11.1.3. Каналы записи и воспроизведения.

1. Назначение сейсморазведочной аппаратуры. Основное назначение сейсморазведочной аппаратуры - измерить время прихода упругих волн определенного типа, для чего необходимо знать момент возбуждения колебаний, воспринять смещения почвы под воздействием упругих волн, выделить полезные волны на фоне волн-помех, автоматически зарегистрировать их и оценить амплитуды.

Незначительные смещения почвы, обязанные приходу упругой волны, воспринимаются сейсмоприемником или пьезоприемником, предназначенным для преобразования механических колебаний в электрические сигналы. Эти очень слабые сигналы подаются по проводам или радиоканалу в электронный усилитель, откуда поступают в регистрирующее устройство. Совокупность сейсмоприемника (пьезоприемника), усилителя и регистрирующего устройства носит название сейсмического канала, или канала записи. В разных сейсмостанциях бывают от 1 до 1000 каналов. В комплекте аппаратуры с магнитной регистрацией, кроме канала записи, имеется канал воспроизведения, который служит для преобразования записи в видимую форму. Канал воспроизведения включает воспроизводящее (считывающее) устройство, усилитель воспроизведения, регистрирующее устройство.

2. Сейсмоприемники и пьезоприемники. Для восприятия упругих колебаний почвы и преобразования их в регистрируемые электрические сигналы используются электродинамические сейсмоприемники (геофоны). Они состоят из магнита, в зазорах которого на пружинах подвешена алюминиевая катушка с проводом. При смещении магнита под воздействием упругой волны катушка по инерции остается на месте, но относительно магнита перемещается. В результате в ней индуцируются электрические сигналы, пропорциональные скорости смещения почвы.

Для морских работ используются пьезоприемники (гидрофоны). Их работа основана на пьезоэлектрическом эффекте, т.е. возникновении э.д.с. на гранях некоторых кристаллов (например, титаната бария) при приложении к ним давления. Упругая волна, распространяясь в воде, изменяет давление, приложенное к сейсмоприемнику, и на его выходе появляются электрические потенциалы. Сейсмо- и пьезоприемники подключаются к сейсмическим косам - жгуту проводов (по два на приемник), а те к блоку усилителей.

3. Усилитель. Для усиления электрических сигналов, полученных в сейсмоприемнике или воспроизводящем устройстве, применяются электронные усилители, увеличивающие сигналы в 10⁶ - 10⁷ раз. Кроме усиления, важная функция усилителя - производить частотную фильтрацию (усиливать колебания определенных частот, а колебания других частот подавлять). Для этого имеется набор нескольких фильтраций. Характер фильтрации определяется частотными характеристиками усилителей. Третья операция, которая может осуществляться с помощью усилителя, - это программная (ПРУ) или автоматическая (АРУ) регулировка усиления. Такая регулировка необходима для расширения динамического диапазона сейсмического канала. Она служит для большего усиления малых сигналов и малого усиления больших сигналов с тем, чтобы в целом запись на сейсмограммах характеризовалась одинаковым уровнем амплитуд. В сейсмостанции монтируются блоки одинаковых усилителей по числу каналов.

4. Регистрирующие устройства. Для выделения полезных сейсмических волн необходимо видеть форму принятых сейсмических сигналов. Поэтому главное назначение сейсмических станций - записать изменение величины сигнала во времени. Это осуществляется с помощью регистраторов с разверткой, непрерывно фиксирующих величину сигнала во времени. При прямой регистрации носителем записи служит фотографическая, обычная или электротермическая бумага. Более применима воспроизводимая запись, которая осуществляется на магнитной пленке. Скорость регистрации 30 - 50 см/с. С помощью специального маркирующего устройства через 0,01 с подаются марки времени. В результате прямой регистрации в каналах записи или воспроизведения получаются сейсмограммы. На них записываются колебания, поступившие с усилителей, а также марки времени и отметка момента возбуждения упругих волн, чтобы определить время их прихода от пункта возбуждения до сейсмоприемников.

Воспроизводимая запись на магнитной пленке осуществляется с помощью магнитного регистратора, представляющего собой многоканальный магнитофон. Регистрирующими устройствами в нем являются магнитные головки. Такие же магнитные головки используются в качестве считывающих устройств каналов воспроизведения.

В магнитном регистраторе, кроме блока магнитных головок по числу каналов в станции, имеется лентопротяжный механизм и маркирующее устройство. В результате записи получаются магнитограммы. Преимущества магнитной записи перед прямой в том, что ее можно многократно воспроизводить, вводя в запись дополнительную фильтрацию, суммирование сигналов и другие преобразования. Это позволяет получить из полевых материалов больше полезной информации.

Прямая и воспроизводимая запись являются аналоговым способом представления данных, когда развертка сигналов во времени дается в видимой форме. В современных сейсмостанциях применяется в основном цифровая регистрация. В этом случае сигнал с определенным шагом дискретизации измеряется и кодируется в виде цифры в двоичном коде, а затем записывается на магнитную ленту. Преимущества цифровой магнитной записи перед аналоговой в том, что в запись практически не вносятся искажения и ее можно обрабатывать с помощью ЭВМ. Это позволяет автоматизировать процесс обработки и интерпретации сейсмической информации.

Применяя регистраторы (графопостроители, плоттеры), цифровой сигнал можно воспроизвести и записать в видимой форме способом отклонения (график зависимости величины напряжения от времени, как это изображено на рис. 4.10) или способом переменной плотности (когда напряжение управляет плотностью потемнения записывающей ленты, т.е. чем больше напряжение на каком-то интервале времени, тем темнее на нем пятно).

Рис. 4.10. Общий вид сейсмограммы: - оси синфазности ряда волн