4.2 Сейсморозвідувальна апаратура і обладнання

Призначення сейсморозвідувальної апаратури і обладнання полягає у забезпеченні реєстрації сейсмічного хвильового поля в межах заданої на поверхні спостережень ділянки (апертури) чи профілю, що дозволяє вирішити зворотну задачу сейсморозвідки, тобто провести інтерпретацію даних спостережень. Для цього необхідно зафіксувати зміщення ґрунту під дією пружних хвиль, виділити корисні хвилі на тлі хвиль-завад і зареєструвати їх.

Для запису сейсмічних коливань у даній точці поверхні спостереження застосовують сейсмічний реєструючий канал, який являє собою сукупність послідовно з’єднаних апаратів, які здійснюють прийняття механічних коливань ґрунту, їх перетворення в електричні коливання, підсилення і запис на носієві.

Сейсмоприймачі - це електромеханічні пристрої, в яких енергія коливань ґрунту перетворюється на електричну, на основі використання принципу інертної маси.

Сейсмоприймачі бувають електромагнітні, електродинамічні, п’єзоелектричні та ін. Частіше використовуються електродинамічні сейсмоприймачі. В електродинамічних сейсмоприймачах створюється радіальне магнітне поле, що виникає між полюсом центрального магніту і магнітопроникним корпусом. В цьому полі розміщується циліндрична котушка, яка підвішується на пружинах. Котушка інколи має додаткове навантаження, що служить інертною масою. При підході пружної хвилі до сейсмоприймача корпус останнього змішується разом з ґрунтом, а інертна сила, в силу інерції, зберігає початковий стан. В результаті відбувається відносне переміщення котушки і магнітного поля і у котушці створюється електрорушійна сила пропорційна швидкості руху котушки відносно поля. Для зменшення часу коливань інертної маси в електродинамічних сейсмоприймачах застосовується електромагнітне згасання. Останнє досягається за рахунок струмів наведених в електропровідному каркасі котушки при її переміщенні в магнітному полі , а також за рахунок зовнішнього активного опору, яким шунтується обмотка котушки.

Відрізняють сейсмоприймачі, які реєструють тільки вертикальну компоненту зміщення ґрунту (вертикальний сейсмоприймач) чи тільки горизонтальну компоненту зміщення (горизонтальний сейсмоприймач). Перші використовуються для реєстрації повздовжніх сейсмічних хвиль, другі – поперечних хвиль. В останні роки розроблені трикомпонентні сейсмоприймачі, які дозволяють визначити напрямок і величину повного вектору зміщення ґрунту.

Величина зміщення ґрунту вимірюється сотими і тисячними долями мікрон. Тому, імпульси, які виникають, дуже незначні за амплітудою. Щоб їх підсилити, застосовують спеціальні електронні підсилювачі, в яких, крім підсилення, передбачено також і фільтрацію коливань у смузі частот, де знаходяться корисні хвилі. При цьому всі коливання з більш високими і більш низькими частотами, які відносяться до завад послаблюються. Корисні ж хвилі підсилюються.

Зараз застосовують цифрову реєстрацію сейсмічних коливань. Цифрові записи є більш точними, ніж аналогові. Вони не змінюються із часом і не зазнають додаткових спотворень і перешкод при відтворенні. Для запису у цифровій формі підсилені сейсмічні сигнали подають на електронний комутатор із n-входами (n-число реєструючих каналів станції), який опитує послідовно всі канали кожні 2(4) мс. Отримані таким чином вибірки сигналів із всіх каналів надходять з виходу комутатора на перетворювач аналог-цифра, який дозволяє виразити величини амплітуд сейсмічних коливань у кожному каналі у вигляді чисел двоїчного коду, котрі далі реєструються.

У зв’язку з великими динамічним діапазонами сейсмічні сигнали безпосередньо не можуть бути представлені ні в аналоговій ні в цифровій формах внаслідок обмеженості динамічного діапазону електронних підсилювачів і низки інших параметрів. Тому, в сейсмічних підсилювачах цифрових і аналогових станцій під час реєстрації коливань застосовують ступеневе або неперервне програмне регулювання підсилення (ПРП), компенсуючи розбіжність хвиль у середовищі. Частіше здійснюють автоматичне регулювання підсилення (АРП) за законом оберненої пропорційності енергії хвилі, що надходить. На цифрових станціях це реалізується за рахунок автоматичної зміни коефіцієнту підсилення сейсмічного каналу, за двоїчним законом. При цьому величина зміни коефіцієнту підсилення сигналу кожного каналу на кожному відліку записується, що дозволяє відновити його дійсні амплітуди при відтворенні запису. Підсиленні сигнали поступають до реєструючого пристрою.

Зараз велике значення у сейсморозвідці має магнітний запис. Його перевага полягає у можливості багатократного відтворення записаної інформації з метою подальшої обробки її на комп`ютерах.

Тепер широко застосовуються багатоканальні сейсморозвідувальні станції з числом каналів 500-1000 або більше. За допомогою багатоканальної станції можна реєструвати сейсмічні коливання одночасно у великій кількості точок при одному акту збудження пружних коливань.

Сейсмоприймачі розміщують на певній відстані один від одного (від 1 до 200 м), що залежить від методу, діапазону частот, умов робіт. З’єднуючі дроти сейсмоприймачів звичайно зібрані у багатоканальний кабель – косу, які підключаються до станції через роз’єми. У багатоканальних станціях застосовують спеціальні телеметричні лінії зв’язку з часовим ущільненням сигналів від різних каналів.

Для виконання сейсмічних спостережень поряд із сейсмічними станціями необхідне і інше обладнання: бурові станки, змотувальні машини, автоцистерни, вибух-пункти і вибухові машинки для проведення вибухових робіт із метою збудження сейсмічних коливань. В останній час, для збудження пружних коливань досить широко застосовують так звані невибухові джерела ударного чи вібраційного типу.

Вказані джерела змонтовані на транспортних засобах (автомобілях, тракторах) і здійснюють збудження коливань прямо на денній поверхні. Інтенсивність збуджених невибуховими джерелами коливань значно менша, ніж при вибуховому збудженні. Це потребує повторних дій, тобто застосування накопичення багатьох послідовно збуджених сигналів (сейсмограм). Для цього на сучасних сейсмічних станціях встановлюють блоки підсумовування і корелятори для перетворення результатів таких робіт у звичайні сейсмограми.