Способ возбуждения сейсмических сигналов

 

СПОСОБ ВОЗБУЖЦЕНШГ СЕЙСМИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ, основанный на создании упругих деформаций во внутренних участках среды, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности сейсмических исследований , упругие деформации во внутренних участках среды создают путем излучения над поверхностью земли высокочастотных электромагнитных колебаний, модулированных по амплитуде и частоте, в соответствии с заданным сейсмическим сигналом. СО

,4(51) G 01 Ч 1/13

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ н автовснае сведйгаОьствм

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ЛВ М юй Ф Ю (21) 3371549/24-25 (22) 29.12.81 (46) 15.02.85. Бюл. Ф 6 (72) В.В.Тимоизин (7 1) Киевское геофизическое отделение Украинского научно-исследовательского геологоразведочного института (53) 550.83(088.8) (56) 1. Гурвиу И.И. Сейсмическая разведка. М., "Недра", 1980, с. 298-302.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 613276, кл. Ci 01 Ч 1/13, 1978.

3. Патент США Р 3015086, кл. 340-15, опублик.,1973.

4. Авторское свидетельство СССР

Р 269502, кл. 4 01 V 1/02, 1970 (прототип).

„„SU„, 070 А (54) (51) СПОСОБ ВОЗБУЖДЕНИЯ СЕЙСМИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ, основанный на создании упругих деформаций во внутренних участках среды, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения эффективности сейсмических исследований, упругие деформации во внутренних участках среды создают путем излучения над поверхностью земли высокочастотных электромагнитных колебаний, модулированных по амплитуде и частоте, в соответствии с заданным сейсмическим сигналом.

1140070

Изобретение относится к способам возбуждения упругих колебаний при сейсмической разведке и предназначено для использования при сейсмических исследованиях. 5

Известен способ возбуждения сейсмических колебаний во внутренних точках среды при помощи взрывов в скважинах 1 1.

Недостатками этого способа являются необходимость бурения специальньм скважин для погружения в них зарядов взрывчатого вещества, практическая неуправляемость такого источника но Аорме и частоте излу- 15 чаемьм в среду импульсов, а также вред, наносимый окружающей среде бурением скважин и самими взрывами.

Известен также способ возбуждения сейсмических колебаний на по- 20 верхности с помощью взрывньм и ударных источников (21, а также вибрационных источников 531

Недостатками данных способов являются поглощение высоких частот в зоне малых скоростей, а также неуправляемость рассматриваемьм источников по частоте и Аорме.

Наиболее близким к.предлагаемому является способ возбуждения сейсмических сигналов, основанный на создании упругих деАормаций во внутренних точках среды 4).

Однако этот способ характеризуется недостаточной эффективностью сейсмических исследований, обусловленной значительным поглощением возбуждаемых колебаний, особенно высокочастотных их составляющих в зоне малых скоростей, и отсутствием воз- 4О можности согласования амплитудночастотньм характеристик источника с грунтом.

Цель изобретения — повьпиение эААективности сейсмических исследова- 45 ний.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу возбуждения сейсмических сигналов, основанному на создании упругих деформаций во внутренних участках среды, упругие деформации во внутренних участках среды создают путем излучения над поверхностью земли высокочастотных электромагнитньм колебаний,55 модулированных по амплитуде и частоте, в соответствии с заданным сейсмическим сигналом.

Сущность изобретения заключается в том, что в процессе направленного и регулируемого излучения нагревается слой породы внутри среды, за счет чего создают в ней упругие деформации, меняющиеся во времени по закону сейсмического сигнала и распространяющиеся в виде сейсмической волны.

На чертеже приведен пример ðåàлизации предлагаемого способа.

На чертеже обозначени: генератор

1 электромагнитных СВЧ колебаний, модулятор 2, блок 3 задания сейсмического сигнала, антенна 4 (СВЧ) с отражателем, электромагнитные колебания 5, падающие на землю, поверхность 6 земли, почва 7, эона 8 аэрации, водонасыщенные грунты 9, поверхность 10 грунтовых вод, сейсмические колебания 11 график 12 затухания электромагнитных волн в среде нике поверхности земли, эпюры

13 влажности грунтов, источник 14 сейсмических колебаний.

Способ возбуждения сейсмических сигналов заключается в следующем.

На поверхности земли над областью возбуждения колебаний располагается мощний генератор 1 СВЧ колебаний, промодулированних с помощью модулятора 2 сейсмическим сигналом по амплитуде или частоте. СВЧ коле.бания излучаются вниз в среду с помощью антенны 4 с отражателем.

Затем они проходят через поверхность 6 земли, почву 7, зону 8 аэрации и, наконец, попадают в водонасыщенные грунты 9.

Как правило влажность пород в верхней части разреза по глубине распределена в соответствии с эпю рой 13, т.е. в почве 7 и зоне 8 аэрации грунтов влажность m невелика и больная часть пор в породах заполнена воздухом. Вода в этих ненасыщенных грунтах не является свободной и не передает гидростатического давления. Именно поэтому породи в этой зоне обладают высоким коэффициентом поглощения сейсмических колебаний и низкой скорости их распространения. В Сейсмике — это зона малых скоростей (ЗМС). В нижней части зоны 8 аэрации влажность по:род быстро нарастает, а ниже поверхности 10 грунтовых вод составляет

100Х (зона полного насыщения). В

3 114 зоне полного насыщения пород грунтовыми водами резко повышается скорость распространения сейсмичес" ких волн, а также эффективность возбуждения сейсмических колебаний, При распространении электромагнитных волн 11 в горных породах часть их энергии поглощается, притом в тем большей степени, чем выше . влажность пород. В ненасыщенных водой породах зоны аэрации (ЗИС) поглощение электромагнитных колебаний невелико, в то время, как в зоне ниже поверхности грунтовых вод поглощение их резко возрастает, в результате чегд уже на небольшом ин-. тервале (порядка нескольких длин волк) они практически полностью затухают (см. график 12, характеризующий долю энергии, поглощенной на каждой глубине в зависимости от влажности 13 пород).

Вводимые, в среду СВЧ колебания с малыми потерями преодолевают почву .7 и зону 8 аэрации, а затем

25 практически полностью поглощаются в сравнительно небольшом объеме зоны насыщения, залегающей в подошве

ЗМС. При этом в породах в зоне поглощения возникнет тепловой импульс, 30 который благодаря явлению термоупругости трансформируется в сейсмические колебания, в точности пов торяющие закон модуляции СВЧ-колебаний. Несущая частота СВЧ колебаний выбирается таким образом, чтобы обеспечить эффективную передачу их через почву в зону аэрации и оптимальные с точки зрения возбуждения сейсмических колебаний задан4 0 ной частоты размеры зоны э фАек тив но го поглощения электромагнитных волн в зоне насыщения .

Вследствие практической не изме нности физических свойств пород при нагреве их электромагнитным излуч е нием источник сейсмических колеб а1 ний термоупругого типа всегда идеально согласован акустически со средой, т. е. излучает сейсмические волны без потерь в широком диапазо- 5О не частот и в том числе, что очень важно, на высоких частотах. Таким образом, обычно весьма сложная проблема акустического согласования источника со средой, имеющая важное

0070 4 значение в известных способах возбуждения колебаний, в данном способе отсутствует.

Для эффективнЬго использования процесса нагрева слоя породы внутри среды и возбуждения сейсмических колебаний необходимо распределить вводимую в среду тепловую энергию равномерно в достаточно большом объеме, а также обеспечить получение во внутренних точках среды тепловых импульсов с частотными спектрами, соответствующими спектрам сейсмических сигналов.

Эти требования полностью выполняются при формировании тепловых импульсов с помощью модулированного сейсмическими сигналами электромаг-, нитного излучения, вводимого непосредственно во внутренние точки среды и поглощаемого в них породами.

Способ возбуждения колебаний может применяться не только на суше, но и на море и различных водоемах, При этом излучающий объем источника термоупругого типа будет начинаться прямо с поверхности водоема.

Устройство для возбуждения колебаний может располагаться на любом транспортном средстве, перемещаю: щемся по суше, воде или по воздуху.

Наиболее удобно разместить его на судне на воздушной подушке.

При недостаточной мощности регистрации колебаний может осуществляться в режиме накопления от серии возбуждений. Источники рассматриваемого типа могут группироваться, как и источники других типов.

Предлагаемый способ возбуждения сейсмических колебаний является бесконтактным, чем он принципиально отличается от других известных способов. Благодаря этому существенно сокращаются затраты на возбуждение колебаний. Кроме того, устройство, реализующее предлагаемый способ, практически не имеет деталей, подверженных механическому износу и, следовательно, обладает более высокой надежностью, чем устройства, реализующие известные способы возбуждения упругих колебаний в геологических средах, 1! 40070

Составитель В.Большаков

Редактор М.Петрова Техред С.йовжий Корректор С.Черни

Заказ 258/35 Тираж 748 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4