Краткая теория, аппаратура

и результаты применения метода

для решения задач поисков воды

Введение

В последнее время при производстве геофизических исследований все чаще возникают ситуации, когда стандартные, традиционно использующиеся методы не позволяют эффективно решить поставленные перед ними задачи. Это связано со многими причинами, как техногенного (высокий уровень вибрационных и электромагнитных помех), так и геологического характера. В связи с этим возрастает актуальность применения нестандартных методов и методик, позволяющих если не решить, то увеличить эффективность решения большинства прикладных геофизических задач.

Метод РАП базируется на явлениях и эффектах, ранее на практике не применявшихся.

По совокупности таких параметров, как производительность, информативность, разрешающая способность и себестоимость, метод РАП не имеет аналогов среди традиционных методов поисковой и разведочной геофизики. РАП позволяет высокоэффективно решать проблемы:

- поисковой и разведочной геологии

- гидрогеологии

- инженерной геологии и экологии

- гляциологии

- горнодобывающей промышленности

Метод РАП обладает следующими достоинствами:

• портативная аппаратура (масса до 6 кг в модификации аппаратуры «РАП», до 3-х кг – в модификации аппаратуры «РАП-Плюс».)

• высокая производительность (цикл измерений на точке не превышает 30 – 60 секунд, в зависимости от требуемой глубинности исследований)

• обеспечивает изучение геологического разреза до глубины 300 метров (в модификации аппаратуры «РАП») и до 2000 м (в модификации аппаратуры «РАП-Плюс») с разрешением не хуже 2.5% от глубины исследования.

Программное обеспечение позволяет оперативно осуществлять:

- контроль качества полевой информации;

- экспресс-обработку данных;

- визуализацию результатов исследований на мониторе компьютера в виде цветотеневых геомеханических разрезов, отражающих характер механической и структурной неоднородности изучаемой геологической среды

- графический вывод результатов наблюдений.

Теоретические основы метода рап

Метод РАП относится к категории геофизических методов, изучающих и использующих для получения информации естественные физические поля. Это ставит его в разряд методов с небольшой себестоимостью, так как позволяет обходиться без громоздких источников возбуждения.

Метод использует для получения информации собственное акустическое поле Земли, а именно – поле акустического резонанса, возникающее в толщах горных пород под влиянием различных внешних факторов. Внешними факторами являются источники сейсмической активности земной коры, механические колебания, возникающие в результате напряжений земной толщи, движения планет и многое другое. Под влиянием вышеперечисленных внешних факторов в слоистой толще возникают поперечные упругие колебания.

Поперечные упругие волны возникают только в телах,  в которых возможны упругие деформации сдвига. Существование поперечных поверхностных волн является следствием взаимодействия продольных и (или) поперечных упругих волн при отражении этих волн от плоской границы между различными средами. Границей между средами могут быть поверхности ослабленного механического контакта между средами, обусловленные:

-резкой сменой литотипов пород изучаемого разреза

-прослоями различного генезиса (углистыми, глинистыми, слюдистыми и т.п.)

-перерывами в осадконакоплении

-интрузивными и экструзивными контактами

-тектоническими нарушениями

Чем слабее контакт – тем большая возможностью взаимного перемещения соседних слоев, и, следовательно – больше амплитуда возникающих собственных колебаний.

В результате поверхностные волны локализуют энергию возмущений, созданных на поверхности, в сравнительно узком слое. Именно это свойство поверхностных волн приводит к резонансным явлениям. Также любая упругая среда характеризуется тем, что резонансные эффекты в ней проявляются и тогда, когда изначально там не было свободных поверхностей, а затем они появились, например, в результате возникновения и развития трещин. В случае среды «граница твердого тела и жидкости» возникает незатухающая поверхностная волна, что характеризуется повышением амплитуды колебаний. Возможно искусственное усиление амплитуды принимаемых собственых колебаний (приведение акустического датчика в состояние резонанса) путем механического его возбуждения, при этом мощность источника возбуждения не имеет особого значения. Как правило, для возбуждения достаточно обыкновенного молотка. При возбуждении (ударе в непосредственной близости от датчика) на датчик наводятся акустические колебания широкой полосы частот, которые, при совпадении с частотами собственных акустических колебаний подповерхностных объектов, вызывают усиление их амплитуды. Частота колебаний обратно пропорциональна мощности колеблющегося «слоя». Под «слоем» понимается толща горных пород, находящаяся между поверхностью наблюдений и поверхностью «ослабленного механического контакта» (ОМК). Нижеследующая иллюстрация поясняет основные принципы и поисковые объекты метода РАП:

Записав и проанализировав суммарный акустический сигнал, можно вычислить его спектральные характеристики и выделить резонансные частоты колебаний, каждая из которых соответствует мощности соответствующего слоя, то есть – глубине залегания поверхности ослабленного механического контакта, при этом большей глубине залегания соответствует более низкая частота собственых акустических колебаний. Реальные сигналы, записываемые аппаратурой РАП, и их спектральные характеристики можно увидеть на рисунках ниже:

Как видно по иллюстрации, результаты измерений (положение основных выделяемых экстремумов спектра) практически не зависят от того, выполнялись ли они с возбуждением датчика либо без его возбуждения. Это позволяет говорить именно о естественной природе фиксируемых акустических колебаний.

Метод Резонансно-акустического профилирования защищен патентом США: