Методы и объекты сейсмических исследований. Введение в общую сейсмологию - Пузырев Н.Н.
Скачать (прямая ссылка):
В практике сейсморазведки и ГСЗ широко используют группирование сейсмоприемников (групповые сейсмоприемники). Чаще всего применяют линейные группы с базой L, ориентированной
64
Глава 4.0бщие вопросы методики сейсмического эксперимента
Рис. 4.4. Характеристики направленности группы из пяти сейсмографов:
1 — монохроматический сигнал; 2 -с той же видимой частотой.
¦ импульсный сигнал
вдоль линии источник—приемник. Сейсмографы в группе соединены в единую систему наподобие батареи гальванических элементов с общим выходом. Группирование сейсмографов нацелено на повышение эффективной чувствительности для целевых глубинных волн, фронт которых наклонен под небольшим углом к линии профиля. Глубинные волны, обладающие этим свойством, будут регистрироваться каждым из элементов группы с малым фазовым сдвигом, т. е. почти синхронно. В результате суммарное напряжение на выходе группы в п раз больше, чем для единичного приемника. Волны, которые подходят к сейсмографам под большими уг-
ол-
лами, будут обладать относительно меньшей амплитудой за счет расфазировки.
Зависимость суммарной амплитуды (напряжение в группе) от направления подхода волны называется характеристикой направленности группы (характеристика направленности второго рода). Форма последней зависит от отношения фазового сдвига т между крайними сейсмографами в группе к видимому периоду колебаний, числа сейсмографов п и формы сейсмического импульса. На рис. 4.4 представлены характеристики направленности группы из пяти сейсмографов для двух форм сигналов — синусоидального с неограниченным числом периодов и короткого импульса с колокольной огибающей. При субвертикальном подходе характеристика направленности практически не зависит от формы импульса, но при больших значениях т/Т это различие весьма существенно.
Использование групповых сейсмоприемников позволяет повысить отношение полезного сигнала к случайному шуму в соответствии с формулой (1.2). Очевидно, чем больше число приемников в группе, тем выше эффект от применения группирования при условии статистической независимости помех по фазам. В качестве случайного шума могут фигурировать как беспорядочные колебания на сейсмограммах, вызванные интерференцией побочных волн, так и помехи промышленного и ветрового происхождения.
Следует иметь в виду, что в сложных поверхностных условиях, в первую очередь при быстром изменении параметров зоны малых скоростей, а также изрезанном рельефе, группирование даже на относительно небольших базах может привести к существенному искажению полезных импульсов.
Значительно реже при массовых сейсмических исследованиях используются непродольно-линейное и площадное группирования сейсмографов, в том числе по причине нетехнологичности работ с такого рода группами.
Особо следует указать на большие площадные группы сейсмографов, используемые при специальных экспериментах в сейсмологии землетрясений и больших взрывов. Однако в этом случае приемники не соединяются в единую батарею, и оптимизация выделения сигнала на фоне помех производится на этапе обработки.
При морских сейсмических исследованиях в последние два десятилетия прием колебаний производится чаще всего гидрофонами, расположенными в толще воды. Гидрофон реагирует на изменения давления, создаваемого подходящей к нему волной. Так как размеры приемника значительно меньше длины сейсмической волны в воде, то характеристика направленности первого рода приемника давления имеет вид сферы, т. е. чувствительность приемника одинакова к сейсмическим волнам, подходящим с любой стороны. В связи с этим гидрофоны не требуют пространственной ориентировки. Преимущественное применение в сейсморазведке и ГСЗ нашли пьезоэлектрические гидрофоны, основанные на свойстве пьезоэффекта. Пьезоэлектрический эффект заключается в том, что при деформации некоторых кристаллов (титанат бария, сегнетовая соль, специальные керамические материалы) на их гранях появляются заряды, величина которых пропорциональна
65
Часть I. Общие вопросы теории и методики
деформирующей силе. В гидрофонах используется батарея элементов, соединенных между собой параллельно. Такой гидрофон вместе с устройством согласования сейсмостанции с усилителями помещается в эластичном шланге, заполненном маслом.
4.3. СПОСОБЫ РЕГИСТРАЦИИ СЕЙСМИЧЕСКИХ ВОЛН
Прежде всего отметим, что развитие способов регистрации сейсмических сигналов и их обработки тесно связано с прогрессом в области физического приборостроения, электроники и радиотехники.
Задачей регистрации сейсмических колебаний является представление их в конечном счете в видимой форме. Принцип регистрации состоит в получении временной развертки волнового процесса на носителе, движущемся с заданной постоянной скоростью. В начальный период развития сейсмического приборостроения в качестве носителя использовалась, например, закопченная бумага, на которой фиксировались колебания инертной массы механического сейсмографа при помощи специальных рычажных устройств. Последние давали возможность увеличить относительное перемещение инертной массы. Позже начали применять оптические способы регистрации на фотобумагу. При использовании электрических сейсмографов напряжение тока подается на зеркальный гальванометр, собственная частота которого существенно выше, чем собственная частота сейсмографа. Если усиление системы сейсмограф—гальванометр недостаточно для регистрации относительно слабых колебаний, то перед гальванометром включаются усилительные устройства. В сейсмологии землетрясений сейсмограф и гальванометр согласуются между собой так, чтобы амплитуды колебаний на сейсмографе были пропорциональны величине смещения почвы. Как правило, в усилителях имеются специальные фильтрующие ячейки, позволяющие варьировать диапазон пропускаемых частот. До применения магнитной записи в сейсморазведке MOB усилители выполняли также функцию регулировки амплитуд. Различают два вида регуляторов амплитуд — полуавтоматические (ПРУ) и автоматические (АРУ). В первом из них по заданной программе осуществляется плавное увеличение коэффициента усиления в зависимости от времени, начиная от первых вступлений либо момента воздействия. Идея автоматической регулировки основана на том, что часть напряжения на выходе усилителя при помощи цепи обратной связи вновь подается на вход с обратной полярностью, что обеспечивает фиксирование амплитуды сейсмического сигнала в ограниченном диапазоне.
