Голографическое восстановление поля каналовых волн в угольных пластах

Показано можливість застосування голографічних систем для каналових хвиль. Розглянуті результати моделювання та шахтних сейсмічних досліджень по сейсмічній голографії. Показані особливості реалізації голографічного методу в шахтній сейсморозвідці, а також деякі тенденції його розвитку....

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2011
Автори:	Саттаров, С.С., Кенжин, Б.М., Смирнов, Ю.М.
Формат:	Стаття
Мова:	Russian
Опубліковано:	Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України 2011
Назва видання:	Наукові праці УкрНДМІ НАН України
Онлайн доступ:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/99727
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Голографическое восстановление поля каналовых волн в угольных пластах / С.С. Саттаров, Б.М. Кенжин, Ю.М. Смирнов // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2011. — № 9, ч. 2. — С. 38-56. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-99727
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-997272016-05-03T03:02:59Z Голографическое восстановление поля каналовых волн в угольных пластах Саттаров, С.С. Кенжин, Б.М. Смирнов, Ю.М. Показано можливість застосування голографічних систем для каналових хвиль. Розглянуті результати моделювання та шахтних сейсмічних досліджень по сейсмічній голографії. Показані особливості реалізації голографічного методу в шахтній сейсморозвідці, а також деякі тенденції його розвитку. Possibility of application of holographic systems for canal waves is shown. Results of modeling and mine seismic researches on seismic holography are considered. Features of a holographic method realization in mine seismic prospecting and also some tendencies of its development are shown. 2011 Article Голографическое восстановление поля каналовых волн в угольных пластах / С.С. Саттаров, Б.М. Кенжин, Ю.М. Смирнов // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2011. — № 9, ч. 2. — С. 38-56. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 1996-885X http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/99727 622.23.05: 622.235 ru Наукові праці УкрНДМІ НАН України Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	Показано можливість застосування голографічних систем для каналових хвиль. Розглянуті результати моделювання та шахтних сейсмічних досліджень по сейсмічній голографії. Показані особливості реалізації голографічного методу в шахтній сейсморозвідці, а також деякі тенденції його розвитку.
format	Article
author	Саттаров, С.С. Кенжин, Б.М. Смирнов, Ю.М.
spellingShingle	Саттаров, С.С. Кенжин, Б.М. Смирнов, Ю.М. Голографическое восстановление поля каналовых волн в угольных пластах Наукові праці УкрНДМІ НАН України
author_facet	Саттаров, С.С. Кенжин, Б.М. Смирнов, Ю.М.
author_sort	Саттаров, С.С.
title	Голографическое восстановление поля каналовых волн в угольных пластах
title_short	Голографическое восстановление поля каналовых волн в угольных пластах
title_full	Голографическое восстановление поля каналовых волн в угольных пластах
title_fullStr	Голографическое восстановление поля каналовых волн в угольных пластах
title_full_unstemmed	Голографическое восстановление поля каналовых волн в угольных пластах
title_sort	голографическое восстановление поля каналовых волн в угольных пластах
publisher	Український науково-дослідницький і проектно-конструкторський інститут гірничої геології, геомеханіки і маркшейдерської справи НАН України
publishDate	2011
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/99727
citation_txt	Голографическое восстановление поля каналовых волн в угольных пластах / С.С. Саттаров, Б.М. Кенжин, Ю.М. Смирнов // Наукові праці УкрНДМІ НАН України. — 2011. — № 9, ч. 2. — С. 38-56. — Бібліогр.: 6 назв. — рос.
series	Наукові праці УкрНДМІ НАН України
work_keys_str_mv	AT sattarovss golografičeskoevosstanovleniepolâkanalovyhvolnvugolʹnyhplastah AT kenžinbm golografičeskoevosstanovleniepolâkanalovyhvolnvugolʹnyhplastah AT smirnovûm golografičeskoevosstanovleniepolâkanalovyhvolnvugolʹnyhplastah
first_indexed	2025-07-07T09:50:36Z
last_indexed	2025-07-07T09:50:36Z
_version_	1836981249148715008
fulltext	Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина II), 2011 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part II), 2011 38 УДК 622.23.05: 622.235 ГОЛОГРАФИЧЕСКОЕ ВОССТАНОВЛЕНИЕ ПОЛЯ КАНАЛОВЫХ ВОЛН В УГОЛЬНЫХ ПЛАСТАХ Саттаров С. С. (ТОО «Объединенная химическая компания, г. Астана, Казахстан) Кенжин Б. М. (Карагандинский машиностроительный консорциум, г. Караганда, Казахстан) Смирнов Ю. М. (Карагандинский государственный технический университет, г. Караганда, Казахстан) Показано можливість застосування голографічних систем для каналових хвиль. Розглянуті результати моделювання та ша- хтних сейсмічних досліджень по сейсмічній голографії. Показані особливості реалізації голографічного методу в шахтній сейсмо- розвідці, а також деякі тенденції його розвитку. Possibility of application of holographic systems for canal waves is shown. Results of modeling and mine seismic researches on seismic holography are considered. Features of a holographic method realization in mine seismic prospecting and also some tendencies of its development are shown. Переход зоны геологических нарушений при ведении гор- ных работ всегда вызывает нарушение их ритмичности, требует применения дополнительных организационно-технических меро- приятий, затрат времени и средств на переход нарушенных зон. Это касается всех без исключения видов горных работ: ведения очистных работ, управления горным давлением, проведения гор- Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина II), 2011 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part II), 2011 39 ных выработок, предотвращения газодинамических явлений (ГДЯ) и т.д. Согласно [1], в Карагандинском бассейне на стадии геоло- гической разведки выявляются лишь 0,8 % общего числа разрыв- ных нарушений с амплитудой до 5 м, а при эксплуатации – 92,9 %. Вскрываются малоамплитудные нарушения проводимы- ми выработками неожиданно, и поэтому, они могут вызвать вне- запное обрушение боковых пород, повышенное газовыделение, инициирование ГДЯ и другие осложнения. Вследствие этого по- вышение достоверности геологической информации о нарушени- ях (особенно малоамплитудных) угольных пластов был и остает- ся актуальной проблемой в угольно промышленности. Несмотря на разнообразие форм конседиментационных и тектонических нарушений можно выделять основные параметры, характеризующие эти нарушения [2]. Конседиментационные нарушения в целом можно характеризовать шириной d, углом наклона γ, изменением мощности ∆Н, а локальные нарушения – протяженностью l (рис. 1 а). Пликативные нарушения характери- зуются радиусом кривизны R и углом наклона γ (рис. 1 б), а дизъюнктивные – вертикальной амплитудой А и шириной В зоны деформированных породы (рис. 1 в). Распространение каналовых волн в сложнопостроенных волноводах можно представить следующим образом. Для одно- значного понимания обозначим начало нарушений точкой N, а окончание – точкой К (рис. 1). Часть пласта, содержащего источ- ник S и расположенного до нарушения, обозначим как SN, а часть пласта после нарушения, где расположен приемник, соот- ветственно КР. На участке SN происходит формирование каналовой волны, параметры которой определяются параметрами источника S и свойствами углепородного массива с волноводом (угольным пла- стом). Если величина SN больше области формирования канало- вой волны, то волновое поле в начале нарушения представляет собой поле каналовой волны. Если величина SN меньше области формирования каналовой волны, то в точке N наблюдается слож- ная волновая картина. Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина II), 2011 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part II), 2011 40 В зоне нарушения NК происходит полное или частичное разрушение устойчивого интерференционного волнового поля (каналовой волны) за счет изменения углов падения и отражения, коэффициентов отражения, преломления и рассеяния, дифракции и поглощения многократно отраженных объемных волн. Таким образом, в зоне нарушения NК будет наблюдаться сложная вол- новая картина. Рис. 1. Геологические модели конседиментационных (а), пликативных (б) и дизъюнктивных (в) нарушений При переходе из зоны нарушения (точка К) в угольном пла- сте после нарушения (участок КР) также наблюдается формиро- вание каналовой волны, параметры которой будут определяться параметрами «входного» волнового поля, образующегося в точке К зоны нарушения NК и строением углепородного массива на участке КР. Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина II), 2011 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part II), 2011 41 Из вышеизложенного следует, что влияние зоны нарушения на параметры проходящей каналовой волны можно моделировать «вторичным» источником SК, расположенным в точке К, пара- метры которого определяются характером волнового поля в кон- це зоны нарушения. Последнее, в свою очередь, зависит от стро- ения и свойств самой зоны нарушения. Поэтому, можно считать, что местоположение и параметры «вторичного» источника кана- ловых волн определяются положением, строением и свойствами зоны нарушения угольного пласта. Согласно принципу Гюйгенса - Френеля, каждую точку не- однородности, «освещенную» упругой волной от излучателя, можно считать «вторичным» источником. В случае восстановле- ния каждого такого «вторичного» источника, которые в совокуп- ности составляют объект, можно получить изображение всего объекта. Голографические преобразования позволяют восстановить сейсмические изображения таких «вторичных» источников и представляют собой сейсмическую разведку нового, более высо- кого уровня и, естественно, предъявляют ряд дополнительных требований к качеству регистрируемых волновых полей и сред- ствам обработки данных наблюдений. В частности, значительно повышаются требования к полноте и упорядоченности сети наблюдений, точности регистрации динамических характеристик сейсмических волн, допустимому уровню помех, архитектуре и быстродействию устройств обработки данных и т. п. Именно, поле «вторичных» источников (отраженных, ди- фракционных и других) волн, образованных на границах разде- лов и различных неоднородностях среды, несет в себе основную часть полезной информации о структуре и физических свойствах горных пород, слагающих геологическую среду [3]. Сущность голографического (дифракционного) преобразо- вания сейсмических записей заключается в регистрации и после- дующем восстановлении волнового поля в среде в обращенном времени. Регистрация сейсмограммы представляет собой реше- ние прямой дифракционной задачи сейсморазведки для реальных сред, а построение изображения – решение обратной [3]. Рас- сматриваемый способ прямого и обратного дифракционного пре- Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина II), 2011 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part II), 2011 42 образования подобен способу регистрации и последующего ди- фракционного восстановления волновых фронтов когерентного оптического излучения, впервые предложенного Д. Габором в 1948 г. [3]. В общем виде решение обратной дифракционной задачи, описывающее распространение волн от голограммы, можно представить в виде интегрального преобразования [3]: ∫ −−−= S dydxzzyyxxKzyxPzyxP 11010111000111 ),,(),,(),,( , где P(x0, y0, z0) – значения поля в плоскости регистрации; P(x1, y1, z1) – значения поля в плоскости восстановления z1; – ядро преобразования. В наземной сейсморазведке применяемые алгоритмы и про- граммы голографического восстановления рассматривают трех- мерные волновые поля. Для правильного восстановления волно- вого поля объемных волн в пространстве x, y, t необходимо ре- шение краевой задачи для трехмерного волнового уравнения [4]. Для случая каналовых волн необходимо рассматривать решение краевой задачи для двухмерного волнового поля, решение кото- рого при расстояниях r намного превышающую длину волны λ (Kr имеет асимптотическое представление в виде функции Ханкеля нулевого порядка первого и второго рода: ) 4 ( 0 2 π π −± = Kri e Kr H , где K = 2π/λ – волновое число. Решение двумерного волнового поля в виде цилиндриче- ских волн рассмотрено в [4], где показано, что интеграл Релея второго рода для случая Kr , соответствующий каналовым волнам, имеет вид: ∫ − −= l ikr K i dlrnCOS r eyxPeyxP ),(*),(),( 00 4 3 11 λ π , Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина II), 2011 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part II), 2011 43 где k, λk – соответственно волновое число и длина волны, зависящие от частоты восстановления w и дисперсии фазовой скорости V(w); r – расстояние между точками регистрации (x0, y0) и восста- новления (x1, y1). Полученное решение стало основой разработанного алго- ритма и программы голографического восстановления поля кана- ловых волн в угольных пластах [3]. Результаты физического моделирования по восстановлению в объемных и двумерных моделях подробно рассмотрены в [6]. Результаты объемного моделирования показали возможность восстановления изображения источника в однородной среде. При двумерном моделировании на однородной (см. рис. 2, а) и неод- нородной моделях (см. рис. 2, б) восстановление волнового поля проводилось по годографам времени прихода, амплитуды и ин- тенсивности (квадрат амплитуды) различных фаз импульсного сигнала (см. рис. 3). Рис. 2. Схема установки и параметры неоднородной (а) и однородной (б) моделей для двумерного моделиро- вания: 1 – двумерная модель, 2 – приемный датчик, 3 – излучатель, 4 – регистратор ИПА-59, 5 – генератор Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина II), 2011 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part II), 2011 44 Рис. 3. Осциллограмма импульсного сигнала в точке х = 200 (неоднородная модель) По различным фазам импульсного сигнала рассчитывалась голограмма на профиле регистрации двумерной модели: )](exp[)()( xixAxH iii ϕ××= , )(2)( xtfx ii ××= πϕ , где i – номер фазы (см. рис. 3); х – координата точки «профильной» голограммы; Ai(x) – амплитуда i-той фазы в точке с координатой х; ti(x) – время прихода i-той фазы в точке с координатой х; f – частота восстановления голограммы. На рис. 4 показаны годографы времени прихода скоррели- рованных фаз импульсного сигнала. Рис. 4. Годографы времени прихода различных фаз для не- однородной модели: 0-10 – номера фаз Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина II), 2011 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part II), 2011 45 Как видно, над областью щели наблюдается увеличение времени прихода фаз с 1 по 10. На годографе фазы первого вступления (фаза 0) увеличения времени вступления практически не наблюдается. Общий характер годографов времени вступления фаз соответствует годографу точечного источника. Результаты восстановления волнового поля в однородной и неоднородной моделях приведены на рис. 5 и 6 соответственно. Экспериментальные исследования на однородной модели показа- ли, что наилучшие результаты восстановления получаются при использовании фазового аргумента φ(х), рассчитываемого по го- дографам времени прихода фаз. а) б) а) по фазовому аргументу φ, фаза 0, б) по полному полю для S-волн Рис. 5. Результаты восстановления голограммы в однород- ной модели (И – излучатель) Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина II), 2011 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part II), 2011 46 Рис. 6. Результаты восстановления голограмм в неоднород- ной модели, рассчитанных по параметрам фазы 10 (а) и фазы 0 (б) При восстановлении голограмм по фазовому аргументу φ(х) (см. рис. 6,а) видно, что верхнему и нижнему краям щели с точ- ностью до 1,5λ отвечают области больших значений интенсивно- сти поля (изолинии 5 и 4 соответственно). Это объясняется тем, что края щели являются вторичными источниками дифрагиро- ванных волн. В области самой щели наблюдается минимальное значение интенсивности волнового поля. Следовательно, можно говорить о получении сейсмического изображения щели, точнее, «светящихся» ее краев. Наиболее «яркая» область максимума ин- тенсивности поля (изолиния 6) под щелью дает представление о положении источника. Строение волнового поля, восстановленное по голограмме, рассчитанной по моменту первого вступления (фаза 0), имеет свои особенности (см. рис. 6, б). Хотя общий характер поля не изменяется, положение двух боковых областей повышенных зна- чений его интенсивности (изолиния 3) не соответствует краям щели, т. е. изображения щели практически не получено. Следует Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина II), 2011 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part II), 2011 47 отметить, что область максимальных значений волнового поля (изолиния 6) лучше характеризует положение излучателя. Результаты двумерного моделирования на однородной и не- однородной моделях позволяют сделать ряд выводов по практи- ческому применению алгоритма численного восстановления для случая импульсного возбуждения и регистрации волнового поля. Голограммы можно рассчитывать как по данным спектрального анализа, так и по голографическому методу регистрации времени прихода импульсов, что позволяет использовать сейсмограммы без специальной обработки. Лучшие результаты восстановления изображения неоднородности получаются при использовании фа- зового аргумента φ(х), рассчитанных по годографам времени прихода последующих после момента первого вступления фаз регистрируемых волн. Исследование процесса формирования голографического восстановления волнового поля каналовых волн в угольных пла- стах проводилось на примере формирования сейсмических изоб- ражений точечных источников этих волн по голограммам, полу- ченным путем математического моделирования [3]. В качестве «наблюденных» волновых полей использованы теоретические сейсмограммы каналовых волн, рассчитанные для различных расстояний R по разработанным в ПНИУИ и УФ ВНИМИ про- граммам (рис. 7). Результаты математического моделирования показывают принципиальную возможность применения методов сейсмиче- ской голографии для прогноза геологического строения угольно- го пласта. Анализ полученных результатов позволил разработать ряд требований для практического применения сейсмической го- лографии: - длина и расположение профиля регистрации должна определяться диаметром первой зоны Френеля восстанавливае- мых точек (зон нарушений); - шаг регистрации не должен превышать длину волны λ; - восстановление волнового поля должно проводиться по данным спектрального анализа с учетом дисперсии фазовой ско- рости; Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина II), 2011 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part II), 2011 48 Рис. 7. Результаты восстановления волнового поля точечных источников I1 и I2 на одной частоте f (а) и в диапа- зоне частот ∆f Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина II), 2011 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part II), 2011 49 – суммирование волновых полей, восстановленных на раз- личных частотах в некотором частотном интервале, позволяет снизить требования к длине профиля и шагу регистрации; – разрешающая способность голографического метода по глубине определяется частотным диапазоном, в котором прово- дится восстановление, а в горизонтальном направлении – ДЛИНОЙ профиля регистрации. Сейсмоакустический метод прогноза нарушенности уголь- ных пластов на основе сейсмической голографии апробирован на шахте им. Калинина (пласт K10). Геологической задачей сейсми- ческих исследований являлось уточнение местоположения и трассирование сброса с амплитудой смешения 8,0 м, а также дру- гих возможных малоамплитудных тектонических нарушений пласта К10 в целиковой части шахтного поля на восток от конвей- ерного бремсберга пл. К10 (рис. 8). Сброс встречен горными рабо- тами при проходке конвейерного штрека 114-К10-Ю с амплиту- дой смещения 8,4 м и вентиляционного штрека 114-К10-Ю с ам- плитудой смещения 7,0 м и по данным геологоразведочного бу- рения прогнозировался в целиковой части шахтного поля с ам- плитудой смещения 8,0 м. Для решения поставленной задачи использован комплекс методов MOB ОГТ и МСП, проводимых одновременно. Метод MOB ОГТ проводился в конвейерном бремсберге пласта K10. Па- раметры системы наблюдения MOB следующие: шаг приема – 5 м, взрывной интервал – 5 м, база приема – 45 м (10 каналов), вынос источника из-за нерегулярности системы наблюдения ме- нялся от 80 до 110 м. Всего было сделано 44 взрыва (ПК 70 - ПК 27, конвейерный бремсберг). При проведении MOB ОГТ два ка- нала каждой расстановки геофонов использованы для метода МСП и располагались в вентиляционном штреке 114 K10-Ю до (2 канал) и после (I канал) нарушений, встреченных этой выработ- кой. Таким образом, была отработана система наблюдения МОГТ с пятикратным перекрытием и дополнительно получены матери- алы МСП. Такая система наблюдений позволяет одновременно (от одного источника возбуждения) производить работы MOB и МСП, что значительно сократило объемы шахтных работ. Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина II), 2011 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part II), 2011 50 13654/7.80 – номер скважины/мощность пласта; – отражающие площадки по данным МОВ ОГТ; – веера просвечивания МСП («+» – хорошее и «–» – плохое просвечивание; – тектоническое нарушение и его амплитуда; – изолинии интенсивности восстановленного поля – сейсмоприемники Рис. 8. Результаты сейсмического прогноза (пласт К10, шахта им. Калинина) Обработка данных шахтной сейсморазведки проводилась независимо друг от друга в УФ ВНИМИ (ныне – УкрНИМИ НАН Украины) и КарПТИ (ныне – КарГТУ). В первом случае основное Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина II), 2011 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part II), 2011 51 внимание уделялось обработке данных MOB ОГТ с использова- нием комплекса программ СЦС-3, а во втором - данных МСП. Обработка данных МОВ ОГТ проводилась по методике УФ ВНИМИ. Выбор параметров обработки проводился на основе анализа данных МСП (2 канал), который показал, что оптималь- ным частотным диапазоном является диапазон 92-180 Гц, а ско- рость каналовой волны по первым вступлениям равна 1200 м/с. На рис. 8 показаны отражающие площадки 1-5, построенные по данным MOB ОГТ. Пройденные позже вентиляционный и кон- вейерный штреки 111 K10-Ю встретили в этих местах ряд нару- шений амплитудой от 1 до 15 м. При обработке данных МСП в КарПТИ (ныне КарГТУ) ис- пользованы традиционная веерная методика и голографическое восстановление волнового поля. Были построены сейсмогеологи- ческие модели пласта K10 на основе геологических разрезов скважин, расположенных в пределах исследуемого участка пла- ста [2]. Анализ разрезов этих скважин показал, что мощность пласта меняется от 3,95 м до 8,55 м. На основе разработанной сейсмогеологической модели пласта путем математического мо- делирования получены дисперсионные кривые фазовой и группо- вой скорости каналовой волны, рассчитанные для различных мощностей пласта (Ну = 4 – 8 м) и типов угля (блестящий - мато- вый). Анализ дисперсионных кривых показал, что параметры фа- зы Эйри изменяются в пределах fэ – 81-219 Гц, Vэ = 916 – 1176 м/с. Совпадение диапазона изменения параметров фазы Эй- ри, рассчитанных для моделей пласта K10, и параметров обработ- ки МОВ ОГТ, выбранных в УФ ВНИМИ, еще раз доказывают до- стоверность разработанной методики построения сейсмогеологи- ческих моделей углепородного массива Карагандинского бассей- на [2]. Веерная методика обработки данных МСП заключается в анализе параметров (амплитуда, частота и скорость) боковых и каналовых волн каждой сейсмограммы и выделения сейсмограмм (трасс) с «хорошим» и «плохим» прохождением этих волн. По совокупности этих трасс (веера) выделяются аномальные зоны углепородного массива. Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина II), 2011 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part II), 2011 52 Анализ графического материала, полученного на первом этапе обработки (программа GRAF), показал, что скорость боко- вых волн по времени первого вступления равна порядка 3000 м/с, а каналовых – 1200 м/с. Длительность цуга каналовых волн не превышает 0,3 с. Исходя из этого определение временных окон боковых (Δtб) и каналовых (Δtк) проводилось на основе расстоя- ния R (взрыв - приемник) и предельных значений скоростей (3500 м/с - боковые и 1400 м/с - каналовые). Графики амплитуды максимума огибающей Ка для 1 и 2 ка- налов МСП, полученные на втором этапе обработки (программа SPEKTP), показали, что до нарушения (см. рис. 8, 2 канал) коэф- фициент Ка >1, а после нарушения (см. рис. 8, 1 канал) - Ка<1. Сложная форма графика Ка, характерная для 2 канала, свидетель- ствует о "неоднородности" строения пласта до нарушения. По- этому на третьем этапе обработка для определения "базовых" значений параметров каналовой волны, характеризующих нена- рушенный пласт, выбраны пакеты с наибольшими значениями коэффициента Ка (ПК 58, 48, 38, 34, 28). Анализ амплитудных спектров и дисперсионных кривых групповой скорости каналовой волны показал, что частотный диапазон в ненарушенном пласте равен 30-300 Гц. При этом в спектре наблюдаются максимумы амплитуды на частотах крат- ных 50 Гц (50, 150, 250, 300, 350 и 450 Гц), что свидетельствует об электрических помехах в линиях связи. В связи с этим расчет дисперсионных кривых (программа SWAN) проводился до часто- ты 300 Гц. Анализ свидетельствует о наличии двух волновых па- кетов в цуге каналовой волны. Для первого волнового пакета ха- рактерны более высокая скорость и частота (Vэ1 = 1000-1040 м/с, fэ1 = 130-250 Гц). При этом наблюдается тенденция увеличения частоты фазы Эйри с уменьшением номера пакета от 100-150 Гц (ПК 69,58) до 200-250 ГЦ (ПК 38, 28). Скорость фазы Эйри второго волнового пакета Vэ2 = 900- 940 м/с, а частота – fэ2 = 80-120 Гц). С уменьшением номера пи- кета дисперсионные свойства второго пакета ослабевают, и дис- персионная кривая для ПК 20 вырождается в прямую (V=890 м/с). Сравнение полученных кривых с теоретическими показывает, что по скорости Vэ1 и частоте fэ1 близка к модели Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина II), 2011 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part II), 2011 53 пласта К10 с матовым углем, а второй волновой пакет соответ- ствует модели пласта с блестящим углем. Таким образом, из ана- лиза дисперсионных кривых видно, что для ненарушенного пла- ста характерно изменение мощности и петрографического типа угля. Полученные выводы в целом подтверждаются данными геологоразведочных работ. Так, в скважине № 13694, располо- женной в районе 2 канала (см. рис. 8), мощность угольного пла- ста равна 7,8 м. В районе конвейерного бремсберга мощность пласта меняется от 3,95 до 4,42 м (скв. № I9I97, 13798, 19205, 13940) и равна 6 м напротив ПК 50-60 (скв. № 19214). С учетом полученных выше результатов для частотной фильтрации (программа FILVTX) были выбраны следующие диапазоны частот: 60-128 Гц, 104-140 Гц и 168-260 ГЦ. Из анали- за графиков Ка, полученных после фильтрации сейсмических за- писей, видно, что наиболее оптимальным частотным диапазоном для выделения каналовых волн является диапазон 60-128 Гц. Для этого диапазона характерны наиболее высокие значения коэффи- циента Ка. Дальнейшая обработка данных МСП проводилась на основе сейсмических трасс после фильтра – 60-128 Гц. Из анализа графиков нормированной амплитуда максимума огибающей каналовой волны Ак и энергии цуга Wк следует, что минимальная амплитуда и энергия каналовых волн в ненарушен- ной части пласта соответствует ПК 60-70, а в нарушенной – ПК 45-70. В первом случае это свидетельствует о возможном "нарушении" пласта амплитудой не более половина мощности пласта (Ка = 1-1,5), а во втором случае – об увеличении амплиту- ды тектонического нарушения (больше мощности пласта). При голографическом восстановлении волнового поля (про- грамма HMCW) профиль взрывов MOB ОГТ (ПК 27-70, конвей- ерный бремсберг) на основе принципа взаимности принят за профиль регистрации (голограмма). Восстановление волнового поля проводилось на 11 частотах в диапазоне 60-140 Гц с шагом 8 Гц. Значения амплитуда и фазы "вторичных" источников голо- граммы рассчитывались на основе спектрального анализа кана- ловых волн, который проводился с шагом 2 Гц. Амплитуда на выбранных частотах определялась как корень квадратный из площади определяемой интервалом ± 4 Гц около выбранной ча- Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина II), 2011 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part II), 2011 54 стоты восстановления и зависимостью [S(jw)]2, полученной для пяти частот на данном интервале. Фаза определялась по резуль- тату векторной суммы пяти слагаемых S(jw) в том же интервале. Длина волны λк(w) для данной частоты восстановления рассчи- тывалась на основе дисперсионной кривой Vф. Скорость Vф из- менялась линейно в пределах от 2100 м/с (f = 60 Гц) до 1400 м/с (f = 140 Гп). Результаты восстановления волнового поля для 1 и 2 кана- лов показаны на рис. 8. Анализ поля в ненарушенной части пла- ста (2 канал) показал, что на фоне многочисленных локальных максимумов выделяются две наиболее "яркие" области интенсив- ности, которые на рис. 8 обозначены как «А» и «В». Как видно область «А» расположена в районе 2 канала («мнимого» источ- ника) и является его сейсмическим изображением. Учитывая ре- зультаты интерпретации данных МСП, полученных выше, об- ласть «В» можно интерпретировать как область резкого увеличе- ния мощности пласта от 4 до 8 м, сопровождаемое тектоническим нарушением амплитудой менее половины мощности пласта. Сле- дует отметить, что область «В» находится в районе скважины № 13694 (Ну = 7,8 м) и её местоположение вполне удовлетвори- тельно объясняет меньшие значения скорости фазы Эйри первого волнового пакета (1000-1020 м/с) по сравнению о теоретически- ми (1120-1160 м/с). Так время прихода первого пакета складыва- ется из времени распространения каналовой волны в четырех - пятиметровом пласте от конвейерного бремсберга до области «В» со скоростью Vэ = 1160 м/с и времени её распространения от об- ласти «В» до 2 канала в восьмиметровом пласте со скоростью Vэ = 920 м/с. Расчеты показывают удовлетворительную сходи- мость расчетного и реального времени прихода первого пакета каналовой волны. При восстановлении волнового поля 1 канала (нарушенный пласт) хорошо выделяется область максимума интенсивности по- ля в центральной часта исследуемого участка (область «С», рис. 8). Сопоставление данных горных работ и структуры восста- новленного волнового поля показывает, что в этом районе ам- плитуда тектонического нарушения резко возрастает (до 15 м), при этом, по данным, геологической службы, изменился угол Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина II), 2011 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part II), 2011 55 наклона сместителя этого нарушения. Именно этим можно объ- яснить то, что данный участок пласта является "вторичным" ис- точником дифрагированных каналовых волн. Более детальный анализ сейсмических записей 1 канала позволил выделить годо- граф дифрагированной волны. Минимум времени прихода этого годографа приходится на магнитограммы № 382-334, соответ- ствующие ПК 36-38. Последние расположены напротив области «С» и для них характерны минимальные расстояния до "вторич- ного" источника. Из вышеизложенного следует, что голографическая обра- ботка данных МСП позволила существенно дополнить информа- цию, полученную с помощью традиционных методов и способов обработка данных МСП и MOB ОГТ. Это говорит о том, что раз- работанная методика сейсмоакустического прогноза на основе сейсмической голографии повышает информативность, досто- верность и точность прогноза при значительном сокращений объема сейсмических работ. СПИСОК ССЫЛОК 1. Ходжаев Р. Ш. Экономическая оценка разработки нарушен- ных угольных пластов / Серия «Конкретная экономика для горняков» – М: Недра, 1978. – 156 с. 2. Саттаров С.С., Кенжин Б.М., Мустафин Р.К., Смирнов Ю.М., Компанец А. И. Опыт сейсмического прогноза потенциально опасных зон углепородного массива в Карагандинском угольном бассейне. / Сборник научных трудов УкрНИМИ НАН Украины, № 8. – 2011. – С. 30 – 42. 3. Тимошин Ю. В., Бирдус С.А., Мерщий В.В. Сейсмическая го- лография сложнопостроенных сред.– М.: Недра, 1989. – 255 с. 4. Саттаров С. С. Разработка методики сейсмоакустического прогноза нарушенности угольных пластов на основе сейсми- ческой голографии. Диссертация на соискание степени кан- дидата технических наук. Москва, ИГД им. Скочинского, 1989. – 220 с. Наукові праці УкрНДМІ НАН України, № 9 (частина II), 2011 Transactions of UkrNDMI NAN Ukraine, № 9 (part II), 2011 56 5. Васильев С.А. Некоторые вопросы теории продолжения вол- новых полей в сторону источника / Изв. АН СССР, серия Фи- зика Земли, – 1973, № 3, – С. 35 – 47. 6. Саттаров С.С. Возможности метода сейсмической голографии в обнаружении нарушений в угольных пластах // Ержа- нов Ж.С., Векслер Ю.А., Жданкин Н.А., Колоколов С.Б. Ме- ханизм инициирования динамических явлений в подготови- тельных забоях. – Алма-Ата: Наука, 1984. – гл. 8. – С. 161 – 200.

Голографическое восстановление поля каналовых волн в угольных пластах

Репозитарії

Схожі ресурси