Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Разработка метода оценки микротрещиноватости горных пород с использованием мощных лазерных ультразвуковых источников

ВАК РФ 25.00.16, Горнопромышленная и нефтегазопромысловая геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр

Автореферат диссертации по теме "Разработка метода оценки микротрещиноватости горных пород с использованием мощных лазерных ультразвуковых источников"

На правах рукописи

Иньков Виктор Николаевич

УДК 622.611.4:620.179.16

РАЗРАБОТКА МЕТОДА ОЦЕНКИ МИКРОТРЕЩИНОВАТОСТИ ГОРНЫХ ПОРОД С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МОЩНЫХ ЛАЗЕРНЫХ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ИСТОЧНИКОВ

Специальность 25.00.16 - «Горнопромышленная и нефтегазопромысловая геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2006

Работа выполнена в Московском государственном горном университете

Научный руководитель

доктор технических наук, доцент Черепецкая Елена Борисовна

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Вознесенский Александр Сергеевич кандидат технических наук Филимонов Юрий Леонидович

Ведущая организация:

Институт проблем комплексного освоения недр РАН

Защита диссертации состоится июня 2006 г в ТУ ч £Ю мин на

заседании диссертационного совета Д-212.128.04 при Московском государственном горном университете по адресу: 119991, Москва, Ленинский проспект, д. 6.

С диссертацией можно ознакомиться государственного горного университета

Автореферат разослан «. а » мая 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета профессор, доктор технических наук

в библиотеке Московского

¡М-

Бубис Ю.В.

ЛообЯ

Общая характеристика работы

Актуальность работы.

Трещиноватость горных пород оказывает существенное, а в ряде случаев и определяющее влияние практически на все свойства горных пород и их напряженно-деформированное состояние. Неслучайно, оценка параметров трещиноватости рассматривается в качестве одной из приоритетных задач геоконтроля. Для решения этой задачи в настоящее время привлекается широкий спектр геофизических методов, среди которых наиболее перспективными считаются акустические методы, основанные на анализе изменения кинематических и динамических характеристик упругих волн при распространении их в трещиноватой геосреде. Для эффективного исследования акустическими методами микротрещиноватости необходимо использование высокочастотной области ультразвукового диапазона частот, в которой длина волны зондирующих сигналов становится соизмеримой с характерными размерами микротрещин. Однако для указанного диапазона характерно очень высокое затухание упругих волн, которое объективно ограничивает возможности ультразвуковых методов геоконтроля при изучении микротрещиноватости с использованием традиционных источников ультразвука на основе пьезоэлектрических преобразователей. В связи с этим актуальной является задача обоснования и разработки такого ультразвукового метода изучения микротрещиноватости, который был бы основан на возбуждении в геосреде высокочастотных ультразвуковых сигналов высокой мощности, базирующемся на использовании лазерных термооптических I источников ультразвука.

Исследования, результаты которых представлены в настоящей диссертационной работе, осуществлялись при финансовой поддержке Совета по грантам Президента РФ для поддержки ведущих научных школ (НИ1-1467.2003.5). Они были проведены в рамках темы «Теоретическое и экспериментальное обоснование изучения структуры, свойств и состояния горных пород на основе принципов ультразвуковой эхоскопии» в соответствии с планом научно-исследовательских работ МГГУ, проводимых в 2002-2004 гг. по заданию Федерального агентства по образованию (номер госрегистрации 01200304882).

Цель работы заключается в разработке принципов возбуждения мощных широкополосных ультразвуковых сигналов в горной породе на основе термооптического эффекта в контактирующей с ней промежуточной

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ

1 спблиотек\

С.-ПегерЗург ^^ ОЭ 200£акт

генераторной среде со специально подобранными свойствами и обосновании на этой основе нового эффективного способа оценки микротрещиноватости.

Идея работы заключается в использовании для оценки микротрещиноватости образцов горных пород закономерностей распространения в них мощных коротких ультразвуковых импульсов, возбуждаемых за счет термооптического эффекта в контактирующей с образцами специально подобранной генераторной среде.

Научные положения, разработанные лично соискателем:

1. Генерация мощных широкополосных упругих импульсов в горных породах может осуществляться на основе термооптического эффекта путем размещения на поверхности образца промежуточной генераторной среды. При этом генераторная среда должна обладать следующими параметрами и теплофизическими свойствами: температурным коэффициентом объемного расширения не менее 0,182-10" 1/К, коэффициентом поглощения оптического излучения - не менее 100 см'1; поперечными размерами, в 2-3 раза превышающими диаметр лазерного пучка.

2. Оптико-акустический эффект в сочетании с промежуточной генераторной средой с высоким коэффициентом температурного расширения позволяет возбуждать в образцах горных пород акустические сигналы с амплитудой от ЮМПа в частотном диапазоне 0,3-30 МГц без повреждения этих образцов. Распространение сигналов с такими характеристиками в микротрещиноватых средах сопровождается нелинейной трансформацией их формы, по которой можно судить о наличии микротрещин.

3. Мощные термооптические упругие импульсы, создаваемые в геоматериалах, имеют длительность менее 100 нс, что обеспечивает высокую лучевую разрешающую способность, величину «мертвой зоны» менее 0,4 мм и позволяют исследовать параметры микротрещин на образцах в режиме эхоскопии. С использованием отраженных акустических сигналов, полученных в результате сканирования по поверхности образца, можно получить изображение сети микротрещин в плоскости перпендикулярной поверхности образца.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:

большим объемом экспериментальных исследований, проведенных на образцах различных горных пород;

- использованием при проведении ультразвуковой диагностики микротрещиноватости геоматериалов современной аппаратуры, обеспечивающей погрешность измерений не более 1 %, и широко опробованных компьютерных программ для обработки полученных экспериментальных данных;

хорошей воспроизводимостью установленных закономерное! ей информативных параметров при многократных и шерениях;

- сходимостью результатов диагностики микротрещиноватости, полученных лазерным ультразвуковым методом и методом оптической микроскопии.

Научная новизна исследований заключается:

- в установлении закономерностей возбуждения мощных широкополосных ультразвуковых импульсов в горных породах без их разрушения в функции от свойств промежуточной генераторной среды;

в установлении пороговых значений амплитуды распространяющихся в микротрещиноватых горных породах упругих импульсов, при которых начинают проявляться нелинейные эффекты;

в установлении влияния микротрещиноватости горных пород на форму мощных акустических сигналов, распространяющихся в них; в разработке специальной программы построения изображения сети микротрещин в образце горной породы на основе акустических сигналов, полученных методом лазерной ультразвуковой эхоскопии. Научное значение работы заключается в разработке метода локальной неразрушающей диагностики микротрещиноватости горных пород с использованием мощных лазерных термооптических источников ультразвука и широкополосных акустических приемников.

Практическое значение работы заключается в разработке «Методики контроля микротрещиноватости горных пород на основе мощных лазерных ультразвуковых источников», утвержденной в Московском государственном горном университете, а также в создании аппаратурного и программного обеспечения для ее реализации. Внедрение данной методики позволит значительно повысить информативность и надежность контроля нарушенности структуры горных пород.

Реализация результатов работы.

Выводы и рекомендации, сформулированные в диссертационной работе, включены в «Методику контроля микротрещиноватости горных пород на основе мощных лазерных ультразвуковых источников», которая направлена в научно-исследовательские институты, вузы и другие организации для практического использования.

Апробация работы.

Основные результаты работы в период выполнения докладывались и обсуждались на V Всероссийском симпозиуме по прикладной и промышленной математике (весенняя открытая сессия, Кисловодск, май 2004 г.); V Всероссийском симпозиуме по прикладной и промышленной математике (осенняя открытая сессия, Сочи, сентябрь 2004 г.); V Всероссийской научно-технической конференции "Измерения, автоматизация и моделирование в промышленности и научных исследованиях" (ИАМГ1 - 2004, Бийск, октябрь 2004 г.); конференции "Горная геология, геомеханика и маркшейдерия" (Донецк, октябрь 2004 г.); XV сессии Российского акустического общества (Нижний Новгород, ноябрь 2004 г.); Межвузовском семинаре "Экологическая безопасность и устойчивое развитие" (МГГУ - РХТУ им. Д.И. Менделеева, Москва, 7 декабря 2004 г.); XVI сессии Российского акустического общества (Москва, ноябрь 2005 г.); симпозиумах "Неделя горняка-2004, 2005"(МГГУ, Москва); международной конференции "FORUM ACUSTICUM 2005" (Будапешт, Венгрия, ав)уст 2005 г.) и научных семинарах кафедр физики и ФТКП Московского государственного горного университета.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 научных работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, содержит 6 таблиц, 30 рисунков и список литературы из 118 наименований.

Основное содержание работы

Первая глава диссертационной работы посвящена анализу современного состояния методов выявления и определения параметров трещиноватости геоматериалов.

Особое внимание уделено проблемам акустических методов исследования микротрещиноватости горных пород и их недостаткам. Характерные параметры микротрещин и наличие сильного затухания и рассеяния ультразвука в них предъявляют высокие требования по мощности и

частотному диапазону к источникам ультразвука. Традиционные пьезоизлучатели не удовлетворяют данным требованиям. В связи с этим альтернативой являются источники на основе лазерного термооптического возбуждения ультразвука - оптико-акустического эффекта.

Оптико-акустический эффект представляет собой возбуждение упругих волн за счет локального нестационарного нагрева среды при поглощении ею переменного светового потока. Мощные импульсные твердотельные лазеры с модуляцией добротности и характерной длительностью импульсов от миллисекунд до пикосекунд позволяют возбуждать в поглощающих генераторных средах импульсы упругих волн, имеющих частотный спектр от 10 кГц до 100 МГц и амплитуду давления до 10 МПа.

К настоящему времени достаточно подробно исследованы процессы термооптического возбуждения ультразвука в металлах, композитах и горных породах. Однако при поглощении лазерного излучения непосредственно на поверхности геосреды амплитуда импульса продольных волн не превосходит 10 МПа, что приводит к существенному ограничению толщины исследуемых образцов, вследствие сильного затухания ультразвука в них. Увеличение амплитуды возбуждаемых сигналов хотя бы на порядок позволило бы использовать образцы толщиной до 3 см с сильно нарушенной внутренней структурой.

В заключение первой главы работы сформулированы основные задачи диссертационных исследований:

- разработка принципов создания мощных лазерных ультразвуковых источников на основе эффекта тепловой нелинейности с амплитудой давления импульсов от 10 МПа и полосой частот 0,3 - 60 МГц;

- экспериментальное установление взаимосвязи нелинейной трансформации формы акустических сигналов, распространяющихся в геосреде с наличием в ней микротрещин;

- визуализация структуры сети микротрещин в образцах горных пород с использованием метода лазерной ультразвуковой эхоскопии.

Во второй главе предложено теоретическое и экспериментальное обоснование возможности создания мощных широкополосных термооптических источников ультразвука на основе эффекта тепловой нелинейности, возникающего в промежуточной генераторной среде, для исследования горных пород, с которыми эта среда контактирует.

Повышение амплитуды возбуждаемых лазерным излучением акустических импульсов без повреждения контролируемого объекта возможно за счет использования находящейся на его поверхности промежуточной жидкой поглощающей среды с максимальным значением соответствующих теплофизических параметров. Такая среда, поглощая лазерное излучение, испытывает тепловое расширение, являясь, таким образом, генератором упругих волн. При этом нагрев среды может составлять десятки градусов, и на процесс генерации ультразвука начинает оказывать влияние зависимость коэффициента объемного расширения от температуры Р{Т). Учет данной зависимости может приводить к увеличению амплитуды сигнала почти на порядок. Данный эффект получил название тепловой нелинейности.

I

волн в геосреде

Исследована трехмерная модель термооптических источников ультразвука на основе эффекта тепловой нелинейности.

Пусть из воздуха на плоскую поверхность жидкой поглощающей среды (г> 0) падает гауссов световой пучок (рис. 1), в котором интенсивность меняется по закону I = 10^)(р(х,у), где /0 - амплитуда интенсивности

падающего света, £(*) = ехр(-(/ / г,)2) - временная огибающая интенсивности лазерного импульса, т1 - длительность лазерного импульса, (р{х,у) - ехр(-(х2 + у2)/г02) - распределение света в сечении пучка радиуса л0, г, г, - радиусы-векторы точки наблюдения и источников, - единичные векторы, угол в задает направление на точку наблюдения.

Распределение температурного поля внутри среды с учетом изменения интенсивности света задается соотношением:

т = а10<р(х,у)ехр(-а2) 'гцтуг Рср 1

(1)

где Г - приращение температуры, а, р, ср - коэффициент поглощения света,

плотность и удельная изобарная теплоемкость среды. Выражение (1), полученное при пренебрежении температуропроводностью (для воды ХНг0 = 1,43-10"7 м2/с и за время действия лазерного импульса тепло распространяется на расстояние х нм), в безразмерном виде

выглядит следующим образом:

Т' - Т/Та =Л0ехр(-ад^)У)^(О, (2)

где Та = 10ть1 рсрг0 - нормировочная температура, Я0-аг0- безразмерный коэффициент, {X,У,2\ = {х/г0,у/г0,г/г0}, - безразмерные координаты

и время, = 0,5[1 + ег/(/')] - временная зависимость температурного поля в

среде, ег/(?) = -| - функция ошибок.

о

При поверхностном поглощении (/?0 »1) происходит максимальный нагрев тонкого приграничного слоя.

С учетом выражения (2) и влияния тепловой нелинейности

(/?(Г) = Ж) +

Т) неоднородное волновое уравнение может быть

т*г„

записано в безразмерном виде:

5/ я"2

д?

ар

с1Т

Нг{&<р\Х,Гр\П

,(3)

где р'= р/ра, Ра=с0Р(Т0)10/ср - нормировочное давление, £ = г0/с0гЛ -параметр, характеризующий отношение времени пробега звука по области тепловыделения к длительности лазерного импульса, Ну{7.) = К{] ехр(-Л07),

Дж

Нг{2) = Н?{2). Величина

Ы7\

э Е

составляет 1,53 • 10 —

мм

, Е = 10т1

поверхностная плотность энергии в лазерном импульсе. Применяя к

уравнению (3) преобразование Фурье по времени, получаем неоднородное уравнение Гельмгольца:

лув+# V Р\ = [Ра(со')Нх(2)ср(Х,Г) + Ф(со^^ Н2(2)<р2(Х,У)}, (4) где а>'=сот1, = = р(-ю'2/4) - спектр функции Д/'),

со

а

- свертка функций. В зависимости от

-00

соотношения акустических импедансов прозрачной и поглощающей сред

уравнение (4) дополняется граничным условием:

. Эр'

82

- О при жесткой

границе или р'\/=0 = 0 - при свободной.

Спектр акустического давления состоит из линейной р'ю1т и нелинейной Р\отт составляющих: р'ш (со',И) = р\Лт (со',Я) + р\ы1т Ы,Я). Используя приближение дальней волновой зоны (|Я,|«|К|), получаем решение для гауссова пучка в случаях жесткой (а) и свободной (б) границ:

2 ,2 /2 , ехр(/£®1Н|-1/£2«э'28т20), (5а);

2|Я|(Ло'+Г®' в)

Л,£2 О)'3 С05вРш(в)') .... „_. , „2 ,2 • 2/,, /Г^ч

-5- ; ехрО£«' К в)(56);

—-,уеи/ ,-— е*р(/#а>'|И!V2зт2(9), (6а);

/Ло2#2®'3со8(/^] Ф(Щ')

-5—, ехрО'^'1 в I V2 зт2 в), (66)

41И | (4Л0 + Е, со сое в) 2

В качестве поглощающей среды для численных расчетов и последующего сравнения с экспериментальными данными брали разбавленный водный раствор туши, который по своим термодинамическим параметрам близок к воде. При этом коэффициент поглощения может варьироваться в широких пределах в зависимости от концентрации туши (от а = 0,1 см"' - для воды, до а > 1 ООО см"1 - для чистой туши).

На рис. 2а и 26 приведены временные профили линейной (кривая 1), нелинейной (кривая 2) составляющих акустического сигнала и их суммы

8

(кривая 3) при жесткой и свободной границах (т' = - безразмерное время в «бегущей» системе координат). Расчет проводился для точки на оси пучка с координатой 2 = 10 при значениях г1} =1 мм, а = 200 см"' и £ = 210 мДж/см2. При данных условиях локальный нагрев среды составляет 10 градусов и реализуется приближение дальней волновой зоны, в которой для жесткой границы (рис. 2а) формируется двухполярный импульс, состоящий из фаз сжатия и разрежения, и трехполярный (две фазы сжатия и фаза разрежения) -для свободной (рис. 26). Нелинейная составляющая сигнала запаздывает относительно линейной, что наряду с дифракцией приводит к несимметричному виду акустического импульса. Для того чтобы нелинейный вклад был сравним с линейным при одинаковых условиях, в случае жесткой границы требуется меньшая плотность энергии в лазерном импульсе, чем при свободной Длительность акустического сигнала определяется безразмерным коэффициентом Чем больше его значение, тем короче импульс.

Теоретические оценки показали, что при £ = 210 мДж'см2 в случае жесткой границы нелинейная составляющая превосходит линейную в 1,3 раза и результирующая амплитуда давления достигает 24 МПа. При этом наблюдается квадратичная зависимость амплитуды давления от поверхностной плотности энергии лазерного импульса.

Нелинейный сигнал, возбуждаемый за счет тепловой нелинейности при свободной границе, оказывается по длительности в 1,5-2 раза короче, чем линейный, что приводит к обогащению суммарного спектра высокочастотными гармониками вплоть до 60 МГц.

На рис. 3 показаны диаграммы направленности акустического поля в зависимости от параметра й0 для двух типов граничных условий. При значении Я0 = 20 происходит нагрев тонкого поверхностного слой среды в виде диска (поверхностное поглощение, кривая 1), который затем возбуждает акустическую волну. Для Ду = 0,2 наблюдается объемное поглощение (кривые 4, 5) и источником упругой волны является цилиндрическая область тепловыделения. Кривые 2, 3 описывают промежуточный случай (7?0 = 2). При одних и тех же параметрах лазерного пучка диаграмма направленности при поверхностном поглощении практически совпадает для жесткой и свободной границ. В то же время при объемном поглощении в случае жесткой границы диаграмма направленности значительно шире, чем для свободной.

р'=р>р„

б

Рис. 2. Временные профили линейной и нелинейной составляющих акустического сигнала при жесткой (а) и свободной (б) границах■ 1 - линейная; 2 — нелинейная; 3 - их сумма

70' •60"

Рис. 3. Диаграммы направленности тепловых источников ультразвука в случаях жесткой (сплошные линии) и свободной (пунктирные линии) границ

Е, мДж/см

Рис. 4 Теоретические (линия) и экспериментальные (точки) зависимое ти амплитуды акустического сигнала, возбуждаемого в растворах туши различной концентрации, от поверхностной плотности энергии лазерного импульса: 1 - а- 345 см'1, 2 -а = 164 см''

Данные теоретические расчеты были подтверждены экспериментально. Большая часть экспериментов диссертационной работы выполнена на лазерной ультразвуковой системе «ГТЮСКАН-02М» (рис. 5). Импульсный лазер (1), работающий в режиме модуляции добротности, являлся источником лазерных импульсов с длительностью 10 не и максимальной энергией 260 мДж.

10

Расееиватель (2) формировал оптический пучок с равномерным по поперечному сечению распределением интенсивности. Энергия лазерного импульса варьировалась от 10 мДж до 260 мДж системой светофильгров (3). После рассеивателя (2) и системы светофильтров (3) оптический пучок направлялся либо на низкочастотную (4), либо на высокочастотную (5) оптико-акустические ячейки. Низкочастотная ячейка, представляющая собой кювету, заполнялась дистиллированной водой (иммерсионной жидкостью) Генератор (6) акустических импульсов помещался в нее. Он был изготовлен из полиэтилена высокого давления в виде пленки. Ее акустический импеданс был близок по значению к акустическому импедансу жидкости, поэтому вследствие термооптического эффекта возбуждался однополярный импульс сжатия амплитудой давления до 10 МПа и длительностью переднего фронта 50 не При этом рабочая полоса частот лежала в пределах от 100 кГц до 12 МГц, рабочая апертура - 20 мм. Регистрация сигнала осуществлялась задемпфированным широкополосным совмещенным с усилителем пьезоприемником (7) на основе ПВДФ пленки толщиной ПОмкм с диаметром приемной апертуры 53 мм. Приемный тракт работал в полосе частот 0,3 - 8 МГц, Шумовой заряд емкости широкополосного пьезоэлемента определял порог детектирования, который составлял 5 Па. Динамический диапазон приемного тракта был равен 60 дБ.

В специальном зажимном устройстве (8) размещался образец, который обладал возможностью вращаться вокруг вертикальной оси. На цифровой осциллограф (9) поступал сигнал с пьезоприемника Импульсно-периодический режим работы лазера позволял увеличить отношение сигнал/шум на порядок за счет усреднения по 128 реализациям. На компьютер (10) подавался усредненный сигнал для дальнейшей обработки. Амплитудный и фазовый спектры рассчитывались с использованием программного обеспечения, написанного в среде «МаИаЬ» на основе быстрого преобразования Фурье. По данным спектрам определялись частотные зависимости коэффициента затухания и скорости распространения продольных волн.

В высокочастотной ячейке (5) применялся в качестве генератора (11) светофильтр СЗС-22, в котором в результате поглощения лазерного импульса при свободной границе возбуждается биполярный импульс с длительностью переднего фронта 50 не и спектральным диапазоном 2-45 МГц. Прием высокочастотных сигналов в диапазоне 2-100 МГц обеспечивал пьезодатчик (12) на основе кристалла ЫШО3 толщиной 7 мм. Вторая часть установки

наиболее удобна в применении для исследования пористых и сильно грещиноватых геосред, когда иммерсионный метод не применим.

12

Рис. 5. Блок-схема лазерной ультразвуковой установки «ГЕОСКАН-02М»

Экспериментальные исследования эффекта тепловой нелинейности на лазерной ультразвуковой системе «ПЮСКАН-02М» показали, что при использовании в качестве оптико-акустического генератора (ОАГ) водного раствора туши различной концентрации с увеличением поверхностной плотности энергии лазерного импульса амплитуда акустического сигнала, возбуждаемого в ОАГ, имеет квадратичную нелинейную зависимость (рис. 4). При этом экспериментальные точки достаточно близко лежат относительно теоретической кривой и максимальное их отклонение не превышает 15%. Отмечено также, что с ростом энергии лазерного импульса происходит увеличение ширины спектра акустического импульса примерно в полтора раза. На основе проведенных экспериментов были разработаны новые оптико-акустические генераторы на базе водного раствора туши для установки «ГЕОСКАН-02М» (сменные ОАГ (13) и (14) на рис. 5).

В данной главе также предложена схема широкополосного генератора сдвиговых волн для той же установки на основе трансформации продольной волны, генерируемой в жидкости, в поперечную при ее переходе через границу жидкость - твердое тело под углом, большим критического угла. При таких условиях в твердом теле распространяется только поперечная волна.

В третьей главе приведен обзор теоретических моделей, описывающих нелинейные процессы распространения и взаимодействия упругих волн с геосредой, и эксперименты по исследованию этих процессов.

Возможность исследовать эффекты нелинейного взаимодействия мощных импульсов упругих волн с дефектами (микротрещинами) геосреды обеспечивает лазерное возбуждение данных импульсов с амплитудой от 10 МПа и выше. Для этих задач были отобраны образцы карельского мрамора, карельского габбро и гранита, которые были распределены на две группы. Образцы, в которых были выявлены и локализованы микротрещины методом лазерной ультразвуковой эхоскопии, попадали в первую группу, а во вторую -образцы с отсутствием дефектов. Первая группа образцов подвергалась ультразвуковому прозвучиванию, реализованному для их различных областей на установке «ГЕОСКАН-02М». Особенности взаимодействия мощного ультразвукового сигнала с микротрещинами образца мрамора, как наиболее типичного из данной группы, показаны на рис. 6.

2 10 -1 ■ -2

0,00 0.50 1.0Р 1,50 2,00 2,50 3,Ь0 3 50 4,00 4,50 5,00

У. б

610 61 5 62,0 62 5

Рис. б Нелинейная трансформация формы мощного акустического сигнала при прохождении через сеть микротрещин образца мрамора

2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 ¡5,00 5,50 6,00 6,50

°'21 ■ Ж

0,1-

2,50 3,00 3,50 4,00 4,50 5,00 5,50 6,00 6,50 7 00

Время /, мкс

Рис. 7. Формы акустических сигналов прошедших через образцы угля

Возбуждаемый оптико-акустическим генератором опорный импульс после прохождения через кювету с иммерсионной жидкостью представлял собой фазы сжатия и разрежения с соотношением амплитуд 5,2:1. При этом верхняя граница спектра сигнала составляла 12 МГц. В специальном зажимном устройстве образец располагался таким образом, что изначально прозвучивалась область без микротрещин (рис. 6, кривая 1). Рассеяние и дифракция вызывали значительное увеличение амплитуды фазы разрежения по отношению к фазе сжатия (их соотношение 1:2,4) и уменьшение амплитуды фазы сжатия. При этом в связи с рассеянием высокочастотной части спектра

происходило удлинение сигнала в 3,2 раза, а спектр зарезался на 2,9 МГц. На основе информации о локализации трещины вторая область прозвучивания частично содержала начало трещины. В форме сигнала (рис. 6, кривая 2) наблюдалась нелинейная трансформация, которая проявлялась в сильном уменьшении амплитуды фазы разрежения (2,9 раза), сопровождавшееся ростом ее длительности от 0,341 мкс (рис. 6, кривая 1 - сигнал, прошедший бездефектную область) до 0,448 мкс. Длительность фазы сжатия при этом почти не изменялась, а ее амплитуда уменьшалась в 1,6 раза.

В биполярном сигнале (рис. 6, кривая 3), прошедшем через середину трещины, происходило существенное уменьшение амплитуды сигнала и смещение по времени двух фаз относительно друг друга. При этом амплитуда фазы сжатия уменьшилась в 1,5 раза, а разрежения - в 3,4 раза. Присутствие горизонтального участка в акусгическом треке отражал тот факт, что фаза разрежения распространяется с меньшей скоростью, чем фаза сжатия. Так же было обнаружено пороговое значение поверхностной плотности энергии лазерного импульса, при котором еще возможно наблюдение нелинейной трансформации формы акустического сигнала (34 мДж/см2 - для мрамора).

Вторая группа бездефектных изотропных образцов мрамора подвергалась циклическому одноосному нагружению (шесть циклов), с помощью которого наводилась искусственная микротрещиноватость структуры, и затем проводилось исследование в этом направлении ее влияния на коэффициент затухания, скорость распространения и форму импульсов продольных волн. В каждом из шести циклов достигалось определенное максимальное значение напряжения: 1 - 30 МПа, 2-73 МПа, 3-109 МПа, 4-261 МПа, 5 - 286 МПа, * - 300 МПа, Последний цикл нагрузки приводил к разрушению образца.

После первого цикла нагружения до 30 МПа в диапазоне частот 13,5 МГц были получены частотные зависимости скорости распространения и коэффициента затухания продольных волн. Результатом второго цикла нагружения до 73 МПа явился рост скорости распространения продольных волн на 1,1%, вызванный уплотнением образца. Этот факт подтверждается уменьшением на 0,18 мкс времени распространения сигнала по образцу. При этом изменение скорости в исследуемом диапазоне частот не значительно. На частоте 3 МГц коэффициент затухания уменьшился на 15 % с ростом нагрузки от 30 МПа до 73 МПа. В третьем цикле на поверхности образца появились

14

микротрещины, сопровождавшиеся акустической эмиссией. По отношению к первоначальным значениям скорость уменьшалась на 4 %, а коэффициент затухания увеличивался на 35%. После четвертою цикла продолжился рост числа микротрещин, что отражается в увеличении коэффициента затухания продольных волн на 87% на частоте 3 МГц и уменьшении скорости на 4% по отношению к первоначальным значениям. Во временном профиле сигналов, прошедших через подвергшиеся циклической нагрузке образцы, наблюдается ряд искажений. В качестве опорного сигнала использовался тот же сигнал, состоящий из фаз сжатия и разрежения, что и для первой группы образцов Вследствие рассеяния и дифракции соотношение амплитуд фаз в акустическом сигнале, прошедшем через образец после первого цикла, составляло 1,6:1. Дальнейшие нагрузки второго цикла значительных изменений в форму импульса не вносят. Третий цикл нагрузки приводит к образованию микротрещин, что отражается в существенном уменьшении амплитуды фазы разрежения по отношению к фазе сжатия (соотношение амплитуд двух фаз биполярного импульса - 2,2:1). После четвертого цикла сигнал запаздывает на 0,15 мкс и уменьшается амплитуда фазы разрежения на 16% при неизменной амплитуде фазы сжатия по сравнению с результатом третьего цикла. Итогом пятого цикла нагружения стало возникновение макротрещины протяженностью более 1,5 см. После прохождения через трещину ультразвукового импульса, как и для трещиноватых образцов первой группы, появлялся горизонтальный участок между фазами, сопровождающийся уменьшением амплитуды фазы разрежения и ростом ее длительности. Во всем исследуемом частотном диапазоне так же снижалась скорость распространения продольных волн и увеличивался коэффициент затухания. В шестом цикле образец разрушился.

Искусственная нарушенность структуры, помимо механической нагрузки, так же наводилась и воздействием магнитным полем на образцы железистого кварцита, обладающего выраженными магнитными свойствами. Исследования образцов до и после магнитного воздействия показали, что увеличивается коэффициент затухания и уменьшается скорость распространения продольных волн во всем исследуемом диапазоне частот. При этом оценки максимального размера зерна в обоих случаях составляли 0,5 мм, поэтому рост коэффициента затухания не связан с изменением размера. Кроме этого, в акустических сигналах, прошедших через образцы, наблюдались похожие нелинейные

искажения формы импульсов, что и у мрамора, что свидетельствовало о наличие микротрещин.

Кроме образцов мрамора, габбро и железистого кварцита исследовались еще и образцы углей Кузнецкого бассейна, представлявших собой диски диаметром 40 мм и толщиной 3 - 6 мм и обладавших высокой пористостью и сильной трещиноватостыо, что делало не применимым иммерсионный метод Для защиты от попадания внутрь образцов влаги и вазелина, обеспечивающего акустический контакт, они покрывались тонким слоем лака. Их прозвучивание проводилось ультразвуковыми биполярными импульсами продольных волн (рис. 7а), возбуждаемых лазерным излучением при свободной границе в светофильтре СЗС - 22. В результате переотражения от границ СЗС-22 акустического сигнала возникала последовательность импульсов с длительностью 50 не, что соответствует полосе частот 1-25 МГц. Временной интервал между двумя импульсами соответствовал времени двукратного пробега по оптико-акустическому генератору. В качестве опорного сигнала был выбран акустический трек с первыми двухполярными сигналами по причине того, что последующие импульсы испытывали после прохождения через уголь значительное затухание.

На рис. 76, в представлены акустические треки сигналов, прошедших через образы толщиной 3,8 мм и 5 мм. Нелинейные искажения в форме импульса проявляются более существенно, чем в образцах мрамора. Значительно изменяются длительности фаз сигнала по уровню !4: длительность фазы сжатия увеличивается до 250 не, а фазы разрежения - 1,3 мкс. В спектральном диапазоне верхняя граница при прохождении фазы сжатия через образец составляет около 5 МГц, а для фазы разрежения - примерно 1 МГц. Так же как в акустическом сигнале, распространяющемся в трещиноватом образце мрамора, наблюдается разделение по времени фаз сжатия и разрежения (рис. 76, в). Горизонтальный участок (область сигнализирует о том, что данные фазы распространяются с разными скоростями. Фаза разрежения приводит к раскрытию трещин, которое вызывает поглощение высокочастотной части спектра и снижение скорости распространения продольных волн. Кроме этого, удлинение фазы разрежения отражает тот факт, что в результате действия последней образец не принимает исходное состояние. Скорость прохождения второго импульса через такой образец с измененным состоянием падает от значения 2130 м/с до 1940 м/с. При этом

амплитуда фазы сжатия первого импульса при распространении в образце толщиной 3,8 мм снижается в 21 раз, а второго - в 27 раз.

Исследование микротрещиноватых образцов мрамора, габбро, железистого кварцита и углей Кузнецкого бассейна показало, что при прохождении через них короткого биполярного импульса упругих продольных волн нелинейность такой среды проявляется в искажении формы данного сигнала. Присутствие трещин с раскрывом ~ 20 мкм и более приводит к нелинейному искажению, заключающемуся в том, что фаза сжатия и фаза разрежения распространяются с различными скоростями, то есть происходит разделение во времени двух данных фаз.

В четвертой главе представлены возможности локализации дефектов структуры и построения изображения сети микротрещин образцов горных пород методом лазерной ультразвуковой эхоскопии.

Принцип работы аппаратуры (рис. 8) заключается в следующем. Оптические импульсы от твердотельного лазера (1), работающего в режиме модуляции добротности, поступают через оптоволоконный кабель (2) в оптическую формирующую систему (3), закрепленную на корпусе (4) оптоакустического преобразователя. При этом лазер обеспечивает следующие параметры излучения: длина волны 1,06 мкм, длительность импульса 15 нс, максимальная энергия в импульсе 200 мкДж.

Оптическая система (3) формирует световой пучок радиусом 2,5 мм, поступающий в прозрачную призму (5) из оргстекла с плоскопараллельными основаниями. Эта призма в дальнейшем используется в качестве звукопровода для акустических сигналов.

К рабочей плоскости призмы (на которую падает оптический пучок) приклеена пластинка из черного пластика толщиной 300 мкм, который имеет акустический импеданс, близкий к импедансу оргстекла, и высокое значение коэффициента теплового расширения. Эта пластинка и выполняет функции ОАГ, который возбуждает в образце горной породы (7) ультразвуковой импульс продольных упругих волн. При этом длшельность возбуждаемых импульсов не превышает 100 не, что с учетом реальных скоростей распространения акустических сигналов в горных породах, соответствует пространственной протяженности менее 0,5 мм. Диаметр возбуждаемого в образце ультразвукового пучка равен диаметру светового пучка, падающего па поверхность ОАГ, и составляет 5 мм. Ультразвуковые сигналы, возбуждаемые ОАГ, и распространяющиеся в исследуемом образце, рассматриваются в

качестве зондирующих импульсов (8), а распространяющиеся в призме (5) - в качестве опорных (9).

Опорные сигналы (9), сигналы (10), отраженные от дефекта (11), а также сигналы (12), отраженные от нижней поверхности образца, принимаются демпфированным широкополосным пьезоприемником (13) и преобразуются последним в электрические сигналы, которые далее усиливаются предусилителем (14) и обрабатываются компьютером (15).

Для апробации метода лазерной ультразвуковой эхоскопии первоначально проводилось выявление дефектов структуры в образцах вулканической породы и мрамора (рис. 10). По акустическому треку (рис. 10), полученного от образца в режиме эхоскопии, скорость распространения продольных волн можно вычисляется по разнице времен А( прихода на пьезодатчик опорного (рис. 10, 1) и отраженного от нижней стороны образца (рис. 10, 2) импульсов, а также измеренному значению толщины образца И: с, = 2й/Д/.

Рис 8. Блок-схема аппаратуры лазерной ультразвуковой эхоскопии

V— 9___!

Рис. 9. Схема сканирования при локализации микротрещин в образце

Измеряя время задержки А(сг между опорным и отраженным от дефекта (микротрещины, поры, уплотнения и др.) импульсами (рис. 10а), можно вычислить глубину залегания Исг дефекта от поверхности из соотношения 2.

Основной вклад в погрешность вычислений, которая не превышает 3 %, вносят погрешности измерения временных интервалов и толщины образца.

Возбуждаемые в ОАГ зондирующие импульсы по длительности не меньше 100 не, что с учетом реальных скоростей распространения продольных

волн в горных породах дает возможность обнаруживать микротрещину (дефект) на глубине от 0,5-1 мм. Помимо этого, существует возможное/ь оценки соотношения акустических импедансов вещества, заполняющего микротрещину, и вмещающей ее горной породы на основе соотношения полярностей опорного и отраженного от микротрещины сигналов. Если данные сигналы обладают разными полярностями, то заполняющее микротрещину вещество с меньшим импедансом, в противном случае - с большим.

Локализация микротрещин проводилась на образцах мрамора. На основе акустических сигналов, полученных в различных точках при сканировании по поверхности образца в режиме эхоскопии (рис. 9), было построено с помощью специального компьютерного метода обработки сигналов изображение сети микротрещин (рис. 11) в плоскости л (рис. 9), перпендикулярной поверхности образца. Данный метод базировался на следующем алгоритме. /Для каждой точки сканирования из опорного сигнала и сигнала, полученного от образца, определялись с помощью быстрого преобразования Фурье их спектры и вычислялось отношение этих спектров. Затем это спектральное отношение умножалось на специальный фильтр (функция супергаусс /(<у) = ехр(~(®/я)''-{{о1сУ)-ех$(-(а1е)'), значения а, Ь, с, с/, е, / задавались в программе) для уменьшения влияния шумового фактора.

X. мм

4,50 5,00 5 50 6,00 6 5 0 7 00 7 50 б

4 00 4 К) 5,00 5,50 6,00 6,50 7 00 7 50 [, МКС

Рис. 10. Акустический трек от образца мрамора, полученный в режиме эхоскопии

0 2 4 б 8 10 12 14 16 18 20 22.24 20

Ъ, мм,

Рис. 11. Изображение сети микротрещин в образце мрамора

Далее от полученного массива чисел бралось обратное преобразование Фурье. Временная шкала полученного таким образом сигнала переводилась в пространственную путем умножения ее на с,/2. При этом скорость

продольных волн с, вычислялась либо методом эхоскопии, либо методом лазерной ультразвуковой спектроскопии. Затем из двухмерных массивов чисел (глубина сканирования, амплитуда сигнала) конструировался трехмерный массив чисел (глубина сканирования, координаты точек сканирования, амплитуда сигнала). Используя цветовое правило для амплитуд сигнала (максимуму ставится черный цвет, минимуму - белый, а промежуточным значениям - соответствующая градация серого цвета), строилось черно-белое изображение сети микротрещин (рис. 11) в плоскости, перпендикулярной поверхности образца. Построение таких изображений в различных плоскостях позволяет определить параметры микротрещин (длину, расстояние между трещинами). Результаты построения изображений микротрещин подтверждались исследованиями методом микроскопии при последовательном снятии тонких поверхностных слоев образца.

Заключение

Диссертационная работа является научно-квалификационной работой, в которой дано новое решение научной задачи разработки метода оценки микротрещиноватости горных пород на основе использования мощных термооптических источников ультразвука для повышения качества информации о степени природной и техногенной нарушенное™ геологической среды, необходимой для эффективного и безопасного ведения горных работ.

Основные выводы по работе, полученные автором, заключаются в следующем:

1. Разработаны принципы построения теоретической модели, описывающей термооптическое возбуждение в горных породах мощных широкополосных импульсов упругих волн на основе эффекта тепловой нелинейности в промежуточной генераторной среде.

2. Экспериментально установлено, что в качестве промежуточной генераторной среды лучше всего использовать растворы красителей, обладающих высоким коэффициентом поглощения оптического излучения и сильной температурной зависимостью объемного коэффициента расширения, например, водный раствор туши позволяет генерировать упругие импульсы продольных волн с амплитудой давления вплоть до 100 МПа.

3. Предложена схема термооптического источника сдвиговых волн с использованием лазерного возбуждения мощных продольных волн в

жидкости, которые трансформируются в сдвиговые при переходе через границу жидкость - твердое тело под углом, большим критического.

4. Установлено, что длительность зондирующих упругих импульсов продольных волн, возбуждаемые с помощью термооптического эффекта, не менее 100 не, что с учетом их скорости распространения в горных породах минимизирует мертвую зону до 0,5 мм.

5. Показана возможность локализации и построения изображения сети микротрещин в образцах на основе акустических сигналов, полученных методом лазерной ультразвуковой эхоскопии.

6. Экспериментально установлен процесс нелинейного взаимодействия мощных термооптических упругих биполярных импульсов с микротрещиноватой геосредой, сопровождающийся трансформацией формы указанных импульсов, которая проявляется во временном сдвиге фазы разрежения относительно фазы сжатия и значительном затухании фазы разрежения.

7. По результатам выполненных исследований разработана утвержденная в Московском государственном горном университете «Методика контроля микротрещиноватости горных пород на основе мощных лазерных ультразвуковых источников», обеспечивающая возможность контроля нарушенности структуры горных пород, внедрение которой позволит значительно повысить надежность и информативность выявления и определения параметров микротрещин. Данная методика передана в научно-исследовательские институты, вузы и другие организации, проводящие работы по разработке и созданию новых методов исследования горных пород.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Иньков В.Н., Черепецкая Е.Б. Расчет параметров мощных широкополосных оптико-акустических генераторов для задач контроля геоматериалов. - Обозрение прикладной и промышленной математики (ОПиПМ). - 2004. - Т. 11. - № 1.-С.117-118.

2 Иньков В.Н., Черепецкая Е.Б. Возможности выявления микродефектов в образцах горных пород лазерным ультразвуковым методом. - Горный

информационно-аналитический бюллетень (ГИАБ). - 2004. - №4. - С. 104107.

3 Иньков В.Н., Черепецкая Е.Б., Шкуратник В.Л., Карабутов А.А., Макаров В.А. Ультразвуковая эхоскония геоматериалов с использованием термооптических источников продольных волн. -Физико-технические проблемы разработки полезных ископаемых (ФТПРПИ). - 2004. - № 3. - С.16-21.

4. Иньков В.Н., Черепецкая Е.Б., Шкуратник BJL, Карабутов А.А., Макаров В.А. Опенка параметров акустических сигналов, возникающих при поглощении лазерного излучения на дефектах оптически прозрачных минералов. - ОПиПМ. - 2004. -Т. 11. - № 4. - С.959.

5. In'kov V.N., Cherepetskaya Е.В. Laser ultrasonic echoscopy of geomaterials. - Abstracts "FORUM ACUSTICUM". - Budapest 2005. - Acta Acustica united with Acustica. - 2005. - Vol. 91. - suppl. 1. - P. S172.

6. Cherepetskaya E.B., In'kov V.N., Karabutov A.A., Shkuratnik V.L. Laserultrasonic spectroscopy for geological testing. - Abstracts "FORUM ACUSTICUM". - Budapest 2005. - Acta Acustica united with Acustica. -2005. - Vol. 91. - suppl. 1. - P. S171.

7. Иньков B.H., Черепецкая E.E., Шкуратник В.Л., Карабутов A.A., Макаров В.А. Использование эффекта тепловой нелинейности при лазерном возбуждении ультразвуковых сигналов в геоматериалах. -Прикладная механика и техническая физика (ПМиТФ) - 2005. - Т. 46. -№ 2. - С.179-186.

8 Иньков В.Н., Черепецкая Е.Б. Экспериментальное исследование влияния тепловой нелинейности на параметры лазерно-ультразвуковых сигналов, возбуждаемых в геоматериалах. - ГИАБ. - 2004. - №10. - С. 3436.

9. Черепецкая Е.Б., Шкуратник ВЛ., Иньков В.Н., Коваленко С.А. Карабутов А.А., Макаров В.А. Особенности распространения ультразвуковых импульсов в трещиноватых горных породах, связанные с

гистерезисной нелинейностью // Сборник научных докладов конф. «Горная геология, геомеханика и маркшейдерия» - Ч. 1. - Донецк. - 2004 - С. 280 - 284.

10 Иньков В. Н., Черепецкая £. Б., Шкуратник В. Л., Карабутов А. А., Макаров В. А. Исследование механо-акустической нелинейности трещиноватых пород методом лазерно-ультразвуковой спектроскопии. -ПМиТФ. - 2005. - № 3. - С.174-180.

11 Черепецкая Е.Б., Иньков В.Н. Экспериментальное исследование нелинейного искажения формы мощных ультразвуковых импульсов при распространении их в горных породах. - ГИАБ. - 2005. - № 3. - С.41 - 45.

12 Иньков В.Н. Влияние тепловой нелинейности на оптико-акустический отклик от термически крупной поглощающей частицы в иммерсионной жидкости. // Сборник трудов, Вторая молодежная школа «0птика-2002», секция 4 «Физика лазеров и лазерные технологии».- Санкт-Петербург. -ИТМО. - 2002. - С. 120.

Подписано в печать 15.05.06 Формат 60x90/16 Объем 1,0 п.л. Тираж 100 экз Заказ № -¿О 4

Типография Московского государственного горного универсшета Москва, Ленинский проспект,6

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Иньков, Виктор Николаевич

Введение

Глава 1. Анализ современного состояния методов определения трещиноватости горных пород

§1.1. Трещины в горных породах, их характеристики и классификация

§1.2. Методы выявления и оценки трещиноватости горных пород

§1.3. Акустические методы исследования микротрещиноватости горных пород.

1.3.1. Акустические методы исследования трещиноватости горных пород.

1.3.2. Проблемы создания мощных широкополосных источников ультразвука.

§ 1.4. Современное состояние лазерных ультразвуковых методов диагностики горных пород.

§1.5. Выводы и постановка задач исследований

Глава 2. Термооптические источники ультразвука для диагностики геоматериалов на основе эффекта тепловой нелинейности

§2.1. Теория лазерного возбуждения упругих волн в геоматериалах

§2.2. Влияние эффекта тепловой нелинейности на параметры акустических импульсов, возбуждаемых лазерным излучением

§2.3. Лазерно-ультразвуковая установка ГЕОСКАН-02М

§2.4. Экспериментальное исследование эффекта тепловой нелинейности

§2.5. Термооптические источники сдвиговых волн для задач диагностики геоматериалов.

§2.6. Выводы.

Глава 3. Исследование микротрещиноватости геоматериалов с помощью нелинейных эффектов трансформации формы мощных ультразвуковых импульсов

§3.1. Теоретические модели нелинейных эффектов, возникающих при взаимодействии упругих волн с геосредой

§3.2. Исследование нелинейной трансформации ультразвуковых импульсов при распространении в геоматериалах

§3.3. Исследование нелинейной трансформации ультразвуковых импульсов при распространении в углях.

§3.4. Выводы.

Глава 4. Исследование микротрещиноватости геоматериалов на основе лазерной ультразвуковой эхоскопии

§4.1. Аппаратура и ее принцип работы для реализации режима эхоскопии геоматериалов.

§4.2. Эксперименты по эхоскопии образцов вулканической породы

§4.3. Локализация сети микротрещин в образце горной породы

§4.4. Выводы.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Разработка метода оценки микротрещиноватости горных пород с использованием мощных лазерных ультразвуковых источников"

Трещиноватость горных пород оказывает существенное, а в ряде случаев и определяющее влияние практически на все свойства горных пород и их напряженно-деформированное состояние. Неслучайно, оценка параметров тре-щиноватости рассматривается в качестве одной из приоритетной задач геоконтроля. Для решения этой задачи в настоящее время привлекается широкий спектр геофизических методов, среди которых наиболее перспективными считаются акустические методы, основанные на анализе изменения кинематических и динамических характеристик упругих волн при распространении их в трещиноватой геосреде. Для эффективного исследования акустическими методами микротрещиноватости необходимо использование высокочастотной области ультразвукового диапазона частот, в которой длина волны зондирующих сигналов становится соизмеримой с характерными размерами микротрещин. Однако для указанного диапазона характерно очень высокое затухание упругих волн, которое объективно ограничивает возможности ультразвуковых методов геоконтроля при изучении микротрещиноватости с использованием традиционных источников ультразвука на основе пьезоэлектрических преобразователей. В связи с этим актуальной является задача обоснования и разработки такого ультразвукового метода изучения микротрещиноватости, который был бы основан на возбуждении в геосреде высокочастотных ультразвуковых сигналов высокой мощности, базирующемся на использовании лазерных термооптических источников ультразвука.

Исследования, результаты которых представлены в настоящей диссертационной работе, осуществлялись при финансовой поддержке Совета по грантам Президента РФ для поддержки ведущих научных школ (НШ - 1467.2003.5). Они были проведены в рамках темы "Теоретическое и экспериментальное обоснование изучения структуры, свойств и состояния горных пород на основе принципов ультразвуковой эхоскопии"в соответствии с планом научно-исследовательских работ МГГУ, проводимых в 2002 - 2004 гг. по заданию Федерального агентства по образованию (номер госрегистрации 01200304882).

Цель работы заключается в разработке принципов возбуждения мощных широкополосных ультразвуковых сигналов в горной породе на основе термооптического эффекта в контактирующей с ней промежуточной генераторной среде со специально подобранными свойствами и обосновании на этой основе нового эффективного способа оценки микротрещиноватости. Методы исследований.

• Численное моделирование трехмерных термооптических источников на основе теоретических расчетов с учетом эффекта тепловой нелинейности.

• Экспериментальное исследование лазерного возбуждения ультразвука в горных породах с использованием специально подобранных генераторных сред.

• Компьютерная обработка в средах "Origin" и "Matlab", анализ и интерпретация полученных результатов.

Научная новизна исследований состоит:

• в установлении закономерностей возбуждения мощных широкополосных импульсов в горных породах без их разрушения в функции от свойств промежуточной генераторной среды;

• в установлении пороговых значений амплитуды распространяющихся в горных породах упругих импульсов, при которых начинают проявляться нелинейные эффекты;

• в установлении влияния микротрещиноватости горных пород на форму мощных акустических сигналов, распространяющихся в них;

• в разработке специальной программы построения изображения сети микротрещин в образце горной породы на основе акустических сигналов, полученных методом лазерной ультразвуковой эхоскопии.

Научные положения, выносимые на защиту:

• Генерация мощных широкополосных упругих импульсов в горных породах может осуществляться на основе термооптического эффекта путем размещения на поверхности образца промежуточной генераторной среды. При этом генераторная среда должна обладать следующими параметрами и теплофизическими свойствами: температурным коэффициентом объемного расширения не менее 0,182 • 103 1/К; коэффициентом поглощения - не менее 100 см-1; поперечными размерами в 2-3 раза превышающими диаметр лазерного пучка.

• Оптико-акустический эффект в сочетании с промежуточной генераторной средой с высоким коэффициентом температурного расширения позволяет возбуждать в образцах горных пород акустические сигналы с амплитудой от 10 МПа в частотном диапазоне 0,3 — 30 МГц без повреждения этих образцов. Распространение сигналов с такими характеристиками в микротрещиноватых средах сопровождается нелинейной трансформацией их формы, по которой можно судить о наличии микротрещин.

• Мощные термооптические упругие импульсы, создаваемые в геоматериалах, имеют длительность менее 100 не, что обеспечивает высокую лучевую разрешающую способность, величину мертвой зоны менее 0,4 мм и позволяют исследовать параметры микротрещин на образцах в режиме эхоскопии. С использованием отраженных акустических сигналов, полученных в результате сканирования по поверхности образца, можно получить изображение сети микротрещин в плоскости сканирования.

Обоснованность и достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждаются:

• большим объемом экспериментальных исследований, проведенных на образцах различных горных пород;

• использованием при проведении ультразвуковой диагностики микротре-щиноватости геоматериалов современной аппаратуры, обеспечивающей погрешность измерений не более 1%, и широко опробованных компьютерных программ для обработки полученных экспериментальных данных;

• хорошей воспроизводимостью установленных закономерностей информативных параметров при многократных измерениях;

• сходимостью результатов диагностики микротрещиноватости, полученных лазерным ультразвуковым методом и методом оптической микроскопии.

Научное значение работы заключается в разработке метода локальной пе-разрушающей диагностики микротрещиноватости горных пород на основе использования мощных лазерных термооптических источников ультразвука и широкополосных акустических приемников.

Практическое значение работы заключается в разработке "Методики контроля микротрещиноватости горных пород на основе мощных лазерных ультразвуковых источников", утвержденной в Московском государственном горном университете, а также в создании аппаратурного и программного обеспечения для ее реализации. Внедрение данной методики позволит значительно повысить информативность и надежность контроля нарушенности структуры горных пород.

Апробация работы. Основные результаты работы в период выполнения докладывались и обсуждались на V Всероссийском симпозиуме по прикладной и промышленной математике (весенняя открытая сессия, Кисловодск, май 2004 г.); V Всероссийском симпозиуме по прикладной и промышленной математике (осенняя открытая сессия, Сочи, сентябрь 2004 г.); V Всероссийской научно-технической конференции "Измерения, автоматизация и моделирование в промышленности и научных исследованиях"(ИАМП - 2004, Бийск, октябрь 2004 г.); конференции "Горная геология, геомеханика и маркшейдерия "(Донецк, октябрь 2004 г.); XV сессии Российского акустического общества (Нижний Новгород, ноябрь 2004 г.); Межвузовском семинаре "Экологическая безопасность и устойчивое развитие" (МГГУ - РХТУ им. Д.И. Менделеева, Москва, 7 декабря 2004 г.); XVI сессии Российского акустического общества (Москва, ноябрь 2005 г.); симпозиумах "Неделя горняка-2004,2005: ференция "FORUM ACUSTICUM 2005 и научных семинарах кафедр физики и горного университета.

МГГУ, Москва); международная кон-1 (Будапешт (Венгрия), август 2005 г.) ФТКП Московского государственного

Заключение Диссертация по теме "Горнопромышленная и нефтегазопромысловая геология, геофизика, маркшейдерское дело и геометрия недр", Иньков, Виктор Николаевич

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертационная работа является научно-квалификационной работой, в

которой дано новое решение научной задачи разработки метода оценки микро трещиноватости горных пород на основе использования мощных термооптиче ских источников ультразвука. Основные выводы и результаты диссертационной

работы заключаются в следующем:

1. Разработаны принципы построения теоретической модели, описывающей

термооптическое возбуждение в горных породах мощных широконолос ных импульсов упругих волн на основе эффекта тепловой нелинейности в

промежуточной генераторной среде. 2. Экспериментально установлено, что в качестве промежуточной генератор ной среды лучше всего использовать растворы красителей, обладающих

высоким коэффициентом поглощения оптического излучения и сильной

температурной зависимостью объемного коэффициента расширения, на пример, водный раствор туши позволяет генерировать упругие импульсы

продольных волн с амплитудой давления вплоть до 100 МПа. 3. Предложена схема термооптического источника сдвиговых волн с исполь зованием лазерного возбуждения мощных продольных волн в жидкости,

которые трансформируются в сдвиговые при переходе через границу жид кость - твердое тело под углом, большим критического. 4. Установлено, что длительность зондирующих упругих импульсов продоль ных волн, возбуждаемые с помощью термооптического эффекта, не менее

100 НС, что с учетом их скорости распространения в горных породах ми нимизирует мертвую зону до 0,5 мм.Заклю чение 122

5. Показана возможность локализации и построения изображения сети ми кротрещин в образцах на основе акустических сигналов, полученных ме тодом лазерной ультразвуковой эхоскопии. 6. Экспериментально установлен процесс нелинейного взаимодействия мощ ных термооптических упругих биполярных импульсов с микротрещино ватой геосредой, сопровождающийся трансформацией формы указанных

импульсов, которая проявляется во временном сдвиге фазы разрежения

относительно фазы сжатия и значительном затухании фазы разрежения. 7. По результатам выполненных исследований разработана утвержденная в

Московском государственном горном университете "Методика контроля

микротрещиноватости горных пород на основе мощных лазерных уль тразвуковых источников", обеспечивающая возможность контроля нару шенности структуры горных пород, внедрение которой позволит значи тельно повысить надежность и информативность выявления и опреде ления параметров микротрещин. Данная методика передана в научно исследовательские институты, вузы и другие организации, проводящие

работы по разработке и созданию новых методов исследования горных

пород.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата технических наук, Иньков, Виктор Николаевич, Москва

1. Меокгосударственный стандарт ГОСТ 30629-99.

2. Багринцева К. И. Карбонатные породы-коллекторы нефти и газа. М.: Недра, 1977.

3. Беликов Б.П. О методе изучения трещинной тектоники строительного и облицовочного камня. М: Изд-во АН СССР, 1953.

4. Смехов Е. М. Теоретические и методические основы поисков трещинных коллекторов нефти и газа. Л. Недра, 1974.

5. Чернышев Н. Трещины горных пород. Наука, 1983.

6. Черепанов Г.П. Механика хрупкого разрушения. М: Наука, 1974.

7. Формы геологических тел: Терминол. справочник. М: Недра, 1977.

8. Юшкин Н.П. Механические свойства минералов. Л.: Наука, 1971.

9. У. Харрисон. Теория твердого тела. М.: Мир, 1972.

10. Мюллер Л. Механика скальных массивов. М.: Мир, 1971.

11. Чернышев Н. Рац М. В. Трещиноватость и свойства трещиноватых горных пород. М.: Недра, 1970.

12. Жиленков В.Н. Руководство по методике определения фильтрационно- суффозионных свойств скальных оснований гидротехнических сооруоке-ний. Л.: Энергия, 1975.

13. Красилова Н.С. Анализ характера треш,иноватости скальных пород нри мелко-масштабной инженерно-геологической съемке. Иною, геология,(4):38-40, 1979.

14. Ромм Е. Фильтрационные свойства трещиноватых горных пород. М.: Наука, 1966.

15. Нейштадт Л. И. Методы геологического изучения трещиноватости гор- ных пород при инснсенерно-геологических исследованиях. М.:, 1957.Список литературы 124

16. Джегер Ч. Механика горных пород и ино/сенерных сооруо1сений. М.: Мир, 1975.

17. Ведельштейн Б. Ю., Добрынин В. И., Тхостов Б. А., Везирова А. Д. Нефть в трет,инных коллекторах. Л.: Недра, 1970.

18. Нечай А. М. Вопросы количественной оценки вторичной пористости " трещиноватых коллекторов нефти и газа, volume 38. М.: Недра, 1964.

19. Ручкин А. В. Изучение карбонатных коллекторов по электрическим па- раметрам зоны проникновения бурового раствора в пласты (на примере'' карбонатных отлооюений Башкирии). Автореф. дис. канд. геол.-минер.наук. Грозный, 1971.

20. Куликов Б. Н., Силина Л. В., Золоева Г. М., Фарманова Н. В., Царева Н. В. Изучение карбонатных коллекторов методами промысловой геофизики.М.: Недра, 1977.

21. Pollen Н., Aguilera R. Current status on study of naturally. Log Analyst., 18(3):3-23, 1977.

22. Котяхов Ф. И. Физика нефтяных и газовых коллекторов. М.: Недра, 1977.

23. Дахкильгов Т.Д., Итенберг С. Геофизические исследования в скваоюи- нах. М: Недра, 1982.

24. Нейман В. С , Васин Я. Н., Верман Л. В. О возможности выделения кавер- нозных и трещиноватых известняков методами нромысловой геофизики.Прикладная геофизика, 39:153-167, 1964.

25. Щербаков Т. В. Изучение карбонатных пород методами каротажа. Неф- тегазовая геология и геофизика, (10):14-17, 1964.

26. Дахнов В.Н. К вопросу определения эффективной пористости карбонат- ных коллекторов верхнего мела Грозненского нефтепромыслового района.- Петрофизика и промысловая геофизика. М.: Недра, 1969.

27. Шустеф И.Н., Звягин Г.А. Изучение трещиноватости нродуктивных пла- стов методом индикаторов. Нефтегазовая геология и геофизика, (8):42-49,1975.

28. Гиниятов Г. 3., Губина А. И., Семенов В. А., Кустов Ю. В. Выделение трещинных коллекторов с пониженными пластовым давлением но замерамамплитуд продольных волн до и после соляно кислотной обработки пласта.Разведочная геофизика, 85:130-131, 1979.

29. Шустеф И.Н., Звягин Г.А. Выявление нанравленности естественных тре- щин и их роль нри разработке нефтяных месторождений. Геология нефтии газа, (8):53-58, 1975.

30. Малинин В. Ф., Орлов Л. И. Лабораторный метод изучения структуры порового пространства карбонатных пород. Разведочная и промысловаягеофизика, 44:47-51, 1962.

31. Клюев В.В. Справочник. Неразрушающий контроль и диагностика. М.: Машиностроение, 2003.

32. Шкуратник В.Л., Ямщиков B.C. Акустическая спектроскопия массива горных пород. ФТНРНИ, (2), 1978.

33. Панин В.И., Турчанинов И.А. Геофизические методы онределения и кон- троля напряжений в массиве. Л.: Наука, page 163, 1976.

34. Голямина И.Н. Ультразвук. Маленькая энциклопедия. М.: Сов. Энцикло- педия, 1979.Список литературы 126

35. Шкуратиик В.Л. Горная геофизика. Ультразвуковые методы. М,: МГИ, 1990.

36. Аджимамудов Э.Б., Аконян Е.А. О характере зависимости скорости рас- нространения упругих волн от илотности горных нород. Ученые запискиЕреванского университета, Естествен 1ные науки, (7):161, 1981.

37. Ямщиков B.C. Введение в геоакустику. М.: МГИ, 1968.

38. Ямщиков B.C. Методы и средства исследования и контроля горных пород и процессов. М.: Недра, 1982.

39. Геринг Г.И., Бесналько А.А. Высокоэнергетическая электроника твердого тела, глава Акустические эффекты в твердых телах нод воздействиемэлектронных иучков, pages 207-215. Новосибирск: Наука, 1982.

40. Геринг Г.И., Веспалько А.А. Генерация упругих волн напряжений в твер- дых телах электронными пучками большой нлотности. Письма в ЖТФ,(4):207-215, 1977.

41. Кажис Р.-Й. Ультразвуковые информационно-измерительные системы. Вильнюс: Мокслас, 1986.

42. Bell А. G. Атег J. of Science, 20:305, 1880.

43. Карабутов А.А., Матросов М.П., Подымова Н.В., Пыж В.А. Имнульс- ная акустичесакая снектроскопия с лазерным источником звука. Акуст.журн., 37(2):311-323, 1991.

44. Karabutov А.А., Podymova N.B. Nondestructive material characterization by laser-excited longitudinal and shear acoustic waves. Proc. SPIE., 2713:423,1996.

45. Карабутов A.A., Каксис A.О., Подымова Н. В., Ухарский В.А. Влияние микропластичности на затухание ультразвука в стеклопластиковых ком-пазитах. Акуст. снсурн., 40(5):812-815, 1994.

46. Карабутов А.А., Подымова Н.В. Неразрущающий контроль усталостных изменений структуры комнозитов лазерным ультразвуковым методом. Ме-ханика композитных матералов, 31(3):405-410, 1995.Список литературы 127

47. Карабутов А.А., Подымова Н.Б., Пеливанов И.М., Керштейн И.М. Распро- странение широкополосных акустических сигналов в однонаправленныхволокнистых композитах. Вестник МУ. СерияЗ. Физика, Астрономия.,(5):47, 1997.

48. Карабутов А.А., Подымова Н.Б., Пеливанов И.М., Керштейн И.М. Иссле- дование упругих свойств однонанравленных графито-эпоксндных компо-зитов лазерным ультразвуковым методом. Механика композитных мате-риалов, 34(б):811-822, 1998.

49. Карабутов А.А., Пеливанов И.М., Подымова Н.Б., Керштейн И.М. Распро- странение продольных и сдвиговых акустических видеоимпульсов в одно-направленных графито-эпоксидных композитах. Акуст. Журн., 45(1):105,1999.

50. Карабутов А.А., Подымова Н.Б., Мурашев В.В. Диагностика слоистых композитов с помош,ью лазерного оптико-акустического преобразователя.Механика композитных материалов, 35(1):125-134, 1999.

51. Neron С, Monchalin J.P. Inspection of composite materials by laser-ultrasonic. Canadian aeronautics and space journal, 43(1), 1997.

52. Карабутов A.A., Пеливанов И.М., Подымова Н.Б. Неразрушаюш;ий кон- троль дефектов структуры графито-эпоксидных композитов лазернымоптико-акустическим методом. Механика композитных материалов,36(6):831-838, 2000.

53. Belov М.А., Karabutov А.А., Kozhushko V.V., Pelivanov I.M, Podymova N.B. 1.aser ultrasonic nondestructive testing and evaluation of composite materials.1.aser Physics Workshop, Bratislava, page 254, 2002.

54. Белов M.A., Карабутов A.A., Пеливанов И.М., Подымова Н.Б. Диагности- ка пористости графито-эпоксидных композитов лазерным ультразвуковымСписок литературы 128методом. Контроль. Диагностика, (2):48-54, 2003.

55. Стор В.Н. Методика проведения ультразвукового лазерного сканирова- нимя образцов горных пород. Скваоюинная геоакустика при поисках иразведке месторождений полезных ископаемых. М. Наука, 1987.

56. Кузнецова Т.Ю., Стор В.Н. Ультразвуковое лазерное сканирование образ- цов керна сверхглубоких скважин. Научно-тех-нический вестник "Каро-таокник". Тверь,, (вып. 5):69-73, 1999.

57. Черепецкая Е.Б., Шкуратник В.Л., Карабутов А.А., Макаров В.Л. Тео- ретическая оценка параметров ультразвуковых импульсов, возбуждаемыхв геоматериалах лазерным излучением. Физико-технические проблемыразработки полезных ископаемых, (4): 11-18, 2003.

58. Palmer S.D., Schindel D.W., Dixon S., Edwards Ultrasonic generation in Ь single-crystal silicon using a pulsed nd:yag laser. J. Phys. D: Appl. Phys.,29:1345-1348, 1996.

59. Белов M.A,, Черепецкая Е.Б. Об особенностях измерений акустических J характеристик горных пород на образцах малых размеров. РИАБ, (10):31-34, 2004.

60. Белов М.А., Черепецкая Е.Б., Шкуратник В.Л., Макаров В.А., Подымо- ва Н.Б. Карабутов А.А. Количественная оценка размеров минеральных, зерен методом лазерной ультразвуковой спектроскопии. ФТНРПИ, (5):3-8, 2003.

61. Белов М.А., Черепецкая Е.Б., Неливанов М.И. О возможности оценки пористости геоматериалов по измеренным значениям скоростей упругихf волн. ОПиПМ, 11(2):297, 2004.

62. Чабанов В.Е. Лазерный ультразвуковой контроль материалов. Л.: Изд-во ЛГУ, 1986.

63. Kino G.S., Stanke F.E. A unified theory for elastic wave propagation in poly- cristalline materials. J.Acoust. Soc, (3), 1984.

64. Matrosov M.P., Karabutov A.A. and Podymova N.B. Pulsed ultrasonic spec- troscopy based on laser thermooptical generation. Photoacoustic and Pho-tothermal Phenomena, III Ed. by D. D. Bicanic, (69), 1992.

65. Гусев В. Э., Карабутов А. А. Лазерная оптоакустика. М.: Наука, 1991.

66. Портнягин А.И., Руденко О.В., Черепецкая Е.В., Бурмистрова Л.В., Ка- рабутов А.А. Метод передаточных функций в задачах термооптическоговозбуждения звука. Акуст. окурн., 24(5):655-663, 1978.

67. Royer D. Mixed matrix formulation for the analysis of laser-generated acoustic waves by a thermoelastic line source. Ultrasonics, 39, 2001.

68. Шкуратник В.Л., Черепецкая Е.В., Карабутов А.А., Макаров В.А. Теоре- тическая оценка параметров ультразвуковых импульсов, возбуждаемых вгеоматериалах лазерным излучением. ФТПРПИ, (4):11-18, 2003.

69. Сухоруков А.П., Виноградова М.В., Руденко О.В. Теория волн. М.: Наука., 1979.

70. Руденко О.В., Черепецкая Е.В., Бурмистрова Л.В., Карабутов А.А. О влиянии тепловой нелипейности на термооптическую генерацию звука.Акуст. журн., 25(4):616-619, 1979.

71. Иньков В.Н., Черепецкая Е.В., Шкуратник В.Л., Карабутов А.А., Ма- каров В.А. Использование эффекта тепловой нелинейности при лазер-ном возбуждении ультразвуковых сигналов в геоматериалах. ПМТФ,46(2):179-186, 2005.

72. Ямщиков B.C. Волновые процессы в массиве горных пород. М.: Недра, 1978.

73. ПодымоваН.Б., Карабутов А.А., Матросов М.П. Термооптический генера- тор широкополосных импульсов сдвиговых волн. Акуст. журн., 39(2):373,1993.

74. Красильников В.А., Зарембо Л.К. Введение в нелинейную акустику. М.: Наука, 1966.Список литературы 130

75. Назаров В.Е. Влияние структуры меди па ее акустическую нелинейность. ФММ, 37(1):150-156, 1991.

76. Островский Л.А., Соустова И.А., Назаров В.Е., Радостин А.В. Волновые процессы в средах с гистерезисной нелинейностью. Часть 1. Акуст. сисури.,49(3):405-415, 2003.

77. Назаров В.Е., Зайцев В.Ю., Колпаков А.Б. Детектирование акустических импульсов в речном песке. Эксперимент. Акуст. окурн., 45(2):235-241,1999.

78. К. Lucke, А. Granato. Theory of mechanical damping due to dislocations. J. Appl. Phys., 27(5):583-593, 1956.

79. Меркулова Л.Г. Ультразвуковые методы исследований дислокаций. Сб. Статей. М.:ИЛ, 1963.

80. O.V. Pavlenko. Nonlinear seismic effects in soils: Numerical simulation and study. Bull of the Seismol. Soc. Of Amer., 91(2):381-396, 2001.

81. LA. Soustova, A.M. Sutin, V.E. Nazarov, L.A. Ostrovsky. Nonlinear acoustics of micro-inhomogeneous media. Phys. Of the Earth and Planetary Interiors,50(l):65-73, 1988.

82. Соустова И.A., Сутин A.M., Назаров B.E., Островский Л.A. Аномальная акустическая нелинейность в металлах. Акуст. снсурн., 34(3):491-499,1988.

83. Сутин A.M. Генерация гармоник при распространении упругих волн в твердых нелинейных средах. Акуст. окурн., 35(4):711-716, 1989.

84. Назаров В.Е., Зименков СВ. Нелинейные акустические эффекты в образ- цах горных пород. Физика Земли, (1):13-18, 1993.

85. Назаров В.Е. Амплитудно-зависимое внутреннее трение свинца. ФММ, 88(4):82-90, 1999.

86. Назаров В.Е. Об амплитудной зависимости внутреннего трения свинца. Акуст. журн., 46(2):542-546, 2000.

87. F. Priesach. Uber die magnetische nachwirkung. Z. Phys., 95:277-302, 1935.

88. I.D. Mayergoyz. Hysteretis models from the mathematical and control theory point of view. J. Appl. Phys., 57:3805-3805, 1985.Сиисок литературы 131

89. R.A. Guyer, K.R. McGall. Equation of state and wave propagation in hysteresic nonlinear elastic materials. JGR, 99:23887-23897, 1994.

90. R.A. Guyer, K.R. McGall. A new theoretical paradigm to describe hysteretic, discrete memory к and nonlinear elastic wave propagation in rock. NonlinearProcesses in Geophysics, 3:89-101, 1996.

91. T.J. Shanklad, P.A. Johnson, J.A. TenGate, E.A. Van Den Abeele. Laboratory study of linear and nonlinear elastic pulse propagation in sandstone. JASA,100:89-101, 1996.

92. K.R. McGall, R.A. Guyer, E.A. Van Den Abeele, P.A.Johnson. On the quasi- analytic treatment of hysteretis nonlinear response in elastic wave propagation.JASA, 101:1885-1898, 1997.

93. P.A.Johnson, R.A. Guyer. Nonlinear mesoscopic elasticity: evidence for a new class materials. Physics Today, (4):30-36, 1999.

94. W. Lauriks, J. Thoen, V. Gusev, G. Glorieux. Nonlinear bulk and surface acoustic waves in materials with hysteretis and endpoint memory. Phys. Lett,232:77-86, 1997.

95. J. Thoen, V. Gusev, W. Lauriks. Dispersion of nonlinearity, nonlinear dis- persion, and absorbsion of sound in micro-ingomogeneus materials. JASA,103:3216-3226, 1998.

96. V. Gusev. Parametric acoustic source in a media with hysteretic quadratic nonlinearity. Acoust Lett, 22:30-34, 1998.

97. P. Lotton, M. Bruneau, V. Gusev, H. Bailliet. Interaction of the counter- propagating acoustic waves in the media with nonlinear dissipation and in thehysteretic media. Wave motion, 29:211-221, 1999.

98. V. Gusev. Propagation of acoustic pulses in material with hysteretic nonlin- earity. JASA, 107:3047-3058, ?

99. К. Hodson, N.G.W. Cook. Some detailed stress-strain curves for rock. JGR, 70(12):2883-2888, 1965.' 109. Давиденков H.H. О рассеянии энергии при вибрациях. ЖФТ, 8(6):483-499,1938.

100. Кардышев Б.К. Кустов СВ., Голяндин Н. Неунругая деформация и амплитудно-зависимое внутреннее трение в кристаллах LiF и NaCl при^ низких частотах нагружения. ФТТ, 30(7):2167-2176, 1988.

101. Кардышев Б.К., Никифоров А.В., Кустов СВ., Голяндин Н. Исследова- ние частотной зависимости амплитудно-зависимого внутреннего трения в^ кристаллах lif и nad. ФТТ, 31(2):260-263, 1989.

102. Кустов СВ., Голяндин Н. Модель амплитудно-зависимой неупругости и амплитудно-частотный спектр внутреннего трения щелочно-галоидных* кристаллов. ФТТ, 34(12):3763-3778, 1992.

103. А. Naugolnykh and L.A. Ostrovsky. Nonlinear Wave Processes in Acoustics. Cambridge U.P., Cambridge, 1998.

104. Esipov I.В., Matveev K.A., Naugolnykh K.A., Egerev S.V. Nonlinear propaga- ' tion of laser-generated sound pulses in a water and granular medium. JASA,I 106(6):3135-3142, 1999.IСписок литературы 133

105. Данилов В. Н., Шкуратник В. Л. Об онределении импеданса части мас- сива, экранируемой унругим слоем, методом акустической локации. Тр. XВсесоюз. акуст. конф. - М.: Акуст. ин-т им. Н. Н. Андреева, 1983.

106. Череиецкая Е.В., Иньков В.Н. Возможности выявления микродефектов в образцах горных пород лазерным ультразвуковым методом. Горныйинформационно-аналитический бюллетень, (4):104-107, 2004.