Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Эта статья об искусственных сейсмических источниках. Для естественных сейсмических источников см землетрясение .
Сейсмический источник с пневматической пушкой (30 литров)

Сейсмический источник представляет собой устройство , которое генерирует контролируемое сейсмическую энергию , используемую для выполнения как отражения и преломление сейсмических исследований. Сейсмический источник может быть простым, например динамитом , или он может использовать более сложные технологии, такие как специализированная пневматическая пушка. Сейсмические источники могут обеспечивать одиночные импульсы или непрерывные колебания энергии, генерируя сейсмические волны , которые проходят через такую среду , как вода или слои горных пород . Некоторые из волн затем отражаются и преломляются и регистрируются приемниками, такими как геофоны илигидрофоны . [1]

Сейсмические источники могут использоваться для исследования неглубокой структуры недр , для определения характеристик площадки или для изучения более глубоких структур, либо при поиске месторождений нефти и полезных ископаемых, либо для картирования подземных разломов или для других научных исследований. Возвращаемые сигналы от источников обнаруживаются сейсмическими датчиками ( геофонами или гидрофонами ) в известных местах относительно положения источника. Записанные сигналы затем подвергаются специальной обработке и интерпретации для получения понятной информации о геологической среде. [2]

Исходная модель [ править ]

Сигнал сейсмического источника имеет следующие характеристики:

  1. Генерирует импульсный сигнал
  2. Ограниченная группа
  3. Сгенерированные волны изменяются во времени

Обобщенное уравнение, которое показывает все вышеупомянутые свойства:

где - максимальная частотная составляющая генерируемого сигнала. [3]

Типы источников [ править ]

Hammer [ править ]

Самый простой сейсмический источник - это кувалда , которая либо ударяет напрямую о землю, либо, чаще, ударяет о металлическую пластину на земле, известную как молот и пластина. Полезно для сейсмических исследований преломления на глубине до 20 м от поверхности.

Взрывчатые вещества [ править ]

Взрывчатые вещества, наиболее широко используемые в качестве сейсмических источников, известны как желатиновые динамиты . Эти динамиты разделены на три подкатегории: прямые желатины, в которых нитроглицерин , также известный как тринитрат глицерина с химической формулой C3H5 (ONO2) 3, является активным компонентом, желатины аммиака, в которых нитрит аммиака с химической формулой NH₄NO₃ в качестве активного компонента, и полу желатины, в состав которых входят в основном нитроглицерин. [4]

При детонации взрывчатые вещества очень быстро высвобождают большие объемы расширяющегося газа [5], создавая большое давление на окружающую среду в виде сейсмических волн. [6]

Использование взрывчатых веществ в качестве сейсмических источников применяется на практике в течение десятилетий из-за их надежности и энергоэффективности. [7] Такие источники чаще всего используются на суше и в болотистой местности из-за большой толщины отложений. [6] Типичные размеры заряда, используемые в полевых условиях для исследований отражения, составляют от 0,25 кг до 100 кг для источников с одним отверстием, от 0,25 кг до 250 кг или более для источников с несколькими отверстиями и могут достигать 2500 кг или более для исследований по отражению. [4]

Хотя динамит и другие взрывчатые вещества являются эффективными сейсмическими источниками из-за их низкой стоимости, простоты транспортировки в труднопроходимой местности и отсутствия регулярного технического обслуживания по сравнению с другими источниками [8], использование взрывчатых веществ становится ограниченным в определенных областях, что приводит к снижению и увеличению популярность альтернативных сейсмических источников. [7]

Например, гексанитростильбен была главная заливкой взрывчатого вещества в Thumper растворных круглых контейнеров , используемых в качестве части Apollo Lunar активных сейсмических экспериментов . [9] Обычно заряды взрывчатого вещества размещаются на глубине от 6 до 76 метров (от 20 до 250 футов) под землей в скважине, пробуренной с помощью специального бурового оборудования для этой цели. Этот тип сейсмического бурения часто называют «бурением взрывных скважин». Обычная буровая установка, используемая для "бурения дроби" - это буровая установка ARDCO C-1000, установленная на тележке ARDCO K 4X4. Эти буровые установки часто используют воду или воздух для облегчения бурения.

Пневматический пистолет [ править ]

Пневматический пистолет используется для морских исследований отражения и преломления. Он состоит из одной или нескольких пневматических камер, в которых сжатый воздух находится под давлением от 14 до 21 МПа (от 2000 до 3000 фунт-сила / дюйм 2.). Пневматические пушки погружаются ниже поверхности воды и буксируются за сейсмическим кораблем. Когда выстреливается воздушный пистолет, срабатывает соленоид, который выпускает воздух под высоким давлением из одной камеры в заднюю часть челнока, который обычно удерживается в равновесии между двумя камерами с одинаковым давлением. Мгновенное снижение давления воздуха в первой камере позволяет шаттлу быстро перемещаться в первую камеру, высвобождая воздушный резервуар высокого давления, который находится позади шаттла во второй камере, через порты прямо в море, создавая импульс акустической энергии. [10]Массивы пневматических пистолетов могут состоять из 48 отдельных пневматических пистолетов с камерами разного размера, или определенные объемы пневматических пистолетов могут быть сгруппированы вместе. Выстрел всего массива управляется контроллером пистолета и обычно выполняется с точностью ± 1 или 2 миллисекунды, цель состоит в том, чтобы создать оптимальную начальную ударную волну с последующей минимальной реверберацией пузырька (ов) воздуха. Поскольку челнок намагничен, быстрое движение в первую камеру при отпускании значения соленоида обеспечивает небольшой ток, который фактически является синхронизирующим сигналом для стреляющего пистолета, который возвращается в контроллер пистолета. Гидрофон ближнего поля, расположенный на известном измеренном расстоянии от порта пушки, также можно использовать для измерения времени первого сигнала прерывания, поступающего в гидрофон, для точной проверки синхронизации пушки.

Обслуживание пневматического пистолета важно, поскольку оно может дать сбой; наихудший сценарий - это автоматический огонь, когда пистолет фактически срабатывает многократно несинхронно из-за неисправности самого пистолета, например, поврежденного электромагнитного клапана или протекающего уплотнительного кольца пистолета. Одиночная автоспусковая пушка может привести к повреждению общей сигнатуры пузыря массива и, если ее не обнаружить, может привести к повторной съемке многих сейсмических линий только для одной самозарядной пушки, когда неисправность обнаружена во время начальной обработки данных.

При нормальном обращении для развертывания и подъема пневматические пистолеты никогда не должны находиться под полным давлением до оптимального рабочего давления на палубе. Нормальной практикой является опускание пневматических пушек до 500 фунтов на кв. Также плохой и опасной практикой является испытание огнестрельного оружия на палубе в воздухе под давлением. Также должна быть предусмотрена система изоляции для предотвращения случайного выстрела из орудий на палубе наблюдателями или штурманами по ошибке. Выбросы воздуха под высоким давлением на палубе могут привести к ампутации пальцев, а также к травме под высоким давлением через кожу, которая практически не поддается лечению и приводит к смертельному исходу в сейсмической среде. Артиллеристы должны носить необходимые средства индивидуальной защиты. чтобы защитить глаза и слух и свести к минимуму воздействие на непокрытую кожу.

Пневматические пистолеты изготавливаются из коррозионностойкой нержавеющей стали высшего сорта. Большие камеры (т.е. больше 1 л или 70 куб. Дюймов) имеют тенденцию давать низкочастотные сигналы, а маленькие камеры (менее 1 л) дают более высокочастотные сигналы.

Плазменный источник звука [ править ]

Плазменный источник звука в небольшом бассейне

Плазменный источник звука (ПСС), в противном случае называется источником звука искровой промежуток , или просто спаркер , является средством создания очень низкой частоты гидроакустического импульса под водой. При каждом зажигании электрический заряд накапливается в большой высоковольтной батарее конденсаторов , а затем высвобождается в виде дуги на электродах в воде. Подводный искровой разряд создает плазменный и паровой пузырь высокого давления, который расширяется и схлопывается , издавая громкий звук. [11] Большая часть производимого звука находится в диапазоне от 20 до 200 Гц, что полезно как для сейсмических, так и для сонарных приложений.

Есть также планы использовать PSS в качестве несмертельного оружия против подводных водолазов [ необходима цитата ] .

Грузовик Thumper [ править ]

Грузовики Thumper, Noble Energy , северная Невада, 2012 г.

В 1953 году метод сброса веса был представлен как альтернатива источникам динамита.

Вибросейс
Вибросейс 2

Thumper грузовик (или вес капли) грузовик установлен автомобиль-система воздействия заземления , которые могут быть использованы для обеспечения сейсмического источника. Тяжелый груз поднимается с помощью подъемника в задней части грузовика и опускается, как правило, примерно на три метра, чтобы удариться (или «удариться») о землю. [12] Чтобы увеличить сигнал, весовой коэффициент может быть опущен более одного раза в одном и том же месте, сигнал также может быть увеличен путем ударов в нескольких соседних местах в массиве, размеры которого могут быть выбраны для усиления сейсмического сигнала с помощью пространственной фильтрации.

Более продвинутые молотки используют технологию, называемую « ускоренное падение веса » (AWD), где газ под высоким давлением (мин. 7 МПа (1000 фунтов силы / дюйм 2 )) используется для ускорения тяжелого молота (5000 кг (11000 фунтов)) до ударил базовую пластину , соединенную с землей на расстоянии от 2 до 3 м (6 футов 7 до 9 футов 10 дюймов). Несколько ударов накладываются друг на друга для улучшения отношения сигнал / шум. AWD позволяет больше энергии и больше контролировать источник, чем гравитационное падение веса, обеспечивая лучшее проникновение на глубину и контроль частотного содержания сигнала.

Удары могут быть менее вредными для окружающей среды, чем выстрелы взрывчатых веществ в пробоины, [13] [ необходима цитата ], хотя сильно ударяемая сейсмическая линия с поперечными гребнями через каждые несколько метров может создать длительное нарушение почвы. Преимущество грохота (позже разделенного с Vibroseis), особенно в политически нестабильных районах, состоит в том, что не требуется взрывчатка.

Источник энергии электромагнитного импульса (невзрывоопасный) [ править ]

Источники ЭМИ на основе электродинамического и электромагнитного принципов.

Сейсмический вибратор [ править ]

Сейсмический вибратор распространяет энергии сигналов в Землю в течение длительного периода времени , в отличие от практически мгновенного энергии , обеспечиваемого импульсным воздействием источников. Записанные таким образом данные необходимо скоррелировать, чтобы преобразовать сигнал расширенного источника в импульс. Исходный сигнал с использованием этого метода первоначально генерировался сервоуправляемым гидравлическим вибратором или вибратором, установленным на мобильном базовом блоке, но были разработаны и электромеханические версии.

Метод разведки «Вибросейс» был разработан Continental Oil Company (Conoco) в 1950-х годах и являлся товарным знаком до истечения срока действия патента компании .

Источники бумеров [ править ]

Источники звука Boomer используются для сейсморазведки на мелководье, в основном для инженерных изысканий. Бумеры буксируются на плавучих санях за исследовательским судном. Подобно источнику плазмы, источник бумеров накапливает энергию в конденсаторах, но разряжается через плоскую спиральную катушку вместо того, чтобы генерировать искру. Медная пластина, прилегающая к катушке, отклоняется от катушки по мере разряда конденсаторов. Это изгибание передается воде в виде сейсмического импульса. [14]

Первоначально накопительные конденсаторы размещались в стальном контейнере ( взрывной коробке ) на исследовательском судне. Используемое высокое напряжение, обычно 3000 В, требовало тяжелых кабелей и прочных защитных контейнеров. В последнее время стали доступны низковольтные бумеры. [15] В них используются конденсаторы на буксируемых салазках, обеспечивающие эффективное восстановление энергии, источники питания с более низким напряжением и более легкие кабели. Системы низкого напряжения, как правило, проще в развертывании и вызывают меньше проблем с безопасностью.

Источники шума [ править ]

Основанные на корреляции методы обработки также позволяют сейсмологам получать изображения недр Земли в различных масштабах, используя естественный (например, океанический микросейсм) или искусственный (например, городской) фоновый шум в качестве сейсмического источника. [16] Например, в идеальных условиях равномерного сейсмического освещения корреляция шумовых сигналов между двумя сейсмографами обеспечивает оценку двунаправленной сейсмической импульсной характеристики .

См. Также [ править ]

  • Отражательная сейсмология
  • Сейсмическая рефракция

Ссылки [ править ]

  1. ↑ RE Sheriff (2002) p160 и p 182
  2. ^ RE Шериф (2002) P312
  3. ^ Сейсмическое Распространение волн Моделирование и Inversion, Фил Bording архивация 2008-02-08 в Wayback Machine
  4. ^ a b Старк, Андреас (2010). Сейсмические методы и приложения . Универсальные издатели. С. 177–178. ISBN 9781599424439.
  5. ^ «Взрывоопасный | химический продукт» . Британская энциклопедия . Проверено 9 октября 2018 .
  6. ^ а б Маду, AJC; Эз, CL; Отуокере, ИП (2017). «Исследование возможного воздействия взрывоопасного источника сейсмической энергии 2, 4, 6-тринитротолуола (TNT) на содержание нитратов в подземных водах в районе Сагбама, дельта Нигера, Нигерия». Научно-исследовательский журнал техники и технологий . 8 (1): 63. DOI : 10,5958 / 2321-581x.2017.00010.1 . ISSN 0976-2973 . 
  7. ^ а б Йордкайхун, Савасди; Иванова, Александра; Гизе, Рюдигер; Джухлин, Кристофер; Косма, Калин (январь 2009 г.). «Сравнение поверхностных сейсмических источников на площадке CO2SINK, Кетцин, Германия» . Геофизические исследования . 57 (1): 125–139. Bibcode : 2009GeopP..57..125Y . DOI : 10.1111 / j.1365-2478.2008.00737.x . ISSN 0016-8025 . 
  8. ^ Strobbia, C .; Vermeer, P .; Глущенко, А .; Лааке, А. (2008-06-08). Достижения в обработке поверхностных волн для определения характеристик приповерхностной сейсмики . 71-я конференция и выставка EAGE - Семинары и экскурсии . Нидерланды: EAGE Publications BV. DOI : 10.3997 / 2214-4609.201404894 . ISBN 9789462821033.
  9. ^ Справочная публикация НАСА
  10. ^ RE Sheriff (2002) p6-8
  11. ^ RE Шериф (2002) P328
  12. ^ RE Шериф (2002) P357
  13. ^ Chinenyeze, Мад. «Типы источников сейсмической энергии для разведки нефти в пустынях, засушливых землях, болотах и ​​в морской среде в Нигерии и других странах Африки к югу от Сахары». Международный журнал науки и исследований (IJSR) . 6 .
  14. ^ Sheriff RE, 1991, энциклопедический словарь разведочной геофизики, Общество геофизиков, Tulsa, 376p
  15. ^ Jopling JM, Forster PD, Holland DC и Hale RE, 2004, Low Voltage Сейсмического Источник звука, патент США № 6771565
  16. ^ RE Шериф (2002) P295

Библиография [ править ]

  • Кроуфорд, Дж. М., Доти, ВЕН и Ли, М. Р., 1960, Сейсмограф с непрерывным сигналом: геофизика, Общество геофизиков-разведчиков, 25, 95–105.
  • Роберт Э. Шериф, Энциклопедический словарь прикладной геофизики (Геофизические ссылки № 13), 4-е издание, 2002 г., 429 стр. ISBN 978-1560801184 . 
  • Снидер, Роэл (2004-04-29). «Извлечение функции Грина из корреляции кодовых волн: вывод на основе стационарной фазы». Physical Review E . Американское физическое общество (APS). 69 (4): 046610. Bibcode : 2004PhRvE..69d6610S . DOI : 10.1103 / physreve.69.046610 . ISSN  1539-3755 .
  • Моделирование распространения и инверсии сейсмических волн, Фил Бординг [1]
  • Вывод уравнения сейсмических волн можно найти здесь. [2]

Внешние ссылки [ править ]

  • Фотографии грузовиков Thumper в действии
  • Прогулочные тропы Arctic Refuge
  • Тропы Юты
  • Исследование нейтрализации нелетальных пловцов, проведенное Техасским университетом, май 2002 г., стр. 42
  • Vibroseis, Omnilaw International, Техасская корпорация
  • Иллюстрация вибросейсмической съемки при съемке наземной сейсморазведки 3D