авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 | 4 |

Повышение эффективности геофизических методов при малоглубинных исследованиях

-- [ Страница 2 ] --

Блок состоит из двух практически идентичных каналов, отличие заключается в параметрах фильтров высоких частот (ФВЧ) с изменяемой частотой среза, что необходимо для согласования разных типов датчиков. Принцип работы обоих каналов одинаков: дифференциальный усилитель (ДУ) осуществляет основное усиление сигналов с шагом 10 дБ, фильтр низких частот (ФНЧ) ограничивает полосу пропускания до 50 кГц, усилитель (УС) служит для согласования с регистратором и дополнительного усиления, детектор (ДЕТ) производит выпрямление переменного напряжения для аналогового встроенного индикатора (ИНД) и подключаемого цифрового тестера. Аналоговый блок разработан на современной элементной базе, во входном каскаде использованы микросхемы ДУ фирмы Analog Device AD622AN.

Регистратор производит аналого-цифровое преобразование и запись сигналов в цифровой форме. В качестве регистратора выступает стандартное устройство: ноутбук, содержащий линейный аудиовход. В составе ноутбука имеется специальный аудиопроцессор, с помощью которого осуществляется аналого-цифровое преобразование и запись сигналов. Современные аудиопроцессоры имеют 16/20/24-разрядные АЦП с независимыми частотами дискретизации 44,1/48/96 кГц, что позволяет в реальном времени оцифровывать сигналы частотой до 48 кГц. Результат запоминается на жестком диске ноутбука или флэш-памяти, в стандартных файлах цифровой аудиозаписи. Дальнейшая обработка сигналов производится с помощью специализированных компьютерных программ (Cool Editor, SpectraLAB, MATLAB). Сравнительные характеристики аппаратуры «ОМАР-2м» и наиболее близкого аналога MTU-A фирмы Phoenix Geophysics (Канада) приведены в табл. 1.

Табл. 1. Сравнительные технические характеристики аппаратуры

Характеристика ОМАР-2м Phoenix MTU-A
Количество каналов 2 2 – 5
Входное сопротивление 4 МОм > 1 МОм
Коэффициент преобразования датчика (тип) 50 мВ/нТл (АМД-50) 100 мВ/нТл (AMTC-30)
Диапазон рабочих частот 10 – 48 000 Гц 1 – 10 000 Гц
Разрядность АЦП 24 24
Частота дискретизации 96 кГц 24 кГц
Динамический диапазон сигналов 130 дБ 130 дБ
Подавление промышленных помех > 20 дБ > 40 дБ
Объем встроенной флэш-памяти 8 Гбайт 4 Гбайт
Потребляемая мощность 7,5 Вт 9 Вт
Вес приемника + датчика 3 кг + 1,5 кг 4 кг + 3 кг

Как видно из таблицы, регистрируемый диапазон «ОМАР-2м» сдвинут в более высокочастотную область, технические характеристики имеют близкие значения, а по некоторым показателям превышают канадскую аппаратуру. Аппаратура «ОМАР-2м» имеет самое низкое энергопотребление, габариты и вес из всех выпускаемых аналогов. Визуальный контроль за уровнем сигналов и установка усиления каналов осуществляются по аналоговым индикаторам или в окне управляющей программы. В качестве управляющей программы для регистрации и предварительной обработки данных использовано адаптированное программное обеспечение SpectraLAB фирмы Sound Technology (США). Программа может в режиме реального времени проводить визуализацию, обработку и запись сигналов, поступающих на вход звуковой карты ноутбука. Главным рабочим методом аппаратуры «ОМАР-2м» является АМТЗ. Регистрация и обработка сигналов АМТЗ сводится к следующим основным пунктам:

  • запись временных рядов и получение частотных спектров на основе быстрого преобразования Фурье;
  • фильтрация промышленных помех;
  • восстановление истинных амплитуд сигналов, с учетом АЧХ измерительных каналов;
  • расчет взаимного импеданса среды и эффективного УЭС;
  • построение частотных кривых зондирований;
  • качественная и количественная интерпретация.

Созданный макет широкополосной аппаратуры «ОМАР-2м» успешно испытан в качестве аудиомагнитотеллурической станции на контрольном полигоне Института геофизики УрО РАН, расположенном в пределах старого золоторудного месторождения “Свердловское”. Мощности рыхлых отложений, определенные ранее методом ВЭЗ и сейсморазведкой МПВ, хорошо согласуются с количественными результатами АМТЗ. Полностью геоэлектрический разрез АМТЗ с результатами других геофизических методов представлен на рис. 2.

Рис. 2. Контрольный профиль ИГф УрО РАН в Юго-Западном лесопарке:

а) графики полного вектора аномального магнитного поля Та, локальной составляющей гравитационного поля gлок и мощности экспозиционной дозы I ;

б) количественный геоэлектрический разрез АМТЗ по контрольному профилю.

Голубыми чертами отмечена глубина кровли коренных пород, определенная методом ВЭЗ, малиновой линией сейсморазведкой МПВ

По результатам геологических наблюдений и геофизических работ, ситуация на контрольном профиле выглядит следующим образом:

  • 0 – 280 м: габбро (1), в интервале 0-50 м – трещиноватые габбро;
  • 280 – 340 м: зона метасоматических изменений (2), связанная с золото-кварцевым оруденением месторождения "Свердловское";
  • 340 – 560 м: граниты (3), в интервалах 340-500 м – зона дробления и трещиноватости, 440-460 м – глубинный разлом.

Для опробования новой скоростной методики работ была произведена съемка АМТЗ в движении со стелющейся электрической линией. Выяснено, что результаты съемки обладают меньшей разрешающей способностью по глубине и большими флуктуациями значений, поэтому ее лучше применять для предварительной оценки глубинных свойств геоэлектрического разреза. Первичная съемка АМТЗ в движении может послужить основой площадных исследований на фиксированных частотах и выбора мест детальных электромагнитных зондирований.

Универсальность аппаратуры «ОМАР-2м» показана на примере ее использования в качестве сейсмоэлектрической станции на шахте «Северная» Березовского рудоуправления. Здесь ставилась задача по выделению геофизическими методами интервалов, перспективных на золотоносное оруденение (участки сгущения кварцевых жил, повышенное содержание сульфидов, проявления березитизации). Наблюдения проводились с одновременной регистрацией сигналов сейсмического и электрического отклика, полученных от ударного воздействия, в широкой полосе частот с шагом наблюдений 1 м. Обработка заключалась в энергетической нормировке амплитуды электрического сигнала (Аэ) к сейсмическому (Ас), полученная величина и является пьезоэлектрическим параметром в данной точке. Результаты свидетельствуют о достаточно уверенной корреляции пьезоэлектрического параметра (Аэ/Ас) с положением кварцевых жил. Однако связь с оруденением носит менее выраженный характер, так как распределение золота не связано прямой зависимостью с содержанием кварца (рис. 3).

 Графики пьезоэлектрического параметра и удельного электрического-2

Рис. 3. Графики пьезоэлектрического параметра и удельного электрического сопротивления (УЭС) по контрольному профилю [2]:

1 содержание золота; 2 содержание серебра; 3 значения пьезоэлектрического параметра; 4 значения УЭС; 5 кварцевые жилы в плагиогранит-порфирах; 6 сланцы

Кроме того, с помощью аппаратуры «ОМАР-2м» были проведены наблюдения за импульсными электромагнитными помехами в шахте, в результате которых введен параметр Пг, связанный с поляризацией и характеризующий ослабление кратных гармоник:

Пг = (А1 – n·Ai)/A1,

где А1 – амплитуда первой гармоники, Ai – амплитуда i–гармоники,

n = А1/Ai – соотношение в первичном сигнале (для меандра n = i).

Повышенные значения электрического параметра гармоник Пг отмечены на участках с высоким содержанием сульфидов.

Для изучения радиоактивных свойств рудных зон было проведено высокочувствительное направленное гамма-опробование стенок штрека на содержание естественных радиоактивных элементов (ЕРЭ) по ранее разработанной методике [8, 9]. Полученные данные свидетельствуют об увеличении концентрации калия и выносе урана и тория из зон березитизации. Кварцевые жилы характеризуются пониженными концентрациями всех ЕРЭ, по сравнению с дайками плагиогранит-порфиров.

Работы на Березовском руднике показали, что геофизические методы могут решать ряд геологических задач при шахтной добыче месторождений золото-кварцево-сульфидного типа, в том числе по определению перспективных участков. Сейсмоэлектрический (пьезоэлектрический) метод является прямым для картирования кварцевых жил. Электрометрические параметры неплохо реагируют на сульфидное оруденение. Направленное гамма-опробование позволяет уверенно фиксировать границы даек с вмещающими породами, а также выделять зоны березитизации.

Многофункциональный приемник «ОМАР-2м» с успехом использовался еще в ряде научных и производственных работ методами АМТЗ, радиокип СДВР, переменного естественного электрического поля (ПЕЭП), сейсмоакустической эмиссии (СЭА), ДИЗ с амплитудно-фазовыми измерениями и зарекомендовал себя как универсальный полевой прибор.

2. Предложенная технология совместной обработки данных методов преломленных волн и многоканального анализа поверхностных волн позволяет изучить упругие характеристики геологической среды (скорости продольных и поперечных волн, коэффициент Пуассона) в естественном залегании для решения инженерно-геологических задач.

При возбуждении колебаний источником, расположенным вблизи поверхности земли, образуются два основных типа сейсмических волн: объемные и поверхностные. Основная часть энергии источника расходуется на образование поверхностных волн – 67 %, доля поперечных волн составляет 26 %, а продольных – всего 7 %. В большинстве сейсморазведочных методов используются в основном продольные волны, поверхностные же волны рассматриваются как помехи. Поэтому идея использования поверхностных волн для получения геологической информации давно привлекала внимание. Над теорией распространения поверхностных волн и их применением для изучения грунтов работали в 1930-е годы R. Stoneley, K. Sezawa, K. Kanai; в 1950-е – N.A. Haskell, F. Press, M.B. Dobrin; в 1960-е – D.S. Jones, R.F. Vidale, А.Л. Левшин; в 1970-е – В.И. Бондарев, В.Н. Агеев, С.М. Крылатков, В.Б. Писецкий. В конце 90-х годов в США сформировался метод многоканального анализа поверхностных волн (Multichannel Analysis of Surface Waves – MASW), основанный на Быстром Преобразовании Фурье (БПФ) фазовых спектров волн Релея.

В отличие от объемных волн, поверхностные волны в неоднородной среде обладают дисперсией – зависимостью скорости распространения от частоты колебаний, график зависимости называют дисперсионной кривой (ДК). Толщина слоя, частицы которого вовлечены в движение поверхностными волнами, обратно пропорциональна частоте колебаний, это позволяет по характеру дисперсионных кривых получить глубинный разрез поперечных волн. Стандартная методика полевых работ MASW напоминает технологию нагоняющих годографов в методе преломленных волн (МПВ), но по сути является точечным зондированием с выбранным шагом измерения, так как получаемый по полной сейсмограмме вертикальный скоростной разрез относят к единственной точке измерения, а именно к центру установки (косы). Низкое горизонтальное разрешение является основным недостатком метода MASW. Для повышения информативности сейсмических исследований автором предложена комбинация методов МПВ и MASW с использованием стандартной (или модифицированной) системы наблюдений МПВ, при этом повышение горизонтального разрешения MASW достигается за счет дополнительной обработки. Предлагаемый вариант заключается в сокращении длины участка обрабатываемого профиля и использовании накопления записей от других пунктов возбуждения (ПВ). При схеме наблюдений, принятой в МПВ, микширование трасс во временной области невозможно, однако ничто не мешает просуммировать спектры фазовых скоростей на одних и тех же интервалах профиля от разных ПВ. Простейшим вариантом является сложение спектров прямой и встречной установки. Суммирование повышает соотношение сигнал-шум в n раз, где n – количество суммирований, а встречные установки позволяют усреднить параметры разреза на выбранном интервале профиля, что помогает избежать сильного несоответствия при наклонных границах разделов. На разных расстояниях от источника колебаний в записи преобладают разные длины поверхностных волн. Соответственно достоверность определения дисперсионной характеристики на разных частотах различна, в зависимости от расстояния до ПВ. На близких расстояниях точнее выделяется высокочастотная часть дисперсионной кривой, на удаленных ПВ более существенный вклад будут вносить низкочастотные составляющие. Таким образом, суммируя спектры фазовых скоростей от пунктов возбуждения, находящихся на разных расстояниях от косы, получаем более достоверную ДК в широком диапазоне частот. Определим минимальное количество суммирований в выделяемом окне: min = 4. Тогда полная схема наблюдений с 24-канальной сейсмостанцией будет содержать 7 ПВ на одной стоянке. При этом количество интервалов (окон) суммирования можно будет изменять в соответствии с необходимым разрешением, определяемым расстоянием между точками зондирования (l). Это расстояние можно выразить в количестве СП между окнами: d = l/x, где x – шаг установки сейсмоприемников. Число d может составлять 6, 4, 3, 2 и 1. На рис. 4 показана предлагаемая система наблюдений и отработки двух стоянок комбинацией методов МПВ и MASW.

Рис. 4. Система наблюдений комбинацией методов МПВ и MASW в плоскости годографа с разбивкой на окна (интервалы суммирований).

Обработка годографов, построенных по первым вступлениям преломленных волн, проводится томографическим способом (рефрагированных волн), с построением скоростного разреза продольных волн Vp. Технология обработки поверхностных волн осуществляется суммированием скоростных спектров в скользящем окне, с промежутком между окнами в три сейсмоприемника (d = 3), что позволяет получить вполне приемлемое разрешение (l = 6 м, при x = 2 м). В выбранной схеме наблюдений количество суммирований зависит от положения окна и составляет от 4 до 6 (см. рис. 4). Дальнейшие операции выделения и инверсии ДК не отличаются от стандартных процедур MASW, конечной целью которых является построение скоростного разреза поперечных волн Vs. Получив скорости продольных (Vp) и поперечных (Vs) волн, можно рассчитать коэффициент Пуассона ().

В качестве примера приведены работы по выявлению подземных пустот с помощью предложенной методики. Эталонным объектом пустотного пространства послужил подземный переход плотины Городского пруда г.Екатеринбурга, над которым был пройден сейсмический профиль. Обработка сейсмических данных разделялась на два этапа в соответствии с типом целевых волн. Сначала прослеживались головные волны, по которым проводилось построение годографов. Годографы пересчитывались способом времени задержки для построения сейсмических преломляющих границ и томографическим способом для получения скоростных разрезов Vp. Вторым типом целевых волн являлись волны Релея, к которым применялся вариант суммирования скоростных спектров в скользящем окне, с получением более контрастных дисперсионных кривых, которые затем конвертировались в скоростной разрез поперечных волн. По значениям Vp и Vs рассчитывался

коэффициент Пуассона ().

Рис. 5. Сейсмические скоростные разрезы продольных (а) и поперечных волн (б), а также распределение коэффициента Пуассона (в) фрагмента плотины Городского пруда [7]. Черная линия соответствует преломляющей границе, малиновым квадратом отмечен подземный переход

Как видно из представленных разрезов (рис. 5), продольные волны довольно слабо отмечают подземный переход, контрастность увеличивается при рассмотрении разреза по поперечным волнам, наиболее же четко местоположение перехода фиксируется по распределению . В месте перехода наблюдается локальная аномальная область пониженных значений коэффициента Пуассона ( < 0,25) на фоне общего среднего уровня ( 0,4).

Другим объектом исследования стали подземные горные выработки Ургальского угольного месторождения (Хабаровский край), представляющие собой отработанные механизированным способом лавы по пластам В31-32 на глубине от 9 до 65 метров от поверхности. По результатам сейсморазведки, разрез интерпретируется как 2-слойный: верхняя часть представлена рыхлыми отложениями, залегающими на плотном основании (коренных породах).

Положение границ и сейсмические разрезы представлены на рис. 6.

Рис. 6. Сейсмические разрезы над отработанной лавой пласта В31 (Ургальский каменноугольный бассейн) [1]:

а скоростной разрез продольных волн (Vp, м/с), б скоростной разрез поперечных волн (Vs, м/с), в распределение коэффициента Пуассона (, отн.ед.). Черной линией показана преломляющая граница, малиновой линией выделены контуры подземных выработок

Граница коренных пород является преломляющей для сейсмических волн, в результате чего можно достаточно уверенно разделить оба слоя при нормальных условиях залегания. Так, в начале профиля преломляющая граница залегает на глубине приблизительно 5 – 7 м, однако при приближении к выработанному пространству происходит погружение границы до глубин 15 – 20 м. Характер поведения изолиний скоростей сейсмических волн еще более контрастный, однако определить точное положение выработок на скоростных разрезах довольно затруднительно. В то же время пустотные области достаточно показательно выделяются аномально низкими значениями коэффициента Пуассона ( < 0,2 и вплоть до отрицательных значений). Из других структурных элементов уверенно идентифицируется область охранного целика в интервале профиля 320 – 340 метров (глубина 10 – 20 м), по относительному повышению и Vp. Глубже 25 м положение лавы на разрезах Vs и не просматривается из-за ограничения глубины исследования по поверхностным волнам, связанного с недостаточно низкочастотными сейсмоприемниками. Следует также отметить, что приповерхностные зоны пониженных значений , в районе отметок профиля 230 м, 310 м и 360 м, связаны с выходом к поверхности угольных пластов В34, В33 и В31-32.



Pages:     | 1 || 3 | 4 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.