УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТРЕХМЕРНОГО СЕЙСМИЧЕСКОГО И ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ФИЗИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

Полезная модель относится к сейсмическому и электромагнитному моделированию и может быть использована в геофизике для решения задач сейсморазведки и электроразведки.
Из существующего уровня техники известно устройство, предназначенное для совместного физического электромагнитного и сейсмического моделирования крупномасштабных моделей туннелей, которое включает модель туннеля, водный бак и автоматическое устройство для создания модели (US 20150338549 A1, опубл. 26.01.2014) [1]. Недостатками известного технического решения является ограниченность области применения исследованием моделей туннелей.
Известно также устройство, предназначенное для трехмерного физического сейсмического моделирования, которое включает систему позиционирования, водный бак, управляющую аппаратуру, пьезокерамические источник и приемник колебаний, а также усилитель и регистратор зарегистрированного сигнала (CN 1299064, опубл. 14.11.2000) [2]. Недостатками данного технического решения является недостоверность результата моделирования электромагнитных данных в виду конструкции системы позиционирования и измерительного бака.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является устройство, принятое в качестве прототипа и предназначенное для физического электромагнитного моделирования, которое включает бак с электролитом, электромагнитную рамку, генератор однородного электромагнитного поля, измерительный зонд с электромагнитными диполями и блоки регистрирующей аппаратуры (UA 27464, опубл. 15.09.2000) [3]. Недостатками данного технического решения является малая точность и повторяемость установки измерительного зонда в процессе измерений.
Задачей, на решение которой направлена заявляемая полезная модель, является повышение достоверности интерпретации результатов сейсмических и электромагнитных зондирований земной коры при помощи аналогового физического моделирования в контролируемых лабораторных условиях сейсмических и электромагнитных полей путем совместной регистрации сейсмических и электромагнитных данных на одних и тех же двумерных и трехмерных моделях геологической среды.
Данная задача решается за счет того, что устройство включает в себя систему позиционирования преобразователей с число-программным управлением, позволяющую перемещать сейсмические и электромагнитные преобразователи в пределах рабочего поля, причем конструкция системы позиционирования с одной стороны обеспечивает высокую точность перемещения, необходимую для проведения сейсмического моделирования, а с другой - выполнена с использованием материалов и технических решений, минимизирующих ее влияние на регистрируемое электромагнитное поле. Также устройство включает в себя блоки, предназначенные для управления системой позиционирования, генерации и регистрации сейсмических и электромагнитных сигналов. В качестве управляющего блока используется стандартный персональный компьютер.
Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является возможность совместной регистрации сейсмических и электромагнитных полей на одних и тех же моделях геологической среды с высокой точностью привязки регистрируемых данных.
Сущность заявляемой полезной модели поясняется Фиг. 1.
На Фиг. 1 - блок-схема устройства для трехмерного сейсмического и электромагнитного физического моделирования.
На Фиг. 2 и Фиг. 3 - результаты испытания устройства для трехмерного сейсмического и электромагнитного физического моделирования.
На Фиг. 4 и Фиг. 5 - фотографии устройства для трехмерного сейсмического и электромагнитного физического моделирования.
Как видно из Фиг. 1, заявляемая полезная модель содержит электролитический бак (1), возбуждающий генератор (2) с антенной системой (3), размещенной над электролитическим баком и выполненной в виде двух наборов прямоугольных витков, которые расположены ортогонально между собой, для создания поляризованного по двум направлениям поля, систему позиционирования (6) с двумя автономно перемещающимися каретками (7, 8), измерительный зонд (4) с датчиками электрического и магнитного поля, электромагнитный регистратор (5), сейсмический источник (10), сейсмический приемник (9), усилитель заряда (11), сейсмический регистратор (12), высоковольтный усилитель (13), импульсный генератор (14), блок управления (15) и персональный компьютер (16).
Устройство работает следующим образом. После установки исследуемых моделей на дно электролитического бака (1) в управляющей программе, установленной на персональный компьютер (16), задаются параметры проведения моделирования, при помощи настроек импульсного генератора (14) и высоковольтного усилителя (13) устанавливаются необходимые параметры излучаемого сейсмического сигнала, при помощи настроек возбуждающего генератора (2) - параметры однородного электромагнитного поля. После запуска устройства при помощи блока управления (15) происходит перемещение кареток (7, 8) системы позиционирования (6) с установленными на них измерительным зондом (4), сейсмическим источником (10) и сейсмическим приемником (9) на заданную позицию. По достижении необходимых координат происходит генерация возбуждающего сейсмического сигнала при помощи импульсного генератора (14), его усиление высоковольтным усилителем (13) и подача на вход сейсмического источника (10). Принятый сейсмическим приемником (9) сигнал усиливается усилителем заряда (11) и регистрируется сейсмическим регистратором (12). После завершения регистрации сейсмического сигнала производится включение возбуждающего генератора (2) и запуск электромагнитного регистратора (5), который производит запись сигнала с измерительного зонда (4). Для моделирования магнитотеллурического зондирования измерения производятся поочередно при двух ортогональных поляризациях первичного поля, задаваемых направлением витков рамочной системы. После завершения регистрации компонент электромагнитного поля каретки (7, 8) перемещаются на следующие позиции и повторяют цикл регистрации.
Моделирование сейсмического и электромагнитного зондирования может также выполняться независимо друг от друга в отдельных циклах измерений.
Тестовые режимы работы заявляемого устройства для трехмерного сейсмического и электромагнитного физического моделирования приведены в конкретных примерах ее апробации. Заявленная полезная модель была апробирована в лабораторных условиях Санкт-Петербургского государственного университета в режиме реального времени.
Результаты многочисленной апробации реализации заявленной полезной модели приведены ниже в виде конкретных примеров.
Пример 1. В электролитический бак была помещена двумерная модель высокоскоростного основания с соляным куполом. Для данной модели производилось моделирование сейсмических и электромагнитных данных в двух точках - над центром соляного купола и над вмещающей двухслойной средой. Пример полученных данных представлен на Фиг. 2, где Фиг. 2а - графики удельного электрического сопротивления (по оси абсцисс отложена длина электромагнитной волны в первом слое, нормированная на толщину слоя; по оси ординат - кажущееся сопротивление, нормированное на сопротивление первого слоя), Фиг. 2б - графики фазы импеданса (по оси абсцисс отложена длина электромагнитной волны в первом слое, нормированная на толщину слоя; по оси ординат - значение фазы), причем сплошной линией представлены результаты измерений над вмещающей средой, пунктирной - над соляным куполом. На Фиг. 2в приведена сейсмограмма, зарегистрированная при положении сейсмического источника над вмещающей средой, на Фиг. 2г - над соляным куполом.
Пример 2. В электролитический бак была помещена модель высокоскоростного основания. Для данной модели производилось моделирование сейсмических данных в одной точке с промежуточной остановкой устройства и перемещением кареток системы позиционирования в крайние положения. Пример полученных данных представлен на Фиг. 3а и Фиг. 3б. На Фиг. 3в представлен результат арифметического вычитания сейсмических записей, демонстрирующий высокую повторяемость измерений.
По результатам испытаний заявленное устройство обеспечивает возможность совместной регистрации сейсмических и электромагнитных полей на одних и тех же моделях геологической среды. Это позволяет повысить достоверность интерпретации результатов сейсмических и электромагнитных зондирований земной коры за счет появившейся возможности отработки в контролируемых лабораторных условиях способов комплексирования и инверсии сейсмических и электромагнитных данных. Как демонстрирует Фиг. 3, обеспечивается высокая точность позиционирования датчиков, что необходимо для получения геофизической информации высокого качества при двумерной и трехмерной съемке.
Список использованных источников информации
1. US 20150338549 A1, опубл. 26.01.2014.
2. CN 1299064, опубл. 14.11.2000.
3. UA 27464, опубл. 15.09.2000 (прототип).