Geofizicheskie metody issledovaniya zemnoi kory

---

10.4. Osnovy teorii seismoelektricheskogo metoda

Sushnost' seismoelektricheskogo metoda svoditsya k vozbuzhdeniyu uprugih voln s pomosh'yu vzryvov ili nevzryvnyh istochnikov i izucheniyu kak uprugih voln, tak i elektromagnitnyh impul'sov.

Seismoelektricheskie yavleniya, na kotoryh etot metod osnovan, ob'yasnyayutsya, po krainei mere, dvumya faktorami: p'ezoelektricheskim effektom (PEEF) kristallicheskih gornyh porod i seismoelektricheskim effektom (SEEF) osadochnyh porod.

10.4.1. P'ezoelektricheskii effekt.

P'ezoelektricheskii effekt predstavlyaet soboi elektricheskuyu polyarizaciyu, t.e. opredelennuyu orientirovku polyarnyh molekul pri mehanicheskom vozdeistvii na veshestvo. P'ezoelektricheskaya polyarizaciya nablyudaetsya kak v monokristallah nekotoryh dielektrikov (rezhe - poluprovodnikov), tak i v polikristallicheskih sredah, kakimi yavlyayutsya gornye porody.

10.4.2. Seismoelektricheskii effekt.

Seismoelektricheskii effekt izuchen znachitel'no huzhe, chem p'ezoelektricheskii, i nablyudaetsya pri prohozhdenii seismicheskih voln cherez osadochnye vlagosoderzhashie porody. Pod deistviem uprugoi volny proishodit smeshenie podvizhnoi chasti dvoinyh elektricheskih sloev, sushestvuyushih na tverdyh chasticah etih porod. V rezul'tate sozdayutsya elektricheskie potencialy, priroda kotoryh primerno takaya zhe, kak i u potencialov fil'tracii (sm. 7.2). Ob'yasnyaetsya eto tem, chto intensivnost' fil'tracionnogo i seismoelektricheskogo polei proporcional'na raznosti davlenii na koncah kapillyara. V pervom sluchae ono postoyanno i proporcional'no skorosti dvizheniya podzemnyh vod cherez kapillyary, a vo vtorom - peremenno i sinhronno izmenyaetsya s prohozhdeniem uprugoi volny, menyayushei davlenie na koncah kapillyarov. Kolichestvenno seismoelektricheskii effekt prinyato harakterizovat' p'ezoelektricheskim modulem (sm. 10.2.4).

11. Apparatura i metodika seismorazvedki

11.1. Osobennosti ustroistva seismorazvedochnoi apparatury

11.1.1. Obshaya harakteristika apparatury dlya seismorazvedki.

Dlya provedeniya seismorazvedki ispol'zuyutsya slozhnye komplekty apparatury, vklyuchayushie:

1. istochniki vozbuzhdeniya uprugih voln (vzryvnye i nevzryvnye);
2. ustroistva, vosprinimayushie uprugie kolebaniya i preobrazuyushie ih v elektricheskie signaly (seismopriemniki ili geofony pri nazemnyh rabotah, p'ezopriemniki i gidrofony pri rabotah na akvatoriyah);
3. seismostancii, vklyuchayushie mnogokanal'nye usiliteli i registratory (analogovye ili cifrovye);
4. komp'yutery dlya obrabotki informacii;
5. vspomogatel'noe oborudovanie (burovye stanki, avtomobili dlya transportirovki priemnyh ustanovok, provoda i prochee).

O tehnicheskoi slozhnosti problem, stoyashih pered seismorazvedochnoi apparaturoi, svidetel'stvuyut takie faktory, kak neobhodimost':

1. izuchat' glubiny ot neskol'kih metrov do soten kilometrov, chto trebuet primeneniya raznyh istochnikov vozbuzhdeniya uprugih voln - ot udara molotkom do moshnyh vzryvov;
2. registrirovat' smesheniya pochvy amplitudoi ot 10^-6 do dolei millimetra, chto sozdaet perepad v intensivnosti signalov v milliony raz i trebuet primeneniya elektronnyh usilitelei s koefficientami usileniya i dinamicheskim diapazonom, sostavlyayushimi 10⁶ - 10⁷;
3. odnovremennoi fiksacii mnozhestva voln libo v neskol'kih tochkah vokrug istochnika, libo v sotnyah punktov ot nego, dlya chego nuzhny mnogokanal'nye identichnye priemnye ustanovki;
4. obrabatyvat' ochen' bol'shoe kolichestvo informacii, chto okazalos' vozmozhnym lish' blagodarya komp'yuteram, vstroennym v sovremennye stancii, s posleduyushei pereinterpretaciei materialov na bol'shih EVM.

11.1.2. Istochniki uprugih voln.

Dlya vozbuzhdeniya uprugih voln na zemnoi poverhnosti, v neglubokih (do 50 m) skvazhinah ili v vodoemah ispol'zuyutsya razlichnye istochniki. Prosteishimi yavlyayutsya udary molotkom, kuvaldoi ili padayushim gruzom po zemnoi poverhnosti. Dolgoe vremya osnovnym sposobom sozdaniya uprugih voln yavlyalsya podryv vzryvchatyh veshestv (VV) tipa trotil, ammonit, poroh vesom ot 100 g do soten kilogramm v skvazhinah, vodoemah. Podryv VV osushestvlyaetsya s pomosh'yu elektrodetonatorov i special'noi vzryvnoi mashinki, podayushei v nih vysokovol'tnyi elektricheskii impul's.

Vvidu slozhnosti organizacii i provedeniya vzryvnyh rabot, a takzhe ih ekologicheskogo vreda v poslednee vremya ispol'zuyutsya raznogo roda nevzryvnye istochniki s impul'snym (10^-3 - 10^-1 s) ili kvazinepreryvnym (2 - 20 s) vozbuzhdeniem. K impul'snym otnositsya ustanovka gazovoi detonacii, v kotoroi ispol'zuetsya gazovzryvnaya smes' (naprimer, propan i kislorod), nahodyashayasya v cilindre s podvizhnym porshnem. Cilindr montiruetsya pod gruzovikom. Pri sgoranii smesi porshen' udaryaet vniz, a udar vverh sderzhivaetsya massoi gruzovika. V vibratorah, prednaznachennyh dlya vozbuzhdeniya kvazinepreryvnyh uprugih kolebanii, v analogichnyi cilindr, kak v gidravlicheskii domkrat, nagnetaetsya maslo. Pri rezkom izmenenii ob'ema masla platforma i gruzovik svoei massoi udaryayut po zemnoi poverhnosti.

V elektroiskrovyh istochnikah uprugoe pole sozdaetsya elektricheskim razryadom v vode ot elektricheskoi energii, nakoplennoi ot kakogo-nibud' istochnika v kondensatorah. Pod vozdeistviem elektrovzryva okruzhayushaya ego zhidkost' obrazuet peregretyi par ili parogazovuyu polost' davleniya, kotoraya v okruzhayushei zhidkosti sozdaet upruguyu volnu.

V pnevmaticheskoi pushke v vodu pod vysokim davleniem vybrasyvaetsya vozduh, nakaplivaemyi v special'noi kamere. Sushestvuyut i drugie istochniki.

11.1.3. Kanaly zapisi i vosproizvedeniya.

1. Naznachenie seismorazvedochnoi apparatury. Osnovnoe naznachenie seismorazvedochnoi apparatury - izmerit' vremya prihoda uprugih voln opredelennogo tipa, dlya chego neobhodimo znat' moment vozbuzhdeniya kolebanii, vosprinyat' smesheniya pochvy pod vozdeistviem uprugih voln, vydelit' poleznye volny na fone voln-pomeh, avtomaticheski zaregistrirovat' ih i ocenit' amplitudy.

Neznachitel'nye smesheniya pochvy, obyazannye prihodu uprugoi volny, vosprinimayutsya seismopriemnikom ili p'ezopriemnikom, prednaznachennym dlya preobrazovaniya mehanicheskih kolebanii v elektricheskie signaly. Eti ochen' slabye signaly podayutsya po provodam ili radiokanalu v elektronnyi usilitel', otkuda postupayut v registriruyushee ustroistvo. Sovokupnost' seismopriemnika (p'ezopriemnika), usilitelya i registriruyushego ustroistva nosit nazvanie seismicheskogo kanala, ili kanala zapisi. V raznyh seismostanciyah byvayut ot 1 do 1000 kanalov. V komplekte apparatury s magnitnoi registraciei, krome kanala zapisi, imeetsya kanal vosproizvedeniya, kotoryi sluzhit dlya preobrazovaniya zapisi v vidimuyu formu. Kanal vosproizvedeniya vklyuchaet vosproizvodyashee (schityvayushee) ustroistvo, usilitel' vosproizvedeniya, registriruyushee ustroistvo.

2. Seismopriemniki i p'ezopriemniki. Dlya vospriyatiya uprugih kolebanii pochvy i preobrazovaniya ih v registriruemye elektricheskie signaly ispol'zuyutsya elektrodinamicheskie seismopriemniki (geofony). Oni sostoyat iz magnita, v zazorah kotorogo na pruzhinah podveshena alyuminievaya katushka s provodom. Pri smeshenii magnita pod vozdeistviem uprugoi volny katushka po inercii ostaetsya na meste, no otnositel'no magnita peremeshaetsya. V rezul'tate v nei induciruyutsya elektricheskie signaly, proporcional'nye skorosti smesheniya pochvy.

Dlya morskih rabot ispol'zuyutsya p'ezopriemniki (gidrofony). Ih rabota osnovana na p'ezoelektricheskom effekte, t.e. vozniknovenii e.d.s. na granyah nekotoryh kristallov (naprimer, titanata bariya) pri prilozhenii k nim davleniya. Uprugaya volna, rasprostranyayas' v vode, izmenyaet davlenie, prilozhennoe k seismopriemniku, i na ego vyhode poyavlyayutsya elektricheskie potencialy. Seismo- i p'ezopriemniki podklyuchayutsya k seismicheskim kosam - zhgutu provodov (po dva na priemnik), a te k bloku usilitelei.

3. Usilitel'. Dlya usileniya elektricheskih signalov, poluchennyh v seismopriemnike ili vosproizvodyashem ustroistve, primenyayutsya elektronnye usiliteli, uvelichivayushie signaly v 10⁶ - 10⁷ raz. Krome usileniya, vazhnaya funkciya usilitelya - proizvodit' chastotnuyu fil'traciyu (usilivat' kolebaniya opredelennyh chastot, a kolebaniya drugih chastot podavlyat'). Dlya etogo imeetsya nabor neskol'kih fil'tracii. Harakter fil'tracii opredelyaetsya chastotnymi harakteristikami usilitelei. Tret'ya operaciya, kotoraya mozhet osushestvlyat'sya s pomosh'yu usilitelya, - eto programmnaya (PRU) ili avtomaticheskaya (ARU) regulirovka usileniya. Takaya regulirovka neobhodima dlya rasshireniya dinamicheskogo diapazona seismicheskogo kanala. Ona sluzhit dlya bol'shego usileniya malyh signalov i malogo usileniya bol'shih signalov s tem, chtoby v celom zapis' na seismogrammah harakterizovalas' odinakovym urovnem amplitud. V seismostancii montiruyutsya bloki odinakovyh usilitelei po chislu kanalov.

4. Registriruyushie ustroistva. Dlya vydeleniya poleznyh seismicheskih voln neobhodimo videt' formu prinyatyh seismicheskih signalov. Poetomu glavnoe naznachenie seismicheskih stancii - zapisat' izmenenie velichiny signala vo vremeni. Eto osushestvlyaetsya s pomosh'yu registratorov s razvertkoi, nepreryvno fiksiruyushih velichinu signala vo vremeni. Pri pryamoi registracii nositelem zapisi sluzhit fotograficheskaya, obychnaya ili elektrotermicheskaya bumaga. Bolee primenima vosproizvodimaya zapis', kotoraya osushestvlyaetsya na magnitnoi plenke. Skorost' registracii 30 - 50 sm/s. S pomosh'yu special'nogo markiruyushego ustroistva cherez 0,01 s podayutsya marki vremeni. V rezul'tate pryamoi registracii v kanalah zapisi ili vosproizvedeniya poluchayutsya seismogrammy. Na nih zapisyvayutsya kolebaniya, postupivshie s usilitelei, a takzhe marki vremeni i otmetka momenta vozbuzhdeniya uprugih voln, chtoby opredelit' vremya ih prihoda ot punkta vozbuzhdeniya do seismopriemnikov.

Vosproizvodimaya zapis' na magnitnoi plenke osushestvlyaetsya s pomosh'yu magnitnogo registratora, predstavlyayushego soboi mnogokanal'nyi magnitofon. Registriruyushimi ustroistvami v nem yavlyayutsya magnitnye golovki. Takie zhe magnitnye golovki ispol'zuyutsya v kachestve schityvayushih ustroistv kanalov vosproizvedeniya.

V magnitnom registratore, krome bloka magnitnyh golovok po chislu kanalov v stancii, imeetsya lentoprotyazhnyi mehanizm i markiruyushee ustroistvo. V rezul'tate zapisi poluchayutsya magnitogrammy. Preimushestva magnitnoi zapisi pered pryamoi v tom, chto ee mozhno mnogokratno vosproizvodit', vvodya v zapis' dopolnitel'nuyu fil'traciyu, summirovanie signalov i drugie preobrazovaniya. Eto pozvolyaet poluchit' iz polevyh materialov bol'she poleznoi informacii.

Pryamaya i vosproizvodimaya zapis' yavlyayutsya analogovym sposobom predstavleniya dannyh, kogda razvertka signalov vo vremeni daetsya v vidimoi forme. V sovremennyh seismostanciyah primenyaetsya v osnovnom cifrovaya registraciya. V etom sluchae signal s opredelennym shagom diskretizacii izmeryaetsya i kodiruetsya v vide cifry v dvoichnom kode, a zatem zapisyvaetsya na magnitnuyu lentu. Preimushestva cifrovoi magnitnoi zapisi pered analogovoi v tom, chto v zapis' prakticheski ne vnosyatsya iskazheniya i ee mozhno obrabatyvat' s pomosh'yu EVM. Eto pozvolyaet avtomatizirovat' process obrabotki i interpretacii seismicheskoi informacii.

Primenyaya registratory (grafopostroiteli, plottery), cifrovoi signal mozhno vosproizvesti i zapisat' v vidimoi forme sposobom otkloneniya (grafik zavisimosti velichiny napryazheniya ot vremeni, kak eto izobrazheno na ris. 4.10) ili sposobom peremennoi plotnosti (kogda napryazhenie upravlyaet plotnost'yu potemneniya zapisyvayushei lenty, t.e. chem bol'she napryazhenie na kakom-to intervale vremeni, tem temnee na nem pyatno).

Ris. 4.10. Obshii vid seismogrammy: - osi sinfaznosti ryada voln

Nazad| Vpered

Publikacii s klyuchevymi slovami: geofizika - Zemlya - zemnaya kora Publikacii so slovami: geofizika - Zemlya - zemnaya kora
Sm. takzhe: Voshod Zemli: video Udarnyi krater Manikuagan: vid iz kosmosa Zemlya i Luna: vid s drugoi storony Snezhnaya burya 1938 goda v Verhnem Michigane Polet nad nochnoi Zemlei – II Apollon-17: serp Zemli Samyi bol'shoi kamen' v nashei Solnechnoi sisteme Vse publikacii na tu zhe temu >>