Методы и объекты сейсмических исследований. Введение в общую сейсмологию - Пузырев Н.Н.
Скачать (прямая ссылка):
На выходе усилителей либо в цепи гальванометров включается также устройство смешения колебаний. Смеситель предназначен для уменьшения квазислучайных помех. Принцип смешения заключается в том, что с колебаниями на заданном канале синхронно суммируются в определенной пропорции колебания от соседних одного или двух каналов.
Заметим, что операции частотной фильтрации, регулировки амплитуд и смешения используются и в современной цифровой аппаратуре, но выполняются они не в процессе регистрации, а на этапе обработки в лабораторных условиях. На фотобумагу одновременно наносятся марки времени через промежутки, зависящие от скорости развертки и соответственно от доминирующих частот колебаний. В сейсмологии землетрясений марки времени обычно подаются от кварцевых часов на специальный гальванометр. В сейсморазведке и ГСЗ при осциллографическом способе регистрации на фотобумагу наносили специальные полосовые марки при помощи камертонного генератора.
Отметим, что система от сейсмографа до гальванометра по аналогии с радиотехническими устройствами связи носит название сейсмического канала. Это название сохранилось и в современной цифровой аппаратуре, когда вместо гальванометра используется магнитная головка.
В соответствии с системами наблюдений, регистрирующие устройства подразделяются на одно-и многоканальные. Последние типичны для сейсморазведки и ГСЗ.
Осциллографический способ регистрации в своей основе статичен в том смысле, что волновой процесс при заданных параметрах источника и приемника практически не может быть изменен в желаемом направлении, например в части диапазона пропускаемых частот, а также продолжительности полезной записи. Поэтому при записи землетрясений невозможно оперативно применять те или иные преобразования зафиксированного волнового процесса. В сейсморазведке и ГСЗ часто требовалось получать повторные сейсмограммы при измененных параметрах источника либо усилительного устройства. Отсюда вытекала потребность создания регистрирующей аппаратуры, обладающей памятью. Это стало возможным с появлением техники магнитной записи. Аналоговая, т. е. без оцифровки, магнитная запись в сейсмологии не имеет в своей основе существенных отличий от бытовых магнитофонов, не считая ряда конструктивных особенностей, на которых мы здесь не можем 66
Глава 4.06щие вопросы методики сейсмического эксперимента
67
останавливаться. Отметим только, что для визуализации колебаний напряжения с выхода магнитной головки подаются либо на специальный перописец, фиксирующий колебания на бумаге, либо на шлейфовый осциллограф с фоторегистрацией.
В последнее время во всех областях сейсмологии четко обозначилась тенденция перехода на цифровую регистрацию. В сейсморазведке MOB это фактически полностью реализовано. В отличие от аналоговой, в которой информация представлена непрерывно изменяющимися значениями сигнала, цифровая система оперирует последовательностями дискретных чисел. Переход на цифровую регистрацию инициировался двумя главными причинами. Первая из них состоит в том, что необходимость выделения очень слабых сигналов на фоне помех требует значительного расширения динамического диапазона регистрирующей аппаратуры. Динамическим диапазоном называется отношение амплитуд наиболее сильных сигналов, независимо от их природы, к наиболее слабым полезным сигналам, зарегистрированным либо ожидаемым на сейсмограмме при малом уровне искажения. Аналоговая магнитная запись позволяет реализовать динамический диапазон порядка 30—40 дБ. Как показали исследования, при современных способах обработки получаемой информации возможно выделить слабые сигналы на фоне помех при динамическом диапазоне аппаратуры порядка 100—120 дБ. Высокий динамический диапазон особенно необходим при регистрации колебаний от вибраторов. Это связано с тем, что в вибрационном способе отсутствует разделение сигналов по времени и на протяжении всей записи на слабые сигналы накладываются интенсивные колебания, относящиеся чаще всего к типу мешающих.
Высокий динамический диапазон можно реализовать только при цифровой регистрации колебаний с достаточно малым шагом кодирования.
Вторая причина применения цифровой регистрации вытекает из необходимости обработки очень больших массивов информации и извлечения из нее разнообразных параметров с большой степенью надежности. Как и в других областях науки и техники, это осуществимо только при помощи мощных вычислительных средств и автоматизированных систем регистрации и обработки данных.
Поскольку колебания от сейсмографа воспринимаются всегда в аналоговой форме, то первой и важнейшей операцией в цифровой регистрирующей аппаратуре служит аналого-цифровое преобразование (АЦП). Аналого-цифровой преобразователь определяет амплитуды сигнала в заданном цифровом коде через определенные малые промежутки времени At (шаг кодирования). Величина At находится в соответствии с теоремой Котельникова—Винера (см. гл. 1): At = 1/(2/^), т. е. обратно пропорциональна граничной частоте в правой части характеристики наиболее высокочастотного сигнала на сейсмограмме. Как правило, в целях большей надежности шаг кодирования берется примерно в 2 раза меньше расчетного значения At.
