Прием и регистрация сейсмических колебаний.

 

Характеристики сейсмических колебаний.

Динамический диапазон - это отношение амплитуд самого сильного и самого слабого сигналов, которые нужно принять и зарегистрировать при данных исследованиях. Снизу динамический диапазон ограничивается уровнем шумовых колебаний почвы - микросейсм, амплитуда которых обычно не менее 10^-9 – 10^-10м (10^-5 – 10^-7 В на выходе сейсмоприемников типа СB). Колебания максимальной амплитуды воспринимаются приемниками вблизи пункта взрыва и могут доходить до 10^-4 м (0,1 В на выходе сейсмоприемника). Таким образом, динамический диапазон при сейсмических исследованиях может доходить до 120 дб и выше, хотя при некоторых видах работ не превышает 20-40 дб.

Частотный состав колебаний, в зависимости от глубинности исследований и методов сейсморазведки, меняется от первых герц до десятков килогерц. Например: при глубинных сейсмических зондированиях (ГСЗ) используются колебания в диапазоне от первых герц до 10 – 20 Гц, а при акустическом каротаже скважин (АК) и акустическом профилировании на акваториях (АП) – до десятков килогерц.

Направление подхода волн определяется типом волн. Например: поверхностная волна распространяется вдоль поверхности и подходит к приемникам сбоку, отраженная волна подходит практически вертикально снизу.

Требования к аппаратуре.

Приемно-регистрирующая сейсмическая аппаратура должна обеспе­чивать практически неискаженную запись колебаний с синхронизацией начала записи от момента возбуждения. Для этого динамический и частотный диапазоны ап­паратуры должны быть шире диапазона принимаемых колебаний. Однако для избавления от некоторых особо интенсивных помех еще до регистрации сигналов в сейсмических усилителях применяют фильтры низких (ФНЧ) и фильтры высоких (ФВЧ) частот.

Для синхронизации начала записи с моментом возбуждения в состав аппаратуры входит специальный канал синхронизации.

Должны быть предусмотрены также средства для контроля и тестирования отдельных узлов аппаратуры до начала и в процессе регистрации.

Важную роль в аппаратуре играют и такие факторы, как удобство обслуживания, экономичность, портативность и т. п.

Сейсморегистрирующий канал.

В сейсморазведке обычно используется многоканальная приемно-регистрирующая аппаратура, но сигналы, принимаемые по разным кана­лам, регистрируются индивидуально, т.е. отсутствует взаимодействие между каналами. Поэтому при анализе аппара­туры достаточно рассмотреть прохождение сигнала по одному из каналов. Блок-схема сейсморегистрирующего канала представлена на рис.11,a.

Сейсмоприемник (СП) служит для преобразования механических колебаний почвы () в электрические колебания ( - э.д.с. на выходе СП). На рис.11,b представлен общий вид частотной ха­рактеристики электродинамического сейсмоприемника, определяемой по формуле ([5],стр. 234)

где - частотная характеристика СП;

- спектр напряжения на выходе сейсмоприемника;

- спектр скорости смещения корпуса СП.

 

 

Рис.11.

 

Сейсмоприемник с оптимальным затуханием представляет собой фильтр высоких частот, граничная частота которого равна частоте собственных колебаний сейсмоприемника . В полосе пропус­кания его чувствительность практически равна

где - коэффициент электромеханической связи (КЭМС);

и - активные сопротивления катушки приемника и шунта.

Раньше наиболее распространенными отечественными сейсмоприемниками были СB-30, СВ-20, СВ-10, СВ-5, СГ-10 (С – сейсмоприемник; В – вертикальный; Г – горизонтальный; 30 - собст­венная частота в герцах). КЭМС = 0,1-0,2 В/см/с. В настоящее время совместное предприятие «ОЙО-ГЕО Импульс Интернейшнл» выпускает сейсмоприемники GS-20DX в различных вариантах [2], основные технические характеристики которых таковы:

Собственная частота, Гц ……………………………….10

Верхний предел частоты пропускания, Гц …………..250

Сопротивление катушки, Ом ………………………….395

Степень затухания с шунтом …………………………0,70

Чувствительность, В/м/с ………………………………27,6

Диаметр, мм ……………………………………………25,4

Масса, г …………………………………………………87,6

Электрические колебания от сейсмоприемников по проводам (сейсмической косе) поступают на входы усилителей (У).

Сейсмический усилитель включает в себя также частотные фильт­ры (ФНЧ, ФВЧ, режекторный фильтр). Частотные фильтры характеризуются частотой среза и крутизной среза (рис. 11).

Коэффициент усиления сейсмического усилителя составляет порядка 1 – 10⁴, уровень шумов, приведенный к входу - 0,05-0,5 *10^-6 В. На выходе включается усилитель мощности (УМ) для согласования усилителя с аналого-цифровым преобразователем (АЦП).

АЦП характеризуются динамическим диапазоном – числом двоичных разрядов (от 12 до 24, для современных АЦП) – и быстродействием – временем преобразования одного отсчета сигнала (около 1 - 10мкс, для используемых в сейсмической аппаратуре).

Для регистрации цифровых сигналов в современной сейсмической аппаратуре используется компьютер, встроенный в саму станцию, или отдельный ноутбук. Для контроля сигнал в процессе регистрации одновременно визуализируется на экране компьютера.