Взрывные и невзрывные источники возбуждения сейсмических колебаний

Для возбуждения сейсмических колебаний могут быть примене­ны взрывные и невзрывные способы.

Взрыв заряда может рассматриваться как сферический излучатель упругих волн. Сферическим излучателем сейсмических волн считается зона радиусом r₂, откуда распространяется чистая упругая волна. В этой зоне происходит разрушение в пределах радиуса r₁, и в зоне r₂—r₁наблюдаются остаточные деформации. Эту зону можно выразить как эквивалентную полость сферического излучателя радиусом R_э, т.е. R_э - r₂._.

Считая, что при взрыве выдерживается принцип подобия, можно определить R_э как

,

где – коэффициент радиуса очага.

Частота собственных колебаний очага

где - частотный коэффициент очага, Гц , .

Если принять Q = 1 кг, то будет определять положение мах спектра колебаний, возбуждаемого при взрыве в данном очаге заряда.

Это означает, что с увеличение массы уменьшается частота собственных колебаний, возбуждаемых взрывом.

Форма возбуждаемых при взрыве колебаний зависит не только от коэффициента , но и от отношений определяющего быстроту затухания собственных колебаний очага. По мере уменьшения этого отношения длительность колебаний возрастает.

Амплитуда регистрируемых колебаний в некоторой точке может быть связана с массой заряда Q соотношением

где - постоянная величина;

n – показатель, зависящий от массы заряда, состава пород, типа волн;

- при малых массах заряда n =1…1,5;

- при больших массах зарядов n уменьшается до 0,2…0,5.

В связи с этим для увеличения амплитуды регистрируемых колебаний необходимо постепенно увеличивать заряд ВВ.

В некоторых случаях применение больших зарядов нецелесообразно, а лучше применять группирование взрывов.

Форма заряда может оказать существенное влияние.

Удлиненные заряды, скважинные заряды обладают меньшей эффективностью, т.к. при их использовании возникают сильные помехи.

Масса зарядов ВВ изменяется от 0,1…0,4 кг до 10…20 кг при использовании МОВ, а при применении МПВ – от 0,1…0,2 кг при изучении зоны малых скоростей до сотен килограммов при исследовании глубоких горизонтов земной коры.

В некоторых случаях используют совместный взрыв нескольких одиночных зарядов одновременно или с небольшим регулируемым запаздыванием. Групповые взрывы способствуют улучшению записи полезных волн.

Максимальный эффект получают при взрыве заряда под зоной малых скоростей, представляющей рыхлые выветренные породы, которые сильно рассеивают и поглощают энергию сейсмических волн.

Хорошие условия для получения интенсивных сейсмических волн создаются при взрыве заряда ВВ в пластичных и обводненных песчано-глинистых породах, а также при размещении заряда ВВ в скважине, забойка которой представлена водой или глинистым раствором.

Параметры расположения зарядов ВВ определяют опытным путем по результатам анализа экспериментальных сейсмических записей. Наиболее интенсивные волны возбуждаются в случае размещения заряда в среде с небольшим отношением .

Массу зарядов выбирают минимальной, но такой, чтобы при максимально допустимом усилении сигналов сейсмической аппаратурой полезные волны можно было обнаружить и использовать для получения сейсмологических результатов.

Сейсмические волны можно возбудить и взрывом заряда ВВ в воздухе. При этом возникает ударная волна, которая на некотором расстоянии от заряда переходит в звуковую волну. Если заряд удален на большое расстояние, образование упругой волны в земле происходит по обычным законам преломления и отражения. Такие взрывы можно применять при исследовании малых глубин.

Широко применяются поверхностные взрывы газовых взрывчатых смесей взрываемых от электровоспламенителя, в массивной металлической камере, диаметром 1…1,5 м и массой около 10 т, лежащей на поверхности. Импульс при взрыве смеси передается грунту. Все устройство смонтировано на шасси самодвижущейся установки и после каждого взрыва перемещается на следующую точку, и взрывные воздействия осуществляются последовательно.

Возникающие колебания суммируются с помощью специального накопителя. Источник возбуждения синхронизируется с регистратором.

Взрыв заряда ВВ в земле может быть источником и поперечных волн при использовании специально направленных взрывов, создающих ассиметричное поле напряжений в среде взрывами на границах искусственных неоднородностей (траншей, камуфлетов, зон разрушения).

При взрывах в воде упругая волна возникает под действием ударной волны, распространяющейся от заряда с уменьшающимся давлением на ее фронте по мере ее движения. Газовые пузыри совершают пульсации, которые создают повторные удары, приводящие к возникновению дополнительных повторных упругих волн в воде. Промежуток времени между двумя последовательными ударами зависят от массы заряда ВВ и глубины погружения заряда.

При морской сейсморазведке там, где запрещен взрыв твердых ВВ, применяют взрыв газовых смесей, или магнитострикционные, электроискровые, пневматические излучатели, создающие электрогидравлический удар.

Для возбуждения сейсмических волн применяют и другие способы: электрогидравлический эффект, удары падающих грузов, вибраторы механического и электромеханического действия.

Непрерывные источники дают сейсмический эффект небольшой мощности и дают эффект, подобный взрыву 50…100 г ВВ в скважине.

Чтобы получить необходимый сейсмический эффект при изучении геологического разреза в одной точке, производят несколько десятков возбуждений, не изменяя положений сейсмоприемников на профиле. Полученные при разных воздействиях на одной и той же точке профиля сейсмические записи складывают, что дает такой же эффект, как и увеличение массы взрываемого в скважине заряда ВВ.