Методы и объекты сейсмических исследований. Введение в общую сейсмологию - Пузырев Н.Н.
Скачать (прямая ссылка):
При акустических исследованиях используются два типа электромеханических датчиков: маг-нитострикционные и пьезоэлектрические. Первые из них, как говорит само название, основаны на явлении магнитострикции ферромагнитных материалов (кобальт, никель и др.), т. е. изменения размеров ферромагнитного тела под воздействием электромагнитного поля. Не касаясь конкретных конструкций датчиков такого типа, отличающихся большим разнообразием, отметим только, что магнитострикционные преобразователи могут иметь значительную мощность и применяются при использовании диапазона частот от 3 до 80 кГц.
Пьезоэлектрические преобразователи основаны на том, что если некоторые кристаллы (сегнетовая соль, титанат бария и др.) подвергнуть механическим воздействиям, таким как сжатие и 68
Глава 4.Общие вопросы методики сейсмического эксперимента
69
растяжение, то на их гранях появится электродвижущая сила, величина которой пропорциональна механическому напряжению. Соответственно приложение электрического напряжения к граням вызовет механические деформации в материале, которые могут передаваться в среду. Важная разновидность пьезоэлектрических преобразователей — керамические датчики. Керамика изготовляется из материала, содержащего пьезоэлектрические кристаллы, путем специальной технологии, главной особенностью которой является создание заданной поляризации кристаллов под воздействием сильных электромагнитных полей. Пьезоэлектрические преобразователи, особенно кристаллические, способны работать в широком диапазоне частот, в том числе в мегагерцевом. Важно отметить, что пьезодатчики используются для генерации и приема как продольных, так и поперечных волн. Продольные волны возбуждаются либо в жидкости, где обеспечивается равномерное излучение во всех направлениях, либо на поверхности изучаемой среды. В последнем случае реализуется источник типа направленной силы, чаще всего перпендикулярной к границе полупространства. Поперечные волны могут быть инициированы только путем жесткого контакта пьезоэле-мента с заданной поверхностью твердой среды. При этом чаще всего реализуется источник типа касательной силы. Источники поперечных волн подразделяют на два типа — сдвиговые и изгибные. В первом из них пьезоэлсмент, соединенный со средой, совершает касательные по отношению к поверхности колебания в заданном направлении под действием переменного электрического поля. Сдвиговые датчики предпочтительно использовать для частот выше 100—200 кГц. Изгибный датчик представляет собой биморфный элемент — две жестко соединенные пьезопластины. На каждую из пластин подается напряжение разного знака, что приводит к изгибу элемента и созданию касательной силы заданного направления.
Датчики рассмотренного типа могут быть использованы при соответствующей их ориентации для создания источника нормальной к поверхности силы. В этом случае они будут источниками продольных волн.
Акустические исследования существенно отличаются от сейсмических характером периодичности возбуждения и приема колебательного процесса. В сейсморазведке и ГСЗ два последовательных акта, возбуждение и прием, могут быть разнесены на любой промежуток времени в принципе без какой-либо периодичности. В геоакустике акты генерация—прием следуют друг за другом в строгой последовательности с заранее выбранным периодом. Схема возбуждения и приема волн выглядит следующим образом. Специальный генератор вырабатывает короткие импульсы заданной формы с двумя-трсмя экстремумами. После усиления они поступают на вход электроакустического излучателя. Время посылки сигнала строго синхронизировано. Промежуток времени между двумя последующими посылками сигналов определяется заранее и сохраняется постоянным в процессе данного эксперимента. Такой способ дает возможность, в частности, наблюдать волновой процесс на экране электронного осциллографа. Естественно, что последующий сигнал подается в среду в момент, когда волновой процесс от предыдущего воздействия закончился либо имеет пренебрежимо малый уровень.
Отметим еще, что геоакустические исследования, как правило, проводятся при малом числе приемных каналов. Чаще всего применяется одноканальная регистрация. До последнего времени регистрация волновых процессов осуществлялась в аналоговой форме, в виде последовательных снимков с экрана осциллографа. Сейчас все шире распространяется цифровая регистрация.
4.5. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СИСТЕМАХ НАБЛЮДЕНИЙ
Системами наблюдений называются расположения источников и приемников (либо только приемников) на поверхности земли или же во внутренних точках среды. Характеристика систем наблюдений может быть проведена по различным признакам или критериям с учетом зависимости от целей проводимых исследований, особенностей получаемой информации, требований к точности и детальности ожидаемых результатов. Большое значение имеют также местные условия, экологические требования, экономические и др.
При регистрации естественных процессов, прежде всего землетрясений, рассматриваются только системы расположения приемников, характеризующиеся в общем случае тремя координатами (?, 7, ?). Положение источника в этом случае, особенно при регистрации естественных очагов, находится по данным обработки сейсмограмм.
