Методы и объекты сейсмических исследований. Введение в общую сейсмологию - Пузырев Н.Н.
Скачать (прямая ссылка):
4.2. СЕЙСМОГРАФЫ (СЕЙСМОПРИЕМНИКИ)
Как в приемной, так и в регистрирующей аппаратуре большое значение имеет понятие частотных характеристик, В гл. 1 были отмечены некоторые особенности частотных характеристик вертикального сейсмографа. При последующем изложении понятие частотной характеристики, под которой будем понимать амплитудную характеристику, распространено на другие звенья сейсмической аппаратуры и сейсмического канала в целом, поэтому здесь уместно указать на некоторые основные понятия, часто используемые при изучении особенностей частотных характеристик и спектров.
По оси абсцисс, естественно, откладывается величина / либо со = Inj, а иногда — произведение частоты на период собственных колебаний. В сейсмологии землетрясений вместо частоты чаще всего используется период колебания T = 1//. При этом применяют как линейный, так и логарифмический масштабы. Интервал от J1 до Ij1 называется октавой. По оси ординат могут откладываться величины различной физической размерности в зависимости от типа электромеханического устройства. Шкала ординат обычно размечается в децибелах. Если на заданном отрезке некоторая величина а изменяется от A1 до O2, то отношение U2Ia1 определяется в единицах децибел согласно зависимости
D - 20 Ig а2/аг
Таким образом, изменение заданной величины на порядох равно 20 дБ и если, например, а изменяется в 10" раз, то ему соответствует диапазон в 120 дБ; 1 дБ означает изменение измеряемой величины на 12 %, 3 дБ — 41 %.
Важнейший параметр любой частотной характеристики — ее ширина, величина которой определяет продолжительность собственного процесса на выходе системы. Обычно оперируют относительной шириной характеристики или спектра, определяемой следующим образом. Пусть максимум характеристики имеет значение атгх. Проведем теперь прямую, параллельную оси абсцисс на некотором уровне O0 так, что On^xIa0 = 1,41, что соответствует 3 дБ. Указанная прямая пересечет характеристику слева и справа при значениях частот /н и / . Они называются граничными частотами. Разность их представляет собой абсолютное значение ширины характеристики. Отношение последней к среднему значению граничных частот называется относительной шириной характеристики.
Следующим важным параметром характеристики является крутизна ее срезов соответственно со стороны низких и высоких частот, т. е. градиент уменьшения чувствительности прибора или
Глава 4.0бщие вопросы методики сейсмического эксперимента
63
системы. Крутизна измеряется числом децибел на октаву, начиная с уровня граничных частот. Обычно крутизны замеряются на участках линейного уменьшения измеряемой величины. Отметим, что при одной и той же относительной ширине характеристики и одинаковых значениях крутизн форма импульса (отклик системы на широкополосный сигнал) будет одинаковой для разных диапазонов частот, отличаясь лишь масштабом по времени.
Сейсмографами называются приборы, воспринимающие волновые движения грунта на поверхности земли либо во внутренних точках среды. В первых типах сейсмографов для записи землетрясений соединялись функции восприятия движения почвы и воспроизведения его в видимой форме. При переходе к электрическим сейсмографам функции восприятия колебаний и их регистрации были разнесены в пространстве. В связи с этим в сейсморазведке преимущественно стал использоваться термин „сейсмоприемник", хотя одновременно сохранился и термин „сейсмограф" как синоним сейсмоприемнику.
На развитие инструментальной сейсмологии большое влияние оказало изобретение академиком Б. Б. Голицыным принципиально нового способа регистрации колебаний почвы с использованием электромагнитных сейсмографов и гальванометров. Начиная с этого времени сейсмическое приборостроение полностью основывалось на принципе преобразования механических колебаний почвы в электрические.
Теория сейсмографа с учетом затухания разработана в начале 20 в., при этом были сформулированы условия, при которых сейсмограф отмечает истинные смещения почвы.
При исследовании Земли сейсмическими методами в принципе не имеет значения — регистрирует сейсмограф истинные смещения либо скорость смещения или ускорение. Исключением из этого правила является оценка балльности землетрясений, когда необходимо замерять прежде всего истинные смещения.
Смещение грунта, вызванное волной, подходящей к поверхности земли либо к внутренней точке пространства, представляет собой некоторый вектор, имеющий две горизонтальные и одну вертикальную составляющие. Отсюда следует, что при исследовании на суше полная характеристика движения в волне может быть получена при помощи трех сейсмографов, имеющих различную ориентацию осей максимальной чувствительности. Вместе с тем, при различных видах сейсмических исследований не всегда измеряют все три компоненты. Например, в сейсморазведке и ГСЗ с использованием только продольных волн, как правило, достаточно регистрировать лишь вертикальную составляющую волн, несущих информацию о глубинных объектах. Связано это с тем, что в верхней части разреза, как указывалось в гл. 2, очень резко увеличивается скорость с глубиной, вследствие чего волна подходит к сейсмографу под очень малым углом к вертикали. Так, если отраженный либо преломленный луч составляет с вертикалью угол 30°, а скорости vp уменьшаются с 2,0 до 0,5 км/с, то к сейсмографу волна подойдет под углом всего лишь в 7°. Поскольку характеристика направленности сейсмографа представляется в виде окружности, то вертикальная составляющая при угле в будет пропорциональна cos в. Следовательно, в указанном примере зарегистрированная амплитуда будет составлять 0,99 от максимальной, которая могла бы быть при вертикальном подходе волны. Укажем, что приведенный расчет строго справедлив для вертикального сейсмографа, установленного внутри среды. На поверхности будет иметь место конверсия (см. гл. 1), проявляющаяся в данном примере простым удвоением амплитуды сигнала.
