Введение к работе
Актуальность. Геофизические среда далеки от идеальности в физическом смысле. Эксперимента показывают, что земные порода имеют внсокие модули упругости третьего порядка; нелинейность упругих свойств - фундаментальное свойство земных пород, проявляющееся в широком диапазоне интенсивностей и частот сейсмических воздействий. Использование нелинейных волновых эффектов - перспективное направление в геофизике. Мекду тем, экспериментальные исследования в этой области малочисленны, фрагментарны и непредставительны. Параметр нелинейности земных пород оценивается лишь приблизительно, и разброс полученных оценок очень велик. Существуют разногласия относительно характерных пространственных масштабов развития нелинейных процессов, а также относительно роли нелинейности, дисперсии и поглощения в формировании волнового поля. Процессы, индуцированные сейсмическим воздействием на земные породы, изучались лишь в сравнительно узком сейсмическом диапазоне частот. Экспериментальные исследования нелинейных свойств земных пород в широких диапазонах интенсивностей и частот сейсмических воздействий необходимы и актуальны.'
Цель работы. Экспериментальные исследования нелинейных волновых эффектов, которые являются опредэляхщнми или могут оказать существенное влияние на формирование волнового поля в различных диапазонах сейсмических частот. Основные задачи:
1. Исследование в сейсмическом диапазоне частот интегральной картины деформаций, возникашк в среде в ближнем поле монохроматического вибрационного источника, и нелинейных эффектов, окагь'ва?,чщих существенное влияние на волновое поле: действующих в
- 2 -среда постоянных сил и нелинейной генерации волн комбинационных частот.
2. Определение параметра нелинейности верхних слоев разреза по полю
статических деформаций и по скорости нарастания в среде высших
гармоник.
3. Исследование нелинейных эффектов в сейсмическом диапазоне
частот, индуцированных распространением в среде интенсивных
сейсмических волн.
Научная новизна. Выявлены ноше, неизвестные ранее черты нелинейных сейсмических эффектов:
-
Постоянная составляющая поля деформаций, создаваемого в среде монохроматическим виброисточником, зарегистрирована на «ольших удалениях от источника (до 500 ы).
-
Обнаружены временные вариации параметра нелинейности верхних слоев разреза, которые происходят синхронно с изменениями квазистатических деформаций после интенсивного двухчасового вибровоздействия. Сделаны оценки параметра нелинейности верхних слоев вдоль радиального профиля на различных базах, от 10 до 500 м.
-
Выдвинута гипотеза об определяющей роли эффектов нелинейного взаимодействия сейсмических волн в формировании волнового поля микросейсм на частотах выше 0.5 Гц.
-
Предложен механизм нелинейных искажений микросейсм интенсивным низкочастотным сигналом посредством воздействия на среду (изменение текущих параметров среды) или на область среды, которая является источником микросейсм; сделаны количественные оценки тензочувстшгельности интенсивности микросейсм на с/ст. Боровое.
5. Для регистрации нелинейных волновых эффектов в сейсмическом поле
.применен широкополосный высокочувствительный портативный
деформомэтр новой конструкции с оптоэлектронным преобразователем
перемещений Показана эффективность использования деформометрнческого мэтода регистрации для исследования нелинейных волновых явлений в сейсмическом поле.
Практическая ценность. Параметр нелинейности, Наряду с плотностью, скоростями сейсмических волн и модулями упругости - важная характеристика земных пород; как показали наши эксперименты, очень чувствительная к изменениям их напряженно - деформированного состояния. Аномалия параметра нелинейности должны бить связаны со структурными неоднорояносгями среды (разломными зонами, нефтяными коллекторами, и др..)» что может лечь в основу нових штодов сейсмической разведки (по параметру нелинейности), сейсмического июфорайонироааяин - прогноза движений грунта при сильных
ЗеМЛвТрЯСеНИЯХ (С УЧеТОМ ВЫСОКОЙ ЙЭЛЙН8ЙНОСТЙ приповерхностных
слоев), сейсмического мониторинга (временные изменения параметра нелинейности). Использование для регистрации прецизионной деформометрической аппаратура позболйт сделать эти метода одними из наиболее точных.
Исследования низкочастотных деформационных проявлений релаксации среды после интенсивного сейсмического воздействия, определение функций отклика могут дать полезные характеристики среды я, возможно, прогностические признаки Нефтяных месторождений.
Исследование эффектов взаимодействия сейсмических волн приводит к гипотезе об определяющей роли нелинейной ЭВОЛЮЦИИ сейсмических волн в формировании волнового поля микросейсм.
Исследование изменений параметров высокочастотных сейсмических шумов в результате интенсивных низкочастотных сейсмических воздействий может дать информацию о среде, ее структурном составе и аномалиях. Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав,
заключения и прилозкешя. Содержит 155 страниц, включая 36 рисунков, 3 таблицы и список литературы из 140 названий. Апробация работы и публикации. По вопросам, изложенным в диссертации, опубликована 1 печатная работа и 1 научный отчет. 3 работы находятся в 'печати. Результаты работы докладывались на Всесоюзной конференции молодых ученых в г. Суздале в 1992 г. и на научных семинарах Института Экспериментальной Геофизики ОИФЗ РАН.