Глава 3. Аппаратура и методика работ.
§1. Аппаратура.
Источники сейсмических волн.
Для того чтобы в упругой среде возникла волна, необходимо в некоторой точке (области) среды создать механическое возмущение. Но воздействие должно быть: 1) достаточно сильное, чтобы обеспечить возможность приема волн, отраженных или преломленных от глубоких границ; 2) кратковременное, чтобы обеспечить разделение волн от разных границ (спектр частот возбуждаемых колебаний должен быть оптимальным для решаемых задач).
На практике мы использовали самый простой невзрывной источник колебаний – кувалду. Для возбуждения продольных волн мы производили вертикальные удары кувалдой по стальной плите. При этом наряду с продольными возбуждаются также сильные поверхностные волны. Мы исследовали небольшие глубины методом преломленных волн, когда регистрируются только первые вступления волн.
Также кувалдой мы возбуждали и поперечные волны, при этом удары производили по штырю, забитому в землю под углом, близким к 45º. Такой способ возбуждения достаточно эффективен для работ МОВ-ОГТ с использованием поперечных волн. При этом возбуждают поперечные волны типа SH, т.е. с поляризацией, перпендикулярной плоскости профиля. Благодаря этому интенсивность поверхностных волн Релея оказывается гораздо более низкой, чем при вертикальных ударах.
Сейсмоприемники.
Преобразование механических колебаний грунта в электрическое напряжение осуществляют с помощью электродинамического устройства, представляющего собой инертную массу (якорь), подвешенную на пружине, которая, в свою очередь, жестко связана с корпусом приемника. При движении корпуса инертная масса стремится остаться в положении покоя, что вызывает растяжение или сжатие пружины. В качестве инертной массы используют цилиндрическую катушку индуктивности, витки которой пронизываются полем постоянного магнита, вмонтированного в корпус приемника. В нашем распоряжении были вертикальные сейсмоприемники, регистрирующие скорость смещения грунта.
От каждого установленного на профиле сейсмоприемника электрическое напряжение подводят к входу сейсмостанции с помощью двух проводов, подсоединяемых к двум клеммам сейсмоприемника. Образующийся при использовании сейсмоприемников жгут проводов — многопроводной кабель — называют сейсмокосой. Длина сейсмокосы может достигать 3 км и более.
Сейсмостанция.
Сейсмостанция представляет собой многоканальный усилитель, снабженный фильтрами, к выходу которого подсоединяют многоканальное регистрирующее устройство, позволяющее записать колебания, воспринятые каждым из приемников, и проконтролировать процесс записи волн непосредственно в ходе полевых работ. Сейсмостанции характеризуют канальностью — числом регистрируемых каналов; собственным уровнем шумов; полосой пропускания, задаваемой, как и в технике звукозаписи и звуковоспроизведения, нижней и верхней граничными частотами fн, fв; динамическим диапазоном, определяющим максимально возможные амплитуды сигналов, при которых регистрация будет вестись без искажения; входным сопротивлением усилителей, максимальным коэффициентом усиления усилителей и их идентичностью. В зависимости от вида регистрации все сейсмостанции разделяют на два класса — аналоговые и цифровые.
В цифровых сейсмостанциях сигналы записываются в цифровом виде, т. е. измеряют непрерывно изменяющийся сигнал с интервалом времени Δt (шагом дискретизации) и записывают полученное значение двоичным кодом. До взятия цифровых отсчетов сигнал подвергается минимальному количеству обрабатывающих процедур. При длительности записи Т число отсчетов составляет T/Δt. Особенностью цифровой записи является то, что значение верхней граничной частоты полосы пропускания жестко связано с шагом дискретизации Δt соотношением fв=1/2Δt (половина частоты Найквиста). Лишь в этом случае дискретное представление не искажает исходный сигнал.
В наших измерениях мы использовали малогабаритную цифровую сейсмостанцию SGD-SEL. С ее помощью возможны:
1) регистрация сейсмической информации от одиночного воздействия от взрывного и невзрывного (импульсного) источника возбуждения сейсмических колебаний;
2) регистрация сейсмической информации с накоплением от невзрывного (импульсного) источника возбуждения сейсмических колебаний;
3) запись зарегистрированной информации в энергонезависимом запоминающем устройстве сейсмостанции SGD-SEL;
4) отображения зарегистрированной сейсмической информации на экране встроенного графического дисплея;
5) управления взрывным источником возбуждения сейсмических колебаний с помощью системы синхронизации SGD-S СГФП 009.00.00-01 или аналогичной;
6) управления электромагнитным импульсным источником возбуждения сейсмических колебаний типа «ГЕОТОН», «Енисей» и т.д. с помощью системы синхронизации и управления SGD-SP СГФП 009.00.00;
7) управления электромагнитным импульсным источником возбуждения сейсмических колебаний типа «ГЕОТОН», «Енисей» и т.д. через последовательный интерфейс «RS-485»;
Также встроенное программное обеспечение обеспечивает:
1) тестирование работоспособности регистрирующих сейсмических каналов;
2) диагностику сопротивления сейсмических датчиков;
3) контроль уровня шумов сейсмического профиля (микросейсм);
4) регистрация, накопление и запись сейсмической информации во встроенное энергонезависимое ЗУ;
5) просмотр зарегистрированной сейсмической информации на экране встроенного графического дисплея;
6) перезапись зарегистрированной сейсмической информации из встроенного энергонезависимого ЗУ во внешнее энергонезависимое ЗУ SGD-MFlash;
Прикладное программное обеспечение для IBM PC обеспечивает:
1) перезапись зарегистрированной сейсмической информации из запоминающего устройства сейсмостанции SGD-SEL или из внешнего энергонезависимого ЗУ SGD-MFlash на персональный компьютер типа IBM PC;
2) просмотр зарегистрированной сейсмической информации на экране компьютера типа IBM PC;
3) формирование и распечатка рапорта оператора и архивации сейсмических данных в формате SEG-Y.
Количество разрядов аналого-цифрового преобразователя типа дельта-сигма - двадцать четыре.
Рис. 1. Инженерная сейсмическая станция SGD-SEL
Рис. 2. Цифровой акселерометр SGD-AD Рис. 3. Источник возбуждения колебаний
|
