Электродинамические сейсмоприемники

Электродинамические сейсмоприемники

Электродинамические сейсмоприемники чувствительны только к той составляющей колебания почвы, которая совпадает с осью катушки. Продольные волны, распространяющиеся по вертикали от существующих в земле отражающих горизонтов, вызывают вертикальные колебания грунта, поэтому их легче всего обнаружить с помощью сейсмоприемников, содержащих вертикально стоящую катушку.

Для регистрации тех сейсмических колебаний, которые вызывают в основном горизонтальные смещения грунта (как, например, горизонтально поляризованных поперечных волн), требуются сейсмоприемники с горизонтально смонтированной и способной перемещаться только по горизонтали катушкой.

Сейсмоприемники обычно размещаются в виде линейных или площадных групп, в которых выходные сигналы нескольких сейсмоприемников суммируются. Такие группы позволяют образовать детекторы, обладающие свойством направленности и позволяющие пеленговать источник сейсмосигнала.

Сейсмические усилители предназначены для усиления сигналов в диапазоне частот от нескольких единиц до нескольких сотен герц (в некоторых системах морской сейсморазведки до нескольких килогерц) и для обеспечения записи сигналов с весьма широким динамическим диапазоном амплитуд.

Амплитуды колебаний почвы вблизи сейсмического источника могут значительно различаться: от первых вступлений интенсивных прямых и поверхностных волн до последующих вступлений очень слабых волн, вернувшихся на земную поверхность после отражения от глубинных горизонтов. Отношение амплитуд, равное 106, соответствует динамическому диапазону в 120 дБ; максимальный динамический диапазон сейсмоприемников примерно 140 дБ, а минимальный уровень собственных шумов сейсмических усилителей, составляющий около 1 мкВ, практически ограничивает максимальный динамический диапазон сейсморегистрации величиной 120 дБ.

Электромеханические преобразователи (сейсмометры)

Электромеханические преобразователи (сейсмометры)

В качестве приемников в сейсморазведке применяются электромеханические преобразователи, которые преобразуют механический сигнал на входе (сейсмический импульс) в электрический сигнал на выходе.

Иначе сейсмоприемники называются сейсмометрами, или геофонами. При измерениях в воде прохождение сейсмической волны сжатия сопровождается мгновенными изменениями давления, улавливаемыми гидрофонами, которые буксируют за кораблем либо подвешивают на буях в толще воды или (на самых мелких местах) помещают на морском дне. Гидрофоны также используются и при измерениях в условиях сильно насыщенных водой грунтов, которые встречаются на болотах.

Приемниками могут служить отдельные геофоны или гидрофоны либо группы этих устройств, последовательное или параллельное соединение которых позволяет получить на выходе суммарный сигнал. Существует несколько разных типов сейсмоприемников, по принципу действия и устройству аналогичных микрофонам. Самый распространенный тип приемника, применяемый сейсмической разведкой на суше, использует электродинамический преобразователь. В мягких грунтах сейсмоприемник устанавливается с помощью штыря, а на твердых жестко крепится. Колебания почвы, вызванные прохождением сейсмической волны, передаются сейсмоприемнику.

В идеале форма выходного сигнала сейсмоприемника почти повторяет колебание почвы. Для сохранения формы сейсмического сигнала сейсмоприемники должны иметь в пределах рассматриваемого частотного диапазона плоскую амплитудную характеристику и минимальные фазовые искажения.

Поэтому резонансная частота сейсмоприемников должна быть гораздо ниже основной частотной полосы сейсмического сигнала, который нужно зарегистрировать. Чаще всего используются сейсмоприемники с резонансной частотой в интервале 4... 15 Гц. Чувствительность сейсмоприемника, измеряемая в вольтах на его выходе, отнесенных к единице скорости движения катушки электродинамического преобразователя, определяется числом витков в катушке и напряженностью магнитного поля. Следовательно, для достижения большей чувствительности требуются приборы больших размеров и более массивной конструкции. Миниатюрные сейсмоприемники, применяемые в сейсморазведке, как правило, имеют чувствительность около 10 В/(м/с).

Источник сейсмических колебаний

Источник сейсмических колебаний

Источник сейсмических колебаний — это ограниченная по размерам область, внезапное выделение энергии в которой быстро приводит в напряженное состояние окружающую среду.

Большинство источников сейсмических колебаний, как уже говорилось, генерирует энергию преимущественно в виде продольных волн, которые в основном и используются в сейсморазведке. Существует множество разнообразных источников сейсмических колебаний, обладающих различными уровнями энергии и частотными спектрами излучения.

В целом сейсмический источник содержит широкий диапазон частотных составляющих в пределах интервала от одного до нескольких сотен герц, хотя часто энергия сконцентрирована в некоторой более узкой полосе частот. Основные источники, информативные для средств сейсморазведки, это различные взрывы. Но информативны также и микросейсмы (слабые источники, например сотрясение земной поверхности от прохождения техники, ударных волн, создаваемых различными летательными аппаратами, от работы промышленных энергетических установок).

В результате работы средств сейсморазведки формируется сейсмограмма — представленная в аналоговой или цифровой форме запись амплитуд смещений и колебаний почвы в функции времени. Для получения сейсмограмм движения грунта преобразуются в электрические сигналы. Эти сигналы усиливаются, фильтруются и регистрируются. В стандартной схеме наблюдений колебания почвы фиксируются в большом числе точек на земной поверхности.

Для этой цели обычно применяются многоканальные системы регистрации, у которых число отдельных сейсморегистрирующих каналов иногда достигает нескольких сотен. Во всех системах дейсморегистрации, кроме самых простых, для облегчения последующей цифровой обработки данные записываются в цифровой форме, облегчающей ввод в ЭВМ для последующей вторичной обработки.

Распостранение сейсмического импульса

Распостранение сейсмического импульса

Сейсмический импульс распространяется от источника возмущения со скоростью, определяемой физическими свойствами окружающих пород, слагающих земную кору.

Если среда однородная, то он будет иметь одну и ту же скорость во всех направлениях, так что в любой последующий момент времени волновой фронт, представляющий собой геометрическое место точек, которых достигла волновая энергия, будет сферическим. Сейсмические лучи в изотропной среде повсюду перпендикулярны волновым фронтам. Понятие лучей не несет какого-либо физического смысла, но очень помогает при рассмотрении путей перемещения сейсмической энергии в земных недрах.

Следует заметить, что скорость распространения сейсмической волны — это скорость, с которой в среде перемещается сейсмическая энергия.


style="display:block; text-align:center;"
data-ad-layout="in-article"
data-ad-format="fluid"
data-ad-client="ca-pub-6007240224880862"
data-ad-slot="8925203109">

Это не то же самое, что скорость движения частиц среды, смещенных со своих мест в результате прохождения волны. Например, в случае продольных объемных волн их скорость распространения в горных породах обычно равна нескольким тысячам метров в секунду. Возникающие при их прохождении колебательные движения грунта характеризуются скоростями частиц, зависящими от амплитуды волны.

Следующей причиной потерь энергии вдоль луча является то, что реакция земли на прохождение по ней сейсмических волн не является идеально упругой. Упругая энергия постепенно поглощается средой в результате потерь на внутреннее трение, что в конце концов приводит к полному исчезновению сейсмического возмущения. Коэффициент поглощения а определяет долю энергии на расстоянии, равном длине волны.

Обычно предполагается, что в диапазоне частот, используемых в сейсморазведке, коэффициент поглощения не зависит от частоты.

Если величина поглощения на единицу длины волны постоянна, то из этого следует, что волны более высоких частот затухают со временем или расстоянием быстрее, чем низкочастотные. Поэтому форма сейсмического импульса с широким частотным спектром в процессе распространения непрерывно изменяется вследствие постепенной потери более высоких частот. В целом эффект поглощения сводится к постепенному удлинению сейсмического импульса по мере распространения.

Сейсмические волны — это импульсы энергии

Сейсмические волны — это импульсы энергии

Сейсмические волны — это импульсы энергии упругой деформации, распространяющиеся во все стороны от источника сейсмических колебаний. За исключением ближайших окрестностей источника, деформации, возникающие в среде при прохождении сейсмического импульса, невелики, и их можно считать упругими.

При этом предположении скорости распространения сейсмических импульсов определяются модулями упругости и плотностями веществ, через которые они проходят. Существуют две группы сейсмических волн: объемные и поверхностные волны.

В объеме упругого твердого тела могут распространяться объемные волны двух типов. Продольные волны сжатия вызывают одноосные деформации в направлении распространения. Поэтому движение частицы, связанное с прохождением волны сжатия, — это колебание относительно некоторой фиксированной точки в направлении распространения волны. Поперечные волны сдвига при прохождении создают деформацию в направлении, перпендикулярном направлению распространения волны. Движения отдельных частиц среды в волнах сдвига представляют собой колебания около некоторой фиксированной точки в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны. Если все колебания частиц лежат в одной плоскости, то говорят, что поперечная волна плоскополяризована.

Объемные волны не диспергируют, т.е. все частотные составляющие в волновом импульсе в любом веществе распространяются с одной и той же скоростью, определяемой только модулями упругости и плотностью вещества.

Подавляющее большинство наблюдений приемниками сейсмических разведок базируется на использовании одних лишь продольных волн, и в дальнейшем нашем рассмотрении все внимание будет сконцентрировано именно на этих волнах.

Сейсмические поля и волны

Сейсмические поля и волны

Сейсмические поля и волны. Технические средства разведки эффективно работают с сейсмическими и гравитационными полями. Поэтому и в таких полях возникает проблема зашиты информации.

Для сейсмической разведки информативны волны, распространяющиеся в земной коре. Принимая сигналы, переносимые этими волнами, можно обнаруживать, идентифицировать и пеленговать источник сейсмических колебаний. Для иллюстрации и описания основных закономерностей формирования и распространения волн от сейсмического источника необходимы некоторые элементарные понятия о напряжениях и деформациях в земной коре.

Если на тело действуют внешние силы, то внутри него устанавливается уравновешенная система внутренних сил.


style="display:block; text-align:center;"
data-ad-layout="in-article"
data-ad-format="fluid"
data-ad-client="ca-pub-6007240224880862"
data-ad-slot="8925203109">

Напряжение представляет собой меру интенсивности, с которой действу ют эти сбалансированные внутренние силы. Напряжение, действующее на некоторую площадку любой поверхности внутри тела, можно разложить на две компоненты: нормальную, направленную перпендикулярно этой площадке, и сдвиговую (тангенциальную), лежащую в плоскости площадки.

В любой точке находящегося в напряженном состоянии тела можно выделить три ортогональные плоскости, на которых напряжения полностью являются нормальными. Вдоль этих плоскостей не действуют сдвиговые напряжения. Пересечение этих плоскостей определяют три ортогональные оси, называемые главными осями напряжений, а нормальные напряжения, действующие в этих направлениях, называются главными напряжениями. Каждое главное напряжение отражает равновесие равных, но противоположно направленных компонент сил.

Напряжение считается сжимающим, если силы направлены навстречу друг другу, и растягивающим, если они направлены в противоположные стороны.


style="display:block; text-align:center;"
data-ad-layout="in-article"
data-ad-format="fluid"
data-ad-client="ca-pub-6007240224880862"
data-ad-slot="8925203109">

Сейсмические поля и волны

Если внутри тела все главные напряжения равны по величине, то режим напряжений называется гидростатическим по аналогии с напряжениями в объеме жидкости, находящейся в покое. В гидростатическом поле напряжений сдвиговых напряжений не существует. Если главные напряжения не равны, сдвиговые напряжения действуют вдоль всех поверхностей внутри напряженного тела, за исключением трех ортогональных плоскостей, пересекающихся по главным осям.

Тело под действием напряжений испытывает изменение формы и (или) размеров, т. е. деформируется. Вплоть до некоторого предельного значения напряжения, называемого пределом текучести материала, величина деформации изменяется пропорционально приложенному напряжению (закон Гука).

Упругая деформация обратима: снятие напряжения ведет к снятию деформации Если напряжение превысит предел текучести, деформация оказывается нелинейной и становится частично необратимой: возникает остаточная (пластическая) деформация. Если напряжение возрастает еще больше, тело разрушается.

Яндекс.Метрика