| Научный руководитель НИЛ-6 "Виэмтех" |
| д.т.н., профессор Ивашин Виктор Васильевич |
| тел/факс: (8482)-546322, e-mail: NIL-6@tltsu.ru |
Научный руководитель НИЛ-6 "Виэмтех" д.т.н., профессор Ивашин Виктор Васильевич тел/факс: (8482)-546322, e-mail: NIL-6@tltsu.ru
В аппаратурном комплексе инженерной сейсморазведки одним из наиболее важных элементов является источник упругих колебаний, в решающей степени определяющий интенсивность и характеристики возбуждаемых упругих колебаний. В настоящее время наиболее широкое применение в практике инженерных изысканий получили простейшие источники ударного типа – «тампер» (кувалда массой от 4 до 8 кг), «падающий груз» и т.п. Источники этого типа хотя и отличаются максимальной простотой, однако имеют сравнительно небольшую энергию возбуждения и не отличаются ни высокой стабильностью характеристик, ни широкополосным составом возбуждаемых упругих колебаний. В этой связи электродинамический источник «КВАНТ-М» , имеющий фиксированную энергию возбуждения, представляет несомненный интерес, а исследование характеристик возбуждаемых им колебаний является, безусловно, актуальным.
Частотный состав сейсмических волн, полученных с использованием источника типа «тампер» обычно составляет для преломленных волн (первых вступлений) 60–100 Гц, для отраженных 40–60 Гц.
Технологически, для методики КМПВ, кувалда обеспечивает необходимый спектральный состав и экономическую эффективность. Для работ методом МОВ ОГТ, применение которого в инженерной сейсморазведке часто оказывается более эффективным и обеспечивает изучение структурного плана до глубин 100–150 м, необходим более мощный источник с широкополосным спектром для получения центральной частоты спектра отраженных волн 80 Гц и выше и имеющий более стабильные характеристики возбуждаемых упругих волн. Расширение спектра возбуждаемых колебаний в область более высоких частот, кроме того, позволит существенно снизить интенсивность поверхностных волн и повысить эффективность разного рода частотно-временных фильтров, обычно применяемых для выделения более слабых отраженных волн.
Аппаратура и методика полевых работ, условия проведения эксперимента
Опытные работы с источниками упругих колебаний проводились в Краснодарском крае на берегу р. Кубань вблизи пос. Белозерный в форме сравнительных испытаний электродинамического источника «Квант-М» и источника «тампер» (кувалда).
Источник «Квант-М» разработан для изучения верхней части разреза до глубин 100–200 м специалистами Тольяттинского государственного университета (разработчики Ивашин В.В., Иванников Н.А. и др.) по заказу Саратовского специального конструкторского бюро сейсмического приборостроения (СКБ СП). Внешний вид источника представлен на рис 1.
Основные технические характеристики сейсмоисточника «КВАНТ-М», представленные производителем: усилие, создаваемое сейсмоисточником на излучающую плиту – (4÷4,5)•104 Н или (4÷4,5) Тс; длительность силового импульса – 2÷3 мс; частота срабатывания сейсмоисточника – 1 раз в 6 секунд; площадь излучающей плиты – 0,225 м2; габариты излучающей плиты – 500Χ450Χ12 мм; масса сейсмоисточника – 50 кг; масса блока управления сейсмоисточника – 2 кг; габариты блока управления – 200Χ150Χ100 мм; источник питания – автомобильный аккумулятор 12В, 55А•час; режим работы сейсмоисточника – ручной или автоматический.
Источник «тампер» – кувалда массой 5 и 8 кг.
Опытные работы были проведены на грунтовой дороге вдоль реки Кубань. Поверхность грунта достаточно жесткая, возбуждения тампером проводились без подложки (металлической плашки). Источник «Квант-М» также размещался на поверхности грунта без подготовки поверхности.
Для регистрации данных использовалась телеметрическая сейсмостанция «ТЕЛСС-3» производства ООО «ГЕОСИГНАЛ» (г. Москва), представляющая собой 48-канальную 32-разрядную модульную регистрирующую систему (4 канала в модуле). Оцифровка и обработка сигнала производится в модуле, передача цифровых данных и управление модулями производится по кабелю. Управление сейсмостанцией осуществляется с помощью программы, установленной на ноутбук.
Параметры регистрации данных при опытных работах: частота дискретизации 0,5 мс, длина записи 2048 мс, усиление 1, открытый канал, запись в формате SEG-Y IEEE.
В качестве регистрирующих датчиков использовались сейсмоприемники GS-20DX с собственной частотой 10 Гц и верхней граничной частотой 250 Гц.
Приемная система при регистрации имела следующие параметры: количество каналов – 48, шаг между каналами – 2 м.
Рис. 1. Внешний вид электродинамического источника «Квант-М»
Таким образом, из приведенного выше следует, что в целом параметры приемно-регистрирующей системы, включая частотные характеристики сейсмоприемников и тракта сейсмостанции, вполне обеспечивают регистрацию входных сигналов в достаточно широком диапазоне частот, необходимом для корректного сопоставления источников. При этом основные параметры зондирующих сигналов (длина импульса, амплитуда, затухание колебаний) являются сложной функцией конструктивных особенностей источников, поверхностных условий и характеристик грунтов.
В ходе испытаний в работе источника «Квант-М» выявилась особенность: после основного хода массы (движение вниз и передача динамической нагрузки грунту) наблюдались самопроизвольные подпрыгивания всего корпуса источника вверх с отрывом от земли на 2-4 см. Подпрыгивания источника с последующим падением на поверхность грунта приводили к возбуждению повторных упругих импульсов, регистрируемых на времени около 100 мс. Источник помещался на грунт с различной жесткостью, однако подпрыгивания сохранялись.
При работе кувалдой 5 и 8 кг существенных различий в уровне зарегистрированного сигнала и его частотном составе не наблюдалось.
Анализ полученных результатов
Анализ полученных материалов начнем с сопоставления сигналов и спектров импульсов источников «Квант-М» и кувалда 8 кг. На рис. 2 представлены сигналы источников «Квант-М» и кувалда 8 кг, зарегистрированные в ближней зоне (на удалении Δх = 2 м), а также соответствующие им амплитудные спектры. Как видно из рис. 2 (а), сигнал источника «Квант-М» осложнен повторными колебаниями, регистрируемыми на времени свыше 100 мс и обусловленными его подпрыгиванием после каждого срабатывания. Амплитуда этих повторных колебаний составляет порядка 15 % от амплитуды основного максимума, форма их является нестабильной.
Рис. 2. Сигналы источников «Квант-М» (а) и кувалда 8 кг – (в), зарегистрированные в ближней зоне (на удалении 2 м), а также соответствующие им амплитудные спектры (б) и (г) При подобии формы основных импульсов источников «Квант-М» и кувалда 8 кг реальные амплитуды их, как следует из рис. 3, где эти сигналы представлены в одинаковом масштабе, различаются примерно в 3.7 раза.
Рис. 3. Сигналы источников «Квант-М» и кувалда 8 кг, представленные в одном масштабе (удаление 2 м) В качестве примера на рис.4 приведена сейсмограмма, полученная с фланговой расстановкой с источником «Квант-М» (а), а также ее FK-спектр (б). Аналогичные данные, полученные с кувалдой 8 кг, приведены на рис.5. Из этих рисунков видно, что повторные колебания, возникающие после срабатывания источника «Квант-М», хотя и имеют высокую интенсивность, однако, в принципе, не препятствуют регистрации первых вступлений головных волн при работах по методике КМПВ.
Рис.4. Сейсмограмма, полученная с фланговой расстановкой с источником «Квант-М» (а), а также ее FK-спектр (б)
Рис.5. Сейсмограмма, полученная с фланговой расстановкой с источником кувалда 8 кг (а), а также ее FK-спектр (б) Иначе обстоит дело при работе по методике МОВ ОГТ. На рис.6 приведена сейсмограмма, полученная с центральной расстановкой с источником «Квант-М» (а), а также ее FK-спектр (б). Как следует из этой сейсмограммы, интенсивные повторные колебания на временах 100 – 250 мс существенно осложняют регистрацию целевых отраженных волн во всем интервале исследования.
Рис.6. Сейсмограмма, полученная с центральной расстановкой с источником «Квант-М» (а), а также ее FK-спектр (б) Сопоставление источников «Квант-М» и кувалда 8 кг по характеристикам отраженных волн выполнить не удалось, в частности, и по этой причине. Но кроме того, волны этого типа находятся в зоне интерференции с интенсивными волнами поверхностного типа и выделение их даже в благоприятных случаях является непростой задачей.
Так как отраженные и поверхностные волны различаются частотным составом и кажущимися скоростями, изменить соотношение их интенсивностей в зоне интерференции можно с использованием соответствующих F-K фильтров, или специальной обработкой исходных данных, зарегистрированных, например, трехкомпонентными сейсмоприемниками VectorSeis фирмы Input/Output. Однако радикально ослабить поверхностные волны можно только применением более высокочастотного импульсного или вибрационного источника, с частотами возбуждаемых колебаний от 70–80 Гц до 150–200 Гц, значительно превышающими характерные частоты поверхностных волн.
Разработан по заказу ОАО "СКБСП" г.Саратов
На главную
Используются технологии uCoz
