1).
Небезынтересно отметить, что в ранний период лабораторной геоакустики скорость vf находилась по коэффициенту отскока падающего на образец металлического шарика. Множитель пропорциональности между vr и коэффициентом отскока находился экспериментально на тестовых материалах. Хотя данный способ вышел из употребления, но при решении отдельных задач определение коэффициента отскока и времени соприкосновения шарика с образцом может дать дополнительную информацию об упругих и неупругих характеристиках горной породы.
Заметим еще, что методика эксперимента может различаться в деталях для горных пород различного генезиса и состава. В частности, это относится к исследованиям кристаллических, карбонатных осадочных и терригенных осадочных образований [Исследование..., 1977; Авчян и др., 1979; Аверко, Максимов, 1984].
Принципиальные особенности изучения скоростей распространения волн в горных породах при высоких давлениях кратко рассмотрены в гл. 2. Приведем только некоторые дополнительные сведения по методике выполнения экспериментов. При одноосном статическом нагружении боковые поверхности образца остаются свободными. Давление на образец осуществляется при помощи специальных штампов, характер перемещения которых регулируется при помощи гидравлической системы. Измерение времен распространения волн в образце производится теми же способами, что и при нормальном давлении (см. рис. 11.11). Нижний торец образца опирается на жесткую массивную подставку. На рис. 11.12 приведены осциллограммы регистрации отраженных P- и S-волн по схеме рис. 11.11, б при различных одноосных давлениях. Отчетливо видны изменение времен вступлений от нижней границы образца (песчаник), а также вариации амплитуд импульсов. Следует
отметить, что на образцах со свобод-
^ _ S
V V 2,5 мкс
ными боковыми поверхностями трудно создать достаточно большие давления, поскольку в этом случае быстро может
1 MKC
Рис. 11.12. Осциллограммы записей отраженных P- и S-волн от торцевых плоскостей образца песчаника при различных давлениях P (МПа):
I — /»-0,1; 2 — />-4,1;3 — /»- 8.4; 4 — P-- 12,4; S-P-16 J (по Г. Д. Ушакову).
203
Часть III. Методы структурной сейсмологии
начаться образование микротрещин, изменяющих структуру вещества. Кроме того, в рассматриваемом варианте практически невозможно проводить эксперименты со слабосцементированными образцами типа коллекторов нефти и газа. В связи с этим подавляющая часть исследований проводится при всестороннем давлении на образец. Последний помещается в цилиндрическую камеру и обжимается с боковых сторон через специальные манжеты. Для больших давлений порядка 15 кбар (1500 МПа) изначально размеры образцов уменьшаются. Увеличение давления достигается при помощи специальных мультипликаторов (гидроусилителей) [Исследование..., 1977]. В камерах всестороннего давления датчики располагаются в торцевых частях образца и измерение времени осуществляется на прямых волнах.
Во многих установках высокого давления одновременно производятся опыты по влиянию температуры на величины скоростей. Для этого вокруг образца располагается электрическое нагревательное устройство. Обычно удается производить измерение до 400 °С. Влияние отрицательных температур на упругие свойства горной породы изучается в специальных холодильных камерах до минус 30 °С.
Основные результаты изучения образцов горных пород и некоторых материалов приведены в гл. 2. Моделирование задач структурной сейсмологии. Как уже отмечалось выше, методы исследований в структурной сейсмологии, особенно на этапе обработки и интерпретации данных, базируются на модельных представлениях. В связи с этим уже на самом раннем этапе развития сейсмологии возникла задача исследования особенностей волновых полей для тех или иных типичных ситуаций. В первый период преобладало математическое моделирование кинематических задач. В конце 40-х годов возникла необходимость более строгой расшифровки динамики отраженных и преломленных, в первую очередь, продольных волн с целью более полного понимания структуры сейсмограмм. Эта задача решалась параллельно в двух направлениях: развитие математических методов динамической теории распространения сейсмических волн ([Вопросы..., 1957] и последующие выпуски), лабораторное физическое моделирование на ультразвуковых частотах [Ивакин, 1969]. В обоих направлениях за последние десятилетия достигнуты значительные успехи, и в настоящее время оба подхода дополняют друг друга. Отметим еще, что наряду с лабораторным физическим развивалось натурное моделирование [Берзон и др., 1962], т. е. детальное изучение волновых полей в районах с большим объемом априорной геолого-геофизической информации.
