Сейсмический источник - Википедия - Seismic source

Эта статья об искусственных сейсмических источниках. Для естественных сейсмических источников см. землетрясение.
Сейсмический источник с пневматической пушкой (30 литров)

А сейсмический источник это устройство, которое генерирует контролируемые сейсмический энергия используется для выполнения обоих отражение и преломление сейсмические исследования. Сейсмический источник может быть простым, например динамит, или он может использовать более сложные технологии, такие как специализированный пневматический пистолет. Сейсмические источники могут обеспечивать одиночные импульсы или непрерывные колебания энергии, генерируя сейсмические волны, которые проходят через средний Такие как воды или слои горные породы. Некоторые волны тогда отражать и преломлять и записываются приемниками, такими как геофоны или же гидрофоны.[1]

Сейсмические источники могут использоваться для исследования мелководных недра структуры, для определения характеристик строительной площадки или для изучения более глубоких структур, либо в поисках месторождений нефти и полезных ископаемых, либо для картирования подземных разломов, либо для других научных исследований. Обратные сигналы от источников регистрируются сейсмическими датчиками (геофоны или же гидрофоны ) в известных местоположениях относительно положения источника. Записанные сигналы затем подвергаются специальной обработке и интерпретации для получения понятной информации о геологической среде.[2]

Исходная модель

Сигнал сейсмического источника имеет следующие характеристики:

  1. Создает импульс сигнал
  2. Ограниченная группа
  3. Сгенерированные волны изменяются во времени

Обобщенное уравнение, которое показывает все вышеупомянутые свойства:

куда - максимальная частотная составляющая генерируемого сигнала.[3]

Типы источников

Молоток

Самый простой сейсмический источник - это кувалда, либо ударяя напрямую о землю, либо чаще ударяя металлическую пластину о землю, известную как молот и пластина. Полезно для сейсмики преломление исследования на глубине до 20 м от поверхности.

Взрывчатые вещества

Взрывчатые вещества наиболее широко используемые в качестве сейсмических источников известны как желатин. динамит. Эти динамиты разделены на три подкатегории: простые 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 является активным компонентом, и полужелатины, состав которых состоит в основном из нитроглицерина.[4]

При детонации взрывчатые вещества очень быстро выделяют 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 упадку и росту популярности альтернативных сейсмических источников.[7]

Например, гексанитростильбен был основным взрывчатым веществом в топор минометный снаряд канистры, используемые в составе Лунные активные сейсмические эксперименты Apollo.[9] Как правило, 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

An пневматический пистолет используется для морских отражение и рефракционные исследования. Он состоит из одного или нескольких пневматический камеры, находящиеся под давлением сжатого воздуха от 14 до 21 МПа (от 2000 до 3000 фунт-сила / дюйм2). Пневматические пушки погружаются под поверхность воды и буксируются за кораблем. При выстреле из пневматического пистолета срабатывает соленоид, который выпускает воздух в камеру сгорания, который, в свою очередь, заставляет поршень двигаться, тем самым позволяя воздуху выходить из основной камеры и создавая импульс акустический энергия.[10] Массив пневматических пистолетов может состоять из 48 отдельных пневматических пистолетов с камерами разного размера, стреляющих согласованно, с целью создания оптимальной начальной ударной волны с последующей минимальной реверберацией воздушного пузыря (ов).

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

Плазменный источник звука

Плазменный источник звука в небольшом бассейне

А плазменный источник звука (PSS), иначе называемый источник звука с искровым разрядником, или просто спаркер, это средство сделать очень низкую частоту сонар пульс под водой. При каждом срабатывании электрический заряд накапливается в большом высоковольтном аккумуляторе. конденсаторы, а затем высвободился в виде дуги через электроды в воде. Подводный искровой разряд создает плазму и паровой пузырь высокого давления, который расширяется. и рушится, издавая громкий звук.[11] Большая часть воспроизводимого звука находится в диапазоне от 20 до 200 Гц, что полезно для обоих сейсмический и сонар Приложения.

Также есть планы использовать PSS в качестве нелетальное оружие против подводных водолазов[нужна цитата ].

Грузовик

Грузовики-самосвалы, Благородная энергия, северная Невада 2012.

В 1953 году метод сброса веса был представлен в качестве альтернативы источникам динамита.

Вибросейс
Вибросейс 2

А грузовик Грузовик (или грузовик сброса веса) - это смонтированная на транспортном средстве система столкновения с землей, которая может использоваться для создания 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 можно опустить более одного раза в одном и том же месте, сигнал также может быть увеличен путем удара в несколько соседних мест в массиве, размеры которого могут быть выбраны для усиления сейсмического сигнала с помощью пространственной фильтрации.

Более продвинутые толкатели используют технологию под названием "Ускоренное падение веса"(AWD), где газ под высоким давлением (мин. 7 МПа (1000 фунт-сила / дюйм2)) Используются для ускорения тяжелого веса молотка (5000 кг (11000 фунтов)) ударить 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 опасными для окружающей среды, чем выстрелы взрывчатых веществ в пробоины,[13][нужна цитата ] хотя сейсмическая линия с сильными ударами и 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)

Источники ЭМИ на основе электродинамического и электромагнитного принципов.

Сейсмический вибратор

А сейсмический вибратор распространяет энергетические сигналы в земной шар в течение длительного периода времени, в отличие от почти мгновенной энергии, обеспечиваемой импульсными источниками. Записанные таким образом данные должны быть коррелированный для преобразования сигнала расширенного источника в импульс. Исходный сигнал при использовании этого метода изначально генерировался сервоуправляемым гидравлическим вибратором или шейкер установлен на мобильной базе, но электромеханический версии также были разработаны.

Методика разведки «Вибросейс» была разработана Континентальная Ойл Компани (Коноко) в 1950-х годах и был товарным знаком, пока компания патент истек.

Источники бумеров

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 ( коробка для взрыва) 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

Методы обработки, основанные на корреляции, также позволяют сейсмологам получать изображения недр Земли в различных масштабах, используя естественный (например, океанический микросейсм) или искусственный (например, городской) фоновый шум в качестве источника сейсмических волн.[16] Например, в идеальных условиях равномерного сейсмического освещения корреляция шумовых сигналов между двумя сейсмографами обеспечивает оценку двунаправленного сейсмического сигнала. импульсивный ответ.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ R.E. Шериф (2002) стр.160 и стр.182
  2. ^ R.E. Шериф (2002) стр.312
  3. ^ Моделирование распространения и инверсии сейсмических волн, Фил Бординг В архиве 2008-02-08 в Wayback Machine
  4. ^ а б Старк, Андреас (2010). Сейсмические методы и приложения. Универсальные издатели. С. 177–178. ISBN  9781599424439.
  5. ^ «Взрывоопасный | химический продукт». Энциклопедия Британника. Получено 2018-10-09.
  6. ^ а б Madu, A.J.C .; Eze, C.L .; Отуокере, И.Е. (2017). «Исследование возможного воздействия взрывоопасного источника сейсмической энергии 2, 4, 6-тринитротолуола (TNT) на содержание нитратов в грунтовых водах в районе Сагбама, дельта Нигера, Нигерия». Научно-исследовательский журнал техники и технологий. 8 (1): 63. Дои:10.5958 / 2321-581х.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». Геофизическая разведка. 57 (1): 125–139. Bibcode:2009GeopP..57..125Y. Дои: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 приповерхностных слоев при наземной сейсмике.. 71-я конференция и выставка EAGE - Семинары и полевые поездки. Нидерланды: EAGE Publications BV. Дои:10.3997/2214-4609.201404894. ISBN  9789462821033.
  9. ^ Справочная публикация НАСА
  10. ^ R.E. Шериф (2002) стр. 6-8
  11. ^ R.E. Шериф (2002) 328 с.
  12. ^ R.E. Шериф (2002) 357 стр.
  13. ^ Чиненьезе, Маду. «Типы источников сейсмической энергии для разведки нефти в пустынях, суше, болотах и ​​морской среде в Нигерии и других странах Африки к югу от Сахары». Международный журнал науки и исследований (IJSR). 6.
  14. ^ Шериф Р. Э., 1991, Энциклопедический словарь разведочной геофизики, Общество геофизиков-исследователей, Талса, 376 стр.
  15. ^ Джоплинг Дж. М., Форстер П. Д., Холланд Д. К. и Хейл Р. Э., 2004, Низковольтный сейсмический источник звука, Патент США № 6771565
  16. ^ R.E. Шериф (2002) стр. 295

Библиография

  • Кроуфорд, Дж. М., Доти, В. Э. Н. и Ли, М. Р., 1960, Сейсмограф с непрерывным сигналом: Геофизика, Общество геофизиков-исследователей, 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». Физический обзор E. Американское физическое общество (APS). 69 (4): 046610. Bibcode:2004PhRvE..69d6610S. Дои: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]

внешняя ссылка