Есипов И.Б., Николаев А.В. «Уважаемые читатели!» с. 5

Лавров А.В., Шкуратник В.Л. «Акустическая эмиссия при деформировании и разрушении горных пород (обзор)» с. 6-18

Рассмотрены информативные параметры и закономерности акустической эмиссии, сопровождающей деформирование и разрушение образцов горных пород при различных режимах механического нагружения, термических воздействиях и увлажнении. Анализируются основные направления разработки моделей акустической эмиссии в геоматериалах.

Абрашкин А.А., Авербах В.С., Власов С.Н., Заславский Ю.М., Соустова И.А., Судариков Р.А., Троицкая Ю.И. «О возможном механизме акустического воздействия на частично насыщенные пористые среды» с. 19-30

Исследовано движение жидкой капли под действием акустической вибрации в двух предельных случаях: для достаточно высоких частот, когда действием вязких сил можно пренебречь, и для более низких частот, когда вязкость существенна. Получены уравнения, описывающие движение капли в аксиально-симметричном капилляре переменного сечения с учетом эффекта гистерезиса краевого угла. Проведены численные расчета для цилиндрического, конического и гофрированного капилляров.

Авербах В.С., Артельный В.В., Боголюбов Б.Н., Вировлянский А.Л., Малеханов А.И., Марышев А.П., Таланов В.И. «Мощный внутрискважинный источник сдвиговых волн для когерентной сейсмоакустики» с. 31-45

Дан краткий обзор исследований в области когерентной сейсмоакустики и сформулированы общие требования к излучателям сейсмоакустических волн, предназначенным для решения задач дистанционного зондирования. Описан принцип действия и представлены результаты аналитического и численного моделирования созданного в Институте прикладной физики РАН мощного источника нового типа для генерации низкочастотных сейсмических волн. Основным элементом данного источника является пьезокерамический цилиндр, совершающий изгибные колебания в скважине, заполненной водой. Сформулирована идея секционирования излучающего цилиндра для повышения эффективности возбуждения различных мод излучателя и улучшения согласования источника со средой. Представлены результаты натурных измерений пространственно-временной структуры генерируемого секционированным источником сейсмического поля, на основе которых выполнены оценки мощности излучателя, его кпд и добротности.

Баженова Е.Д., Вильман А.Н., Есипов И.Б. «Флуктуации акустического поля в гранулированной среде» с. 46-52

Приводятся результаты экспериментального исследования распространения звука в гранулированной среде. Обнаружено, что при возбуждении гармонического сигнала постоянной амплитуды акустический отклик отдельной гранулы сильно меняется во времени. Зависимость амплитуды гармонических составляющих в спектре отклика от уровня возбуждаемого сигнала оказывается не монотонной и также сильно меняется во времени. Наиболее интенсивными оказываются флуктуации субгармонической составляющей распространяющегося сигнала. Получены спектры флуктуации интенсивности гармонических составляющих отклика в диапазоне частот (10^–4–10^–1) Гц. Обсуждается возможный механизм медленных флуктуаций акустического поля в гранулированной среде.

Беляков А.С. «Магнитоупругие сенсоры и геофоны для векторных измерений в геоакустике» с. 53-65

Процесс подготовки землетрясения связан с действием внутренних сил как естественного, так и искусственного происхождения, которые существенно изменяют поля напряжений в земной коре. Эти медленные движения сопровождаются характерным акустическим шумом – акустической эмиссией. Широкополосный контроль акустической эмиссии горных пород в их естественном залегании является эффективным методом инструментального мониторинга земной коры, ориентированном на прогноз землетрясений. Значительное продвижение в этом направлении стало практически возможным при использовании акустических сенсоров нового типа с велаксметрической характеристикой, у которых чувствительность увеличивается в 1000 раз при увеличении частоты в 10 раз. В системах геоакустических наблюдений это позволило значительно расширить амплитудно-частотный диапазон исследований и открыло новые возможности для подробного анализа процесса подготовки землетрясений. Результаты наблюдений высокочастотного подземного акустического шума в разных районах Земли в скважинах и штольнях, выполненные аппаратурно-программными комплексами с новыми широкополосными магнитоупругими акустическими геофонами, экспериментально подтвердили его связь с медленными деформациями в земной коре. Выяснилось, что подземный акустический шум в диапазоне частот от 16 до 2000 Гц действительно содержит новую независимую информацию об изменениях напряженного состояния и является чувствительным индикатором тектонических и приливных движений. Практическими работами сотрудников Института вулканологии ДВО РАН в Петропавловске-Камчатском убедительно показано, что изменение акустического шума может служить надежным предупреждением о сейсмической опасности. Истории создания и применения магнитоупругих геофонов посвящена эта публикация.

Дрягин В.В., Кузнецов О.Л., Стародубцев А.А., Рок В.Е. «Поиск углеводородов методом вызванной сейсмоакустической эмиссии в скважинах» с. 66-73

Впервые показано, что обнаруженная закономерность отклика пористой насыщенной среды на сейсмоакустическое волновое поле большой интенсивности может быть положена в основу новой комплексной технологии, позволяющей эффективно решать задачу обнаружения углеводородов и воды в прискважинной части пласта и селективно восстанавливать фильтрационные характеристики пластов.

Дунин С.З., Николаевский В.Н. «Нелинейные волны в пористых средах, насыщенных "живой" нефтью» с. 74-79

Получено нелинейное уравнение для волн в пористых средах произвольной консолидации (относительной жесткости), насыщенных живой нефтью, то есть, содержащей газ. Уравнение описывает эволюцию продольных акустических (быстрых и медленных) волн Био–Френкеля в обоих направлениях и допускает анализ отраженных волн и их взаимодействие. Найдены коэффициент диффузии волны второго рода. Проанализирована зависимость дисперсионного и диссипативного параметров от структуры нефтяного пласта и глубины его залегания.

Зайцев В.Ю., Гусев В.Э., Назаров В.Е., Кастаньеде Б. «Взаимодействие акустических волн с трещинами: упругие и неупругие механизмы нелинейности с различными временными масштабами» с. 80-91

С единых позиций обсуждаются взаимосвязанные упругие и неупругие "быстрые" и "медленные" эффекты взаимодействия акустических волн с трещинами. Особое внимание уделено диссипативным проявлениям наличия трещин и обнаруженным эффектам медленной, симметрично-обратимой во времени динамики акустически активируемых трещин. Эффекты такого типа во многих случаях могут быть более выраженными, чем традиционно обсуждаемые нелинейно-упругие эффекты (типа классической генерации комбинационных гармоник). На основе учета основных особенностей геометрии трещин предлагается термоупругий механизм, позволяющий взаимносогласованно интерпретировать экспериментальные факты. Указываются следствия полученных результатов для сейсмики и обсуждаются возможности применений обнаруженных эффектов для нелинейной акустической диагностики трещин.

Ковалевский В.В. «Исследование акустосейсмических волновых полей, генерируемых поверхностными сейсмическими вибраторами» с. 92-102

Приведены результаты экспериментальных и теоретических исследований акустосейсмических волновых полей, генерируемых при работе поверхностных сейсмических вибраторов. В экспериментах с мощными сейсмическими вибраторами, работающими в частотном диапазоне 5–10 Гц, акустические волны были зарегистрированы на расстояниях до 50 км от источника. Дальнее распространение акустического излучения от вибрационных сейсмических источников наблюдалось при возникновении приповерхностного волнового канала вследствие температурной инверсии. Был обнаружен также эффект акустосейсмической индукции, т.е. возбуждения поверхностных сейсмических волн акустической волной, приходящей от вибратора. Приведены результаты математического моделирования возбуждения акустосейсмического поля при работе сейсмического вибратора, включающего моделирование процесса излучения гармонической акустической волны вибратором и захвата ее приповерхностным волновым каналом, процесса дальнего распространения низкочастотной акустической волны при наличии волнового канала, процесса индукции поверхностной сейсмической волны приходящей гармонической акустической волной. Показано, что акустосейсмическая волна, распространяющаяся на границе упругая земля–атмосфера является аналогом волны Стоунли, которая реализуется при наличии приповерхностного низкотемпературного слоя в атмосфере.

Лебедев А.В., Островский Л.А., Сутин А.М. «Нелинейная акустическая спектроскопия локальных дефектов в геоматериалах» с. 103-117

Рассмотрены общие подходы к решению задачи нелинейной акустической спектроскопии дефектов в геоматериалах. Получены выражения, позволяющие связать нелинейный отклик (рассеяние на комбинационных частотах) с местоположением, ориентацией и нелинейными характеристиками узких трещин. Выражения описывают широкий класс нелинейных взаимодействий на трещине. Подробно анализируется нелинейность, обусловленная контактом неровных, шероховатых краев трещины. Результаты анализа сравниваются как с результатами, полученными ранее при рассмотрении микромеханических моделей, так и с данными измерений. Полученное удовлетворительное согласие теоретических и экспериментально измеренных величин модулей Ландау позволяет сделать вывод о том, что механизм контактной нелинейности может иметь место при разрушении поликристаллических горных пород, когда образуются узкие трещины с неровными краями. Численные примеры демонстрируют возможность определения ориентации и местоположения узкой трещины. На примере трещины в тонком стержне показана схема решения задачи локализации трещины; указано на важность учета фазовой информации для устранения неоднозначности при определении координаты местоположения трещины.

Максимов Г.А., Радченко А.В. «Моделирование интенсификации нефтедобычи при акустическом воздействии на пласт из скважины» с. 118-131

Представлена усовершенствованная модель физических процессов при АВ в рамках как теплового механизма АВ, так и его нетепловых альтернатив. Пластовый флюид предполагается состоящим из легкой и тяжелой углеводородных фаз, находящихся в термодинамическом равновесии. Внешние воздействия, такие как фильтрация или АВ, могут смещать равновесие между фракциями так, что тяжелая фракция может осаждаться на стенках пор или растворяться. При этом процесс длительной кольматации обуславливается неоднородностью поля давления в окрестности скважины, и, соответственно, изменением равновесной концентрации тяжелой примеси при фильтрации. Эффект акустического воздействия может в рамках рассматриваемой модели проявляться как через нагрев окружающей среды вследствие поглощения звука, что также приводит к изменению равновесной концентрации примеси, так и непосредственно в зависимости равновесной концентрации и времени релаксации от средней плотности акустической энергии ультразвуковых колебаний. В рамках данной модели удается воспроизвести характерные особенности фильтрации флюида из скважины до и после АВ, в том числе получить долговременный эффект повышения извлечения нефти из коллектора, характеризующегося постепенным снижением дебита.

Марков М.Г. «Распространение упругих продольных волн в насыщенной пористой среде со сферическими неоднородностями» с. 132-139

В рамках теории Френкеля-Био рассмотрено распространение гармонической продольной волны 1 рода в изотропной пористой матрице, содержащей контрастные по упругим свойствам и гидродинамической проницаемости включения, с учетом генерации на их границах продольных волн 2 рода. Эффективное волновое число рассчитано с использованием аппарата теории многократного рассеяния. Предполагалось, что характерный размер неоднородности существенно превышает размер пор. Свойства модели, для которой проводились расчеты, соответствовали песчанику, содержащему неоднородности сантиметрового масштаба. Наличие таких неоднородностей весьма характерно для осадочных горных пород. Проведенные расчеты показали, что в области частот, характерной для акустического каротажа скважин, эффективный коэффициент затухания продольной волны может значительно превышать коэффициенты затухания продольной волны 1 рода как в матрице, так и во включениях. Полученные результаты свидетельствуют о необходимости учета гидродинамических эффектов, связанных с возникновением фильтрационных перетоков на границах неоднородностей, при изучении распространения упругих волн в насыщенных пористых средах.

Николаев А.В., Беляков А.С., Лавров В.С., Жигалин А.Д. «Геоакустический контроль как средство изучения состояния литосферы и прогноза землетрясений» с. 140-149

Существующая концепция прогноза землетрясений и других разрушительных геологических процессов предусматривает определение места, времени и силы готовящегося события. Катастрофические землетрясения последних лет наглядно показали, что даже самые современные системы оперативного контроля сейсмической и другой геологической опасности оказываются мало эффективными. Однако если к существующим системам наблюдения так называемых предшественников добавить изучение акустического поля Земли и исключить из условия задачи необходимость определения места события, "привязав" наблюдения к конкретному району, то решение проблемы прогноза землетрясений и других разрушительных геологических процессов для этого района может оказаться успешным.

Николаевский В.Н., Степанова Г.С. «Нелинейная сейсмика и акустическое воздействие на нефтеотдачу пласта» с. 150-159

Утверждается, что затухание сейсмических волн в реальных (пористых, трещиноватых) горных породах на первом этапе всегда происходит за счет перекачки энергии на высокие частоты (в ультразвук), и только потом они преобразуются в тепловые хаотические осцилляции. Тем самым задача приобретает черты фундаментальной проблемы нелинейной сейсмики. В этой связи отмечен ряд физических явлений, приводящих к возбуждению ультразвука и соответствующим трансформациям волнового спектра. Среди них: осцилляционные эффекты сухого трения на контактах, неустойчивость вязкоупругих колебаний, перекачка сейсмической энергии на ротационные моды колебаний, а также резонанс газовых пузырьков в природной нефти. Обсуждение этих проблем проводится в связи с развитием вибросейсмического метода воздействия на пласт. Приводятся результаты эксперимента по воздействию ультразвука на вытеснение водой природной (с растворенным газом) нефти из пористой среды с достижением нефтеотдачи до 90%.

Roberts P.M. «Laboratory observations of altered porous fluid-flow behavior in Berea sandstone induced by low-frequency dynamic stress stimulation» с. 160-168

It has been observed repeatedly that low-frequency (1 to 500 Hz) seismic stress waves can enhance oil production from depleted reservoirs and contaminant extraction from groundwater aquifers. The physics coupling stress waves to fluid flow behavior in porous media is not understood, although numerous physical mechanisms have been proposed to explain the observations. To quantify the effects of low-frequency, dynamic-stress stimulation on multiphase fluid flow and in-situ particle behavior in porous media, laboratory experiments were conducted with a core-flow stimulation apparatus that allows precise control and measurement of applied stress/strain, static confinement and fluid-flow parameters. Results are reported for experiments on stimulated single-phase and 2-phase fluid-flow behavior in 2.54-cm-diameter Berea sandstone cores. For all experiments, stimulation was applied to the cores in the form of sinusoidal, axial, mechanical stress coupled to the solid porous matrix at frequencies of 25 to 75 Hz. Applied stress RMS amplitudes ranged from 300 to 1200 kPa and, at these levels, produced coupled, pore-pressure fluctuations much less than 1.2 to 4.8 kPa, respectively. During single-phase brine flow, stimulation increased the absolute permeability of the rock by 10 to 20 percent. This was caused by mobilizing in-situ clay particles that were partially plugging the pore throats. During 2-phase, steady-state, constant-rate flow of oil-plus-brine and decane-plus-brine mixtures, stimulation caused significant changes in the bulk fluid pressure drop across the core. The pressure changes showed a strong dependence on the viscosity of the non-wetting fluid phase (oil or decane) relative to the wetting phase (brine). This may indicate that relative changes in the mobility of wetting versus non-wetting fluid phases were induced by the dynamic stress. Under the specific experimental conditions used, pore-scale particle perturbation and altered wet-tability are possible physical mechanisms that can explain the results.

Собисевич А.Л., Руденко О.В. «О резонансных свойствах магматических структур» с. 169-176

Сообщается о наблюдениях квазигармонических спектральных составляющих в отклике вулканических структур на отдаленные сейсмические воздействия. Резонансные частоты связываются с присутствием магматического очага и магматической камеры, содержащих газовые полости или пузырьки. Наличие области пониженной плотности в окрестности вулкана Эльбрус подтверждается независимыми гравиметрическими измерениями и результатами анализа геологических данных.