SU811177A1 - Способ определени фазового углаАКуСТичЕСКОгО иМпЕдАНСА пОРОд - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к геоакустическим и сейсмическим методам разведки и предназначаетс  дл  определени  физических свойств горных пород, например пород дна водоемов (морей и рек).

Известен способ определени  фазового угла акустического импеданса образцов, пород, реализуемый в специальных трубах, «трубках Кундта 1.

Недостатком этого способа  вл етс  необходимость извлечени  из породы образца , который при этом измен ет свои физические свойства, что приводит к большим ошибкам в измерени х, особенно дл  пород дна, не имеющих жесткого скелета, обводненных или газонасыщенных (т. е. 2-х и 3-х фазных пород). Кроме того, способ, с учетом необходимости отбора образцов, имеет малую производительность.

Известен также способ определени  фазового угла акустического импеданса пород , основанный на излучении непрерывных акустических колебаний и определении рассто ни  между максимумами и минимумами акустического давлени  в образовавшейс  при этом сто чей волне. В этом способе измер ют линейные размеры длины волны, измен ющиес  в зависимости от фазового угла импеданса пород 2.

Недостатком способа  вл етс  то, что при измерени х излучатель и приемник должны быть неподвижны и расположены строго определенно относительно исследуемой породы, например дна водоема. Это исключает его использование с плавающих или движущихс  объектов и приводит к необходимости создани  систем, фиксированных относительно исследуемой породы (дна

водоема), практически - в виде устанавливаемой на дно системы или разнесенных систем, закрепл емых относительно дна.

Целью изобретени   вл етс  упрощение процесса измерений.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что излучают синхронно импульсы акустических колебаний в диапазоне до 16000 Гц и на частоте в п ть или более раз большей, измер ют разность времен прихода указанных колебаний и по ее величине определ ют фазовый угол акустического импеданса пород по формуле

Ir.

в:

А/ - разность времен прихода

импульсов двух частот; Тпч - период колебаний низкой частоты . Конкретные величины низкой и высокой частот выбираютс  исход  из требуемой точности определени  фазового угла. Низкие частоты на практике должны лежать в области инфразвуковых частот 5 (0,1-50 Гц) или звуковых частот (50- 16000 Гц), а при этом высока  частота должна в 5 и более раз быть больше низкой частоты. Однако и при меньщих соотнощени х Ю возможно определ ть фазовый угол, но с меньшей точностью. На чертеже представлена схема определени  фазового угла акустического импеданса дл  случа  нормального падени  15 акустического луча на границу раздела 1 среды (например, воды) и 2 среды (например , дна). Измерени  при углах падени , отличных от нормального, производ тс  по той же 20 схеме, но излучатель колебаний и приемник разнесеиы в пространстве, остава сь в пределах первой среды. Способ осуществл ют следующим образом . В некоторый момент времени одновременно или синхронизироваино с помощью излучател  И генерируют акустический имиульс низкой и высокой частот, причем низка  частота лежит в области инфразвуко- 30 вых частот (0,1-5,0 Гц) или звуковых частот (50-16000 Гц). При этом высока  частота должны в 5 или более раз быть больше низкой частоты. Излучение может быть направленным или ненаправленным. Нри 35 направленном излучении максимумы характеристик направленности доллшы быть ориентированы в пространстве в одном направлений , Производ т отсчет времени от момента 40 излучени  дл  импульсов высокой и низкой частот. Измер ют разность времен дл  двух частот и определ ют фазовый угол в по формуле - А/, где А/ 14 - /вч - разность времен; Г„ч- период колебаний на низкой частоте.50 Исследование физической сущности формировани  сигнала, отраженного от второй среды (например, дна), позволило установить , что формирование сигнала начинаетс  в первой среде вблизи границы раздела 55 сред (за счет изменени  упругости первой среды вблизи границы раздела сред (за счет изменени  упругости первой среды присутствием второй среды) и завершаетс  во второй среде с глубиной проникновени  60 в нее сигнала на часть длины волны, соответствующую фазовому углу 6 акустического импеданса, св занного с физическими характеристиками первой и второй сред. Следовательно , отражение происходит не от 65 25 45 физической границы раздела сред, а от мнимой границы дл  низкой частоты отсто щей от физической на фазовый угол в акустического импеданса. Фазовый угол в дл  горных пород не зависит или практически не зависит от частоты , поэтому его величина в градусах или дол х   на высоких и низких частотах одинакова , но соответствующие равным фазовым углам доли длин волны будут свои дл  каждой частоты и проникновение колебаний во вторую среду на низких частотах будет большим, чем на высоких. Соответственно врем  распространени  сигнала от излучател  И до границы раздела и обратно к приемнику П дл  низких частот будет больше, чем дл  высоких. Исход  из этого по разнице этих времен нч - вч A/f определ ем фазовый угол акустического импеданса. Расчеты показывают, что присутствующа  при этом ошибка за счет проникновени  высокочастотных колебаний во вторую среду уже при соотношении /вч ЮО/нч не оказывает существенного вли ни  при реально достигнутых точност х измерени  интервалов времени и вступлений сигналов в геоакустику и сейсморазведке. Например, при /нч 100 Гц на газонасыщенных илах получаем А/ 0,005 с и фазовый угол акустического импеданса 180°, а на частоте 10 кГц тот же фазовый угол соответствует временному сдвигу в 0,00005 с 50 мкС, за счет уменьшени  периода колебаний в 100 раз. Эта величина и  вл етс  максимальной ошибкой (1%) в определении фазового угла предлагаемым способом, св занной с допущением о формировании отраженной волны на высокой частоте непосредственно на физической границе раздела сред. При увеличении соотношени  частот эта ошибка уменьшаетс . Так, например, по измерени м на тонкозернистых песках в устье Невы на /вч 16 кГц при фазовом угле 36° абсолютна  ошибка составл ет 6 мкС, что по отношению к частоте 100 Гц, на которой при фазовом, угле 36° А/ составл ет 0,001 с, получаем ошибку 0,6%. Данный способ определени  фазового угла акустического импеданса пород имеет следующие преимущества по сравнению с известными. Измерительна  система (излучатель-приемпик ) может не иметь жесткой прив зки в пространстве по отношению к излучаемой границе раздела сред (пород), взаимное расположение излучател  и приемника не играет роли, определение фазового угла возможно осуществл ть с любых, в том числе движущихс  объектов, упрощаетс  процесс измерений за счет того, что измер ютс  интервалы времени, а не рассто ни  между максимумами и минимумами акустического давлени  сто чей волны, повышаетс  точность измерений, так как современной измерительной технике доступно измерение временных интервалов с большей точностью, чем максимумов и минимумов акустического давлени .

Claims (2)

1.Скучик Е. Основы акустики. М., изд. ИЛ, т. 2, 1959, с. 24-26.

2.Станкевич А. П. Акустика мор . Л., «Судостроение, 1966, с. 126-129 (прототип ).