Методы и объекты сейсмических исследований. Введение в общую сейсмологию - Пузырев Н.Н.
Скачать (прямая ссылка):
Следует подчеркнуть, что обратная зависимость между интенсивностью возбуждения и преобладающей частотой в спектре имеет место для всех видов естественных и искусственных источников.
Вместо взрыва BB в последнее время применяют также воздействия в скважине при помощи электроразрядника, на электроды которого подается высокое напряжение импульсного типа.
Взрывные источники долгое время были единственными при сейсмических исследованиях на акваториях. В настоящее время они применяются только в глубоководных частях морей и океанов вне шельфовых зон. Главной особенностью взрыва в толще воды на некоторой глубине А от поверхности моря является наличие так называемых повторных ударов, когда вслед за главным толчком следует ряд повторных толчков со все уменьшающимися интенсивностью и периодом T следования. Период T при взрыве в воде с плотностью р я 1 г/см3 подчиняется следующей зависимости [Уотерс, 1981 ]:
где гт — максимальный радиус расширяющейся сферы (см); P0 — гидростатическое давление на уровне очага (дин/см2). Наличие повторных ударов имеет следующее физическое объяснение. После момента взрыва заряда q образуется определенный объем газа в виде некоторой сферы (пузыря), быстро расширяющейся. Через некоторое короткое время давление на поверхности сферы достигает
(4.1)
59
Часть I. Общие вопросы теории и методики
статического давления P0 столба жидкости, но после этого сфера по инерции продолжает расширяться, достигая определенного предела. Вслед за этим под действием статического давления жидкости газовый пузырь начинает уменьшаться в объеме („всхлопываться"), а давление внутри него увеличиваться. Результатом этого является повторный взрыв газовой смеси с последующим повторным расширением сферы. Этот процесс повторяется до тех пор, пока не будет израсходован имеющийся запас энергии, включая потери на нагревание, рассеяние и излучение. При некоторой малой глубине А газовый пузырь от первого толчка вырывается в воздух, и тогда повторные удары не будут наблюдаться.
При глубинных сейсмических исследованиях на акваториях при большой мощности водной массы взрывы размещаются на такой глубине, при которой импульсы от начального взрыва и первого повторного удара с учетом отражений от поверхности моря складываются оптимально, т. е. приводят к ¦увеличению амплитуды суммарного импульса. Проведенные расчеты и эксперименты показали, что указанное условие соблюдается при глубине приблизительно 70 м [Зверев, 1964; Непрочное, 1976].
В целях сохранения биосферы последние два десятилетия при работах по методу отраженных волн на акваториях применяются так называемые пневматические пушки (аирганы). Принцип действия их состоит в том, что в камеру, опускаемую в толщу воды, нагнетается воздух. При некотором фиксированном давлении при помощи специального устройства газ быстро испускается из камеры, создавая в воде короткий ударный импульс. При исследовании морского дна на высоких частотах используются также специальные искровые источники (спаркеры).
Практически в эксперименте (как на суше, так и на море) не было зафиксировано влияние типа BB (т. е. скорости детонации) на частотный состав колебаний при одной и той же энергии взрыва.
Ударно-механические источники. С давних пор наибольшее применение механические ударные источники нашли в инженерной сейсморазведке малой глубинности („молотковая сейсмика"). Однако в последнее время созданы ударные установки значительной мощности, обеспечивающие в режиме цифрового накопления глубинность исследования в MOB порядка 2—3 км. Рассматриваемые источники реализуют воздействия типа вертикально либо горизонтально направленной силы. В первом случае в установках, как правило, используется принцип падающего груза вдоль вертикальной направляющей. Скорость падения груза на платформу (подставку) чаще всего не превышает 8—10 м/с. Масса падающего груза изменяется в широких пределах и при работах большой глубинности достигает 3 т.
Воздействия типа горизонтальной силы заданного направления осуществляются обычно устройствами маятникового типа. При этом преследуется цель генерации сдвиговых (поперечных) колебаний с заданным направлением плоскости поляризации. Удар производится по выступу в теле платформы, нижняя поверхность которой для лучшего сцепления с грунтом имеет ребра. Платформа прижимается к земле грузом в несколько тонн через низкочастотную развязку. При оптимальном подборе параметров с учетом грунтовых условий удается обеспечить высокую степень чистоты сдвигового воздействия.
Взрывные источники поперечных волн. Наибольшее значение в настоящее время имеют поверхностные взрывные источники 5-волн. Направленность в заданном азимуте обеспечивается за счет асимметрии в области взрыва. Это осуществляется двумя способами. Первый из них состоит в том, что взрыв производится на границе нетронутого и разрыхленного грунта (рис. 4.2, а). Ударные волны в последнем поглощаются во много раз быстрее, чем в нетронутом грунте, вследствие чего взрыв в такой несимметричной среде является в определенной степени аналогом горизонтальной силы. Однако при этом возбуждаются достаточно интенсивно продольные волны. Уровень последних удается во много раз уменьшить при парных воздействиях (+ и -), в которых направление субгоризонтальных сил противоположно. Вычитание одного воздействия из другого, осуществляемое в лабораторных условиях, приводит к синхронному суммированию поперечных и вычитанию продольных волн. Такая фильтрация по признаку направленности в источнике позволяет обеспечить высокую эффективность сдвиговых воздействий в грунтах с относительно малым коэффициентом водонасыщенности. Эффективность воздействий повышается в случае дополнительных полостей и барьеров (см. рис. 4.2, б). В такой конструкции направленность создается за счет как поглощения ударных волн в рыхлом грунте, так и отражения от стенок барьера.
