WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 17 |

Сигналы от каждого из 2—4 гидрофонов после усиления и фильтрации записываются осциллографом на фотобумаге или на регистраторе, работающем по принципу фототелеграфного аппарата, осуществляющего дискретную запись изображения. В первом случае получается импульсная запись сейсмических колебаний, во втором - график зависимости времени прихода волн от расстояния взрывприбор, называющийся годографом. Наклон годографа определяется скоростью распространения преломленной или отраженной на данной границе раздела слоев волны (рис. 10).

После того, как сигналы от слоев станут слабыми, соизмеримыми с уровнем помех, отстрел профиля прекращается. Взрывающий корабль ложится в дрейф и становится регистрирующим, а регистрирующий корабль движется к нему производя взрывы. Таким образом, производится отстрел по системе встречных годографов (рис.

11). Если же регистрирующий корабль после завершения отстрела профиля перемещается вдоль него и ведет дальнейшую регистрацию в другой точке профиля, отстающей от первой, например, на расстоянии 4—5 миль, то такая система наблюдений позволяет получить нагоняющие годографы.

Встречные или нагоняющие годографы позволяют определять наклоны границ раздела и тем исключать возможные ошибки в вычислении по ним скоростей за счет искривления годографа на наклонной границе раздела.

Признаком наличия наклона границы будет непараллельность нагоняющих годографов и различие времен Т1 и Т2 во взаимных точках встречных годографов. Длина годографов обычно не превышает 80—100 км. Детальность исследования земной коры методом ГСЗ небольшая, т.к. диапазон частот сейсмических колебаний весьма низкий — 5—12 гц. Следовательно, длины волн будут измеряться сотнями метров. Для изучения более тонкой структуры осадочной толщи и верхов консолидированной (базальтовой) коры хорошие результаты дает применение автономных радиосейсмоакустических буев. Такой буй состоит из контейнера, в котором размещается приемная и передающая аппаратура и гидрофон с предварительным усилителем. Усилитель имеет два широкополосных канала с разными уровнями чувствительности, а также низкочастотный канал с диапазоном 3-30 гц и звуковой канал — 40—250 гц. Сигнал с гидрофона, подвешенного на экранированном кабеле на глубину 50 м и либо записывается на портативный осциллограф или магнитофон, непосредственно в буе, либо передается через радиопередатчик на взрывающее судно. На судне сигнал отфильтровывается от радиочастот и переписывается на осциллографе или фототелеграфном регистраторе. Мощность передатчика может достичь 25 ватт, частота 3—45 МГц. Буй обеспечивает дальность приема по радиоканалу до 50 и более километров. Для получения системы нагоняющих годографов несколько буев расставляются вдоль профиля наблюдения с интервалом 1—2 мили. После расстановки буев корабль производит серию взрывов вдоль намеченного профиля и прекращает работу после того, как уровень сигналов станет соизмеримым с уровнем помех. Момент времени взрыва регистрируется по отдельному каналу на корабле, что дает возможность вести отсчет времени прихода различных волн к гидрофону буя от точки взрыва. Глубина моря при этом определяется по эхолоту. Одновременно с этим с помощью буксируемых гидрофонов производится регистрация нормально отраженных от дна и подводных слоев волн в районе взрыва. Это дает возможность изучить тонкую структуру осадочного разреза вдоль профиля ГСЗ. После завершения работы буи поднимаются в борт судна.

Метод сейсмопрофилирования До 1960—1965 гг. основная часть информации о тонкой структуре осадочной толщи дна океана добывалась путем проведения дискретных (точечных) зондирований методом отраженных волн (ТСЗ МОВ).

Первые советские сейсмические исследования в океане проводились по этой методике. Поскольку основные представления о сейсмической структуре осадков и рельефа подстилающего фундамента были получены благодаря данным ТСЗ МОВ, мы считаем необходимым напомнить сущность этой методики исследований. В качестве приемной системы использовалась коса длиной 500 метров, снабженная двумя гидрофонами. Последние для обеспечения приема сигналов в полосе частот 20—25 Гц были погружены на глубину метров с шагом 100 метров. Гидрофоны были снабжены четырьмя чувствительными элементами из керамики, титаната бария, соединенных параллельно и согласующим трансформатором. С помощью системы пенопластовых поплавков косе была придана положительная плавучесть, что обеспечивало гидрофонам постоянное заглубление. Заряд либо подвешивался на конце косы, либо дрейфовал на отдельной боевой магистрали, длиной 150 метров. Магнитная запись колебаний осуществлялась с отдельного гидрофона. Последний не имел согласующего трансформатора (во избежание искажающего влияния его частотной характеристики на спектр отраженных сигналов) и состоял из 10 кристаллов ПКС-4, соединенных параллельно.

Это обеспечивало понижение сопротивления до 2—4 мом., повышало чувствительность и улучшало согласование с высокоомным входом магнитофона. Этот гидрофон опускался непосредственно с борта судна на глубину до 50 метров, что обеспечивало возможность регистрации низкочастотных колебаний от глубоких слоев земной коры. Величина подрываемых зарядов колебалась от 1 до5 кг. Взрывы производились на глубине 1,5 метра, что исключало образование парогазового пузыря и соответственно повторных ударов.

Поскольку коса не была приспособлена к работе на ходу судна, то все наблюдения производились во время дрейфа или полной остановки двигателей.

Приемная система состояла из стандартной сейсмостанции СС2ЧП, осциллографа Н-700, самописца уровня (для визуального контроля интенсивности колебаний) Н-220 и магнитофона. Питание аппаратуры осуществлялось от нескольких аккумуляторных батарей НКН-100 и бортовой сети.

Поскольку сейсмические исследования в описываемых рейсах проводились в комплексе с другими океанологическими наблюдениями, то интервал между точками зондирования выбирался не из геологических соображений, а исходя из общих планов гидрологических работ и гидрометеорологических условий. При работах на полигонах возле выставленного гидрологического буя точки наблюдения располагались с интервалом в 1—5 миль. При работах же на региональных гидрологических профилях сейсмозондирования можно было производить лишь на станциях, расстояния между которыми были от 10 до 30 миль. Такая разреженная система наблюдений придавала подобным исследованиям чисто рекогносцировочный характер (рис. 12).

Метод отраженных волн в течение нескольких лет после окончания Второй мировой войны был основным при исследовании структуры осадочных отложений. Однако со временем этот способ за рубежом на довольно продолжительное время вышел из употребления, вследствие трудности корреляции волн между точками наблюдения. Последнее было обусловлено тем, что не удавалось определить скорости сейсмических волн в исследуемых слоях из-за малой базы наблюдения и расстояния взрыв-прибор по сравнению с глубиной океана. После создания в 1960 году в США безтротиловых источников возбуждения и улучшения регистрирующих устройств методу отражения волн вновь было уделено большое внимание. Значительные усилия в аппаратурных и методических разработках звуковой геолокации в Атлантическом океане приложили США и Франция. В настоящее время в России и за рубежом создано большое количество различных по устройству и назначению геолокаторов. В зависимости от конструкции акустического излучателя они подразделяются на 5 типов: магнитострикционные (вибраторы), электрогидравлические (спаркеры), индукционные (бумеры), пневматические и газовой детонации. Метод подрывания тротиловых зарядов применяется только в тех случаях, когда необходимо исследовать осадочную толщу мощностью свыше 3-4 км. Для этого используются обычно небольшие заряды TNT (0,5—3 фунта), подрываемые на ходу судна в специальных камерах через каждые 2—3 минуты.

Остановимся вкратце на принципах работы упомянутых выше сейсмопрофилографов.

Принцип работы вибраторов основан на использовании эффекта магнитострикции, заключающегося в изменении размеров ферромагнитных материалов при намагничивании. Поле упругих колебаний создается благодаря вибрации стержня, помещенного в воду.

Для получения интенсивных колебаний используется обычно целая система, составленная из нескольких вибраторов, обмотки которых соединяются параллельно. Питание вибраторов осуществляется напряжением в 1000 вольт, ток подмагничивания не превышает 15 ампер на пакет. Мощность излучаемого импульса достигает ватт/см2, длительность — 2 м/c.

Заключенные в обтекатели (для уменьшения влияния кавитации) магнитострикционные вибраторы закрепляются на подводной части борта судна. Вследствие довольно высокой рабочей частоты излучения (до 10 Кгц) и сравнительно малой мощности вибраторы обладают небольшой глубинностью. Как правило, она не превышает 100—150 метров.

Запись отраженных сигналов производится на электрохимической бумаге способом, аналогичным работе самописца эхолота (рис.

13). Поскольку магнитострикционные вибраторы являются обратимыми, то они могут как в режиме излучения, так и в режиме приема.

Специально буксируемые гидрофоны здесь не используются.

Созданный в электронной лаборатории ВМФ США в 1960 году электрогидравлический излучатель (спаркер) возбуждает акустические волны с помощью искрового разрядника электроды которого находятся под водой. Для накопления энергии используется блок электрических конденсаторов емкостью до 2000 мкф, заряжаемый до 10 квольт. Пиковое напряжение такого разрядника может достигать 100000 джоулей при глубине погружения электродов на 4 метра.

В зависимости от направленности работ применяются разрядники самой различной мощности с накапливаемой энергией от 1 до 100 килоджоулей. Они характеризуются значительно меньшей преобладающей частотой излучения, чем вибраторы: максимум спектра обычно заключается в полосе 100—1500 гц. Звуковые волны при этом проникают под дно на глубину до 200—500и более метров.

Существенным недостатком спаркера является возникновение пульсирующего парогазового пузыря, который приводит к появлению вторичных ударов, маскирующие глубинные отражения. Создание направленных источников затруднено вследствие больших длин волн излучения. Отраженные сигналы принимаются группой пьезоприемников из керамики титаната бария, размещенных в неопреновом шланге на расстоянии 3,5 метра один от другого. Разрядные электроды и приемный гидрофон буксируются на плавающем кабеле в 100 метрах от корабля. Регистрация ведется через усилители, имеющие фильтры высокой и низкой частоты на электрохимической бумаге способом переменной интенсивности. Разрез верхних слоев земной коры во временном масштабе. Производительность метода 50 км/сутки.

Описанный в 1962 году индукционный излучатель, или как его называют бумер, работает на принципе использования пондеромоторных сил, отталкивающих толстую рабочую мембрану из алюминия от плоской катушки. Упругие колебания возникают благодаря резкому движению мембраны в жидкости, примыкающей к ней.

Давление в импульсе зависит от целого ряда факторов и, в частности, от индуктивности катушки и толщины мембраны. При работающем напряжении 4 киловольта накопительные емкости обычно не превышают 160 мкф. При длительности импульса в 0,5 мс и токе 1600 ампер акустическое давление достигало 0,5—2 атмосфер. Для исключения повторных ударов излучатель либо крепится к корпусу судна, либо используются две симметричные катушки, которые уравновешивают пондеромоторные силы. В последнем случае повторный удар наблюдался через 6 секунд, при этом система буксировалась за кораблем пи вертикальном расположении мембран по отношению к поверхности воды. Это обусловлено тем, что бумер вследствие большой длины излучаемого сигнала (частота излучения 40—200 гц) является ненаправленным источником. Достоинство бумера по сравнению со спаркером в том, что при одинаковой мощности излучаемого импульса он работает на более низких напряжениях (до 4 киловольт), что позволяет обеспечить лучшую безопасность работ и меньшие трудности с обеспечением питания в корабельных условиях. В качестве приемного устройства используется буксируемый гидрофон, такой же как и при работах со спаркером.

Использование газовых взрывных источников находит значительно меньшее применение при глубоководных исследованиях, вследствие сложности и небезопасности их эксплуатации. Кроме того, наличие сильных повторных ударов существенно затрудняет интерпретацию получаемого материала. Существует несколько типов установок газовой детонации (УГД). Один из них был описан в году в журнале “Oil and Gas”. Смесь кислорода и ацетилена в пропорции 3:1 закачивается в буксируемую за кораблем на глубине 5— 9 метров камеру из неопрена. Смесь воспламеняется от искры, вырабатываемой специальным искровым разрядником и детонирует. Частота подрывания составляет 6 секунд. Длина камеры 3 метра, толщина стенок 20 мм. Обычно используют одновременно 10 таких камер, суммарное действие которых эквивалентно взрыву 200-400 г динамита. Глубинность метода достигает 4,5 км, производительность — 160 км/сутки. Одна камера выдерживает до 36 тысяч взрывов. Иногда применяют камеры из стального корпуса, а в качестве детонирующей смеси используют кислород и жидкий пропан. Максимум спектра находится на полосе 30-70 гц, частота повторения импульсов — 1—2 в секунду.

В последнее время широкое распространение получили пневматические пушки, работающие на сжатом воздухе. В настоящее время в России созданы и широко используются в морских исследованиях отечественные геолокаторы и сейсмопрофилографы, работающие как на принципе использования сжатого воздуха газовой детонации, так и электрогидравлического удара (спаркеры). Дальнейшее усовершенствование этих систем и разработка новых продолжается в НПО Геофизика (Санкт-Петербург), ВНИИ МОРГЕО (Геленджик), СахНИИ (Южно-Сахалинск) и в других организациях. Простота и безопасность их эксплуатации создают благоприятные предпосылки для их использования при исследованиях в океане. Один из вариантов пневматической пушки был предложен в 1964 году Дж. Юингом и Р. Цейнером. Импульсы генерировались за счет передач давления внутри камер, создаваемого мощным компрессором. При этом силой импульса можно было варьировать. Пушка буксируется за кораблем и снабжается воздухом посредством гибкого шланга.

Глава II Волновая теория распространения звука в море §1. Упругие свойства горных пород. Закон Гука.

При действии на минерал внешней растягивающей (сжимающей) силы расстояние между атомами меняется, что нарушает также их равновесное положение. Возникают внутренние силы, стремящиеся вернуть атомы в первоначальное положение равновесия. Эти силы называются напряжением.

Pages:     | 1 |   ...   | 2 | 3 || 5 | 6 |   ...   | 17 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.