Спосіб мікросейсмічного розвідування

Реферат: UA 87564 U UA 87564 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 Корисна модель належить до галузі сейсмології, а саме до способів сейсмічного розвідування. Відомий спосіб мікросейсмічного розвідування, заснований на реєстрації коливань, які генеруються виступаючими в рельєфі об'єктами середовища при збудженні пульсаціями атмосферного тиску або вітру [1]. Недоліком відомого способу мікросейсмічного розвідування є обмеження дальності дії сейсмічного сигналу за рахунок використання високочастотних коливань в діапазоні від 200 мГц і вище, які характеризуються більшим, ніж низькочастотні коливання, поглинанням сейсмічної енергії в середовищі. Найбільш близьким технічним рішенням, вибраним за прототип, є спосіб мікросейсмічного розвідування, заснований на реєстрації коливань, які генеруються об'єктами середовища в усьому частотному діапазоні мікросейсмічного сигналу, в тому числі і в області наднизьких частот [2]. Недоліком відомого способу мікросейсмічного розвідування, вибраного за прототип, є обмеження спектра частот мікросейсмічного сигналу за рахунок відфільтровування таких наднизькочастотних коливань, що не відповідають умові стаціонарності спектра потужності мікросейсмічного сигналу. В основу корисної моделі поставлена задача шляхом використання наднизькочастотного сейсмічного сигналу, обумовленого сейшевими коливаннями водної маси об'єкта середовища водойми, який не відповідає умові стаціонарності спектра потужності мікросейсмічного сигналу, проте характеризується меншим, ніж високочастотний сигнал, поглинанням сейсмічної енергії в середовищі, забезпечити збільшення дальності дії. Поставлена задача вирішується тим, що для збільшення дальності дії використано наднизькочастотний сейсмічний сигнал, обумовлений нестаціонарними детермінованими сейшивими коливаннями водної маси водойми, який характеризується меншим, ніж високочастотний сигнал, поглинанням сейсмічної енергії в середовищі. Порівняльний аналіз технічного рішення, яке заявляється, із прототипом, дозволяє зробити висновок, що спосіб мікросейсмічного розвідування, який заявляється, відрізняється тим, що для збільшення дальності дії використано наднизькочастотний сейсмічний сигнал, обумовлений нестаціонарними детермінованими сейшивими коливаннями водної маси водойми, який характеризується меншим, ніж високочастотний сигнал, поглинанням сейсмічної енергії в середовищі. Суть корисної моделі пояснює креслення. На фіг. 1 показано схему генерування мікросейсмічних коливань при дії сейшів [3]; на фіг. 2 представлено таблицю даних щодо кількості і загальної тривалості сейшів у центральній частині Каховського водосховища в літні місяці 1970-1971 pp. [4]; на фіг. 3 показано амплітудно-модульовані сейшеві коливання; на фіг. 4 показані зміни амплітуд сейшів прямокутного басейну при обертанні навколо амфідромічної точки [5]. Стоячі водяні хвилі (сейші) обумовлюють коливання всього об'єму водної маси водойми, внаслідок чого виникають мікросейсмічні хвилі (див. фіг. 1). Сейші належать діапазону наднизькочастотних коливань. Для порівняння - частоти сейшів, спостережених на 9-ти водоймах СРСР (озерах Байкал, Білому, Ладозькому, Онезькому, Чудсько-Псковському (Росія), Севані (Вірменія), Іссик-Кулі (Киргизія), Балхаші (Казахстан), Аральському морі (Казахстан, Узбекистан)), становлять від 0,01 до 0,38 мГц [6]. Дія сейшів характерна для всіх водосховищ [7]. Проте, властивістю сейшевих коливань є невідповідність умові стаціонарності спектра потужності, оскільки вони не належать до безперервних процесів. Для прикладу на фіг. 2 представлена таблиця даних щодо кількості і загальної тривалості сейшевих коливань у центральній частині Каховського водосховища в літні місяці 1970-1971 pp. Потужність W нестаціонарних мікросейсмічних коливань сейшевого походження можна оцінити по формулі Хібло-Рокара [8]: W 4 4  2 S A S w   V  g Vg 1  w w   g Vg  2  2  R   (1), де S  2S - кругова частота сейшів; A S - амплітуда сейшів;  w Vw - акустичний опір води;  w - густина сейсмічних хвиль у воді (густина води); Vw - швидкість сейсмічних хвиль у 55 воді, в залежності від її температури, солоності, гідростатичного тиску;  g Vg - акустичний опір 1 UA 87564 U 5 10 ґрунту;  g - густина сейсмічних хвиль у ґрунті; Vg - швидкість сейсмічних хвиль у ґрунті; R коефіцієнт, що характеризує резонансний ефект середовища під дією стискання. Схильність водойм до збудження сейшів демонструється резонансними властивостями водойм [9]. Повний цикл генерування сейшів являє собою характерні для резонансних амплітудномодульовані коливання, що складаються з послідовності етапів - раптового збудження, власне генерування, поступового згасання [10]. На фіг. 3 показано амплітудно-модульовані сейшеві коливання (суцільна лінія) на фоні стаціонарних гармонічних коливань (штрихова). Ідеалізована огинаюча амплітуди сейшів (з фіксованими моментами початку/завершення етапів генерування і наявністю ділянки без згасання) описується функцією гармонічних коливань:  A S t   Amax sin 2kS t exp  S t  S (2) за умов t  t  t : A max  0; (3.1) 1 S 0  1 1 t1  t  t 2 : A max  0;   0; k  1;k   ; ; ( 3.2) S  1 k      max ( 3 .3 ) t 2  t  t 3 : A S  0;   0; k  1;  max ( 3 .4 ) t 3  t  t 4 : A S  0;   0; k  1;  ,   15 20 max де A S t  - амплітуда рівня в момент часу t ; A S - максимальна амплітуда;  S - частота сейшів;  - логарифмічний декремент згасання; k - коефіцієнт;  - символ диз'юнкції. Умова (3.1) описує етап відсутності сейшів, умова (3.2) - етап збудження сейшів, умова (3.3) - етап генерування сейшів, умова (3.4) - етап згасання сейшів. Теоретичні дослідження і натурні спостереження виявили закономірність варіацій частоти сейшів  S від рівня води Н [11]. Ефект пояснюється узагальненою формулою Меріана:  S t nm  g  Dt   n   m    Lt     W t      2     , 2 2 (4), n  1 n , m  0;m , ; 25 30 35 40 де  S t  - частота сейшевих коливань в момент часу t ; n , m - номери гармонік 2 поздовжньої і поперечної сейшів; g  9,81 м/с - прискорення вільного падіння; D , L , W , Dt  , Lt  , W t  - глибина, довжина, ширина басейну і закони їх зміни. При аналізі сейшів в прямокутному басейні з горизонтальним дном виявлено ефект вкладеної амплітудної модуляції сейшів, які обертаються навколо амфідромічної точки. Ефект пояснюється змінами довжини траєкторії поширення стоячої хвилі, і показаний для прямокутного басейну з горизонтальним дном розмірами 50 км  14 км  41 м [5]. Розраховані частоти сейшів в басейні запропонованих розмірів становлять: ν10=0,722 cph; ν20=1,444 cph; ν30=2,166 cph; ν40=2,887 cph; ν50=3,611 cph; ν01=2,579 cph, де cph - циклів за годину. Відгуком на зміни довжини при постійних глибині і ширині повинні стати, відповідно до формули (4), зміни частоти коливань. При обертанні поздовжніх сейшів утворюється поліхромна хвиля 1 (фіг. 4а), обмежена знизу частотою ν10, яка варіює. Отже, при обертанні поперечних сейшів утворюється також поліхромна хвиля 2 (фіг. 4а), із зсувом фази щодо поздовжньої хвилі на 90°. Спектр частот коливань (без урахування спотворень котидальної лінії і відповідної траєкторії поширення хвилі) представлений заштрихованою ділянкою. Зміни амплітуд мод (без урахування перехідної характеристики наростання/спаду модулюючої функції) представлені на фіг. 4b-d: амплітудна модуляція моди ν10 (фіг. 4b); амплітудна модуляція моди ν20 (фіг. 4с); немодульовані моди ν30-ν50, ν01 (фіг. 4d). Поглинання сейсмічної енергії в середовищі підпорядковується закону [12]: (5), Ex  E0 exp x 2 UA 87564 U 5 10 15 20 25 30 35 40 де Ex  - енергія хвилі на відстані x від джерела; E0 - енергія хвилі в джерелі;   h    коефіцієнт поглинання; h - коефіцієнт згасання;   - частота мікросейсмів. Отже, дальність дії мікросейсмів пропорційна їх частоті. Над низькочастотні коливання, до яких належать коливання сейшевого походження, характеризуються меншим, ніж високочастотні коливання, поглинанням сейсмічної енергії. Підвищення ефективності застосування способу мікросейсмічного розвідування, який заявляється, у порівнянні з прототипом, полягає в тому, що використання над низькочастотних коливань сейшевого походження, які характеризуються меншим, ніж високочастотні коливання, поглинанням сейсмічної енергії, дозволяє збільшити дальність дії. Джерела інформації: 1. Пат. 2242033 Российской Федерации, МПК G01V 9/00. Способ оценки и выбора участков территории для возведения сооружений различного назначения / Юдахин Ф.Н., Капустян Н.К., Хореев В.С., Антоновская Г.Н., Шахова Е.В.; заявитель и патентообладатель Институт экологических проблем Севера Уральского отделения РАН. - № 2004103838/28; заявл. 12.02.2004; опубл. 10.12.2004. - аналог. 2. Пат. 2271554 Российской Федерации, МПК G01V 1/00. Способ сейсморазведки / Горбатиков А.В. - № 2005108362/28; заявл. 25.03.2005; опубл. 10.03.2006. - прототип. 3. Табулевич В.Н. Влияние штормовых вибраций на землетрясения / В.Н. Табулевич, Е.Н. Черных, В.А. Потапов, Н.Н. Дреннова // Природа, 2002, № 10. - С. 12-16. 4. Судольский А.С. Динамические явления в водоемах / А.С. Судольский. - Л.: Гидрометеоиздат, 1991. - 263 с. 5. Анахов П.В. Амплітудна модуляція сейшів при обертанні в прямокутному басейні // Сборник научных трудов Sworld. Материалы международной научно-практической конференции "Современные направления теоретических и прикладных исследований 2013". Выпуск 1. Том 46. - Одесса: КУПРИЕНКО, 2013. - ЦИТ: 113-0026. - С. 48-51. 6. Арсеньева Н.М. Сейши на озерах СССР / Н.М. Арсеньева, Л.К. Давыдов, Л.Н. Дубровина, Н.Г. Конкина. - Л.: изд-во Ленинградского университета, 1963. - 184 с. 7. Азерникова О.А. Поверхностные и внутренние сейши озера Севан / О.А. Азерникова // Известия АН Армянской ССР. Науки о Земле. - 1975. - № 1. - С. 97-101. 8. Потапов В.А. Влияние штормовых микросейсмических колебаний на сейсмичность в районе Курильских островов Тихого океана и на озере Байкал / В.А. Потапов, В.Н. Табулевич, Е.Н. Черных // Геология и геофизика. - 1997. - Т. 38, № 8. - С. 1411-1419. 9. Rabinovich А.В. Seiches and Harbor Oscillations / Handbook of Coastal and Ocean Engineering (ed. by Y. C. Kim). - Singapoure: World Scientific Publ., 2009. - Pp. 193-236. 10. Анахов П.В. Визначення умов збудження сейшів: Materiały IX Międzynarodowej naukowipraktycznej konferencji "Naukowa myśl informacyjnej powieki-2013" / Vol. 21: Ekologia. Geografia і geologia. Rolnictwo. - Przemyśl: Nauka і studia, 2013. - Pp. 45-47. 11. Пат. 82977 України, МПК G01F 23/22. Спосіб моніторингу рівня води у водоймі / Анахов П.В. - № u201301484; заявл. 08.02.2013; опубл. 27.08.2013; Бюл. № 16. 12. Шерифф Р., Гелдарт Л. Сейсморазведка. В двух томах. Т. 1. - М: Мир, 1987. - 448 с. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 Спосіб мікросейсмічного розвідування, заснований на реєстрації коливань, що генеруються об'єктом середовища, який відрізняється тим, що для збільшення дальності дії використано наднизькочастотний сейсмічний сигнал, обумовлений сейшевими коливаннями водної маси водойми, який характеризується меншим, ніж високочастотний сигнал, поглинанням сейсмічної енергії в середовищі. 3 UA 87564 U 4 UA 87564 U Комп’ютерна верстка С. Чулій Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5