Методы и объекты сейсмических исследований. Введение в общую сейсмологию - Пузырев Н.Н.
Скачать (прямая ссылка):
При исследованиях на акваториях чаще всего используются датчики давления, реакция которых на волновое движение не зависит от направления подхода.
В процессе развития геофизического приборостроения были созданы многочисленные конструкции электрических сейсмографов, основанные на различных принципах преобразования механических колебаний в электрические [Саваренский, Кирнос, 1955; Гамбурцев, 1959]. Во многих ранних образцах в систему сейсмографа включались также источники питания. В последние несколько десятилетий как в сейсмологии землетрясений, так и в сейсморазведке и ГСЗ используются почти исключительно сейсмоприемники электродинамического типа. Схематически они представляют собой подвешенную на пружинах индукционную катушку, выполняющую роль „инертной массы", перемещающуюся в сильном поле постоянных магнитов. Последние вмонтированы в корпус сейсмографа, жестко соединяющийся в рабочем состоянии с грунтом. Волновые движения почвы создают относительное перемещение катушки в магнитном поле, за счет чего в ней индуцируется электрический ток, напряжение которого пропорционально мгновенной скорости движения инертной массы. Система пружинных подвесов инертной массы для вертикальных и горизонтальных сейсмо-
Часть I. Общие вопросы теории и методики
у рц Рис. 4.3. Схематическая зависимость доминирующих ча-
стот от длины пробега продольной волны.
графов имеет ряд особенностей, из которых отметим то, что в горизонтальных сейсмографах возрастают требования к устойчивости системы за счет действия силы тяжести.
Важным элементом любого, как механического, так и электрического, сейсмографа является система демпфирования (затухания). Введение затухания необходимо для обеспечения достаточно высокой разрешенное™ двух или нескольких объемных волн, подходящих к прием-I км нику с относительно близкими временами. Затухание в сейсмографе подбирается таким образом, чтобы широкополосный короткий импульс (например, электрический в цепи индукционной катушки) создавал бы реакцию на выходе в виде сигнала продолжительностью не более 1,0—1,5 периода. Чрезмерно большое (апериодическое) затухание резко снижает чувствительность сейсмографа. В электродинамических сейсмографах затухание реализуется при помощи специальных электрических цепей, например шунтирующих устройств.
Как уже отмечалось выше, размеры геологических тел, изучаемых при помощи сейсмических методов, изменяются в очень широком диапазоне. Сильно варьируют также глубины залегания объектов. Поскольку частоты сейсмических волн связаны с избирательным поглощением и мощностью источников, то при различных видах сейсмических исследований используются сейсмографы с собственными частотами, изменяющимися от долей герца до 150 Гц и более. Чем больше путь, проходимый волной в процессе изучения того или иного объекта, тем ниже доминирующие частоты в зарегистрированных сейсмических импульсах. Общие представления о зависимости доминирующих частот / регистрируемых волн от пути I прохождения последних можно получить из рис. 4.3, который следует рассматривать как сугубо приближенную схему, изображенную в виде заштрихованной полосы. При построении данного графика принимались во внимание только продольные волны, имеющие, как известно, наибольшее значение на современном этапе развития структурной сейсмологии. С определенной долей условности можно сказать, что частоты выше 15 Гц характерны для сейсморазведки, интервал 5—15 Гц — ГСЗ и близких землетрясений, частоты ниже 3 Гц относятся к землетрясениям средней и большой силы, мощным химическим и ядерным взрывам.
Большое значение для неискаженного приема сигналов имеет соединение сейсмографа с грунтом. Если поставить приемник на слой рыхлой почвы, то последний будет представлять собой как бы дополнительную пружину в приемной колебательной системе. Вследствие этого частотная характеристика сейсмографа будет искажена, в первую очередь в виде срезания высоких частот. Для уменьшения указанного эффекта при регистрации землетрясений сейсмограф стремятся устанавливать на скальном основании, а сейсморазведочные приемники жестко соединять с грунтом при помощи специальных фиксаторов штыкового типа. Надлежащий контакт приемника с почвой особенно важен для горизонтальных сейсмографов. Это, в частности, может быть обеспечено путем использования сдвоенных фиксаторов. Теоретические и экспериментальные исследования показывают, что для уменьшения искажающего влияния контакта сейсмограф—почва необходимо, чтобы средняя плотность сейсмоприемника не сильно отличалась от плотности грунта.
Как и при генерации волн, амплитуда сигналов, воспринимаемых приемником, обратно пропорциональна скорости V, поэтому при одном и том же источнике и близких путях распространения регистрируемый сейсмографом сигнал будет иметь большую величину на неконсолидированных породах по сравнению со скальными. Этот эффект хорошо известен, в частности, при регистрации достаточно сильных землетрясений.
При сейсмических исследованиях на акваториях, кроме приемников давления, о которых кратко будет сказано ниже, нередко используют сейсмографы, устанавливаемые на дне водоема в специальных контейнерах, снабженных устройствами, обеспечивающими пространственную ориентацию приемников, а также их герметизацию.
