ISSN: 0131-6230,
eISSN: 2312-6965 , DOI: 10.21455/si,
http://elibrary.ru/title_about.asp?id=25597).
English translation: Seismic Instruments, ISSN: 0747-9239 (Print)
1934-7871 (Online),
https://link.springer.com/journal/11990
Сейсмические приборы. 2018. Т. 54, № 1, с.5-18. DOI: 10.21455/si2018.1-1
The metadata in English is presented at the end of the article!
УДК
550.83
PACS 91.60.Lj, 91.60.Pn
Аппаратура для физического моделирования
электросейсмического эффекта первого рода
©
Объединенный институт
высоких температур РАН, г. Москва, Россия
Автор для переписки: В.А. Зейгарник, e-mail: zeigarnik@ihed.ras.ru
Аннотация
Описана
модифицированная аппаратура для физического моделирования электросейсмического
эффекта первого рода в горных породах. Аппаратура дает возможность моделировать
эффект при воздействии на образец горной породы электрического поля без тока и
с током в образце. Аппаратура позволяет применять два способа измерения изменений скорости распространения акустического поля.
Первый способ заключается в возбуждении импульсного акустического поля и измерении
времени распространения поля от источника до приемника, второй основан на измерении
фазовой модуляции синусоидального акустического поля при воздействии на образец
электрического поля. Первый способ был реализован в двух модификациях: в первой
модификации в образце создается только электрическое поле без активной
составляющей тока, во второй – в образце создаются и электрическое поле, и активная
составляющая тока. В аппаратуре
применен генератор сигналов, который возбуждает в образцах горных пород когерентные
электрические и акустические поля. Когерентность полей
позволяет применить помехоустойчивый фазовый способ измерения скорости
синусоидального акустического поля и уменьшить порог чувствительности к
изменению скорости с 0.2 % до 0.02 %. Приведены результаты
моделирования эффекта на четырех образцах известняка и четырех образцах
песчаника, насыщенных соленой водой с коэффициентом минерализации 1 %. Для
всех образцов наблюдается уменьшение скорости акустического поля при включении
электрического поля примерно на 0.2 %. В диапазоне частот
2–200 кГц уменьшение скорости не зависит от частоты для всех образцов
известняка и песчаника. Показано, что
модифицированная аппаратура позволяет уверенно регистрировать электросейсмический эффект без тока в образце, несмотря на
то, что величина его превышает порог чувствительности только на 20–25 дБ.
Когерентность полей позволяет измерять время релаксации скорости акустического
поля после включения и выключения электрического поля без тока в образце.
Показано, что после включения электрического поля время релаксации скорости
акустического поля не превышает 2 мс, а после выключения электрического поля
составляет 10–20 мс. Различие времени релаксации позволяет оценить нелинейность
электросейсмического эффекта первого рода.
Ключевые слова:
геофизика, аппаратура, электросейсмический эффект,
физическое моделирование, электрическое поле.
Цитируйте эту статью как: Зейгарник В.А., Ключкин
В.Н. Аппаратура для физического моделирования электросейсмического
эффекта первого рода // Сейсмические
приборы. 2018. Т. 54, №
Литература
Авагимов А.А.,
Зейгарник В.А., Окунев В.И. Динамика энергообменных процессов в модельных образцах при
воздействии упругим и электромагнитным полями // Физика Земли. 2011. № 10.
С.1–7.
Агеева О.А. Использование сейсмоэлектрических
преобразований в породах для прогнозирования характера насыщения порового пространства
// Геофизика. 2008. № 1. С.16–21.
Адушкин В.В., Капустян Н.К., Спунгин В.Г. Регистрация
электросейсмического эффекта в натурных условиях. // Докл. РАН. 2002. Т. 385, № 4. С.537–540.
Анциферов
М.С. Электросейсмический эффект // Докл. АН СССР.
1962. Т. 144, № 6. С.1295–1297.
Богомолов Л.М. Поиск новых подходов к объяснению механизмов
взаимосвязи сейсмичности и электромагнитных эффектов // Вестник ДВО РАН. 2013.
№ 3. С.12–18.
Гаврилов
В.А., Богомолов Л.М., Закупин А.С. Сравнение результатов скважинных геоакустических
измерений с данными лабораторных и натурных экспериментов по электромагнитному
воздействию на горные породы // Физика Земли. 2011. № 11. С.63–74.
Доровский В.Н., Доровский С.В. Электромагнитоакустический метод измерения электропроводности
и дзета-потенциала // Геология и геофизика. 2009. Т.
49, № 6. С.735–744.
Доровский В.Н., Доровский С.В., Блохин А.М. О возможностях электроразведки при
исследовании устойчивости водонефтяных слоистых систем // Геология и геофизика.
2006. Т. 46, № 11. С.1185–1191.
Дортман Н.Б. Физические свойства горных пород и
полезных ископаемых. Справочник геофизика. М.: Недра, 1984. 455 с.
Зейгарник В.А., Ключкин В.Н. Аппаратура для физического
моделирования сейсмоэлектрических явлений //
Сейсмические приборы. 2014. Т. 50, № 3. С.42–55.
Кузнецов А.Н., Соколова
И.П., Мороз И.П., Кобзова В.М., Шеремета
О.В. Общие черты проявления сейсмоэлектрических
эффектов 1-го и 2-го рода в Саратовском Заволжье, Днепрово-Донецкой
впадине и Западной Сибири // Физика Земли. 2007. № 4. С.48–52.
Кузнецов А.Н., Ключкин В.Н.,
Харин Е.П., Хонькина В.А. Использование сейсмоэлектрического
эффекта 1-го рода в разведочных целях (по результатам лабораторного изучения
природных образцов – кернов глубоких скважин // Геофизический вестник. 2008. №
11. С.48–52.
Лапшин В.Б., Патонин А.В., Пономарев А.В.,
Потанина М.Г., Смирнов В.Б., Строганова С.М. Инициация акустической эмиссии в обводненных
образцах песчаника // Докл. РАН. 2016. Т. 469,
№ 1. С.97–101.
Майбук З.Я. Триггерный механизм нелинейных
механо-электрических преобразований в орудненных разломах
// Физика Земли. 2006. № 10. С.51–64.
Манштейн К.А.,
Куликов В.А., Нефедкин Ю.А., Эпов
М.И. Изменение сейсмических скоростей
в поле постоянного тока //
Геология и геофизика. 1999. Т. 40, № 3. С.465–473.
Манштейн К.А.,
Нестеров Г.В., Филатов В.В., Саева О.П. Об оценке величины сейсмоэлектрического
эффекта первого рода //
Технология сейсморазведки. 2013. № 4. С.81–88.
Пантелеев И.А., Мубассарова
В.А., Дамаскинская Е.Е., Богомолов Л.М., Наймарк О.Б. Влияние слабого электрического поля на пространственно-временную динамику
акустической эмиссии при одноосном сжатии гранита // Триггерные
эффекты в геосистемах / Ред. В.В. Адушкин,
Г.Г. Кочарян. М.: ГЕОС, 2015. С.244–252.
Подбережный М.Ю., Нефедкин Ю.А. Электросейсмические явления в флюидонасыщенных горных породах // Рос.
геофиз. журн. 2006.
№ 43/44. С.103–108.
Подбережный М.Ю.,
Куликов В.А. Вариации
скоростей продольных волн, распространяющихся в геологических породах
естественного залегания, при воздействии постоянного электрического тока // Технологии сейсморазведки. 2011.
№ 4. С.83–87.
Потапов О.А., Лизун С.А.,
Кондрат В.Ф.
Основы сейсмоэлектроразведки.
М.: Недра, 1995. 268 с.
Савинов В.Н., Ахматов
Е.В., Моисеева Т.В., Бывальцев Д.В., Гилёва О.А., Залалова Ю.М. Характеристика сейсмоэлектрического
эффекта в породах продуктивных горизонтов
// Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений.
2014. № 7. С.73–80.
Светов Б.С. Основы геоэлектрики.
М.: Изд-во ЛКИ, 2008. 656 с.
Сычев В.Н., Богомолов Л.М., Рыбин А.К., Сычева Н.А. Влияние электромагнитных зондирований земной коры на сейсмический режим
территории Бишкекского геодинамического полигона // Триггерные эффекты в геосистемах
/ Ред. В.В. Адушкин, Г.Г. Кочарян. М.: ГЕОС, 2010. С.316–326.
Тарасов Н.Т., Тарасова Н.В., Авагимов
А.А., Зейгарник В.А. Изменение сейсмичности Бишкекского
геодинамического полигона при электромагнитном воздействии // Геология и геофизика. 2001.
Т. 42, № 10. С.1641–1649.
Френкель Я.И. К теории
сейсмических и сейсмоэлектрических явлений в влажной почве //
Изв. АН СССР. Сер. геогр. и геофиз. 1944. Т. 8,
№ 4. С.133–150.
Яворский Б.М., Детлаф А.А. Справочник по физике для инженеров и студентов ВУЗов. М.:
Наука,
1964. 847 с.
Bogomolov L.M.,
Il’ichev P.V., Zakupin A.S., Novikov V.A., Okunev V.I. Acoustic Emission
Response of Rocks To Electric Power Action As Seismic-Electric Effect
Manifestation // Ann. Geophys. 2004.
V. 47, N 11. P.65–72.
Chelidze T., De
Rubeis V., Matcharshvili T, Tosi P. Influence of strong
electromagnetic discharges on the dynamic of earthquakes time distribution in
the Bishkek test area (Central Asia)
// Ann.
Geophys. 2006. V. 49, N 4/5. P.961–975.
Sobotka J. DC-induced acoustic emission in
saturated sand models of sedimentary rock // Acta Geophys. 2010. V. 58, N 1.
P.163–172.
Thompson
H., Hornbostel S.,
Burns J. Field tests of
electroseismic hydrocarbon detection // Geophysics. 2007.
V. 72, N 1. P.1–9.
Zhu Z., Burns R.D., Toksoz M.N. Electroseismic and
seismoelectric measurements of rock samples in a water tank // Geophysics. 2008. V. 73, N 5. P.153–164.
Сведения об авторах
ЗЕЙГАРНИК Владимир Альбертович – доктор технических наук, старший научный сотрудник,
Объединенный институт высоких температур РАН. 125412, Москва, ул. Ижорская,
д. 13, стр. 2. Тел.: +7(495) 485-93-18. E-mail: zeigarnik@ihed.ras.ru
КЛЮЧКИН Вадим Николаевич – кандидат технических наук, ведущий научный
сотрудник, Объединенный институт высоких температур РАН. 125412, Москва, ул.
Ижорская,
д. 13, стр. 2. Тел.: +7(495) 484-19-44. E-mail: klvn38@mail.ru
METADATA IN ENGLISH
About the journal
SEISMICHESKIE PRIBORY, ISSN: 0131-6230, eISSN: 2312-6965, DOI:
10.21455/si,
http://elibrary.ru/title_about.asp?id=25597)
English Translation: Seismic Instruments, ISSN: 0747-9239 (Print)
1934-7871 (Online),
https://link.springer.com/journal/11990
The
apparatus for physical modeling
of electroseismic effect of the first kind
V.A. Zeigarnik, V.N. Klyuchkin
Joint
Institute for High Temperatures, Russian Academy of Sciences, Moscow, Russia
Corresponding
author: V.A. Zeigarnik, e-mail: zeigarnik@ihed.ras.ru
Abstract. Modified facility
for physical modeling of electroseismic effect of the first kind in mountain
rocks is described. The apparatus provides an opportunity to model
electric-seismic effect upon exposure of a mountain rock sample to the electric
field either with or without electric current in a sample. The apparatus
enables the use two methods of measurement of acoustic field velocity change. First one is the excitation of pulsed
acoustic field and measurement of this field propagation time from acoustic
source to receiver. Second one is based on the measurement of phase modulation
of sinusoidal acoustic field when a sample is exposed to electric field. The
first method was implemented in two versions: first version – only electric
field without active electric current component is generated within a sample,
second version – both ones are generated.
The apparatus includes
a signal generator that induces coherent electric and acoustic fields within
the sample. Coherence enables the use of noise-resistant technique for
measuring the sinusoidal acoustic field velocity and decreasing the sensitivity
threshold for velocity change from 0.2 % to 0.02 %. The results of modeling of
the effect for four limestone samples and four sandstone samples saturated by
salt water with mineralization 1% are described. For all of them a decrease in
the acoustic field velocity about 0.2 % was obtained under electric field.
The acoustic field velocity decrease within the interval 2–200 kHz is
independent on frequency for all samples of limestone and sandstone. It is
shown that modified apparatus makes it possible to confidently detect
electric-seismic effect without current through the sample despite the fact
that its value is above the sensitivity threshold by only 20–25 dB.
The field coherence
permits us to measure the relaxation velocity after electric field switching on
or off if there is no current through the sample. It has been shown that, after
electric field is switched on, the velocity relaxation time does not exceed 2
ms, and after its switching off, is 10–20 ms. Such a
difference between velocity relaxation times forms the ground for estimating
nonlinearity in the electroseismic effect of the first kind.
Keywords: geophysics,
apparatus, electric-seismic effect, physical modeling, electrical field.
About the authors
Zeigarnik Vladimir Al’bertovich – professor, senior
researcher, Joint Institute for High Temperatures. 125412, Moscow,
Izhorskaya Str. 13, Bd. 2. Phone: +7(495) 485-93-18. E-mail: zeigarnik@ihed.ras.ru
KLYUCHKIN Vadim Nikolaevich – doctor, leading
researcher, Joint Institute for High Temperatures. 125412, Moscow, Izhorskaya Str. 13, Bd. 2. Phone:
+7(495) 484-19-44. E-mail: klvn38@mail.ru
Cite this article as: Zeigarnik V.A., Klyuchkin V.N. The apparatus for
physical modeling of electroseismic effect of the first kind. Seismicheskie Pribory, 2018, Vol. 54, no 1, pp. 5-18. DOI: 10.21455/si2018.1-1 (in Russ.).
English translation of the article will be published in Seismic
Instruments, ISSN: 0747-9239 (Print) 1934-7871 (Online),
https://link.springer.com/journal/11990), 2019, Volume 55, Issue 1.