模型的地震波场兴奋水平分布

文摘

地震波场的幅频特性兴奋通过爆炸源可以直接影响地震勘探的准确性。披露的法律水平分布电荷激发的幅频特性,方法计算地震波场兴奋电荷横向分布进行了研究。通过球形腔源模型为基础,应用叠加法获得的方法计算地震波场兴奋水平分布。与数值模拟相比,该方法的误差控制在7%以下。事实上,分配费用可以有效地减少对地面振动的影响,提高下行地震波能量。水平分布的指控1米间隔可以提高地震波分辨率兴奋通过爆炸源。研究表明,所建立的理论模型可以正确描述地震波场兴奋时的幅频特性水平分布式指控。

1。介绍

炸药是主要震源激发地震波的人为在石油和天然气勘探。高温高压气体会产生爆炸的时候,直接在geomaterial,导致严重的破坏和形成地区毗邻炸药的爆破腔区域。随着冲击波的发展,超压值迅速下降到低于失败geomaterial强度,形成地震波在geomaterial [1- - - - - -6]。在上述中,爆炸源属性会影响气体爆轰压力的大小和作用时间;事实上,不同类型的炸药可以形成不同的爆破蛀牙。此外,电荷的形状也可以影响爆破腔的几何形状。自爆腔的性质确定地震波的特征,可以认为,爆炸源对地震波的特性具有显著的影响。

研究过程的爆炸源形式地震波,杰弗里斯是第一个建立腔振动模型在一维空间中,回答问题完整空间腔下球面脉冲(7]。夏普研究爆炸所产生的小波在一个封闭的球形空间,通过他获得了解析解的爆破腔的压力弹性波在墙上8]。布莱克针对点源爆炸理论模型,获得了弹性波的解析解non-Poisson身体根据夏普的研究结果9]。肖,基于球面波在各向同性介质的传播特点,获得了球面波的振幅和波形产生的爆炸源(10,11]。丁和甄研究了爆破振动的等效负荷模型,发现理论结果与实际情况是一致的(12];林和白了爆破腔中的压力的解决方案根据爆炸的炸药在岩石和土壤过程13]。球形腔源模型可以建立爆炸压力之间的关系和弹性腔半径与地震波场。因为这些方法简化爆炸源激动人心的地震波的过程中,他们不能建立直接爆炸源之间的关系特点和地震波场的幅频特性。针对这个问题,玉等人开发了一个腔源模型和理论模型的建立过程中炸药震源激发地震波场(14]。该方法描述了爆炸源形式地震波,如何设置初始参数之间的关系的爆炸源和地震波场,并能够描述球形的细致的地震波特征。

虽然球形空腔的震源模型可以描述的形成和变化炸药爆破地震波场兴奋,圆柱形的多个部分费用将作为地震来源。自的特点所产生的地震波场球形和圆柱形收费是不同的,传统的球形空腔的震源模型不适合描述柱面电荷产生的地震波场。Heelan分析了地震子波兴奋有限长圆柱,获得了远场解地震波兴奋的柱面电荷(15]。至于这种方法,爆轰压力当时炸药的爆破应用于激发介质沿长度方向的圆柱。它直接解决了地震波场由无限长的圆柱形充电但不能描述地震波场特征对有限长圆柱。星际和Pugliese认为柱面电荷作为多个短圆筒型的叠加,从而解决爆破应力场的圆柱形爆炸发生时。计算结果基本符合实验测试结果(16]。长等人得到了发展过程中形成的空腔机圆柱电荷通过实验和数值模拟17]。的基础上的结果,李等人提出了有限长圆柱的地震波场模型叠加收取的球形费用(18,19]。胡et al .,基于弹性波传播理论,获得之间的关系延迟的地震波场源和电荷的类型,数量,通过田间试验和区间的列(20.]。黄等人发现延迟时间的影响圆柱在地震波场的实验研究圆柱形充电(21]。然而,上面的方法通常是用于研究地震波特征形成的分配费用通过实验或数值模拟方法和不能清晰描述的理论水平分布式指控和地震波场之间的关系。为了实现精细勘探和控制通过调整炸药震源激发地震波特征计划,有必要建立模型水平分布式指控激动人心的地震波场。

在本文中,整个过程中炸药震源激发地震波进行了分析和地震波场的不同阶段对爆炸源进行了综述首先表示兴奋。考虑电荷的空间结构,计算方法的地震波场兴奋水平分布提出了指控。同时,现场试验进行了验证计算模型的适用性,并进一步分析了演化过程中水平分布式指控激发和形成了地震波场。

2。分析爆炸源的过程令人兴奋的地震波

从爆破炸药的过程最终形成弹性波在远处伴随着一系列的化学和物理变化。能量不断衰减在传输过程中由于各种耗散机制,表现出强大的爆炸波的进化最终弹性波。这个过程由四个阶段组成:水动力阶段,geomaterial破碎阶段,动态扩张阶段,弹性波传播阶段(22- - - - - -24]。同时强烈的爆炸下的介质会不可逆变形的影响在衰减过程中,所以geomaterial附近的爆炸源显示某些流体性质的影响下,巨大的能量。爆炸的时候,可以把从波前爆炸洞内,在一个形状一样的炸药。与开发的冲击波,其峰值应力在对外传播过程中迅速变弱,直到下面的最终失效强度geomaterial。这时,geomaterial从流体弹塑性应力状态的应力状态;和应力波的衰减持续直到其峰值低于一定的值,和geomaterial从塑料状态转换到弹性状态。在这种情况下,爆炸源形式爆炸空腔区、塑性区和一个弹性区域在序列在geomaterial爆炸时能量转换方向。然而,由于圆柱之间的几何差异,水平分布的电荷,这些领域的开发过程是不同的在一定程度上:圆柱附近地区的电荷与电荷的形状相似,但是,随着距离的增加炸药来源,地震波场兴奋的柱面电荷分布类似兴奋费用;和分布式的地震波场兴奋从椭球球形逐渐发展到形成波阵面类似于圆柱形。区域形状的比较,见图1。

3所示。模型由球形爆炸地震波场兴奋

球形空腔震源模型可以用来描述之间的关系爆炸源和地震波场。在这个模型中,大量的生成与高温高压气体爆破的时候直接作用于geomaterials并形成爆破腔。由于腔内的气体压力远远大于geomaterial强度、炸药显示附近的geomaterial流体属性在巨大的压力下,这可以视为爆破腔扩大在不可压缩流。与爆炸波的传播和衰减介质,爆炸波衰减到以下媒介失败的力量保持在一定距离的地方远离爆炸源。在这个时候,激发介质弹性性质。Yu认为爆轰过程和瞬间爆炸空腔形成。条件下,土壤中是不可压缩和属性改变将被忽略,准静态模型预测球形爆炸空腔的指控成立,通过爆炸空腔半径和球形的塑性区半径兴奋在geomaterial可以获得。

爆炸空腔半径 在哪里

塑性区半径 在哪里是球面的半径,是初始炸药的爆破压力,是爆炸膨胀指数,是土壤介质的凝聚力,是土的内摩擦角中,是土壤介质的抗压强度,土壤的抗拉强度中等,是瘸子系数(弹性介质中剪切模量)。

介绍了线性径向应变和箍应变根据球面对称和线性理论来简化运动方程如下:

这个方程的解可以描述粒子的强迫振动下粘滞阻尼,和它的一般形式 在哪里

上述的主要振动频率方程可以表示为

振动幅值可以表示为

4所示。法计算地震波场兴奋水平分布式指控

圆筒型的水平分布电荷由相等的长度沿轴向方向安排每隔相等的圆柱。假设每个圆柱的叠加收取相当于多个球面指控,横向分布电荷可以被视为一个多级连续球面指控叠加。由于圆筒型的不同部分的不同空间位置,不同的球形等价的指控有不同的位置相对于空间中某一点,和振动方向指定位置兴奋的每个收费是不同的,我们需要分解每个球振动产生的费用。然后,我们应该重叠,分别x方向,y方向,z方向最终获得合速度。然而,每个部分的柱面电荷应当具备下列条件:(1)电荷的总量等于所有球面费用的总量。(2)电荷的总长度等于所有球的直径费用的总和。(3)爆轰过程的连续性和等效球面间隔圆柱部分的费用应当为零。

如图2地震波的振动速度,没有兴奋。n球形相当于在没有爆炸。米应部分点的空间 ,的速度分量x方向应该是 ,的速度分量y方向应该是 ,的速度分量z方向应该是 ;然后 在哪里 , ,和之间的距离。n球形相当于不收费。米节和点在三个方向;是实际的距离。n球形相当于不收费。米节,点在三个方向。

然后速度组件的振动速度。米节圆柱形点收取的x方向,y方向,z方向,即 , ,和 ,分别是,

的速度分量振动速度的横向分布电荷点x方向,y方向,z方向,即 , , ,分别是,

然后合速度

地震波的幅频特性的兴奋水平分布电荷之间的间隔是密切相关的所有费用。适当的间隔可以产生更大的能量。通过重叠的冲击波的峰值压力激动圆柱的第一部分电荷冲击波的峰值兴奋圆柱的第二部分,我们可以得到最佳的叠加效果。

5。验证模型的地震波场兴奋的水平分布的指控

由于特殊的几何结构的横向分布的指控,它激发的地震波在土壤中水平和垂直方向的变化。在该地区附近,应力波前将基于的基本形状向外传播的每个部分。几何散度和土壤中地震波的传播,地震波在水平和垂直方向显示不同的特征。为了验证计算方法的有效性的地震波场兴奋水平分布,三个不同的激励方案被应用于本研究进行比较的理论计算结果和数值模拟结果的地震波场兴奋水平分布在轴向和径向方向。为详细的激发参数,请见下表1。

理论模型计算的结果与有限元软件Autodyn获得的结果,其中土壤介质参数和TNT爆炸特性参数如表所示2和3。

理想爆轰产品采用的标准JWL方程作为TNT状态方程: 在哪里是爆轰能量, , , , ,和状态方程的参数;请参见表3。

理想弹塑性模型应用于土壤中。状态方程是 在哪里 和k体积弹性模量。

•冯•米塞斯强度模型应用于土壤介质的强度模型: 在哪里屈服强度,G是剪切模量,参数见表2被用于土壤介质。

分析分布式地震来源的函数,建立了三种类型的计算模型针对集中式4公斤,4×1公斤收费(1 m×1 m)和4×1公斤(2 m×2 m),分别进行比较分析的理论计算结果和数值模拟计算结果。图3显示了三种类型的指控在同一平面上。图3(一个)是集中充电,图3 (b)显示与间隔1米,指控和图3 (c)用2米间隔显示费用。

图4显示了土壤塑性变形的变化由于冲击压力在计划我(集中)。土壤中炸药爆炸并产生冲击波向外旅行在一个圆柱形状。塑性变形区域的土壤也是圆柱。似乎水平截面上的环,塑性变形区增加逐渐随着时间的推移,有一个上限。

图5显示土壤塑性变形的变化将影响压力方案二(1 m×1米)。土壤和生产的每一个炸药爆炸冲击波向外旅行在一个圆柱形状。塑性变形区域的土壤也圆柱,它表现为水平截面上的戒指。塑性变形区域随时间增加。当t= 0.8毫秒,塑料周围相邻炮孔连接。当t= 1.4,女士之间的所有土壤4孔可塑性变形。冲击波通过完全时,土壤是卸载及其属性恢复到一个弹性状态,但弹性状态不同于初始状态。

图6显示土壤塑性变形的变化将影响压力方案3 (2 m×2 m)。土壤和生产的每一个炸药爆炸冲击波向外旅行在一个圆柱形状。塑性变形区域的土壤也圆柱,它表现为水平截面上的戒指。当t= 0.8毫秒,塑性变形区随时间增加。塑料面积达到最大体积t= 1.2 ms。冲击波通过完全时,土壤是卸载及其属性恢复到一个弹性状态,但弹性状态不同于初始状态。

我(集中式)爆炸的炸药在scheme中土壤产生塑性变形的最小面积。炸药的塑性变形区域的方案二(1 m×1 m)和三(2 m×2 m)在初始时刻(约等于t< 0.8 ms)爆炸时在土壤中。然而,由于距离越接近炸药在方案二(1 m×1米),在当下(8 <女士t< 14女士),附近的土壤变形区域的中心部分面积较小,导致的塑性变形时刻方案二(1 m×1 m)的面积小于第三方案(2 m×2 m)。

图7显示了比较的理论计算结果和数值模拟结果的最大振动速度地震波兴奋由三个不同的激励方案。至于最大振动速度的比较基于理论计算和数值模拟在相同的地方距离爆炸中心,在水平方向上,出现重大错误当中央轴水平距离是5米之内,达到约3% -7%;两者之间的误差随距离爆炸中心的增加而减小。当轴中心的距离扩大到8 m,误差在3%以内。垂直方向的中心轴,两者之间的误差在5%以内。它可以发现水平方向上的两个值有很大区别。这是因为最终影响当等效球面振动叠加在水平方向上导致更大的理论计算结果。随着距离的增加爆炸中心,几何结构的影响逐渐减小,在更远的距离,这样的差距逐渐减小。

分布式指控可以有效地减少对地面振动的影响。间隔越大费用越显著的减震效果。这主要是因为费用安排相互接近时,爆破蛀牙,爆炸时形成的指控会叠加,这就增加了干扰在地上。随着时间间隔的增加,塑性区形成的费用分开,这样可以减少干扰。此外,分布式管理可以有效地提高下行的振动速度传播。这种现象也与费用之间的时间间隔。当应用适当的间隔,downward-propagated地震波兴奋的指控也会叠加,从而提高地震波的振幅。

6。讨论

几何结构的横向分布电荷确定地震波场的特点,在附近爆炸源是不同的轴向和径向方向。为了研究发展现状水平地震波场兴奋的分布式指控,垂直和水平方向的地震波场的中心轴集中充电电荷和横向分布研究;集中的三个条件的费用,费用与间隔1米,与2米间隔和收费,地震波的幅频特征在12米的地方远离中心轴在垂直和水平两个方向解决根据spherical-cylindrical转换模型(图8)。

距离12米的地方沿着水平方向的最大振动速度集中的指控,指控间隔1米,和费用2 m区间,分别0.20 m / s, 0.15 m / s, 0.05 m / s,主要频率是125 Hz, 105 Hz, 55 Hz,和频率带宽是120 Hz, 95 Hz,分别和48赫兹。地震波兴奋的集中式电荷大于那些由分布式指控在能量和频率。地震波的能量和频率由指控与2米间隔都大于那些由指控间隔1米。地震波的时间差异的主要原因是由电荷产生水平方向上间隔使地震波的峰值区形成的所有等价的费用无法叠加,所以“充电间隔越大,马克斯越低。地震波的振动速度”;在横向方向上,形成的塑性区半径的集中收费必须小于由分布式指控。充电时间间隔的增加,塑性区域的总和将增加。因此,充电间隔越大,地震波的频率就越低(图9)。

在12米之外的地方沿着垂直方向,的最大振动速度集中收费,收费与间隔1米,和费用2 m区间,分别0.15 m / s, 0.17 m / s, 0.19 m / s,主要频率是105 Hz, 125 Hz, 120 Hz,带宽是100 Hz, 125 Hz, 122 Hz,分别。它可以发现形成的地震波的能量和频率集中收不到的能量和频率分布电荷形成的地震波。地震波的能量和频率兴奋通过收费2 m间隔小于那些形成了分布式指控间隔1米。这一现象的原因是,形成的塑性区半径沿垂直方向时,电荷不会偏离爆炸是由于电荷的分布的差异。时差造成的圆柱之间的间隔费用仍将影响地震波的振动速度峰值叠加,从而导致不同的峰值振动速度由分布式指控。

7所示。结论

澄清之间的关系水平分布圆柱电荷和地震波场,球形腔震源模型作为基础,圆筒型和替换的方法通过等效叠加多个球面指控应用提出的方法计算地震波场兴奋水平分布式指控和建立模型的地震波场兴奋水平分布的指控。传统模型对球形电荷爆炸源和柱面电荷爆炸源不能准确地描述地震波场特征兴奋分布式指控在地震勘探。但模型提出了克服挫折和开展精细勘探和生产提供了理论依据。

两种方法的数值模拟和现场试验来验证理论模型的适用性。数值模拟计算的结果表明,在径向方向,计算结果的误差理论模型和数值模型在7%;沿着水平方向,计算结果误差之间的理论模型和数值模型是3.4%以内。这表明分布式指控可以有效地减少地面振动的影响,提高地震波的能量向下传播。

爆炸时候的水平分布电荷,形成的地震波场附近的爆炸沿水平和垂直方向上有所不同。条件下相同的水平距离,沿着水平方向的振动速度与爆炸间隔的增加减少。当水平距离设置为12米,的最大振动速度集中的指控,指控间隔1米,2米的间隔和收费会0.20 m / s, 0.15 m / s, 0.05 m / s,分别主要频率是125 Hz, 105 Hz, 55 Hz,带宽是120 Hz, 95 Hz, 48赫兹。当垂直距离设置为12米,的最大振动速度集中的指控,这些指控与间隔1米,2米间隔的指控将0.15 m / s, 0.17 m / s, 0.19 m / s,分别主要频率是105 Hz, 125 Hz, 120 Hz,带宽是100 Hz, 125 Hz, 122 Hz,分别。结果表明,2米间隔的水平分布的指控是最令人满意的选择来达到提高炸药的目标源地震波决议通过调整爆炸源的激励形式。

数据可用性

数据是可用的,包括在本文中;读者可以访问数据支持本研究的结论。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

作者的贡献

由所有作者出版手稿被批准。

确认

作者要感谢的爆炸科学与技术国家重点实验室北京理工学院。这项工作是由中国国家自然科学基金(没有。51678050)和中国国家重点研发项目(没有。2017 yfc0804702)。

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