Сейсмический источник

редактировать

Сейсмический источник с пневматической пушкой (30 литров)

A Сейсмический источник - это устройство, которое генерирует контролируемые сейсмические данные энергия, используемая для выполнения сейсморазведки как отражением, так и преломлением. Сейсмический источник может быть простым, например динамит, 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 среду, такую как вода или слои горных пород. Некоторые из волн затем отражают и преломляют и регистрируются приемниками, такими как геофоны или гидрофоны.

Сейсмические источники могут использоваться для исследования неглубокая структура недр, для инженерной характеристики участка или для изучения более глубоких структур, либо при поиске месторождений нефти и полезных ископаемых, либо для картирования подземных разломов, либо для других научных исследований. Возвращаемые сигналы от источников обнаруживаются сейсмическими датчиками (геофонами или гидрофонами ) в известных местоположениях относительно положения источника. Затем записанные сигналы подвергаются специальной обработке и интерпретации для получения понятной информации о геологической среде.

Содержание

1 Модель источника
2 Типы источников
- 2.1 Молот
- 2.2 Взрывчатые вещества
- 2.3 Пневматическая пушка
- 2.4 Плазменный источник звука
- 2.5 Самосвал
- 2.6 Источник энергии электромагнитного импульса (невзрывоопасный)
- 2.7 Сейсмический вибратор
- 2.8 Источники бумеров
- 2.9 Источники шума
3 См. Также
4 Ссылки
5 Библиография
6 Внешние ссылки

Модель источника

Сигнал сейсмического источника имеет следующие характеристики:

Генерирует импульс сигнал
Ограничение диапазона
Сгенерированные волны изменяются во времени

Обобщенное уравнение, которое показывает все вышеперечисленные свойства:

s (t) = β e - α t 2 грех ⁡ (2 π fmaxt) {\ displaystyle s (t) = \ beta e ^ {- \ alpha t ^ {2}} \ sin (2 \ pi f_ {max} t)}

s (t) = \ beta e ^ {{- \ alpha t ^ {2}}} \ sin (2 \ pi f _ {{max}} t)

где $fmax {\ displaystyle f_ {max}}$ $f _ {{max}}$ - это максимальная частотная составляющая генерируемого сигнала.

Ty Источники

Молот

Самый простой сейсмический источник - это кувалда, ударяющая либо непосредственно о землю, либо, чаще ударяя металлическую пластину о землю, как известно как молоток и тарелка. Используется для сейсмических исследований рефракции на глубине до 20 м от поверхности.

Взрывчатые вещества

Взрывчатые вещества, наиболее широко используемые в качестве сейсмических источников, известны как желатин динамиты. Эти динамиты разделены на три подкатегории: прямые желатины, в которых активным компонентом является нитроглицерин, также известный как тринитрат глицерина с химической формулой C3H5 (ONO2) 3, аммиачные желатины, в которых нитрит аммиака с химической формулой NH₄NO₃ как активный компонент и полужелатины, состав которых в основном состоит из нитроглицерина.

При детонации взрывчатые вещества очень быстро выделяют большие объемы расширяющегося газа, создавая большое давление на окружающую среду в виде сейсмических волн.

Использование взрывчатых веществ в качестве сейсмических источников применялось на практике в течение десятилетий из-за их надежности и энергоэффективности. Такие источники чаще всего используются на суше и в болотистой местности из-за большой толщины отложений. Типичные размеры зарядов, используемых 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.

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, использование взрывчатых веществ становится ограниченным в определенных областях, что вызывает снижение и рост популярности альтернативных источников.

Например, гексанитростильбен был основным взрывчатым веществом в глушителях минометных снарядов, использованных в рамках лунных активных сейсмических экспериментов Apollo. 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

Пневматический пистолет используется для морских отражений и исследований преломления. Он состоит из одной или нескольких пневматических камер, которые находятся под давлением сжатого воздуха от 14 до 21 МПа (от 2000 до 3000 фунт-сила / дюйм). Пневматические пушки погружаются под поверхность воды и буксируются за кораблем. При выстреле из пневматического пистолета срабатывает соленоид, который выпускает воздух в камеру сгорания, что, в свою очередь, приводит в движение поршень, тем самым позволяя воздуху выходить из основной камеры и создавая импульс акустической энергии.. Массив воздушных пушек может состоять из 48 отдельных пневматических пушек с камерами разного размера, стреляющих согласованно, с целью создания оптимальной начальной ударной волны с последующей минимальной реверберацией воздушного пузыря (пузырей).

Пневматические пистолеты изготавливаются из коррозионностойкой нержавеющей стали высших марок. Большие камеры (то есть 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

Плазменный источник звука, запущенный в небольшом бассейне

A Плазменный источник звука (PSS), иначе называемый источником звука с искровым промежутком, или просто спаркер, это средство создания импульсов очень низкой частоты сонара 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. Большая часть производимого звука находится в диапазоне от 20 до 200 Гц, что полезно как для сейсмических, так и для сонарных приложений.

Также есть планы использовать PSS в качестве несмертельного оружия против подводных водолазов.

Thumper truck

Thumper trucks, Noble Energy, северная Невада 2012.

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

вибросейсмический

вибросейсмический 2

A самосвал (или грузовик сброса груза) - 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. Чтобы увеличить сигнал, вес может быть опущен 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 ударники используют технологию под названием «Accelerated Weight Drop » (AWD), где газ под высоким давлением (мин. 7 МПа (1000 фунт-сила / дюйм)) используется для ускорения тяжелого вес молот (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 вредными для окружающей среды, чем выстрелы взрывчатых веществ в пробоины, 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)

Источники ЭМИ, основанные на электродинамических и электромагнитных принципах.

Сейсмический вибратор

A сейсмический вибратор распространяет энергетические сигналы в Землю в течение длительного периода времени, в отличие от почти мгновенной энергии, обеспечиваемой импульсными источниками. Записанные таким образом данные должны быть коррелированы для преобразования сигнала расширенного источника в импульс. Исходный сигнал с использованием этого метода изначально генерировался сервоуправляемым гидравлическим вибратором или вибратором, установленным на мобильном базовом блоке, но были также разработаны электромеханические версии.

Метод разведки «Вибросейс» был разработан Continental Oil Company (Conoco) в 1950-х годах и являлся товарным знаком до тех пор, пока не истек срок действия патента компании.

Источники Boomer

Источники звука Boomer используются для сейсмических исследований 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 он 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.

Первоначально накопительные конденсаторы были помещены в стальной контейнер (ударная коробка ) на исследовательском судне. Используемое высокое напряжение, обычно 3000 В, требовало тяжелых кабелей и прочных защитных контейнеров. В последнее время стали доступны низковольтные бумеры. 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

Основанные на корреляции методы обработки также позволяют сейсмологам получать изображения недр Земли в различных масштабах с использованием естественного (например, океанический микросейсм) или искусственного (например, городского) фонового шума. как сейсмический источник. Например, в идеальных условиях равномерного сейсмического освещения корреляция шумовых сигналов между двумя сейсмографами обеспечивает оценку двунаправленной сейсмической импульсной характеристики.

См. Также

Ссылки

^RE Шериф (2002) стр.160 и стр 182
^Р.Э. Sheriff (2002) p312
^Моделирование распространения сейсмических волн и инверсия, Фил Бординг Архивировано 8 февраля 2008 г. в Wayback Machine
^ Старк, Андреас (2010). Сейсмические методы и приложения. Универсальные издатели. С. 177–178. ISBN 9781599424439.
^«Взрывчатое вещество | химический продукт». Британская энциклопедия. Проверено 9 октября 2018 г.
^ 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 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.
^ 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.
^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.
^справочная публикация НАСА
^R.E. Шериф (2002) стр. 6-8
^Р.Э. Шериф (2002) p328
^R.E. Шериф (2002) с. 357
^Чинениезе, Маду. «Типы источников сейсмической энергии для разведки месторождений 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.
^Sheriff RE, 1991, Энциклопедический словарь разведочной геофизики, Society of Exploration Geophysicists, Tulsa, 376p
^Jopling JM, Forster PD, Holland DC и Hale RE, 2004, Источник сейсмических звуков низкого напряжения, Патент США № 6771565
^RE Sheriff (2002) стр. 295

Библиография

Кроуфорд, Дж. М., Доти, ВЕН и Ли, М. Р., 1960, Сейсмограф с непрерывным сигналом: Геофизика, Общество геофизиков-исследователей, 25, 95–105.
Роберт Э. Шериф, Энциклопедический словарь прикладной геофизики (Геофизический справочник № 13), 4-е издание, 2002 г., 429 стр. ISBN 978-1560801184.
Снайдер, Рул (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. doi : 10.1103 / Physreve.69.046610. ISSN 1539-3755.
Моделирование распространения сейсмических волн и инверсия, Фил Бординг [1]
Вывод уравнения сейсмических волн можно найти здесь. [2]

Внешние ссылки