2
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.............................................................5
I МЕТОДЫ И СРЕДСТВА РЕГИСТРАЦИИ СЕЙСМИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ В ГОРНОМ МАССИВЕ.....................................12
1.1 Сейсмические волны, как инструмент
диагностики массива горных пород............................13
1.2 Методы и средства регистрации сейсмических колебаний
в горном массиве............................................22
1.3 Симметричные трехкомпонентные сейсмоприемники...............26
1.4 Горизонтальные и вертикальные электродинамические сейсмоприемники.................................................36
«» г «к г / • 9
II МЕТОДИЧЕСКИЕ И ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ РАСЧЕТА И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИХ СИММЕТРИЧНЫХ
СЕЙСМОПРИЕМНИКОВ................................................45
П.1 Определение положения центра тяжести маятника симме тричного
сейсмоприемника.............................................45
П.2 Оценка максимальной величины удлинения полюсного наконечника и рабочей катушки электродинамического преобразователя
сейсмоприемника.............................................50
ИЗ Определение допустимых углов наклона геометрической оси
приборного контейнера сейсмометра...........................57
11.4 Методика устранения влияния наклона скважины на углы сейсморегистрации и угловые положения равновесия
маятников...................................................60
П.5 Теоретические исследования термокомпенсационных углов раскрутки (закрутки) подвесных пружин для стабилизации коэффициента астазирования сейсмометров.........................65
з
Ш ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА МЕТОДИК.
РАЗРАБОТКА ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИХ СЕЙСМОПРИЕМНИКОВ
МАЯТНИКОВОГО ТИПА...............................................75
ІП.1 Вертикальный длиннопериодный скважинный 12-ти дюймовый
сейсмоприемник (СДС).......................................75
Ш.2 Скважинный симметричный электродинамический трехкомпонентный сейсмоприемник (ССІШ)..........................................87
III.З Сейсмоприемннк полевой разведочный унифицированный трехкомпонентный (СПРУТ-2)....................................109
Ш.4 Симметричный трех компонентный электродинамический
сейсмоприемник (СТСП-2)...................................116
IV ВОПРОСЫ ПРИБОРНО-МЕТОДИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ...........................................133
IV. I Оценка уровня сейсмического шума и минимально регистрируемого
сигнала в массиве скальных пород..........................135
ТУ,2 Методика расчета основных параметров датчиков скорости
горизонтального (ДС-Г) и вертикального (ДС-В).............138
ТУЗ Электродинамический датчик скорости (ЭДЦС).................148
IV.4 Сейсмоприемник малошумящий (СМШ-1)........................154
№.5 Оценка надежности электродинамических датчиков скорости....157
V ИССЛЕДОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ДАТЧИКОВ СКОРОСТИ И АПРОБАЦИЯ МЕТОДИК ОЦЕНКИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЗНАЧИМОСТИ НАРУШЕНИЙ СПЛОШНОСТИ ГОРНОГО
МАССИВА........................................................161
\Л Лабораторные и полевые испытания сейсмоприемников...........162
V.2 Дистанционная калибровка...................................166
\;.3 Анализ характеристик разработанных датчиков скорости......171
У.4 Теоретические и экспериментальные исследования помехоустойчивости
электродинамических сейсмоприемников. Пути предупреждения и
устранения некоторых типов помех..........................179
У.5 Апробация методик оценки механической значимости
20
Первое заинтересовано, в основном, в волновой картине, возникающей вблизи поверхностей ослабления, а свойства самих структурных нарушений интересуют лишь постольку, поскольку они влияют на параметры образующихся волн (см., например, [Pyrak-Nolte Myer and Cook, 1990; Pyrak-Nolte, Xu and Haley, 1992; Gu et al1996а;.(7ы et al., 1996b; Yi et al., 1997]). Второе направление интересуют в первую очередь сами скальные массивы и, в частности, структурные нарушения, а сейсмические волны рассматриваются как инструмент для их изучения (см., например, [Костюченко, 1985; Садовский, Костюченко, 1988; Кочарян, Павлов, 1992; Кабыченко, Костюченко, Павлов, 1994; Костюченко, Ладнушкин, 1996; Kocharyan, Kostyuchenko and Pavlov, 1996; Kocharyan, Kostyuchenko and Pavlov, 1997]).
Как уже отмечалось, при решении многих задач возникает необходимость построения моделей, содержащих сведения о блоковом строении и механических свойствах массивов горных пород. Важно отметить, что в соответствии с блочноиерархической моделью строения геофизической среды, предложенной академиком М.А.Садовским и подтвержденной многочисленными фактами, распределение блоков земной коры по размерам не является хаотическим, а представляет собой некоторый иерархический ряд, обладающий самоподобием [Садовский, 1979; Садовский, Писаренко, Родионов, 1983; Садовский, Болховитинов, Писаренко, 1987]. Иерархии блоков соответствует аналогичная иерархия межблоковых промежутков - блоки высшего порядка ограничены разломами высшего ранга, блоки низшего порядка ограничены более мелкими разломами и трещинами. Поэтому построение дискретной модели массива не может сводиться только к выявлению всех имеющихся структурных нарушений, но должно также правильно определять ранг этих нарушений и, соответственно, порядок структурных блоков, которые эти нарушения ограничивают [Бенедик, Иванов, Кочарян, 1995а; Бенедик, Иванов, Кочарян, 19956].
Так как деформационные свойства блочного массива определяются главным образом характеристиками межблоковых промежутков, то определение их свойств очень важно. Экспериментальные способы оценки деформационных характеристик разрывных нарушений различного масштаба в условиях естественного залегания и определение основных закономерностей нормального
21
и сдвигового деформирования нарушений сплошности массива скальных пород приведены в [Павлов, 1998].
Сейсмические методы исследований могут применяться независимо от масштаба нарушения. Традиционные геофизические методики, основанные на измерениях кинематических параметров (скорости распространения сейсмических волн), непригодны для определения характеристик структурных нарушений в силу недостаточной разрешающей способности - измерения обычно проводятся на базах, значительно превышающих толщину разрывных нарушений (см., например, [Карасик, 1993]). Однако, использование амплитудных и временных характеристик волн в совокупности с применением спектрального анализа для обработки результатов экспериментов существенно повышает разрешение сейсмического метода и может служить основой для исследования характеристик разрывных нарушений самого разного масштаба - от скальных трещин апертурой в доли миллиметра до разломов мощностью в десятки и сотни метров.
Однако, как было показано ранее, источники взрывного или вибрационного типа не всегда могут обеспечить параметры, необходимые для проведения диагностики нарушений сплошности. Кроме того, для ряда задач целесообразно проведение долговременного мониторинга свойств отдельных участков массива горных пород. Подобные измерения сложно осуществить технически и, кроме того, использование искусственных источников в течение длительного времени требует довольно значительных людских и материальных затрат. Б силу этого представляется чрезвычайно заманчивым использовать для проведения подобных измерений микросейсмические колебания.
Использование результатов измерения параметров сейсмического фона для диагностики нарушений сплошности, требует, прежде всего, разработки методов выделения детерминированной компоненты сейсмического шума в требуемом диапазоне частот. После осуществления этой процедуры результаты измерений, проведенных по разные стороны нарушения сплошности, могут быть обработаны на основе соотношений, выведенных в работах [КосИагуап ел а1., 1997; Павлов, 1998].
В качестве основы метода выделения детерминированных составляющих из сейсмического фона может быть использован способ группирования
- Київ+380960830922