Porównanie parametrów częstotliwościowo-amplitudowych sejsmicznych źródeł mechanicznych

• Autorzy: Pilecki Z. , Chamarczuk M. , Kubańska A. , Isakow Z. , Czarny R. , Krawiec K. , Pilecka E. , Sierodzki P.

Warianty tytułu

EN

Comparison of frequency-amplitude parameters of mechanical seismic sources

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Pomiary sejsmiczne w zastosowaniach do celów inżynierskich można prowadzić z wykorzystaniem różnych źródeł sejsmicznych. Wybór odpowiedniego źródła jest jednym z czynników przy projektowaniu pomiarów, który decyduje o zasięgu głębokościowym badań i rozdzielczości wynikowego obrazu sejsmicznego. Efektywność danego źródła sejsmicznego zależy nie tylko od parametrów technicznych samego źródła, ale także właściwości badanego ośrodka geologicznego, parametrów rejestracji oraz sposobu przetwarzania i interpretacji danych sejsmicznych. W pracy przedstawiono wyniki badań sejsmicznych, mające na celu porównanie parametrów różnych źródeł sejsmicznych w identycznych warunkach pomiarowych na terenie Instytutu Technik Innowacyjnych EMAG w Katowicach. Porównano dwa sejsmiczne źródła mechaniczne: młot o masie 4 kg oraz kafar zasilany elektrycznie o masie uderzającej 100 kg. Rejestracje wykonano z użyciem 3-składowych geofonów o częstotliwości własnej 4,5 Hz. W wyniku pomiarów uzyskano rejestracje składowych Z, Xi Y prędkości drgań dla 1, 3 oraz sześciokrotnego składania udaru młotem i kafarem. Wykonano obliczenia parametrów amplitudowo-częstotliwościowych zastosowanych źródeł sejsmicznych takich jak: maksymalna amplituda składowych i wypadkowa maksymalnej amplitudy prędkości drgań, tłumienie amplitudy, energia sygnału, zakres częstotliwościowy głównej energii sejsmicznej, częstotliwości dominujące. Obliczone parametry amplitudowo-częstotliwościowe wskazały na kafar jako źródło sejsmiczne pozwalające uzyskać korzystniejsze wyniki w związku z większym zasięgiem głębokościowym, łatwiejszym przetwarzaniem interpretacją danych sejsmicznych oraz korzystniejszej rozdzielczości obrazów wynikowych. Natomiast podkreślono, że użycie młota w zadaniach niewymagających większego zasięgu głębokościowego jest jak najbardziej korzystne, gdyż efekt uzyskany przy kilkunastokrotnym składaniu sygnału jest zbliżony do użycia kafaru.

EN

A variety of seismic sources has been developed for use in seismic method for engineering purposes. The choice of an appropriate energy source is one of the parameters used in designing the seismic acquisition survey, that choice determines the maximum depth range and seismic resolution. The effectivity of the seismic source depends not only on the source parameters itself, but also upon the environmental conditions, recording parameters and the interpretation of the seismic data. These factors affect the amplitude and spectral content of the seismic wave propagating in subsurface. This paper presents the results of the seismic survey comparing different sources parameters under identical survey conditions at a single site in Institute of Innovative Technologies EMAG, Katowice. We compared two mechanical seismic sources: 4-kg sledgehammer and an electrically operated weight-drop of impact mass 100 kg. The survey was conducted with 3-component geophones of a natural frequency of 4.5 Hz. As a result of the survey, we acquired Z, X and Y component vibration velocity records for 1, 3 and 6 stacking numbers for both the sledgehammer and weight-drop. The following amplitude-frequency parameters were calculated: maximum amplitude for 3 components and net velocity value, amplitude damping, signal energy, main seismic energy frequency range and dominant frequencies. The calculated parameters showed that weight drop is the source capable of generating records of better quality due to the larger depth range, easier processing and interpretation of seismic records and a higher resolution of the output results. However, it was pointed out that use of the sledgehammer in surveys with no need of a larger bigger depth range, is by far more profitable, as the outcome of multifold stacking number with sledgehammer is similar to that of the weight-drop.

Słowa kluczowe

PL

inżynierskie badania sejsmiczne; mechaniczne źródło sejsmiczne; amplituda prędkości drgań; energia sejsmiczna; częstotliwości dominujące; współczynnik tłumienia; zasięg głębokościowy; młot sejsmiczny; kafar sejsmiczny

EN

near-surface seismic survey; seismic mechanical source; velocity vibration amplitude; seismic energy; dominant frequencies; damping coefficient; depth range; sledgehammer; weight-drop

• Wydawca: Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Czasopismo: Zeszyty Naukowe Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN
• Rocznik: 2015
• Tom: nr 89
• Strony: 33--50
• Opis fizyczny: Bibliogr. 9 poz., tab., wykr., zdj.

Twórcy

autor

Pilecki Z.

• Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią Polskiej Akademii Nauk, Kraków

autor

Chamarczuk M.

• Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią Polskiej Akademii Nauk, Kraków

autor

Kubańska A.

• Centrum Transferu Technologii EMAG, Katowice

autor

Isakow Z.

• Instytut Technik Innowacyjnych EMAG, Katowice

autor

Czarny R.

• Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią Polskiej Akademii Nauk, Kraków

autor

Krawiec K.

• Instytut Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią Polskiej Akademii Nauk, Kraków

autor

Pilecka E.

• Politechnika Krakowska, Kraków

autor

Sierodzki P.

• Instytut Technik Innowacyjnych EMAG, Katowice

Bibliografia

• 1. Jeong, J.H. i Kim, J.H. 2012: Comparison of Signal Powers Generated with Different Shapes of Hammer Plates. Journal Korean Earth Science Society nr 5, s. 395-400,
• 2. Karastathis, V. i Louis, I. 2002. Comparison test of seismic sources in shallow reflection seismics. Annales Geologiques des Payes Helleniques.
• 3. Keiswetter, D. 1992. Significance of Sledgehammer Source Parameters: A High-Resolution Seismic Reflection Study. Praca magisterska, Uniwersytet Kansas, s. 68.
• 4. Keiswetter, D. i Steeples, D. 1994. Practical modifications to improve sledgehammer seismic source. Geophysical Research Letters nr 10, s. 2203-2206.
• 5. Keiswetter, D. i Steeples, D. 1995. A field investigation of source parameters for the sledgehammer. Geophysics nr 4, s. 1051-1057.
• 6. Mereu i in. 1963 — Mereu, R.F., Uffen, R.J. i Beck, A.E. 1963. The use of a coupler in the conversion of impact energy into seismic energy. Geophysics nr 4, s. 531-546.
• 7. Miller i in. 1986 — Miller, R.D., Pullan, E.S., Waldner, J.S. i Haeni, F.P. 1986. Field comparison of shallow seismic sources. Geophysics nr 11, s. 2067-2092.
• 8. Pilecki i in. 2014 — Pilecki, Z., Harba, P., Czarny, R., Cielesta, S. i Pszonka, J. 2014. Źródła drgań w sejsmice inżynierskiej. Przegląd Górniczy nr 7, s. 22-31.
• 9. Reynolds, J. 2011. An Introduction to Applied and Environmental Geophysics. Wyd. 2. Chichester, Wiley-Blackwell Publishing.