Аппаратура для регистрации сейсмических событий.

Сентябрь 2, 2022

Главная
Алгебра
Аппаратура для регистрации сейсмических событий.

Содержание

2. Аппаратура для регистрации сейсмических событий. Требования к системе сейсмического мониторинга. Определение положения сейсмического источника. Задача Абеля.
3. Сейсмометры В 132 г.н.э. китайский ученый Чан Хен изобрел первый сейсмоскоп - прибор для определения азимута
4. Сейсмометры Первый сейсмограф, имеющий научное значение, был построен в 1887 г. в Японии Юингом. Он состоял
5. Сейсмометры В 1902 г. князь Б.Б.Голицыным предложил сейсмограф, в котором было использовано электродинамическое преобразование перемещений маятника
6. Аппаратура для проведения регистрации микросейсмического фона.
7. Установка скважинного сейсмодатчика
8. Схема сооружения для размещения станций геодинамичес-кого мониторинга
9. Регистрация сейсмических колебаний от местных и удаленных землетрясений; Определение времени, магнитуды и положения эпицентров местных землетрясений
10. Требования к составу сейсмической станции. Короткопериодные сейсмометры - три компоненты; Система точного времени GPS; Система архивации
11. Требования к техническим характеристикам сейсмометров Режим преобразования по скорости Частотный диапазон 0.5 - 40 Гц Коэффициент
12. Требования к техническим характеристикам блока регистрации и выделения сейсмического сигнала. Количество информационных каналов не менее 6
13. Программное обеспечение, входящие в комплект станции. Пакет программ управления сейсмической станцией Пакет программ системы сбора данных
14. Запись карьерных взрывов на Кольском полуострове сейсмическими группами в Норвегии: ARCES (эпицентральное расстояние Δ = 391
15. Определение положения источника сейсмических волн Основные алгоритмы определения координат сейсмических источников базируются на лучевых представления о
16. Определение положения источника сейсмических волн Отмечая время прихода сейсмической волны на две сейсмические станции, можно измерить
17. Определение положения источника сейсмических волн Рассмотрим отрезок длиной ds вдоль пути луча. Из геометрии Чтобы получить
18. Определение положения источника сейсмических волн Для времени пробега T ( р) dt = uds, dt/ds =
19. Обратная кинематическая задача – построение скоростной модели Пусть из наблюдений нам известен простейший годограф – функция
20. Задача Абеля Как определить форму холма, зная начальную скорость и время, потраченное мячом на то, чтобы
21. Уравнения Герглотца-Вихерта для плоской модели Земли для сферической модели Земли где r1 – радиус-вектор для луча,
22. Некорректность обратной кинематической задачи. Предположим, что только первые вступления волн выделены верно и по ним построены
23. Определение положения источника по записи одной 3-компонентной станции В случае регистрации сейсмического события одной станцией для
24. Определение положения источника по записи нескольких станций Если в обработке используются данные не более 3 станций,
25. Метод инверсии времен пробега В случае если доступны данные четырёх и более станций, параметры гипоцентра определяются
26. Локальная сейсмичность в районе месторождений нефти и газа о.Сахалин.
27. Пассивный сейсмический мониторинг Регистрация сейсмических событий Расчет положения гипоцентров сейсмических событий Определения параметров групп сейсмических событий
28. 100 200 300 400 500 600 700 800 900 length, mm 0 10 20 30 tine,
29. Spatio-temporal distributions of the sums of AE events amplitudes in the 0.1-second intervals and scaled pore
32. Скачать презентацию

Слайд 2

Аппаратура для регистрации сейсмических событий.
Требования к системе сейсмического мониторинга.
Определение положения сейсмического

источника.
Задача Абеля. Уравнения Герглотца-Вихерта.
Взаимосвязь между сейсмической активностью и параметрами пласта месторождения нефти.
Использование регистрации микросейсмических явлений для определения положения трещин гидроразрыва пласта.

Лекция 4

Слайд 3

Сейсмометры
В 132 г.н.э. китайский ученый Чан Хен изобрел первый сейсмоскоп -

прибор для определения азимута на эпицентр.
Во второй половине XIX века сейсмоскопы стали использовать для определения времени землетрясения, снабжая их часами, которые останавливались или запускались в момент землетрясения.

Слайд 4

Сейсмометры
Первый сейсмограф, имеющий научное значение, был построен в 1887 г. в

Японии Юингом. Он состоял из чугунного кольца весом 25 кг, подвешенного на стальной проволоке длиной около 6.8 м. При помощи системы рычагов движение груза разбивалось на две горизонтальные составляющие и в увеличенном виде записывалось на закопченной стеклянной пластине, вращающейся вокруг вертикальной оси. Пуск часового механизма, вращающего пластинку, производился сотрясением при землетрясении. Увеличение этого прибора было около 10.
В 1888-1889 г.г. Ребер-Пашвиц создал горизонтальный маятник, подвешенный к штативу на двух остриях с оптической регистрацией на барабане, вращающемся с линейной скоростью 11мм/ час. Длина маятника 19 см, длина оптического плеча 4.5 м, увеличение около 48.5.

Слайд 5

Сейсмометры
В 1902 г. князь Б.Б.Голицыным предложил сейсмограф, в котором было использовано

электродинамическое преобразование перемещений маятника в электрический ток. Для записи сейсмограммы использовался пучок света, отраженный от зеркальца гальванометра; чрез гальванометр проходил электрический ток, возбуждаемый в обмотке катушки, которая была соединена с маятником и двигалась вместе с ним в постоянном магнитном поле.
Современные типы сейсмографов используют принцип регистрации, предложенный Голицыным. В основном регистрируется скорость смещения почвы, полученные велосиграммы с помощью АЦП преобразуются в цифровую форму и записываются на различные типы носителей- магнитные ленты, диски и т.д. Для регистрации сильных движений в эпицентральной зоне землетрясений применяются акселерометры, в устройстве которых используются пъезоэлементы.

Слайд 6

Аппаратура для проведения регистрации микросейсмического фона.

Слайд 7

Установка скважинного сейсмодатчика

Слайд 8

Схема сооружения для размещения станций геодинамичес-кого мониторинга

Слайд 9

Регистрация сейсмических колебаний от местных и удаленных землетрясений;
Определение времени, магнитуды и

положения эпицентров местных землетрясений в пределах месторождений, береговых сооружений и на расстоянии до 20 км от них для землетрясений с локальными магнитудами от 2 c точностью определения положения эпицентра 2 км.
Нахождение статистических параметров естественного сейсмического режима.
Определение возможных изменений естественного сейсмического режима в ходе разработки месторождений.

Основные требования к системе сейсмического мониторинга

Слайд 10

Требования к составу сейсмической станции.
Короткопериодные сейсмометры - три компоненты;
Система точного времени

GPS;
Система архивации сейсмических сигналов;
Система резервного питания сейсмической станции.

Слайд 11

Требования к техническим характеристикам сейсмометров
Режим преобразования по скорости
Частотный диапазон 0.5 -

40 Гц
Коэффициент преобразования 200 - 600 в/м/сек
Шум сейсмоприемника в диапазоне частот 0,5-40 Гц не более 2,5 нм/с
Динамический диапазон не менее 120 Дб
Длина коммуникационного кабеля к регистратору до 20 м

Слайд 12

Требования к техническим характеристикам блока регистрации и выделения сейсмического сигнала.
Количество информационных

каналов не менее 6
Динамический диапазон информационных каналов не менее 120 Дб
АЦП 24 разряда
Частотный диапазон каждого канала 0,5 - 40 Гц
Диапазон регулировки усиления канала 1 - 64
Частота квантования входного сигнала на канал от 10 до 1000 отсч/сек
Антиалясинговый фильтр с частотой среза 40 Гц
Тип системы ведения точного времени GPS
Точность привязки к мировому единому времени не хуже 1 мс
Калибровка импульсным или синусоидальным сигналом,
Тип записи информации непрерывный, триггерный, по расписанию
Тип алгоритма выделения событий LTA / STA
Размер винчестера не менее 30 Гбайт
Рабочий температурный диапазон -5 / +30 С
Питание от сети через систему резервного питания (возможно резервирование аккумулятором емкостью до 55А/ч).
Напряжение сети 220 В
Потребляемая мощность (без датчиков) не более 30 Вт
Длина коммуникационного кабеля к PI/CI до 500 м

Слайд 13

Программное обеспечение, входящие в комплект станции.
Пакет программ управления сейсмической станцией
Пакет программ

системы сбора данных
Пакет программного обеспечения по обработке сейсмических данных

Слайд 14

Запись карьерных взрывов на Кольском полуострове сейсмическими группами в Норвегии: ARCES

(эпицентральное расстояние Δ = 391 км; верхние две трассы и NORES ( Δ= 1309 км, нижние трассы).

Слайд 15

Определение положения источника сейсмических волн
Основные алгоритмы определения координат сейсмических источников базируются

на лучевых представления о распространении сейсмических волн.
Положения волнового фронта в моменты времени t и t+Δt определяются расстоянием Δs вдоль направления луча. Угол θ между вертикалью и падающим лучом называется углом падения. Путь, пройденный волной вдоль луча, связан с путем, пройденным вдоль поверхности выражением
Δs = Δx sinθ.
Т.к. Δs = vΔt, то vΔt = Δx sinθ
Δt /Δx = sinθ /v = u sinθ ≡ p,
где u – «медленность» ( u = 1/v, где v- скорость), а p - лучевой параметр.

Слайд 16

Определение положения источника сейсмических волн
Отмечая время прихода сейсмической волны на две

сейсмические станции, можно измерить лучевой параметр. Лучевой параметр характеризует медленность волнового фронта в горизонтальном направлении, поэтому p часто называют горизонтальной медленностью сейсмического луча.
Рассмотрим траекторию луча, падающего на границу слоя под углом a1 к вертикали. Пусть скорость в каждом ниже лежащем слое больше, чем в верхнем. Т.к. лучевой параметр р остается постоянным
p = u1 sin a1 = u2 sin a2 = u3 sin a3 = …
Если скорость будет все время расти, то в конце концов, угол a достигнет 900 и луч будет распространяться горизонтально. Обозначим медленность на поверхности u0 , угол выхода a0 тогда.
u0 sin a0 = p = u sin a.
Когда a = 900, луч достигает точки поворота р = uгр , uгр - медленность в точке поворота.

Слайд 17

Определение положения источника сейсмических волн
Рассмотрим отрезок длиной ds вдоль пути луча.

Из геометрии
Чтобы получить х, проинтегрируем это выражение.
Пусть z1 находится на свободной поверхности (z1 = 0) , z2 - точка поворота zp , тогда расстояние, пройденное лучом от поверхности до точки поворота
Т. к. траектория луча симметрична относительно точки поворота, полное расстояние Х ( р)

Слайд 18

Определение положения источника сейсмических волн
Для времени пробега T ( р) dt

= uds, dt/ds = u
Вывод справедлив для случая, когда скоростная модель представляет собой непрерывную функцию, зависящую от глубины. Для скоростной модели в виде плоскопараллельных слоев интеграл заменяется на суммирование.
Вместо X(p) и T(X), часто используется комбинация этих функций,
эта функция получила название временной задержки и может быть выражена как
где zp - глубина точки поворота.

Слайд 19

Обратная кинематическая задача – построение скоростной модели
Пусть из наблюдений нам известен

простейший годограф – функция T(X), не имеющий ни точек возврата, ни разрывов, связанных с существованием зон пониженных скоростей. Тангенс угла наклона касательной к каждой точке годографа определяет значение скорости в точке поворота. Необходимо определить какой глубине в Земле эта скорость соответствует.

Слайд 20

Задача Абеля
Как определить форму холма, зная начальную скорость и время, потраченное

мячом на то, чтобы прокатиться от основания холма до верхней точки и снова до основания.
здесь x –высшая точка, на которую поднялся мяч , t – затраченное на это время. Аналогично для волны положим t(x)=X(p)/2p, x=p², ξ=[u(z)]² f(ξ)=dz/d(u²)

Слайд 21

Уравнения Герглотца-Вихерта
для плоской модели Земли
для сферической модели Земли
где r1 –

радиус-вектор для луча, выходящего на расстоянии X1, R – радиус Земли

Слайд 22

Некорректность обратной кинематической задачи.
Предположим, что только первые вступления волн выделены верно

и по ним построены два прямолинейных участка годографа. Существует бесчисленное множество разрезов, которые дадут одинаковый годограф первых вступлений.

Слайд 23

Определение положения источника по записи одной 3-компонентной станции
В случае регистрации сейсмического

события одной станцией для оценки координат очага и времени в очаге, используется метод отношения амплитуд между компонентами 3-компонентной записи.
Вектор движения в начальной части записи P-волны на горизонтальных и на вертикальных компонентах смещения, используется для вычисления азимута на эпицентр и угла падения сейсмического луча.
Расстояние можно получить по разности времен пробега волн P и S.
На больших расстояниях от очага для определения эпицентрального расстояния используются годографы.

Слайд 24

Определение положения источника по записи нескольких станций
Если в обработке используются данные

не более 3 станций, координаты гипоцентра и время в очаге определяются методом засечек по данным об азимуте на эпицентр и угле падения.
Определение координат эпицентра методом засечек осуществляется построением на карте кругов с центрами в точках расположения сейсмостанций и радиусами равными эпицентральным расстояниям, измеренным по разности времен пробега P- и S-волн.
Область пересечения кругов соответствует местонахождению эпицентра.
Эти круги, впрочем, редко пересекаются в одной точке, что приводит к ошибкам в определении положения эпицентра и гипоцентра.

Слайд 25

Метод инверсии времен пробега
В случае если доступны данные четырёх и более

станций, параметры гипоцентра определяются при помощи метода инверсии времен пробега.
Предполагается, что разница в истинном положении очага и рассчитанном является малой величиной, так что остаточная разность может быть задана линейной функциональной зависимостью от поправки к истинному положению гипоцентра.
Исходное решение задается в виде времен пробега для рассматриваемых фаз от некоторой области, где предположительно локализован очаг, которое затем проверяется для нахождения поправок к первоначально заданному положению, далее исправленное решение является входным и т.д.
Итеративный процесс обычно быстро сходится, если первоначальное определение гипоцентра близко к истинному местоположению.
В международной практике полевых сейсмологических наблюдений данный подход определения положения землетрясений является одним из самых распространенных. В расчетах в качестве базовой модели в основном используется одномерная скоростная модель среды.

Слайд 26

Локальная сейсмичность в районе месторождений нефти и газа о.Сахалин.

Слайд 27

Пассивный сейсмический мониторинг
Регистрация сейсмических событий
Расчет положения гипоцентров сейсмических событий
Определения параметров групп

сейсмических событий

a) Soultz-sous-Forets
experiment, 1993
b) Fenton Hill
experiment, 1983

Примеры облаков сейсмических событий в экспериментах по инжекции жидкости

Слайд 28

100
200
300
400
500
600
700
800
900
length, mm
0
10
20
30
tine, sec
experiment
analytical solution
time, sec
analytical solution
experiment
account of gas presence and spatial

change of permeability.

length, mm

Pressure isolines, account of gas and inhomogenety.

Слайд 29

Spatio-temporal distributions of the sums of AE events amplitudes in the

0.1-second intervals and scaled pore pressure during water injection into closed reservoir. Permeability 14 mD.

Слайд 30

Аппаратура для регистрации сейсмических событий.

Содержание

Аппаратура для регистрации сейсмических событий.Требования к системе сейсмического мониторинга.Определение положения сейсмического

СейсмометрыВ 132 г.н.э. китайский ученый Чан Хен изобрел первый сейсмоскоп -

СейсмометрыПервый сейсмограф, имеющий научное значение, был построен в 1887 г. в

СейсмометрыВ 1902 г. князь Б.Б.Голицыным предложил сейсмограф, в котором было использовано

Аппаратура для проведения регистрации микросейсмического фона.

Установка скважинного сейсмодатчика

Схема сооружения для размещения станций геодинамичес-кого мониторинга

Регистрация сейсмических колебаний от местных и удаленных землетрясений;Определение времени, магнитуды и

Требования к составу сейсмической станции.Короткопериодные сейсмометры - три компоненты;Система точного времени

Требования к техническим характеристикам сейсмометров Режим преобразования по скоростиЧастотный диапазон 0.5 -

Требования к техническим характеристикам блока регистрации и выделения сейсмического сигнала. Количество информационных

Программное обеспечение, входящие в комплект станции. Пакет программ управления сейсмической станциейПакет программ

Запись карьерных взрывов на Кольском полуострове сейсмическими группами в Норвегии: ARCES

Определение положения источника сейсмических волнОсновные алгоритмы определения координат сейсмических источников базируются

Определение положения источника сейсмических волнОтмечая время прихода сейсмической волны на две

Определение положения источника сейсмических волнРассмотрим отрезок длиной ds вдоль пути луча.

Определение положения источника сейсмических волнДля времени пробега T ( р) dt

Обратная кинематическая задача – построение скоростной моделиПусть из наблюдений нам известен

Задача АбеляКак определить форму холма, зная начальную скорость и время, потраченное

Уравнения Герглотца-Вихерта для плоской модели Землидля сферической модели Землигде r1 –

Некорректность обратной кинематической задачи.Предположим, что только первые вступления волн выделены верно

Определение положения источника по записи одной 3-компонентной станцииВ случае регистрации сейсмического

Определение положения источника по записи нескольких станцийЕсли в обработке используются данные

Метод инверсии времен пробегаВ случае если доступны данные четырёх и более