Разработка сейсмоприемников и методики их применения для оценки механической значимости нарушений сплошности горного массива

Горюнов, Борис Гаврилович

Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему
Разработка сейсмоприемников и методики их применения для оценки механической значимости нарушений сплошности горного массива
ВАК РФ 04.00.22, Геофизика

Автореферат диссертации по теме "Разработка сейсмоприемников и методики их применения для оценки механической значимости нарушений сплошности горного массива"

к N *

С* л • V/

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК х ^ Институт динамики геосфер

На правах рукописи УДК 550.34

ГОРЮНОВ Борис Гаврилович

РАЗРАБОТКА СЕЙСМОПРИЕМНИКОВ И МЕТОДИКИ ИХ ПРИМЕНЕНИЯ ДЛЯ ОЦЕНКИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЗНАЧИМОСТИ НАРУШЕНИЙ СПЛОШНОСТИ ГОРНОГО МАССИВА

Специальность 04.00.22 - физика твердой Земли

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 1999

Работа выполнена в Институте динамики геосфер Российской Академии наук.

Научные руководители:

доктор физико-математических наук

кандидат технических наук

ГХ.Кочарян Н.В. Кабыченко

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук АЛ. Спитак

кандидат физико-математических наук С. К. Дараган

Ведущая организация:

Объединенный институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН (ОИФЗ РАН)

Защита диссертации состоится января 2000 г. в /5ч асов на заседании диссертационного Совета Д200.39.01 в Институте динамики геосфер РАН. Адрес: г. Москва, Ленинский проспект, д. 38, корп.6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИДГ РАН.

Автореферат разослан « декабря 1999 г.

Ученый секретарь Совета кандидат физико-математических наук В.А. Рыбаков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы.

Современное развитие наук о Земле в значительной мере связано с существенным расширением, усложнением и совершенствованием сейсмических исследований. Изучение глубинного строения Земли, поиски полезных ископаемых, сейсмологические основы сейсмостойкого строительства, комплексный геофизический и сейсмологический мониторинг, изучение землетрясений - этот список можно продолжить.

Наличие в твердой Земле различных по природе и энергетике естественных и искусственных источников сейсмических волн (от 4.2 кДж для 1г ВВ до Ш15 кДж для сильнейших. 9-ти бальных землетрясений) позволяет проводить экспериментальные исследования закономерностей распространения сейсмических колебаний в широком диапазоне ннтенснвностей и частот. Это обеспечивает принципиальную возможность получения информации как о структуре участков земной коры разных иерархических уровней, так и об их деформационных свойствах.

Неизменно большой интерес вызывают измерения параметров микросейсмического фона. Это обусловлено тем, что в сейсмических микроколебаниях содержится большой объем информации о разнообразных деформационных процессах естественного и техногенного характера, происходящих в земной коре на разном масштабном уровне. В составе мнкросейсм выделяют фоновые микроколебания, сейсмические возмущения от регулярных источников (вибровоздействия, движение транспортных средств и т.д.), колебания, обусловленные местными и удаленными землетрясениями, импульсные колебания, сопровождающие релаксационные процессы. В свою очередь внутри фоновых микроколебаний, можно выделить случайную и детерминированную составляющие. Заметим, что микросейсмический фон неизбежно отражает

блочную структуру и напряженно-деформированное состояние исследуемого участка горного массива.

Большая часть исследований мнкросейсмических колебаний посвяшена относительно низкочастотной составляющей спектра сейсмического шума - от долей герц до 10 Гц. Это обусловлено несколькими факторами. С одной стороны, казалось, что именно низкочастотные колебания являются носителями "сейсмологической" информации, на получение которой были в первую очередь ориентированы измерения. С другой стороны, амплитуда мнкросейсмических колебаний резко снижается с увеличением частоты, что создает значительные методические трудности при регистрации высокочастотной составляющей спектра.

В то же время, для ряда задач геомеханики именно высокочастотная составляющая спектра мнкроколебаний (1(Ъ-100Гц) представляет значительный интерес.

Во-первых, в отличие от сплошной среды, в дискретном горном массиве могут существовать эффективные механизмы "перекачки" энергии низкочастотных колебаний в высокочастотную область.

Во-вторых, именно колебания с частотой первых десятков герц могут оказаться значимыми с точки зрения долговременной устойчивости трубопроводов и других протяженных инженерных сооружений.

В-третьих, использование детерминированной составляющей микросейсмического фона может оказаться полезным для диагностики границ между блоками земной коры.

наземных сооружений), в тектонофизнке, геологи», геоэкологии и др. Так или иначе, любой механический процесс в твердой Земле, естественный или техногенный, связан с деформированием среды: земные приливы, движение лнтосферных плит, землетрясения, извержения вулканов, распространение сейсмических волн, движение жидкостей и газов в зонах повышенной проницаемости, проходка выработок, добыча полезных ископаемых в открытых карьерах, подземные и наземные взрывы и т.д

Важнейшей составной частью геомеханнческих моделей, описывающих процессы деформирования земной коры являются деформационные модели нарушений сплошности - разломов, трещин, зон повышенной пористости - на которых локализуется основная доля необратимых деформаций.

Местоположение нарушений сплошности успешно определяется методами геологической съемки и геофизической разведки. Однако до последнего времени определение таких характеристик разломов и трещин как нормальная и сдвиговая жесткость, оценка их деформационных модулей вызывали затруднения. С помощью традиционных методов геологии и геофизики трудно оценить механическую значимость структурного нарушения или, иными словами, определить степень влияния тех или иных межблоковых границ на процессы деформирования массива горных пород.

В ИДГ РАН разработана методика, позволяющая с удовлетворительной точностью оценивать деформационные характеристики разрывных нарушений по результатам измерений параметров сейсмических колебаний, возбуждаемых взрывными или ударными источниками, вдоль профиля, пересекающего разлом или трещину.

Однако в ряде случаев применение искусственных источников возбуждения сейсмических волн затруднено, а для разломов, ограничивающих структурно-тектонические блоки протяженностью

десятки километров и более, такие источники не в состоянии обеспечить амплитудно-частотные характеристики сигналов необходимые для определения деформационных свойств межблоковых промежутков.

Представляется, что разработка метода регистрации параметров высокочастотных сейсмических микроколебаний и специальной обработки результатов измерений, проводимых вблизи разрывных нарушений, может позволить определять деформационные характеристики межблоковых границ крупного масштаба. Кроме того, подобные измерения могут служить основой непрерывного мониторинга деформационного режима разломных зон.

Таким образом, в проблеме исследования свойств дискретного горного массива создание научно-методических основ разработки высокочувствительных электродинамических сейсмоприемников и реализации на их основе надежных сейсмических каналов для регистрации высокочастотных мнкросейсм является актуальной.

Цель данной работы - разработка методологии создания высокочувствительных электродинамических сейсмоприемников и реализация сейсмических каналов, пригодных для оценки механической значимости нарушений сплошности горного массива.

Основные задачи исследований.

]. Выбор экспериментальных методов исследований, направленных на определение параметров сейсмических каналов с учетом сейсмического фона, климатических факторов, долговременной стабильности характеристик измерительных каналов.

2. Выбор путей повышения линейности характеристик и чувствительности электродинамических сейсмоприемников.

3. Разработка методик площадных и скважннных измерений с целью выявления структуры массива и ее динамики во времени.

4, Апробация разработанных методик измерений оценки деформационных характеристик нарушений сплошности массива скальных пород.

На защиту выносятся следующие основные положения.

• Измерительный комплекс для исследования свойств горного массива на основе разработанных датчиков скорости.

• Разработка и использование методов оптимизации основных параметров электродинамических сейсмоприемников.

• Разработанные сейсмопрнемншш различных типов.

• Теоретические и экспериментальные исседования помехоустойчивости электродинамических сейсмоприемников к поперечным механическим и импульсным электромагнитным воздействиям.

• Определение с помощью разработанных методик характеристик деформационных свойств разломной зоны в массиве граннта.

Научная новизна работы.

• Разработаны методы создания высокочувствительных электродинамических сейсмоприемников с требуемыми характеристиками и на их основе реализованы сейсмические каналы для исследования свойств горного массива.

• Разработанная методика впервые применена при оценке характеристик разломной зоны массива скальных пород.

Достоверность основных результатов обеспечивается:

• сопоставимостью данных, полученных с использованием различных независимых измерительных методик;

• проведением измерений как в лабораторных, так и в полевых условиях;

• сравнением полученных результатов с данными ранее проведенных исследований в России и за рубежом.

Личный вклад автора:

• участие в постановке задачи;

• анализ литературных источников и обоснование методов исследований;

• разработка методик проведения экспериментов и обработки их результатов;

• изготовление и апробация датчиков;

• подготовка и проведение лабораторных и полевых экспериментов;

• обработка результатов экспериментов.

Практическая значимость.

Полученные в диссертации результаты способствуют более оптимальному проектированию высокочувствительных

электродинамических сейсмоприемников и реализации на их основе сейсмических каналов для исследования горного массива, а также для исследования деформационных процессов, происходящих в земной коре на разном масштабном уровне.

В работе даны рекомендации, которые могут оказаться полезными при разработке новых электродинамических сейсмоприемников, повышению их чувствительности и линейности характеристик, предупреждению и устранению температурных помех и помех от наклона грунта, повышению качества изготовления основных узлов и элементов приборов. Приведены конкретные методические и теоретические разработки, выполненные автором или с его активным участием и даны примеры комплексных лабораторных и полевых испытаний.

Апробация работы.

Основные положения работы докладывались на семинарах ИФЗ АН СССР, Спецсектора АН СССР и ИДГ РАН. Сейсмопрнемник СДС был представлен на международной выставке «Наука-83».

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 18 статьях, 12 научных отчетах и получено 2 авторских свидетельства.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и содержит 145 страниц основного текста, 63 рисунка, 13 таблиц и список литературы из 191 наименования.

Автор выражает искреннюю благодарность своему учителю Г.Л. Шнирману и своим научным руководителям Г.Г. Кочаряну и Н.В. Кабыченко за большую помощь в выполнении работы. Кроме того, хочется поблагодарить А.И. Гончарова, В.К. Маркова, Д:В. Павлова и И.С. Свинцова за помощь в проведении лабораторных и полевых опытов, а также всех участников Выборгской экспедиции Спецсектора ИФЗ АН СССР - ИДГ РАН 1990 - 1999 гг., слаженная работа которых определила успех полевых экспериментов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении проводится краткий обзор работ по тематике исследований. Обосновывается актуальность темы диссертации и сформулированы основные научные результаты, выносимые на защиту.

Глава Г Методы и средства регистрации сейсмических колебаний в горном массиве.

В разделе 1.1 проведен анализ как характеристик сейсмических колебаний от различных источников, так и различных видов измерений, проводимых с помощью сейсмических волн. Рассмотрены критерии оценки качества записи сейсмических колебаний, способы его улучшения с целью более детального и точного изучения интересующего процесса и оптимальные соотношения между способами получения данных и ¡и обработкой.

В разделе 1.2 рассмотрены методы и средства регистрации сейсмических колебаний в горном массиве.

Сейсмометрические каналы, начиная от сейсмометров, должны быть: метрологически обеспечены и давать возможность унификации параметров и характеристик каналов; снабжены внутренним устройством, обеспечивающим дистанционную калибровку всего тракта приема-регистрации сейсмических сигналов. Чувствительность тракта должна обеспечивать десятикратное превышение уровня полезного сигнала над помехами.

В разделе 1.3 рассматриваются симметричные трехкомпонентные сейсмоприемники. За счет симметричного расположен™ сейсмометров удается сократить радиальный размер сейсмоприемника примерно в раза. Также можно уменьшить радиальный размер с помощью введения дополнительных одной или нескольких инертных масс, увеличивая размер сейсмоприемника по вертикали и сокращая его размер по горизонтали. Трехкомпонентные симметричные сейсмоприемники обладают существенными конструктивными и методическими преимуществами перед установками традиционного типа, состоящими из двух горизонтальных и одного вертикального сейсмопрнемников.

В разделе 1.4 представлены часто применяющиеся в настоящее время горизонтальные и вертикальные электродинамические сейсмоприемники к проведено их сравнение. Чувствительности сейсмопрнемников типа ИДС, СВ, СГ, сэ-гоо, ОЭ-ФШ-Р, С845Б, 03-2(ЮХ не более 20+30 В/(м/с) и они не удовлетворяют в полной мере требованиям регистрации слабых сигналов в полосе частот до 200 Гц, так как необходимые чувствительности (для десятикратного превышения уровня полезного сигнала над помехой) должны быть более 100 В/(м/с). Сейсмоприемники типа СМ-3 имеют чувствительности порядка 200 (В/(м/с)), но у них достаточно большие габариты для размещения их в скважинах. Рассмотрены способы и критерии группирован]ш сейсмопрнемников н методы их калибровки.

Глава II. Методические и теоретические вопросы расчета и

определения основных параметров электродинамических симметричных сейсмоприемннкоо.

Раздел 11.1 посвящен определению положения центра тяжести маятника (ЦТМ) сейсмоприемника с прнмением автоколлиматацнонного теодолита.

Вышеописанная методика применялась при настройке сейсмопрнемннков типа СС1Ш н СТСП-2. Она пригодна также для определения положения ЦТМ вертикальных и горизонтальных маятников [7, 19].

Раздел 11.2. Предложен электродинамический преобразователь сейсмоприемника с удлиненным полюсным сердечником. Требуемое удлинение рассчитывается по формуле:

* 2 2 Рм Р 273° 1/

где Ьк-расстояние от оси вращения маятника до дальней крайней точки обмотки катушки, находящейся в магнитном зазоре; т-коэффшшент астазирования; ап~температурный коэффициент упругости пружины; Ас-изменение температуры пружины; <р5 и х^-углы наклона сейсмоприемника; Рв-плотность воздуха; Рм-шгатность материала маятника; АР/Р-относительное изменение атмосферного давления; Д1в-изменение температуры воздуха; Х'0 - максимально ожидаемая амплитуда сейсмических колебаний; 15 - приведенная длина маятника.

Использование электродинамического преобразователя с удлиненным внугрикатушечным сердечником позволило на 5-20% повысить чувствительность преобразователя и в пределах 3-4% улучшить линейность характеристик при одинаковых конструктивных размерах остальных деталей магннтной системы и маятника сейсмоприемника, на котором установлена рабочая катушка преобразователя [10,11,17].

Электродинамический преобразователь сейсмоприемншса с удлиненным полюсным сердечником запатентован и нашел применение при создании сейсмоприемников СС1Ш, СПРУТ-2 и СТСП-2.

В разделе Н.З рассмотрены допустимые углы наклона при установке сейсмоприемников непосредственно .на грунте или какой-то промежуточной опорной плите.

Получена аналипгческая зависимость линейного смещения X, края катушки: ■■•.""■-

оТгЬ .......

лг,. + (2)

4 гс I,

где g-ycкopeниe силы тяжести; IVсобственный период сейсмоприемника; <р*=54°44' в случае симметричного сейсмоприемника; баг-угол наклона геометрической оси прибора от вертикали (угловое отклонение маятника от положения равновесия).

Из условия (кккд!), где Хд - допустимое смещение, вытекают требования к месту установки симметричных сейсмоприемников в режиме регистрации. В разделе Ш.З приведены результаты расчетов допустимых углов наклона для сейсмоприемика СПРУТ-2 [14].

В разделе Н.4 рассмотрен новый способ компенсации влияния наклона скважины, предназначенный как для инструментов, в которых сейсмические компоненты симметричного сейсмоприемника расположены поэтажно (друг над другом), так и для одноэтажного ж расположения (в одной плоскости). В первом случае приборы могут быть установлены в относительно недорогих пятидюймовых скважинах с допустимым наклоном скважины, не превышающим в месте установки контейнера сейсмоприемника ±4°. Ввод в маятник сейсмометра основной и, перемещаемой при заарретированном маятнике, компенсирующей масс привел к уменьшению радиального размера прибора и компенсации наклона скважины с определенной точностью [9, 18]. Сейсмопрнемннк с таким устройством запатентован и нашел применение в СС1Ш [8].

В разделе II.5 рассмотрен биметаллический компенсатор температуры за счет регулировки продольной жесткости вывешивающей пружины сейсмометра путем закручивания или раскручивания ее витков вокруг оси навивки. В таблице 1 приведены, выведенные автором, расчетные формулы углов закрутки (раскрутки) подвесных пружин, основной или корректирующей.

Выражения из таблицы 1 позволяют, исходя из параметров маятниковой системы и условий эксплуатации сейсмометра, рассчитывать углы закрутки (раскрутки) подвесных пружин, необходимые для осуществления термокомпенсации [6,15,20].

Приближенными формулами более удобно пользоваться при ориентировочных расчетах. В реальных конструкциях обычно At<20 °С и относительная погрешность в самом худшем случае не более 5%.

Глава Ш. Экспериментальная проверка методик.

Разработка электродинамических сейсмоприемникоа маятникового типа.

В разделе III. 1 дано описание макета длиннопериодного вертикального скважинного электродинамического сейсмоприемника (СДС), предназначен ого для преобразования вертикальной составляющей длиннопериодных сейсмических колебаний земной поверхности в аналоговый электрический сигнал.

Блок сейсмоприемника содержит маятник, связанный с корпусом четырехшарнирным упругим подвесом ("параллельный маятник"), подвесную пружину нулевой начальной длины, электродинамический преобразователь с кольцевым магнитным зазором, дистанционно управляемые устройства арретирования маятника, регулировки его периода колебаний, углового положения равновесия маятника и остаточной начальной длины подвесной пружины. Основные параметры СДС: Ts =5 - 50 с; чувствительность, Sg=500 В/(м/с).

СДС размещен в приборном контейнере, который устанавливается в

Таблица 1. Расчетные формулы термокомпенсационных углов закрутки подвесных пружин сейсмометров. '

№ п/п

Углы закрутки пружин при 1о

Углы закрутки пружин при 11

Приближенные, формулы для углов закрутки пружин при II

Х»=0 у»=0

—1); т»=о

X, = 2пп„ДуЫ.

уо=0 Хв=0 у*=0

Хк=0

Л,=2тт (

1 +

СтРу*

Г.-0;Х,=0;т«=0

-I);

я.

Те=0

хв=о

у„=0

К =

Тв=0; Хв=0; 7к-0

-О;

Я, =то,0у&1(72-+1)

у»*0 Я.в=0

=(2ял„+Г.)х('

уе*0

А.в=0 ук=0

?.к=0

Д. =(2даг_ +-г.)х(1

Гв=0; Хк=0

(2 т„ +Г.УС,

1 -рм

--1)

ув*0

Лв=0 Ук=0

1 +

л„ 2 т

Хв=0; у„=0

-1);

Л -я«./?,+

ОХ,

у»=0 Хв=0

х„=о

у8=0; Х„=0

1 +

(2т„ +УГУС„,

1 -в/и

Введенные обозначения: 0Г-температурный коэффициент модуля упругости; Л1=1,Чо, 1011 о -соответственно исходная и текущая температуры; с индексами "в" и "к"соответственно для вывешивающей и корректирующей пружин означают: п„ п^-исходное число витков; А.. Ак-полный положительный (отрицательный) угол, соответствующий закручиванию (раскручиванию) пружин для сохранения постоянной жесткости упругой системы прибора; у„ ук-нолный угол закручивания (раскручивания) пружин при предварительной регулировке коэффициента астазирования сейсмометра; Ст-продольная жесткость пружин-

двенадцапщюймовой скважине на глубинах от 100м до 500м или в глубокой штольне [12].

В разделе Ш.2 приводится описание макетного сейсмоприемннка СС1Ш, предназначенного для длительной регистрации вектора сейсмических колебаний в скважинах диаметром 5 дюймов н глубиной до 3 км.

В приборе осуществляются дистанционно следующие операции: арретнрование и разарретирование; компенсация влияния наклона скважины на положение маятников; регулировка периода собственных колебаний маятников; включение и выключение систем коррекции положения равновесия маятников; измерение периода собственных колебаний маятников и их затухания. Основные параметры одной компоненты СС1III: Ъ=5-15 с, Sg= 16 В/(м/с).

В этом разделе приведены расчеты: датчика отвеса, которым служит перевернутый дополнительный маятник (приведенная длина перевернутого маятника 1т =2.5x10 - м; амплитуда колебаний точки опоры перевернутого маятника аш =5хЮ~4 м; допускаемый наклон составляет порядка 0.02 рад); основных параметров подвесных пружин; повышения степени идентичности однотипных электродинамических сейсмоприемников, что особенно важно для симметричных сейсмоприемников; смещения начальной оси качания упругого шарнира (Д5Ю=0.32 мкм), что приводит при предельном угле поворота маятника к погрешности равной 0.03% от линейного смещения начальной оси качания.

Приведены методики: повышения степени идентичности однотипных электродинамических сейсмоприемников; основных параметров маятника модельного экземпляра СС1Ш; определения ЦТМ; устранения влияния наклона скважины [7, 8, 9,10,11,17,18,19].

В разделе Ш.З приведены результаты расчетов сейсмоприемннка СПРУТ-2. Прибор служит для преобразования трех составляющих вектора механических колебаний в электрические сигналы. Сейсмопрнемник может

быть отнесен к классу точности 2% и предназначен для длительной эксплуатации в полевых условиях. СПРУТ-2 устанавливается на грунт. Прибор имеет: Т5=0.1 -0.2 с, Бг=45 В/(м/с).

Были использованы методики: повышения степени идентичности однотипных электродинамических сейсмоприемников; определения ЦТМ; импульсного намагничивания собранных сейсмоприемников [7, 10, 11, 14, 17,19].

Из полученных, по материалам раздела Н.З, данных видно, что при Т8=0.1 с допустимый угол наклона прибора не более ±25°, а при Т*=0.2 с - не более ±8° для всех вариантов конструкции маятника прибора [14].

В разделе Ш.4 рассмотрен симметричный трехкомпонентный электродинамический сейсмоприемник (СТСП-2). Прибор предназначен для сейсмических наблюдений повышенной точности в опорных геофизических обсерваториях и предварительной оценки условий регистрации в местах планируемых сейсмических наблюдений высокой чувствительности. Основные параметры: Т5=0.5-15 с, 5г=520 В/(м/с).

В этом разделе отметим элементы новизны: удлинение центральных полюсов магнитной системы [10, 11,. 17]; изменение периода собственных колебаний маятников закручиванием основной подвесной пружины, обеспечивающим независимость регулировок астазирования и углового положения равновесия [6]; специальные монтажные опоры для силовой фиксации элементов упругих осей качания маятников сейсмоприемников; повышение степени идентичности однотипных электродинамических сейсмоприемников; повышение магнитной индукции в рабочих зазорах магнитной системы, как правило, на 20% за счет предварительного импульсного намагничивания магнитной системы с постоянными магнитами из сплава ЮНДК25БА.

Проведены теоретические исследования различных типов резонансов подвесной системы для двух созданных механических эквивалентов колебательной системы симметричного сейсмометра.

Глава IV. Вопросы првборио-иетоднческого обеспечения проведения измерений.

В разделе ГУЛ оценивается уровень сейсмического шума и минимально регистрируемого сигнала в массиве скальных пород. Шум канала складывается из микросейсмического фона, собственных шумов датчика и входного усилителя измерительного канала. Его уровень практически не меняется вдоль профиля. Амплитуда сейсмовзрывных волн уменьшается с расстоянием из-за поглощения и геометрического расхождения, а также вследствие потери энергии при прохождении волной трещин и разломов.

Оценки собственного шума колебательной системы сейсмоприемника приведены в [1, 2,3,4,13,16]. В частности, в [3] используется формула: ¡ит^АГ АкрМ Егшус

где X пм -минимальная измеренная скорость грунта, м/с; к-постоянная Больцмана, к= 1.38x1 (Р3 Дж/К; Т-температура, °К; 11<>г,-омическое сопротивление обмотки преобразователя, Ом; ДТ-полоса частот, в пределах которой определяются шумы, Гц; Б^-коэффицнент преобразования сейсмоприемника, В/(м/с); (^коэффициент затухания подвижной системы; Ро-рабочая частота, Гц; Мнм-масса подвижной системы, кг; Еи1Ус-величина шума на входе усилителя, В.

Результаты оценок приведены в разделе У.З.

В разделе IV.2 приведена методика расчета основных параметров датчиков скорости горизонтального (ДС-Г) и вертикального (ЦС-В). Получено выражение для чувствительности датчика:

"* , 4Д _Р,/ 1 + 400Дс щН1жЧ Ри

Г "

а-(а,+а2)й

где цо-магнитная проницаемость воздуха; Н-напряженность магнитного

поля; 1мс -длина магнитного сердечника; роб, р* - удельное сопротивление провода обмотки и материала каркаса, соответственно; я-коэффициент усредненного квадрата магнитной индукции; Лоб, Яш - соответственно сопротивления обмотки и шунта; В-магнптная индукция; ОвгДиаметр воздушного зазора; Дю-длина воздушного зазора, Авл<ЮхЮ~3 м; а1-зазор между внутренней цилиндрической поверхностью каркаса катушки и цилиндрической поверхностью полюсного наконечника; аз-зазор между наружной цилиндрической поверхностью катушкн и внутренней цилиндрической поверхностью магнитопровода; Ро-собсгвенная частота датчика; М-масса подвижной части преобразователя; р-коэффициент затухания (с шунтом) колебательной системы.

Приведены расчетные кривые чувствительности и дается описание конструкции горизонтального варианта датчика ДС-Г [1,2,3,16].

В разделе ГУ.З рассматривается электродинамический датчик скорости ЭДДС, в котором уменьшение степени затухания подвижной системы достигается путем прорезания щели в проводящей части каркаса катушки.

Степень электродинамического затухания ЭДДС, создаваемая электропроводящей частью каркаса с щелью, оценивается по формуле:

^Втгт^-т<5>

где рКщ-степень затухания, создаваемая каркасом с щелью; Вв-магннтная индукция; я-коэффициент усреднения квадрата магнитной индукции; Мк-масса каркаса; Ро-собсгвенная частота; рк-удеяьное сопротивление электропроводящего материала каркаса катушки; плота ость материала каркаса; М-полная масса подвижной части датчика; ук-коэффициент усреднения толщины проводящей части каркаса; Хж-коэффициент соотношения между расположением щели и полюсного наконечника; 1л, Ьг-дпина проводящей части каркаса, соответственно первой и второй; 1иц, 1ш2-длина щели в проводящих частях каркаса, соответственно первой и

второй. .

Использование катушки с прорезанной щелью в ЭДДС позволило улучшить линейность сейсмоприемника и повысить точность измерений за счет увеличения соотношения сигнал/шум [3,4].

В разделе ГУ.4 представлен сейсмоприемннк малошумящнй (СМШ-1).

В основу конструкции сейсмоприемника СМШ-1 положена схема с подвижным постоянным цилиндрическим магнитом, снабженным двумя полюсными наконечниками. При этом увеличивается масса подвижной системы, что приводит к уменьшению шумов датчика. Повышение чувств (гтельности при одинаковой магнитной индукции в воздушном зазоре сейсмоприемника происходит за счет увеличения количества витков электрической обмотки и использования симметричных магнитных полей рассеяния [2, 3].

Расчет элементов конструкции, магнитной и колебательной систем выполнялся по специально разработанной методике, аналогичной описанной в разделе IV.2.

Раздел ГУ.5 посвящен оценке надежности и гарантийного срока службы датчиков скорости.

При запланированных дистанционных калибровках датчиков можно говорить об обеспечении заданных технических характеристик в течение периода эксплуатации датчиков (около 80000 часов).

Глава V. Исследования разработанных датчиков скорости и апробация методик оценки механической значимости нарушений сплошности горного массива.

В разделе У.1 рассмотрены результаты лабораторных и полевых испытаний (на скальном грунте побережья Выборгского залива) в 1996-99 гг [1,2,3,4,16].

На рис. 1. представлены АЧХ разработанных датчиков скорости, снятые на стенде фирмы Брюль и Къер типа 4801 с вибростолом 4812.

Сейсмограммы микросейсм, зарегистрированные: датчиками ДС-Г и СГ-10 в 1996г. приведены на рис. 2; двумя датчиками СМШ-1 в 1998г.- на рис. 3.

Б,, В/(мЛ) 300

200

100

3 Г

2 1

10 20 Н2 60 100 200 500 1 2 кНг 5

Рис.1. Амплитудно-частотные характеристики сейсмоприемников: 1 - ДС-Г; 2 - ЭДДС; 3 - СМШ-1.

0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 с 0.1

Рис.2.-Сейсмограммы, зарегистрированные датчиками СГ-10 и ДС-Г при полевых испытаниях.

СО ■го"

с; с:

г <

0.8 0

-0.8 0.8

0 -0.8

вгтиЬ-г

0 0.5 1

Время, с

Рис.3. Осциллограммы микросейсм, зарегистрированные двумя датчиками СМШ-1 при полевых испытаниях.

В разделе У.2 обсуждается большое преимущество электродинамических датчиков, которые позволяют дистанционно производить их калибровки по основным параметрам (чувствительность, затухание), по мере надобности или профилактически. Это производится путем подачи в катушку тока известной величины и регистрации переходного процесса в колебательной системе сразу же после отключения этого тока [1, 2, 3,4,16].

В разделе У.З производится анализ характеристик разработанных

Бтэп-!

электродинамических сейсмоприемников. Дана методика измерения инерционной массы собранного датчика. В таблице 2 приведены основные характеристики разработанных сейсмоприемшшов.

Таблица 2. Основные характеристики разработанных электродинамических сейсмоприемников для исследования горного массива.

Параметры Тип сейсмоприемннка

дс-г эддс СМШ-1

Fo, Гц 10 7 3.5

Ход инерционной массы, мм ±2 ±2 ±2

Инерционная масса, Г 60 ,60 820

Sg, В/(м/с) по ; 140 210

Rof>, Ом 570 500 2000

Rio, ОМ . 4600 2500 2500

Затухание с шунтом 0.7 0 л 0.7

Собственный шум, см/с <10-7

Габариты, мм 080x135 080x135 080x90

Масса, кг 2 2 1.6

Характеристики датчиков необходимо рассматривать в совокупности с измерительными каналами для регистрации высокочастотных микросейсм. В диссертации приведены характеристики усилителей и цифровых регистраторов.

Основными требованиями к системе регистрации и сбора данных являются:

• цифровая форма записи;

• возможность произвольного расположения сейсмоприемников на заданной территории без ограничения расстояний между ними и

изменения конфигурации сейсмической группы, если этого потребуют условия полевого эксперимента;

• удобство н надежность сбора данных на единый носитель информации;

• высокая чувствительность измерительных каналов при надежной помехозашнте.

На рис. 4 дана примерная схема размещения автономных регистраторов на поверхности грунта двумя сейсмическими группами (каждая группа в форме треугольника).

Л У £

-Ж

\90м

Р1

90м

Р2

т цр А

Тр.1

т у I ???

т ЦР А

52£

цр

Т1

Левый берет

Правый берег

130м/

922 /

ЦР

130м

*»»

ЦР

РЗ

Разлом Рис.4. Схема установки автономных ШШЯ регистраторов двумя треугольными группами: Т - таймер; ЦР - цифровой регистратор; А - аккумулятор; х, у, г -горизонтальные и вертикальный сейсмопрнёмникн.

Раздел У.4 посвящен теоретическим и экспериментальным исследованиям помехоустойчивости электродинамических

сейсмоприемников. Приведены расчетные формулы помехоустойчивости электродинамических сейсмоприемников на поперечные механические воздействия [5] и по ним рассчитаны предельно допустимые ускорения (3.5 Я для СМШ-1 и 26 в для ДС-Г или ЭДДС).

Необходимость проверки реакции электродинамических сейсмоприемников на внешние магнитные поля вызвана теми обстоятельствами, что в этих сейсмоприемниках имеется рабочая катушка

индуктивности, реагирующая на внешнее магнитное поле, которое может привести к искажению информации или в отдельных случаях к ее отсутствию.

Для проведения испытаний были рассчитаны и изготовлены источник мощного электро-магнитного импульса (Н«п=18900А/м) и измеритель напряженности Н магнитного поля (ИК).

Сейсмопрнемникн помещались в импульсное поле с длительностью его положительной фазы около 40 мс. Эквивалентная максимальная скорость у исследуемых датчиков находится в пределах 1.5+6 см/с (1.76* 10 2 м/с для ДС-Г, 1.43x10-2 м/с для ЭДЦС и 5.75x10-2 м/с. для СМИЫ). Величши напряженности магнитного поля Н=19000 А/м, создаваемая разрядом батареи конденсаторов, эквивалентна магнитному полю прямолинейного провода с током 120 кА на расстоянии 1 м. Рассмотрены кабельные волны и колебания резонансного характера на контакте сейсмоприемник-горный массив.

В разделе У.5 рассматривается плоская гармоническая волна, распространяющаяся в грунте. Волна определяется в каждой точке поверхности и для того, чтобы охватить весь диапазон интересуемых фазовых скоростей строится сейсмическая группа. Из микросейсмического фона "извлекаются" отдельные волны и вычисляются азимуты и фазовые скорости их прихода к сейсмической группе, параметры которой рассчитаны. Для средней частоты 20 Гц и фазовой скорости от 1000 м/с до

У ¡-5Нг У'5000тЛ

0.0015 Ку, 1/М

-0.0015

0.0015 кх, 1/м

Рис.5. Средние спектры сейсмического фона на левом (81) и правом (Э2) берегах разлома.

5000 м/с максимальный размер группы составляет 300 м, а минимальное расстояние между сейсмоприемниками - 25 м. На рис. 5 показан результат компьютерного моделирования сейсмической группы-треугольника со сторонами, равными 200м. Группа выделяет плоскую гармоническую волну с частотой 5 Гц и фазовой скоростью приблизительно 5000 м/с.

Синхронная запись естественного сейсмического фона позволила сравнить СМ-3 и СМШ-1 как по уровню собственного шума, гак н ло характеру частотных характеристик. На рнс. 6 показаны для сравнения амплитудные спектры сейсмического фона, зарегистрированные СМ-3 и СМШ-1. В низкочастотной области спектра (до 50 Гц) заметных отличий не наблюдается, а в диапазоне частот выше 50 Гц различия существенные. СМ-3 подвержен воздействию электромагнитных наводок от электрической сети с частотой 50 Гц и в его конструкции имеются паразитные резонансы на частотах около 80, 157 и 175 Гц. Кроме того, в этом же диапазоне собственный шум СМ-3 превышает, как видно из рис. 6, шум СМШ-1.

Амплитудный спектр сейсмометра

СМ-3

Гц

2Ы

Амплитудный спектр сейсмометра СМШ

100 N

кЛ Гц

Рис. 6. Амплитудные спектры микросейсм,зарегистрированных

сейсмоприемниками СМ-3 и СМШ в одном и том же месте

В процессе полевых испытаний с помощью сейсмопрйемннков СМШ-1 были опробованы методики оценки Деформационных свойств разлома и определения фазовой скорости и азимута прихода сейсмической волны от техногенного источника, которым служила работающая буровая установка.

Сейсмические сигналы от работающей в 250-300 м от разлома скважинной буровой установки (СБУ) не превышают величины ~ 10^ см/с, что сопоставимо с сейсмическим фоном. Спектральный анализ позволил выделить отдельные гармоники и вычислить их отношения.

Расчетным путем были определены нормальная жесткость и мощность разломной зоны на одном из участков Балтийского щита. Полученные данные находятся в хорошем соответствии с результатами других экспериментальных методов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Основные результаты, полученные в работе, можно сформулировать следующим образом:

1. На основе разработанных автором датчиков скорости создан измерительный комплекс для регистрации высокочастотных микросенсм и слабых сигналов. Измерительный комплекс испытан в полевых условиях.

2. С помощью разработанной автором методики определены деформационные характеристики разлома в массиве гранита. Полученные данные находятся в хорошем соответствии с результатами, полученными другими экспериментальными методами.

3. Исходя из полученных результатов измерений уровня сейсмического шума в различных частотных диапазонах, сформулированы требования к характеристикам первичных преобразователей.

4. Разработан макет вертикального длиннопериодного скважинного 12-ти дюймового сейсмоприемника СДС с периодом собственных колебаний маятника Т5"-5-50 с и чувствительностью 8к=500В/(м/с). Применение

постоянного магнита в качестве массы маятника значительно уменьшило собственные шумы прибора и его габариты.

5. Разработан ряд симметричных электродинамических сейсмоприемников, размещаемых в 5-ти дюймовых скважинах (СС1Ш: Т*=5-15 с, 8е=16 В/(м/с)) и на поверхности (СПРУТ-2: Т,=0.1-0.2 с, 88=45 В/(мУс); СТСП-2: Т,=0.5-15 с, 88=520 В/(м/с)). При разработке этих приборов автором были применены новые технические решения, что позволило повысить линейность электродинамического преобразования и чувствительность на 20%, обеспечить независимость регулировок астазирования и углового положения равновесия, исключ!ггь деформации упругих элементов, увеличить степень идентичности однотипных электродинамических сейсмоприемников, увеличить магнитную индукцию ь зазорах, нейтрализовать влияние наклона скважины (±4°). На примененные новые решения получены патенты РФ.

6. На основе применения постоянных магнитов из кобальт-самариевых сплавов разработан ряд датчиков скорости: (ДС-Г с собственной частотой ЬИО Гц и Зв= 110 В/(м/с)); (ЭДЦС, Ро=7 Гц и Бк=140 В/(м/с));. (СМШ-1, Ро=3.5 Гц и 8г=210 В/(м/с)). По сравнению с существующими приборами, значительно уменьшены габариты датчиков, и снижены собственные шумы приборов. Эти датчики по своим параметрам заменяют громоздкие и дорогие приборы, что особенно важно при группировании сейсмоприемников в экспедиционных условиях.

7. Разработана методика расчета основных параметров датчиков скорости. Проведены теоретические и экспериментальные исследования помехоустойчивости электродинамических сейсмоприемников к механическим и импульсным электромагнитным воздействиям.

Таким образом, в диссертации разработана методология создаши

высокочувствительных электродинамических сейсмоприемников и

разработаны сейсмические каналы, пригодные для проведения оценок механической значимости нарушений сплошности массива горных пород.

Полученные в диссертации результаты свидетельствуют о том, что созданными на основе высокочувствительных с малыми собственными шумами датчиков скорости сейсмическими каналами можно проводить измерения в диапазоне частот от 5 до 100 Гц при уровне сейсмического фона порядка 10-° см/с. В области более низких частот в качестве датчиков могут быть использованы симметр!гчные электродинамические сейсмопрнемннкн типа CCI Ш и СТСП-2.

Разработанные методики могут быть также использованы при решении различных задач инженерной сейсмологии и для получения исходных данных при создании геомеханических моделей блочных структур и слоистых сред.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Горюнов Б.Г., Кабыченко Н.В. Датчик скорости для диагностики горного массива //Сейсм. приборы. М.: ОИФЗ РАН, 1997. Вып. 28. С. 514.

2. Горюнов Б.Г., Кабыченко Н.В. Измерительный канал для регистрации высокочастотных микросейсм У/Сейсм. приборы. М.: ОИФЗ РАН, 1999, в печати.

3. Горюнов Б.Г., Кабыченко Н.В., Павлов Д.В., Свинцов И.С. Каналы регистрации сильных возмущений и высокочастотных микросейсм для длительного мониторинга массива горных пород //Сборник научных трудов ИДГ РАН, 1999. С. 125-139.

4. Горюнов Б.Г., Кабыченко Н.В., Свинцов И.С. О регулировке степени затухания колебательной системы малогабаритных сейсмоприемников //Сейсм. приборы. М.: ОИФЗ РАН, 1999, в печати.

5. Горюнов Б.Г., Свинцов И.С. Устойчивость сейсмоприемников к поперечным воздействиям. В сб. "Динамические процессы в геосферах под действием внешних и внутренних потоков энергии и вещества". М.: ИДГ РАН, 1998. С. 99-108.

6. Горюнов Б.Г., Шннрман ГЛ. Биметаллический компенсатор температурной нестабильности подвесных пружин сейсмометров. М.:ОИФЗ РАН. 1996. С. 124-125. (Сейсм. Приборы; Выл. 25/26).

7. Горюнов Б.Г., Шнирман Г.Л. Определение положения центра тяжести маятника сейсмометра. М.: Наука, 1993. С. 132-134. (Сейсм. приборы, Вып. 24).

8. Горюнов Б.Г., Шнирман Г.Л. Трехкомпонентный скважннный электродинамический сейсмоприемник с автоматической системой компенсации наклона скважины: /П..№2062485. РФ. Заявка №5046784 от 19.03.92. Опубл. 20.06.96. RU БИ Kai 7.

9. Горюнов Б.Г., Шнирман Г.Л. Устранение влияния наклона скважины на углы сейсморегистрации и угловые положения равновесия маятников // М.: Наука, 1993. С. 33-36. (Сейсм. приборы, Выл. 24).

10. Горюнов Б.Г., Шннрман Г.Л. Электродинамический преобразователь сейсмоприемника: /П. №2062486 РФ. Заявка №5046958/25 от 19.03.92. Опубл. 20.06.96. RU БИ №17.

11. Горюнов Б.Г., Шнирман Г.Л. Электродинамический преобразователь сейсмоприемника с удлиненным полюсным наконечником // М.: Наука, 1993. С. 84-86. (Сейсм. приборы. Вып. 24).

12.Длиннопериодный вертикальный скважннный электродинамический сейсмоприемник СДС //Аппаратура и приборы для научных исследований. Международная выставка "Наука-83". Экспонаты СССР. Москва, 1983 г. С. 133.

13.Кочарян Г.Г., Горюнов Б.Г., Кабыченко Н.В., Павлов Д.В., Свинцов И.С. Сейсмический фон и диагностика блочной среды (методические вопросы) //Сборник научных трудов ИДГ РАН, 1999. С. 140-145.

14. Шнирман Г.Л., Горюнов Б.Г. Вопросы разработки симметричных сейсмоприемннков. М.:ОИФЗ РАН. 1996. С. 56-59. (Сейсм. Приборы; Вып. 25/26).

15. Шнирман Г.Л., Горюнов Б.Г. Расчет термокомпенсационных углов закрутки подвесных пружин сейсмометров. М.: ОИФЗ РАН, 1997. С. 2123. (Сейсм. приборы; Вып. 27).

16.Goryunov B.G. and Kabychenko N.V. Velocity detector for diagnosing a massif. //Seismic Instruments. - Allerton Press, New York, Vol. 28, pp. 1-10, 1997.

17.Goryunov B.G. and Shnirman G.L. Electrodynamic transducer for a seismic receiver with an elongates pole core // Seismic Instruments. - Allerton Press, New York, Vol. 24, pp. 81-83,1993.

18.Goryunov B.G. and Shnirman G.L. Elimination of the effect of a boreholes slope on angles of seismic recording and angular posisions // Seismic Instruments. - Allerton Press, New York, Vol. 24, pp. 32-35,1993.

19.Goryunov B.G. and Shnirman G.L. Determination of the position of a seismometer pendulums center of gravity // Seismic Instruments. - Allerton Press, New York, Vol 24, pp. 133-135, 1993.

20. Shnirman G.L and Goryunov B.G. Calculation of thermal-compensation twist angles of seismometer support springs // Seismic Instruments. ~ Allerton Press, New York, Vol. 27, pp. 16-18, 1997.

• M: ОИФЗ PAH. JIP №040959 от 19 апреля 1999 г. Тираж 100 экз.

Содержание диссертации, кандидата технических наук, Горюнов, Борис Гаврилович

ВВЕДЕНИЕ.

I МЕТОДЫ И СРЕДСТВА РЕГИСТРАЦИИ СЕЙСМИЧЕСКИХ

КОЛЕБАНИЙ В ГОРНОМ МАССИВЕ.

1.1 Сейсмические волны, как инструмент диагностики массива горных пород.

1.2 Методы и средства регистрации сейсмических колебаний в горном массиве.

1.3 Симметричные трехкомпонентные сейсмоприемники.

1.4 Горизонтальные и вертикальные электродинамические сейсмоприемники.

• я* 1 : • а

П МЕТОДИЧЕСКИЕ И ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ВОПЮСЫ РАСЧЕТА И ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИХ СИММЕТРИЧНЫХ

СЕЙСМОПРИЕМНИКОВ.

П.1 Определение положения центра тяжести маятника симметричного сейсмоприемника.

П.2 Оценка максимальной величины удлинения полюсного наконечника и рабочей катушки электродинамического преобразователя сейсмоприемника.

П.З Определение допустимых углов наклона геометрической оси приборного контейнера сейсмометра.

П.4 Методика устранения влияния наклона скважины на углы сейсморегистрации и угловые положения равновесия маятников.

П.5 Теоретические исследования термокомпенсационных углов раскрутки (закрутки) подвесных пружин для стабилизации коэффициента астазирования сейсмометров.

Ш ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА МЕТОДИК.

РАЗРАБОТКА ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКИХ СЕЙСМОПРИЕМНИКОВ

МАЯТНИКОВОГО ТИПА.

Ш.1 Вертикальный длиннопериодный скважинный 12-ти дюймовый сейсмоприемник (СДС).

Ш.2 Скважинный симметричный электродинамический трехкомпонентный сейсмоприемник (СС1Ш).

Ш.З Сейсмоприемник полевой разведочный унифицированный трехкомпонентный (СПРУТ-2).

Ш.4 Симметричный трехкомпонентный электродинамический сейсмоприемник (СТСП-2).

IV ВОПРОСЫ ПРИБОРНО-МЕТОДИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

ПРОВЕДЕНИЯ ИЗМЕРЕНИЙ.

1У.1 Оценка уровня сейсмического шума и минимально регистрируемого сигнала в массиве скальных пород.

1У.2 Методика расчета основных параметров датчиков скорости горизонтального (ДС-Г) и вертикального (ДС-В).

1У.З Электродинамический датчик скорости (ЭДДС).

1У.4 Сейсмоприемник малошумящий (СМШ-1).

IV.5 Оценка надежности электродинамических датчиков скорости.

V ИССЛЕДОВАНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК ДАТЧИКОВ СКОРОСТИ И АПРОБАЦИЯ МЕТОДИК ОЦЕНКИ МЕХАНИЧЕСКОЙ ЗНАЧИМОСТИ НАРУШЕНИЙ СПЛОШНОСТИ ГОРНОГО МАССИВА.

V.1 Лабораторные и полевые испытания сейсмоприемников.

У.2 Дистанционная калибровка.

У.З Анализ характеристик разработанных датчиков скорости.

У.4 Теоретические и экспериментальные исследования помехоустойчивости электродинамических сейсмоприемников. Пути предупреждения и устранения некоторых типов помех.

У.5 Апробация методик оценки механической значимости нарушений сплошности горного массива.

Введение Диссертация по геологии, на тему "Разработка сейсмоприемников и методики их применения для оценки механической значимости нарушений сплошности горного массива"

Современное развитие физики твердой Земли, геологии и сейсмологии в значительной мере связано с существенным расширением, усложнением и совершенствованием сейсмических исследований. Изучение глубинного строения Земли, поиски полезных ископаемых, сейсмологические основы сейсмостойкого строительства, комплексный геофизический и сейсмологический мониторинг, изучение землетрясений - этот список можно продолжить.

Наличие в твердой Земле различных по природе и энергетике естественных и искусственных источников сейсмических волн (от 4.2 кДж для 1г ВВ до 1015 кДж для сильнейших 9-ти бальных землетрясений) позволяет проводить экспериментальные исследования закономерностей распространения сейсмических колебаний в широком диапазоне интенсивностей и частот. Это обеспечивает принципиальную возможность получения информации как о структуре участков земной коры разных иерархических уровней, гак и об их деформационных свойствах.

Неизменно большой интерес вызывают измерения параметров микросейсмического фона. Это обусловлено тем, что в сейсмических микроколебаниях содержится большой объем информации о разнообразных деформационных процессах естественного и техногенного характера, происходящих в земной коре на разном масштабном уровне. В составе микросейсм выделяют фоновые микроколебания, сейсмические возмущения от регулярных источников (вибровоздействия, движение транспортных средств и т.д.), колебания, обусловленные местными и удаленными землетрясениями, импульсные колебания, сопровождающие релаксационные процессы. В свою очередь внутри фоновых микроколебаний, можно выделить случайную и детерминированную составляющие. Заметим, что микросейсмический фон неизбежно отражает блочную структуру и напряженно-деформированное состояние исследуемого участка горного массива.

Параметры микросейсмических колебаний различных участков земной коры исследовались в большом количестве работ (см., например, [Capon, Greenfield and Lacoss, 1969; Capon et al., 1968; Винник, 1968; Табулевич, 1986]). При этом большая часть исследований посвящена относительно низкочастотной составляющей спектра сейсмического шума - от долей герц до 10 Гц. Это обусловлено несколькими факторами. С одной стороны, казалось, что именно низкочастотные колебания являются носителями "сейсмологической" информации, на получение которой были в первую очередь ориентированы измерения. С другой стороны, амплитуда микросейсмических колебаний резко снижается с увеличением частоты [Bungum, Mykkeltveit and Kvaerma, 1985], что создает значительные методические трудности при регистрации высокочастотной составляющей спектра.

В то же время, для ряда задач геомеханики именно высокочастотная составляющая спектра микроколебаний (10^100Гц) представляет значительный интерес.

Решение научных и инженерных задач, возникающих в различных науках о Земле, неизбежно связано с применением тех или иных моделей строения массива горных пород. Подобные модели используются при рассмотрении процессов излучения и распространения сейсмических волн в земной коре (сейсмология, механика очага землетрясения, разведочная геофизика), в горных науках (проектирование и строительство подземных и наземных сооружений), в тектонофизике, геологии, геоэкологии и др. Так или иначе, любой механический процесс в твердой Земле, естественный или техногенный, связан с деформированием среды: земные приливы, движение литосферных плит, землетрясения, извержения вулканов, распространение сейсмических волн, движение жидкостей и газов в зонах повышенной проницаемости, проходка выработок, добыча полезных ископаемых в открытых карьерах, подземные и наземные взрывы и т.д

Важнейшей составной частью геомеханических моделей, описывающих процессы деформирования земной коры являются деформационные модели нарушений сплошности - разломов, трещин, зон повышенной пористости - на которых локализуется основная доля необратимых деформаций.

В ИДГ РАН разработана методика, позволяющая с удовлетворительной точностью оценить деформационные характеристики разрывных нарушений по результатам измерений параметров сейсмических колебаний, возбуждаемых взрывными или ударными источниками, вдоль профиля, пересекающего разлом или трещину [Костюченко, 1985; Kocharyart, Kostyuchenko and Pavlov, 1997, Павлов, 1998].

Однако, в ряде случаев применение искусственных источников возбуждения сейсмических волн затруднено, а для разломов, ограничивающих структурно-тектонические блоки протяженностью десятки километров и более, такие источники не в состоянии обеспечить амплитудно-частотные характеристики сигналов необходимые для определения деформационных свойств межблоковых промежутков [Павлов, 1998].

Для получения достоверных инструментальных данных необходима современная сейсмическая аппаратура, в которой одну из важнейших ролей играют датчики первичной информации - электродинамические сейсмоприемники.

Как показывает практика, сейсмические сигналы с весьма широким динамическим (10СЙ-150 ДБ) и частотным (10~3ч-1000 Гц) диапазонами не могут быть зарегистрированы каким-либо одним сейсмографом. Наблюдается большое количество не имеющих принципиальных различий датчиков скорости с различными техническими характеристиками и в какой-то мере приспособленными для решения частных задач.

В среднечастотных сейсмоприемниках изменение параметров датчиков успешно осуществляется при угловых и линейных перемещениях инертной массы путем небольших изменений ее габаритов и применения разнообразных упругих элементов.

В длиннопериодных сейсмоприемниках для ограничения их габаритов и повышения чувствительности применяется астазирование маятника (т.е. снижение частоты его собственных колебаний) путем введения дополнительных механических устройств. Астазирование неизбежно приводит к снижению устойчивости положения равновесия маятника, уменьшению стабильности периода его собственных колебаний и нарушению линейности колебательной системы. При этом сейсмоприемники становятся чрезвычайно чувствительными к относительно малым внешним и внутренним паразитным воздействиям, вызванных изменениями температуры и атмосферного давления, старением пружин, наклонами основания прибора и т.д.

Таким образом, в проблеме исследования свойств дискретного горного массива создание научно-методических основ разработки высокочувствительных электродинамических сейсмоприемников и реализации на их основе надежных сейсмических каналов для регистрации высокочастотных микросейсм. Этим определяется актуальность темы диссертации.

Целью данной работы является разработка методологии создания высокочувствительных электродинамических сейсмоприемников и реализация сейсмических каналов, пригодных для оценки механической значимости нарушений сплошности горного массива.

В рамках намеченной цели работы, в первую очередь следовало сформулировать задачи площадных и скважинных измерений с целью выявления структуры массива и ее динамики во времени (длительные наблюдения - отсюда и требования к стабильности параметров датчиков, точности их установки на поверхности и в скважине, вопросы дистанционной калибровки и т. п.).

Кроме того, необходимо было разработать экспериментальные методы исследований, направленные на определение этих параметров, учитывая сейсмический фон, климатический фактор, долговременную стабильность характеристик измерительных каналов и провести их апробацию в лабораторных и полевых условиях.

В этой связи в работе были поставлены и решены следующие задачи:

1. Выбор экспериментальных методов исследований, направленных на определение параметров сейсмических каналов с учетом сейсмического фона, климатических факторов, долговременной стабильности характеристик измерительных каналов.

3. Разработка методик площадных и скважинных измерений с целью выявления структуры массива и ее динамики во времени.

4. Апробация разработанных методик измерений оценки деформационных характеристик нарушений сплошности массива скальных пород.

Научная новизна работы состоит в том, что разработаны методы создания высокочувствительных электродинамических сейсмоприемников с требуемыми характеристиками и на их основе реализованы сейсмические каналы для исследования свойств горного массива. Разработанная методика впервые применена при оценке характеристик разломной зоны массива скальных пород. На защиту выносятся следующие основные положения.

• Разработанные сейсмоцриемники различных типов.

• Теоретические и экспериментальные иа&дования помехоустойчивости электродинамических сейсмоприемников к поперечным механическим и импульсным электромагнитным воздействиям.

• Определение с помощью разработанных методик характеристик деформационных свойств разломной зоны в массиве гранита.

Полученные в диссертации результаты способствуют более оптимальному проектированию высокочувствительных электродинамических сейсмоприемников и реализации на их основе сейсмических каналов для исследования деформационных процессов, происходящих в земной коре на разном масштабном уровне. Выявленные при этом закономерности излучения и распространения сейсмических волн могут быть использованы при построении механических моделей нарушений сплошности массива скальных пород, при разработке численных методов моделирования геомеханических процессов и т.д.

В работе даны рекомендации, которые могут оказаться полезными при разработке новых электродинамических сейсмоприемников, повышению линейности и чувствительности их характеристик, предупреждению и устранению температурных помех и помех от наклона грунта, повышению качества изготовления основных узлов и элементов приборов. Приведены конкретные методические и теоретические разработки, выполненные автором или с его активным участием и даны примеры комплексных лабораторных и полевых испытаний.

Данные, полученные в работе, были использованы при выполнении ряда НИР в ИФЗ АН СССР, Спецсекторе АН СССР, ОКБ ИФЗ и ИДГ РАН: «Аксамит», «Сейсмичность», «Захоронение», «Дубрава». Результаты указанных НИР получили практическую реализацию в различных организациях при проектировании и строительстве специальных сооружений.

Основные положения работы докладывались на семинарах ИФЗ АН СССР, Спецсектора АН СССР и ИДГ РАН, сейсмоприемник СДС был представлен на международной выставке «Наука-83».

Материалы диссертации опубликованы в 18 статьях, 12 научных отчетах и получено 2 авторских свидетельства.

Диссертация содержит 145 страниц основного текста, 63 рисунка и 13 таблиц.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы из 190 наименований. Первая цифра нумерации формул, рисунков и таблиц обозначает номер главы.

Заключение Диссертация по теме "Геофизика", Горюнов, Борис Гаврилович

Основные результаты, полученные в работе, можно сформулировать следующим образом:

1. На основе разработанных автором датчиков скорости создан измерительный комплекс для регистрации высокочастотных микросейсм и слабых сигналов. Измерительный комплекс испытан в полевых условиях.

4. Разработан макет вертикального длиннопериодного скважинного 12-ти дюймового сейсмоприемника СДС с периодом собственных колебаний маятника Т8=5-50 с и чувствительностью 8г=500В/(м/с). Применение постоянного магнита в качестве массы маятника значительно уменьшило собственные шумы прибора и его габариты.

5. Разработан ряд симметричных электродинамических сейсмоприемников, размещаемых в 5-ти дюймовых скважинах (СС1Ш: Т8=5-15 с, 8е=16 В/(м/с)) и на поверхности (СПРУТ-2: Т5=0.1-0.2 с, 88=45 В/(м/с); СТСП-2: Т8=0.5-15 с, 8е=520 В/(м/с)). При разработке этих приборов автором были применены новые технические решения, что позволило повысить линейность электродинамического преобразования и чувствительность на 20%, обеспечить независимость регулировок астазирования и углового положения равновесия, исключить деформации упругих элементов, увеличить степень идентичности однотипных электродинамических сейсмоприемников, увеличить магнитную индукцию в зазорах, нейтрализовать влияние наклона скважины (±4°). На примененные новые решения получены патенты РФ.

6. На основе применения постоянных магнитов из кобальт-самариевых сплавов разработан ряд датчиков скорости: (ДС-Г с собственной частотой Fo=10 Гц и Sg=110 В/(м/с)); (ЭДДС, Fo=7 Гц и Sg=140 В/(м/с));. (СМШ-1, Fo=3.5 Гц и Sg—210 В/(м/с)). По сравнению с существующими приборами, значительно уменьшены габариты датчиков, и снижены собственные шумы приборов. Эти датчики по своим параметрам заменяют громоздкие и дорогие приборы, что особенно важно при группировании сейсмоприемников в экспедиционных условиях.

Таким образом, в диссертации разработана методология создания высокочувствительных электродинамических сейсмоприемников и разработаны сейсмические каналы, пригодные для проведения оценок механической значимости нарушений сплошности массива горных пород.

Полученные в диссертации результаты свидетельствуют о том, что созданными на основе высокочувствительных с малыми собственными шумами датчиков скорости сейсмическими каналами можно проводить измерения в диапазоне частот от 5 до 100 Гц при уровне сейсмического фона порядка 1045 см/с. В области более низких частот в качестве датчиков могут быть использованы симметричные электродинамические сейсмоприемники типа СС1Ш и СТСП-2.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Библиография Диссертация по геологии, кандидата технических наук, Горюнов, Борис Гаврилович, Москва

1. Адушкин В.В., Кочарян Г.Г., Родионов В.Н. О воздействии сейсмических колебаний малой амплитуды на инженерные сооружения. //ДАН, 1999, в печати.

2. Адушкин В.В., Спивак A.A. Геомеханика крупномасштабных взрывов. -М.: Недра, 1993. 319с.

3. Аки К., Ричарде П. Количественная сейсмология: Теория и методы. Т. 1: Пер. с англ. М., 1983а. 520 с.

4. Аки К., Ричарде П. Количественная сейсмология: Теория и методы. Т. 2: Пер. с англ. М.: Мир, 19836.360 с.

5. Андреева JI.E. Упругие элементы приборов. М.: Машиностроение, 1981.392 с.

6. Анцыферов М.С. Теория геофонов и виброметров звукового диапазона. М.: Наука, 1976.144 с.

7. Аппаратура и методика сейсмометрических наблюдений в СССР /Под ред. З.И. Арановича, Д.П. Кирноса, В.М. Фремда. М.: Наука, 1974.243 с.

8. Арнольд Р.Р. Расчет и проектирование магнитных систем с постоянными магнитами. М.: Энергия, 1969.184 с.

9. Бахчинян А.О., Заргарян Д.Н., Рыков A.B. Широкополосный трехкомпонентный скважинный сейсмометр С 032 //Автоматизация сбора и обработки сейсмической информации. М.: Наука, 1989. С. 15 - 18.

10. Бенедик A.J1, Иванов A.B., Кочарян Г.Г. Построение структурных моделей участков земной коры на разном иерархическом уровне. // ФТПРПИ. 1995а. №5. С.31-42.

11. Биргер И.А. и др. Расчет на прочность деталей машин: Справочник / И.А. Биргер, Б.Ф. Шорр, Г.Б. Иосилевич. М.: Машиностроение, 1993.640 с.

12. Боголюбов H.H. Теория возмущений в нелинейной механике. В кн.: Сборник трудов института строительной механики АН СССР., 1950, т. 14. С. 9 -34.

13. Бондарев В.И., Рычков С.А. Полевые сейсморазведочные комплексы: Учебное пособие. 41. Екатеринбург: Изд-во Уральской государственной горногеологической академии, 1994. 88 с.

14. Васильев В.В. Расчет нелинейных нагрузочных характеристик ирисовых пружин сейсмоприемников //Сейсм. приборы. М.: Наука, 1993. Вып. 24. С. 60 67.

15. Веркович Г.А. и др. Справочник конструктора точного приборостроения. JL: Машиностроение. Ленингр. отд-ние. 1989.792 с.

16. Взаимодействие в системе литосфера гидросфера - атмосфера /JI.H. Рыкунов, Е.П. Анисимова, Н.К. Шелковников и др. М.: Недра, 1996.287 с.

17. Вибростенды и вибростолы системы V. (Инструкция к приборам 4801). Брюль и Къер 2850. Нарум Дания, февраль 1981.79 с.

18. Винник Л.П. Структура микросейсм и некоторые вопросы методики группирования в сейсмологии. М.: Наука, 1968.104 с.

19. Гальперин Е.И. Вертикальное сейсмическое профилирование: опыт и результаты. М.: Наука, 1994.320 с.

20. Гамбурцев Г.А. Основы сейсмодинамики. Госоптехиздат, 1959. 378 с. Геофизические и прострелочно-взрывные работы в геологоразведочных скважинах. М.: Недра, 1976. 349 с. Авт.: В.Н. Бойдаченко, H.H. Взнуздаев, Е.М.сЗ1. Вицени, Д.Е. Нометун.

21. Голицын Б.Б. Лекции по сейсмометрии. СПб. Изд-во Российской АН, 1912.654 с.

22. Голицын Б.Б. Лекции по сейсмометрии.-Изб. тр. М.: Изд-во АН СССР, 1960, т. 2.490 с.

23. Горюнов Б.Г., Кабыченко Н.В. Датчик скорости для диагностики горного массива //Сейсм. приборы. М.: ОИФЗ РАН, 1997. Вып. 28. С. 5 14.

24. Горюнов Б.Г., Кабыченко Н.В. Измерительный канал для регистрации высокочастотных микросейсм. //Сейсм. приборы. М.: ОИФЗ РАН, 1999, в печати.

25. Горюнов Б.Г., Кабыченко Н.В., Павлов Д.В., Свинцов И.С. Каналы регистрации сильных возмущений и высокочастотных микросейсм для длительного мониторинга массива горных пород. //Сборник научных трудов ИДГ РАН, 1999. С. 125-139.

26. Горюнов Б.Г., Кабыченко Н.В., Свинцов И.С. О регулировке степени затухания колебательной системы малогабаритных сейсмоприемников. //Сейсм. приборы. М.: ОИФЗ РАН, 1999, в печати.

27. Горюнов Б. Г., Свинцов И.С. Устойчивость сейсмоприемников к поперечным воздействиям. В сб. "Динамические процессы в геосферах под действием внешних и внутренних потоков энергии и вещества". М.: ИДГ РАН, 1998. С. 99 108.

28. Горюнов Б.Г., Шнирман Г.Л. Биметаллический компенсатор температурной нестабильности подвесных пружин сейсмометров. М.: ОИФЗ РАН. 1996а. С. 124-125. (Сейсм. Приборы; Вып. 25/26).

29. Горюнов Б.Г., Шнирман Г.Л. Определение положения центра тяжести маятника сейсмометра//Аппаратурные и опытно-методические исследования в сейсмометрии. М.: Наука, 1993а. С. 132 134. (Сейсм. приборы, Вып. 24).

30. Горюнов Б.Г., Шнирман Г.Л. Трехкомпонентный скважинный электродинамический сейсмоприемник с автоматической системой компенсации наклона скважины: /П.№2062485. РФ. Заявка №5046784 от 19.03.92. Опубл. 20.06.966. RU БИ №17.

31. Горюнов Б.Г., Шнирман Г.Л. Устранение влияния наклона скважины на углы сейсморегистрации и угловые положения равновесия маятников //Аппаратурные и опытно-методические исследования в сейсмометрии. М.: Наука, 19936. С. 33 36. (Сейсм. приборы, Вып. 24).

32. Горюнов Б.Г., Шнирман Г.Л. Электродинамический преобразователь сейсмоприемника: /П. №2062486 РФ. Заявка №5046958/25 от 19.03.92. Опубл. 20.06.96b. RU БИ №17.

33. Горюнов Б.Г., Шнирман Г.Л. Электродинамический преобразователь сейсмоприемника с удлиненным полюсным наконечником //Аппаратурные и опытно-методические исследования в сейсмометрии. М.: Наука, 1993в. С. 84 86. (Сейсм. приборы. Вып. 24).

34. Гурвич И.И., Боганик Г.Н. Сейсмическая разведка. М.: Наука, 1981.550 с.

35. Дараган С.К., Осадчий А.П. Импульсная калибровка и контроль сейсмических каналов // Методы и программы для анализа сейсмических наблюдений. М.: Наука, 1967.С. 245-253. (Вычисл. Сейсмология, Вып. 3)

36. Длиннопериодный вертикальный скважинный электродинамический сейсмоприемник СДС //Аппаратура и приборы для научных исследований. Международная выставка "Наука-83". Экспонаты СССР. Москва, 1983. С. 133.

37. Захаров А.И. Геодезические приборы: Справочник М.: Недра, 1989.313 с.

38. Импульсная калибровка сейсмометрических каналов //Под ред. З.И. Арановича, А.Я. Меламуда. М.: Наука, 1976.236 с.

39. Иориш Ю.И. Виброметрия. М.: Государственное научно-техническое издательство машиностроительной литературы, 1963. 771 с.

40. Кабыченко Н.В. Калибровка разведочных сейсмоприемников скачком ускорения свободного падения. М.: ОИФЗ РАН, 1997. С. 61 65. (Сейсм. приборы; Вып. 27).

41. Кабыченко Н.В., Костюченко В.Н., Ладнушкин С.М. Способ выявления вертикальных структурных нарушений массива. Патент РФ RV 2062484. С1,1996.

42. Кабыченко Н.В., Костюченко В.Н., Павлов Д.В. Спектральные характеристики сейсмических волн в блочной среде. Динамические процессы в геосферах: геофизика сильных возмущений. Сборник научных трудов ИДГ РАН. М.: Наука, 1994. С.88-95.

43. Капица П.Л. Динамическая устойчивость маятника при колеблющейся точке подвеса.-ЖЭТФ, 1951а, т. 21, Вып. 5. С. 588 597.

44. Капица П.Л. Маятник с вибрирующим подвесом. УФН, 19516, т. 4, Вып. 1.С. 7-20.

45. Каплунов А.И. Аппаратура для сейсморазведочных работ в скважинах. М.: Недра, 1980.151 с.

46. Карус Е.В., Кузнецов О.Л., Файзуллин И.С. Межскважинное прозвучивание. М.: Недра, 1986.149 с.

47. Каталог фирмы BURR-BROWN, 1995.

48. Катастрофы и человек: Книга 1. Российский опыт противодействия чрезвычайным ситуациям / Ю.Л.Воробьев, Н.И. Локтионов, М.И. Фалеев и др.; Под ред. Ю.Л.Воробьева. М.: ACT ЛТД, 1997.256 с.

49. Кашпар Ф. Термобиметаллы в электротехнике. М.-Л., Госэнергоиздат, 1961.448 с.

50. Кири П., Брукс М. Введение в геофизическую разведку. М.: Мир, 1988.382с.

51. Колесников Ю.А., Мациевский С.А. Шумы вертикальных длиннопериодных сейсмометров. Методы их уменьшения // Вычислительная сейсмология. М.: Наука, 1979. Вып. 12. С. 125 144.

52. Костюченко В.Н. О прохождении сейсмических волн через массив трещиноватых горных пород. ДАН СССР, 1985, т.285, №2. С.316-318.

53. Костюченко В.Н., Ладнушкин С.М. Экспериментальное изучение прохождения сейсмических волн через трещины. // Изв. РАН. Физ. Земли, 1996, №11. С.63-68.

54. Кочарян Г.Г. Модели горного массива для определения устойчивости подземных сооружений при динамическом воздействии. Дисс. докт. физ.-мат. наук. М.: ИДГ РАН, 1995.

55. Кочарян Г.Г. Модель необратимого деформирования горного массива блочной структуры при взрывном воздействии. В кн. Взрывное дело №90/47. М.: Недра, 1990. С.30-42.

56. Кочарян Г.Г., Горюнов Б.Г., Кабыченко Н.В., Павлов Д.В., Свинцов И.С. Сейсмический фон и диагностика блочной среды (методические вопросы). //Сборник научных трудов ИДГ РАН, 1999, С. 140-145.

57. Кочарян Г.Г., Кулюкин A.M. Построение объемной блочной структуры по параметрам трещиноватости скального массива для оценки устойчивости подземных выработок. // Механика оснований, фундаментов и грунтов. 19946. №2. С.27-32.

58. Кочарян Г.Г., Павлов Д.В. Экспериментальное исследование деформационных характеристик структурных нарушений в массиве горных пород. // ФТПРПИ, 1992, №5. С. 17-23.

59. Крылов А.Н. О некоторых дифференциальных уравнениях математической физики. ГОНТИ, M., 1950.368 с.

60. Кулагин C.B., Гоменюк A.C., Дикарев В.Н. и др. Оптико-механические приборы. М.: Машиностроение, 1984. 352 с.

61. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.И. Теоретическая физика. В 10-ти т. T. VII. Теория упругости. М.: Наука. 1987,248 с.

62. Манохин А.Е. Нормируемые метрологические характеристики групп сейсмоприемников // Измерит, тех. 1995. N. 3. С. 45 47.

63. Метрологическое обеспечение геофизических исследований скважин /A.M. Блюменцев, В.М. Лобанков, В.П. Цирульников. М.: Недра, 1991.266 с.

64. Митропольский Ю.А, Метод усреднения в нелинейной механике. Киев, Наукова думка, 1971,440 с.

65. Монахов Ф.И. Низкочастотный сейсмический шум Земли. М., Наука, 1977,96 с.

66. Мыш А.Г., Потапов O.A. Нелинейность сейсмоприемников. //Сейсм. приборы. М.: Наука, 1993. Вып. 24. С. 100 105.

67. Надежность в машиностроении: Справочник /Под общ. ред. В.В. Шишкина, Г.П. Карзова. СПб.; Политехника, 1992.719 с.

68. Надежность технических систем: Справочник /Ю.К. Беляев и др.; Под ред. И.А.Ушакова. М.: Радио и связь, 1995. 608 с.

69. Никитин В.Н. Основы инженерной сейсмики. М.: МГУ, 1981.175 с. Нуберт Г.П. Измерительные преобразователи неэлектрических величин. Л., Энергия, 1970.360 с.

70. Павлов Д.В. Экспериментальное исследование деформационных характеристик нарушений сплошности массива скальных пород. Дисс. канд. физ.-мат. наук. М.: ИДГ РАН, 1998.

71. Пономарев С.Д., Андреева JI.E. Расчет упругих элементов машин и приборов. М.: Машиностроение, 1980. 326 с.

72. Постоянные магниты. Справочник /Под ред. Ю.М. Пятдна. М.: Энергия, 1980 г. 488 с.

73. Прецизионные сплавы. Справочник. Под ред. Б.В. Молотилова. М.: Металлургия, 1974.448 с.

74. Притчетт У. Получение надежных данных сейсморазведки: Пер. с англ. -М.: Мир, 1999.448 с.

75. Проспект на геофон GS-20DX, Уфа. Российско-Американо-Японское совместное предприятие ОЙО-ГЕО ИМПУЛЬС, ЛТД., 1995.4 с.

76. Разоренов A.A. Об инженерных методах расчета упругого симметричного шарнира на двух крестообразно расположенных плоских пружинах // Инструментальное изучение сейсмических колебаний. М.: Наука, 1984. С. 88 -Ю2.(Сейсм. приборы, Вып. 16).

77. Ризниченко Ю.В. Проблемы сейсмологии // Избранные труды. М.: Наука, 1985.385 с.

78. Рихтер Ч.Ф. Элементарная сейсмология. М.: Издательство иностранной литературы, 1963. 671 с.

79. Рыков A.B. Задачи метрологии широкополосной сейсмической аппаратуры. М.: ОИФЗ РАН, 1997. С. 66 76. (Сейсм. приборы; Вып. 27).

80. Рыков A.B. Моделирование сейсмометра М.: ОИФЗ РАН, 1996.108 с.

81. Рыков A.B. О скважинном сейсмометре // Приборы и методы регистрации землетрясений. М.: Наука, 1987. С. 49 52. (Сейсм. приб. Вып. 19).

82. Рыжов A.B. Новая методика расчета электродинамического преобразовательного блока сейсмоприемника //Прикладная геофизика. М.: Недра, 1992. Вып. 126. С. 51 61.

83. Рыжов A.B. Расширение частотного диапазона электродинамических сейсмоприемников с усилителем и реальным и реальным дифференцирующим звеном в цепи обратной связи //Прикладная геофизика. М.: Недра, 1995. Вып. 129. С. 69 85.

84. Рыжов A.B. Способы уменьшения зависимости параметров электродинамических сейсмоприемников от температуры //Прикладная геофизика. М.: Недра, 1995. Вып. 129. С. 64 69.

85. Рыжов A.B. Теоретические исследования сейсмоприемников / Геофизика. №3.1997. С. 41-48.

86. Саваренский Е.Ф., Кирнос Д.П. Элементы сейсмологии^ и сейсмометрии. М.:ГТТИ, 1955.544 с.

87. Садовский М.А. Естественная кусковатость горной породы. ДАН СССР, 1979, т.247, №4. С.829-831.

88. Садовский М.А. Физика очага землетрясения. М.: Наука, 1975.244с.

89. Садовский М.А., Болховитинов Л.Г., Писаренко В.Ф. Деформирование геофизической среды и сейсмический процесс. М.: Наука, 1987. - 100с.

90. Садовский М.А., Костюченко В.Н. О затухании сейсмических волн взрыва в массиве горных пород. ДАН СССР, 1988, т.301, №6. С.1344-1347.

91. Садовский М.А., Писаренко В.Ф. Сейсмический процесс в блоковой среде. М.: Наука, 1991.96 с.

92. Садовский М.А., Писаренко В.Ф., Родионов В.Н. От сейсмологии к геомеханике. О модели геофизической среды. Вестник АН СССР, 1983, №1? С. 8288.

93. Сейсморазведка: Справочник геофизика. В двух книгах. Под ред. В.П. Номоконова. Кн. 1. М.: Недра, 1990. 336 с.

94. Соболев Г. А. Основы прогноза землетрясений. М.: Наука, 1993. 313с.

95. Справочник геодезиста. В 2-х книгах. Кн. 2 /Под ред. В.Д.Болынакова и Г.П.Левчука. М.:Недра, 1985.440 с.

96. Стрижак Т.Г. Методы исследования динамических систем типа "маятник". Алма - Ата: Наука Каз. ССР, 1981.256 с.

97. Табулевич В.Н. Комплексные исследования микросейсмических колебаний. Новосибирск: Наука, 1986.151 с.

98. Телфорд В.М., Гелдарт Л.П., Шерифф P.E., Кейс Д.А. Прикладная геофизика. М.: Недра, 1980. 502 с.

99. Токмаков В.А., Власов В.И. О развитии сейсмометра СМ 3 и его возможностях. //Инструментальное изучение сейсмических колебаний. М.: Наука, 1984. С. 3 - 7. (Сейсм. приборы. Вып. 16).

100. Уайт Джю Э. Возбуждение и распространение сейсмических волн: Пер. с англ. М.: Недра, 1986. 261 с.

101. Феофилактов В.Д. Помехи в длиннопериодной сейсмометрии. М.: Наука, 1977.100 с.

102. Фремд В.М., Старовойт O.E., Мишаткин В.Н. //Федеративная система сейсмологических наблюдений и прогнозов землетрясений. 19%. 3, N. 1 2. С. 44е>"-56.

103. Харкевич A.A. Спектры и анализ. М.: Физматгиз, 1962.234 с.

104. Хаттон Д., Уэрдингтон М., Майкин Дж. Обработка сейсмических данных: Теория и практика. Пер. с англ. М.: Мир. 1989.216 с.

105. Хвингия М.В. Вибрации пружин. М.: Машиностроение. 1969.

106. Шведчиков Л.К. Графоаналитический расчет электродинамического сейсмоприемника //Прикладная геофизика. М.:Недра, 1975 г. Вып. 77. С. 79 95.

107. Шерифф Р., Гелдарт Л. Сейсморазведка: В 2- х т. Т. 1. Пер. с англ. М.: Мир, 1987.448 с.

108. Шехтман Г.А. Помехи технического характера при скважинных сейсмических исследованиях и способы их подавления. Обзор. Регион., разв. и промысл, геофизика. М., ВИЭМС, 1975.41 с. 4

109. Шнеерсон М.Б., Майоров В.В. Наземная невзрывная сейсморазведка. М.: Недра, 1988.237 с.

110. Шнеерсон М.Б., Потапов O.A., Гродзенский В.А. и др. Вибрационная сейсморазведка. М.: Недра, 1990.240 с.

111. Шнирман Г. Л. Астазирование маятников. М.: Наука, 1982.166 с.

112. Шнирман Г.Л. Дистанционная градуировка электродинамических сейсмоприемников. Известия АН СССР. Физика Земли, 1977 г. N 9. С. 90 98.

113. Шнирман Г.Л. Некоторые вопросы дистанционной градуировки магнитоэлектрических сейсмометров // Инструментальное изучение сейсмических колебаний. М.: Наука, 1984. С. 59 64. (Сейсм. приб. Вып. 16.).

114. Шнирман Г.Л. Параллельный маятник. Труды Сейсмологического института АН СССР. №67,1937 г. С. 15-26.

115. Шнирман Г.Л. Регулировка астазирования сейсмометров закручиванием подвесных пружин. //Аппаратурные и опытно-методические исследования в сейсмометрии. М.: Наука, 1993. С. 67 75. (Сейсм. приборы; Вып. 24).

116. Шнирман Г.Л. Симметричный трехкомпонентный электродинамический сейсмометр СТКС //Инструментальные средства сейсмических наблюдений. М.: Наука, 1980. С. 7 13. (Сейсм. приборы, Вып. 13).

117. Шнирман Г.Л. Способ глубокого астазирования маятников симметричного трехкомпонентного сейсмографа // Разработка и исследование сейсмометрической аппаратуры. М.: Наука, 1985. С. 41 46. (Сейсм. приб. Вып. 17).

118. Шнирман Г.Л., Горюнов Б.Г. Вопросы разработки симметричных сейсмоприемников. М.: ОИФЗ РАН, 1996. С. 56 59. (Сейсм. приборы; Вып. 25 -26).

119. Шнирман Г.Л., Горюнов Б.Г. Расчет термокомпенсационных углов закрутки подвесных пружин сейсмометров. М.: ОИФЗ РАН, 1997. С. 21 -23. (Сейсм. приборы; Вып. 27).

120. Штейнберг В.В., Сакс М.В., Аптикаев Ф.Ф. и др. //Задание сейсмических воздействий. М.: Наука, 1993. С. 5 94. (Вопр. инж. сейсмологии; Вып. 34).

121. Anstey N.A. Whatever happened to ground roll? The Leading Edge, 5, No 3 (March), 40-45,1986.

122. Bandis S.C., Lumsden A.C. and Barton N.R. Fundamentals of rock joint deformation, Int. J. Rock Mech. Min. Sci. & Geomech. Abstr. Vol.20, No.6, pp.249-268,1983.

123. Barton N. and Choubey V. The shear strength of rock joints in theory and practice. Rock Mechanics, Vol. 10, No. 1-2, pp. 1-54,1977.

124. Boyle W.J., Goodman R.E. and Yow J.L. Field cases using key block theory. // Proc. Int. Symp. on Large Rock Caverns. Helsinki, 1986. P. 1183-1199.

125. Bungum H., Mykkeltveit S. and Kvaerma T. Seismic noise in Fennoscandia with emphasis on high frequencies //BSSA, 1985. Vol. 75. No.6. Pp. 1489 1513.

126. Byrne C.J. Instrument nooise in seismometers. BSSA. V. 51, No. 1, January, 1961. Pp. 69 84.

127. Capon J., Greenfield R.J. and Lacoss R.T. Long-period signal processing results for the large aperture seismic array // Geophysics, Vol. 34, No. 3, pp. 305-329.1969.

128. Capon J., Greenfield R.J., Kolker R.J and Lacoss R.T. (1968) Short-period signal processing results for the large aperture seismic array // Geophysics, Vol. 33, No. 3.

129. Crone A.J. et al. Surface faulting accompanying the Bora Peak earthquake and segmentation of the Lost River fault, Central Idaho.// BSSA. Vol.77, No.3. Pp.739-770, 1987.

130. Dobry R., Idris I., Ng. E. Duration characteristics of horisontal components of strong motion earthquakes records //BSSA. 1978. Vol. 68. No. 5. pp. 1487 1520.

131. Elenbaas W., Dauermagnete, Ztschr. techn. Phys., 1933, Jg. 14: s. 191 197.

132. Embree P., Burg J.P. and Backus M.M. Wide-band velocity filtering-the pie-slice process. Geophysics, 28,948-974,1963.

133. Fifty years of amplitude control /Heling Klaus //Geophysics. 1998. V. 63. No. 2. Pp. 750-762.

134. Futterman W.I. Dispersive body waves. J. Geophys. Research, 67, 5279-5292,1962.

135. Galbraith J.N.Jr. and Wiggins R.A. Characteristics of optimum multichannel staking filters, Geophysics, 33, 1968,36-48.

136. Goodman R.E. and Shi G.H. Block theory and its application to rock mechanics. New Jersey: Prentice-Hall, 1985. 388p.

137. Goryunov B.G. and Kabychenko N.V. Velocity detector for diagnosing a massif. //Seismic Instruments. Allerton Press, New York, Vol. 28, pp. 1-10,1997.

138. Goryunov B.G. and Shnirman G.L. Electrodynamic transducer for a seismic receiver with an elongates pole core // Seismic Instruments. Allerton Press, New York, Vol. 24, pp. 81-83,1993a.

139. Goryunov B.G. and Shnirman G.L. Elimination of the effect of a boreholes slope on angles of seismic recording and angular posisions // Seismic Instruments. -Allerton Press, New York, Vol. 24, pp. 32-35,1993b.

140. Goryunov B.G. and Shnirman G.L. Determination of the position of a seismometer pendulums center of gravity // Seismic Instruments. Allerton Press, New York, Vol. 24, pp. 133-135, 1993c.

141. Green P.E., Jr., Frosch R.A. and Romney C.F. Principles of an experimental large aperture seismic array (LASA) //Proc. IEEE, Vol. 53, pp. 1821-1833, 1965.

142. Gu B,, Nihei K.T., Myer L.R. and Pyrak-Nolte L.J. Fracture interface waves. // J. Geophys. Res., Vol.101, No.Bl, pp.827-835,1996a.

143. Gu B., Suarez-Rivera R, Nihei K.T. and Myer L.R. Incidence of plane waves upon a fracture. // J. Geophys. Res., Vol.101, No.Bl 1, pp.25337-25346,1996b.

144. Herrin E. The resolution of seismic instruments used in treaty verification research //BSSA. V. 72, N. 6.1982. Pp. 61 67.

145. Huan S.L. and Pater A.R. Analysis and prediction of geophone performance parameters /Geophysics. Vol. 50. No. 8.1985. Pp. 1221 1228.

146. Jurkevics A. and Wiggins R. A critique of seismic deconvolution methods, Geophysics, 49,1984,2100-2116. /

147. Kagan Y.Y., Knopoff L. Stochastic synthesis of earthquake catalogs //J. Geoph. Res. 1981. V. 86. N. 4B. Pp. 2853 2862.

148. Kanasewich E.R. Time Sequence Analysis in Geophysics, University of Alberta Press, 1973.

149. Kjartansson E. Constant Q-wave propagation and attenuation. J. Geophys. Research, 84,4737-4848,1979.

150. Kocharyan G.G., Kostyuchenko V.N. and Pavlov D.V. The structure of various scale natural rock discontinuities and their deformation properties. Preliminary results.// Int. J. Rock Mech. & Min. Sci. Vol.34, No.3-4, paper No. 159,1997.

151. Melton B.S. The sensitivity and dynamic range of inertial seismographs // Reviews of Geophysics and Space Phys., V. 14, N. 1. 1976. Pp. 93 116.

152. Melton B.S., Kirkpatrick B.M. The symmetrical triaxia! seismometer its design for application to long-period seismometry //BSSA. Vol. 60, No. 3, pp. 717 - 739. June, 1970.

153. Nickol L.W., Wunsch H.L. Design characteristics of cross-spring hivots.-Engineering (Gr. Brit.), 1951, vol. 192, №4994, p. 458 461.

154. Pavils G.L., Vernon F.L. Calibration of seismometers using ground noise //BSSA. 1994. V. 84, No. 4. Pp. 1243-1255.

155. Precision of broadband velocity measurements made with IRIS/PASSCAL instrumentation /Menke William, Shengoald Ladrence, Busby Robert //BSSA. 1992. V. 82. No. 5. Pp. 2256 2262.

156. Pyrak-Nolte L.J., Myer L.R. and Cook N.G.W. Transmission of seismic waves across single natural fractures.//J. Geophys. Res. Vol.95, N0.B6, pp.8617-8638,1990.

157. Pyrak-Nolte L.J., Xu J. and Haley G.M. Elastic interface wav/5s propagating in a0fracture. // Physical Review Letters, Vol.68, No.24, pp.3650-3653,1992.

158. Rigdon H. and Hoover G. Quantitative selection of seismic acquisition parameters. Geophysics: The Leading Edge of Exploration, January 1987, 18-25, 1987.

159. Rihn W.J. The design of electromagnetic damping circuits. BSSA, 59, 1969. Pp. 967-972.

160. Robinson E.A., Treitel S. Geophysical Signal Analysis. Englewood Clifs, N.J., Prentice-Hall, 1980.

161. Rodgers P.W. Freguency limits for seismometers as determined from signal-no-noise rations. Part. 1. The electromagnetic seismometer. BSSA., Vol. 82, No. 2. Pp. 1071 -1098. April 1992.

162. Rodgers P.W., Martin A.J., Robertson M.C., Hsu M.M., Harris D.B. Signal-coil calibration of electromagnetic seismometers //Bull. Seismol. Soc. Amer. 1995. V. 85, No. 3. Pp. 845-850.

163. Sachse W. and Pao Y.H. On the determination of phase and group velocities of dispersive waves in solids. J. Appl. Phys. 49(8), August, 4320-4327,1978.

164. Saeb. S. and Amadei B. Modelling rock joints under shear and normal loading. // Int. J. Rock Mech. Min. Sci. & Geomech. Abstr. Vol.29, pp.267-278,1992.

165. Sallas J.J. Seismic vibrator control and the downgoing P-wale. Geophysics, 49, pp. 732-740,1984.

166. Seismic Networks and Rapid Digital Data Transmission and Exchange. Luxembourg, 1990.

167. Sengbush R.L. and Foster M.R. Optimum multichannel velocity filter, Geophysics, 33, 1968, pp. 11-35.

168. Sheriff R.E. and Geldart L.P. Exploration Seismology, Volume 1: History, theory and data acquisition. Cambridge University Press, pp. 55-57, 1982.217

169. Shnirman G.L and Goryunov B.G. Calculation of thermal-compensation twist angles of seismometer support springs // Seismic Instruments. Allerton Press, New York, Vol. 27, pp. 16-18, 1997.

170. Some practical methods for calibration of seismometers /Somer Adem //Individ. Stud. Particip. Int. Inst. Seismol. and Earthquake Eng. 1997.-33. C. 89-102.

171. Souley M., Homand F. and Amadei B. An extention to the Saeb and Amadeit>"constitutive model for rock joints to include cyclic loading paths. // Int. J. Rock Mech. Min. Sci. & Geomech. Abstr. Vol.32, No.2, Pp. 101-109,1995.

172. Tan. T.H. Reciprocity theorem applied to the geophone ground coupling problem // Geophysics. 1987, V. 52. No. 12. Pp. 1715 - 1717.

173. Teupser Ch., Unterreitmeier E., Kracke D., Schidt M., Schuhmann M. and Wenk R. The Trixial Seismograph Systems TSJ 1 and TSJ - 2 and Their Seismological Application //Gerlands Beitr. Geophysik, Leipzig 95 (1986) 2, S. 132 -140.

174. Ward and Hewitt. Monofrequency borehole traveltime survey. Geophysics, 42, October, 1137-1145,1977.

175. Willmore P.L. The detection of Earth movement. In: S.K. Runcorn (editor), Methods and Techniques in Geophysics. New York: Interscience, 1960. Pp. 230 276.

176. Yi W., Nihei K.T., Rector J.W., Nakagawa S., Myer L.R. and Cook N.G.W. Frequency-dependent seismic anisotropy in fractured rock. // Int. J. Rock Mech. & Min. Sci. Vol.34, No.3-4, paper No.349,1997.

177. Yow J.L. and Goodman R.E. A ground reaction curve based upon block theory. // Rock Mech. V.20 - No.3. - P.167-190. - 1987.218

Информация о работе

Горюнов, Борис Гаврилович
кандидата технических наук
Москва, 1999
ВАК 04.00.22

Диссертация

Разработка сейсмоприемников и методики их применения для оценки механической значимости нарушений сплошности горного массива - тема диссертации по геологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Разработка сейсмоприемников и методики их применения для оценки механической значимости нарушений сплошности горного массива - тема автореферата по геологии, скачайте бесплатно автореферат диссертации

Похожие работы