Кенжин Б.М., Смирнов Ю.М., Цай Б.Н.

Карагандинский Государственный Технический Университет

Анализ дисперсионных кривых и амплитудных спектров волн Лява

При установлении информативных параметров выявления нарушений угольного пласта произведен первый этап [1]. Он касается сравнения зависимостей основных параметров (скорость и частота фазы Эйри, амплитуды и частоты максимума спектра) первой и второй моды каналовой волны Лява от акустических свойств углепородного массива для различных типов сейсмогеологических моделей и определении качественных и количественных различий между этими зависимостями.

На втором этапе исследований изучалось влияние на параметры первой и второй мод каналовой волны Лява геологических нарушений различной амплитуды. Эти нарушения моделировались путем "внесения" в верхнюю часть угольного пласта (I тип моделей) "нарушенного" слоя различной мощности и акустических свойств. При этом общая мощность угольного пласта (= 6 м) и акустические свойства ( = 1000 м/с) ненарушенной части пласта оставались постоянными. Параметры "нарушенного" слоя, моделирующего нарушение, изменялись в следующем диапазоне. Мощность = 0,7; 0,5; 0,4; 0,3; 0,2; 0,1 и 0,05 и скорость = 0,7; 0,8; 0,9; 1,0; 1,2; 1,4; 1,6; 1,8 .

Модели, в которых < 1,0(), можно считать моделями тектонических нарушений, характеризующихся зоной трещиноватых, низкоскоростных углей. Модели с > 1,0() можно рассматривать как модели геологических нарушений генетического типа. Приемник и источник располагались в нижней, ненарушенной части пласта на расстоянии равной четверти мощности от его почвы. Такое расположение приемника и источника наиболее благоприятны для второй (высших) мод каналовой волны в ненарушенном пласте. Это позволяет проводить сравнительный анализ результатов исследований, подученных на первом и втором этапе.

На рис. 1 и 2 показаны дисперсионные кривые групповой скорости и амплитудные спектры первой и второй мод каналовой волны при различных параметрах ( и ) нарушения ("нарушенного слоя"). Шифр кривых на рис. 1 и 2 соответствует относительный значениям . (0,7; 1,0 и 1,4 ). Сравнение дисперсионных кривых групповой скорости при различных значениях амплитуды (рис. 1, 2, а, в, д) показывает, что влияние акустических свойств зоны нарушения на параметры фазы Эйри уменьшаются с уменьшением её амплитуды и при значении ≤ 0,1 (рис. 2, д) оно практически незаметно. При этом на дисперсионных кривых групповой скорости первой и второй моды наблюдаются "двойные" фазы Эйри, которые свидетельствуют о сложном строении волновода. Первая фаза Эйри соответствует мощности сложного волновода, а вторая - более высокочастотная - соответствует слою меньшей мощности. Последним в зависимости от амплитуды нарушения может быть как "нарушенный" слой, так и ненарушенная часть пласта. Дисперсионные кривые групповой скорости и амплитудные спектры построены до частоты 500 Гц, являющейся граничной частотой цифровой сейсмической станции типа МДГБ. Поэтому фазы Эйри с частотой более 500 Гц на графиках не показаны.

Амплитудные спектры первой и второй мод, показывают, что для тектонических нарушений (< кривая 0,7) наблюдается смещение частоты максимума спектра в область низких частот, ширина спектра уменьшается (узкополосный спектр). При этом амплитуда максимума спектра второй моды всегда больше первой моды ( > 1). С уменьшением амплитуды нарушения величина относительного сдвига частоты максимума в область низких частот и абсолютное значение амплитуды максимума спектра обеих мод уменьшаются и при ≤ 0,1 практически соответствует параметрам ненарушенного пласта.

Рисунок 1 – Дисперсионные кривые групповой скорости и амплитудные спектры А_m первой (^___) и второй (- - -) мод каналовой волны при различных значениях амплитуды нарушения Н_нар.

Рисунок 2 – Дисперсионные кривые групповой скорости V_гр и амплитудные спектры А_m первой (^___) и второй (- - -) мод каналовой волны при различных значениях амплитуды нарушения Н_нар.

Рисунок 3 – Сейсмограммы первой (А₁) и второй (А₂) моды каналовой волны в нарушенном пласте (а) и при нарушении Н_нар. = 0,7 Н_у (б - = 0,7; в – = 1,4)

Для генетических типов нарушений (зоны размыва, замещения, утонения пласта) при их амплитуде более полумощности пласта (рис. 1, г, е) ≥ 0,5, > кривая 1, 4) наблюдается обратная картина - смещение частоты максимума спектра в область высоких частот, более широкополосной спектр и амплитуда максимума спектра первой моды намного превышает вторую моду. При амплитуде этих нарушений менее половины мощности пласта (< 0,5 Н_у, рис. 2, б, г, е) соотношение амплитуды максимума спектров первой и второй моды выравниваются и при = 0,1 амплитуда второй моды превышает амплитуду первой (рис. 2, е). Последнее соответствует случаю ненарушенного пласта (рис. 1, б, кривая 1,0).

Рисунок 4 – Сейсмограммы первой (А₁) и второй (А₂) моды каналовой волны Лява при нарушении Н_нар. = 0,7 Н_пл и различных соотношениях / (а – 0,7; б – 1,4)

Изменения форм дисперсионных кривых и амплитудных спектров в конечном счете приводят к изменению форм сейсмограммы обоих мод каналовой волны Лява.. На рис. 3 и 4 показаны сейсмограммы первой и второй мод при различных параметрах "нарушенного" слоя (= 0,7; 1,0; 1,4 и =0,7 и 0,3). Случай, когда = 1,0 соответствует ненарушенному пласту (=0). При визуальной обработке сейсмической информации основными информативными параметрами являются амплитуда и время прихода (или скорость) максимума амплитуды сейсмограммы (или её огибающей), видимый период (или частота) и длительность цуга сейсмограммы.

Список литературы

2. Кенжин Б.М. Вибрационно-сейсмические источники для динамического воздействия на угольный массив. Караганда, «Арко», 2009. – 302 с.