4.1.1. Сейсмоприемник для спектральной сейсморазведки [7]

У меня часто спрашивают: какую лабораторию я создал бы в первую очередь, если бы у меня возникла такая возможность? Ну конечно, это была бы лаборатория сейсмоприемников. Нет ничего более интересного и таинственного...

Для того, чтобы при сейсморазведочных работах учесть и использовать выявленные свойства поля упругих колебаний, необходимо иметь пригодный для этого сейсмоприемник.

Главное требование к сейсмоприемнику для спектрально-сейсморазведочных измерений состоит в том, что он должен обеспечивать тождество спектров сейсмосигнала в точке приема и электрического сигнала, снимаемого с сейсмоприемника. В переводе на человеческий язык, он должен иметь абсолютный слух. Или, на языке нашего повествования, он не должен иметь собственной колебательности.

Как следует из выше сказанного, для того, чтобы сейсмоприемник не имел собственной колебательности, в его состав не должны входить материалы группы стекла. Понятно, что никакие электромагнитные, электродинамические и, тем более, магнитострикционные системы такую задачу не выполнят. Далее, чувствительным элементом такого сейсмоприемника не может быть и пьезокерамика. Ситуация, казавшаяся безвыходной, разрешилась удивительно просто. В качестве чувствительного элемента или, иначе говоря, акустоэлектрического преобразователя (АЭП) была применена пьезопленка.

Пьезопленка - это, по механическим свойствам - как бы полиэтилен, который по акустическим свойствам относится к материалам ряда оргстекла. Таким образом, удалось создать сейсмоприемник, целиком состоящий из материалов ряда оргстекла, что и требовалось для того, чтобы сейсмоприемник не имел собственной колебательности.

Что касается преобразовательных свойств пьезопленки, то так сложилось, что общепринятая точка зрения об их свойствах оказалась ошибочной. Считается, что чувствительность пьезопленки настолько мала, что применять ее в акустических измерениях нецелесообразно.

Как оказалось при лабораторных исследованиях, значения акустоэлектрического коэффициента пьезопленки (это как бы чувствительность) не слишком отличается от такого же коэффициента пьезокерамики. Повышенная (относительно пьезопленки) эффективность пьезокерамики оказалась кажущейся, за счет ее резонансных свойств.

Важнейшим моментом в создании сейсмоприемника для спектрально-сейсморазведочных измерений была разработка метода его калибровки. Идея метода калибровки заключается в том, что сейсмоприемник вводят в контакт с объектом, собственные частоты которого известны, и проверяют соответствие спектра сигнала, возникающего при ударном возбуждении объекта, известному спектру объекта. Идеальным объектом для калибровки является сплошной стеклянный шар.

Сплошной стеклянный шар имеет одну-единственную собственную частоту, определяемую его диаметром, в соответствии с соотношением (1). Прикладывая к этому шару различные сейсмоприемники, мы получим различные частоты. Так, шар диаметром 50мм при контакте с пьезопленкой показывает собственную частоту 61кгц. Это соответствует скорости V_ph=3050м/с, что подтверждается путем использования эффекта АРП. А если к этому шару приложить пьезокерамику, то нам покажется, что частота шара равна 54,5кгц. То есть, налицо искажение спектра, которое возникло из-за того, что пьезокерамика имеет собственную колебательность.

Далее, даже если сейсмоприемник на основе пьезопленки и не имеет собственных частот, то когда он прижат к земле (что необходимо во время работы), у него могут появиться собственные частоты. Это зависит от того, чем он прижат и как. Здесь существуют некоторые тонкости, которые можно показать только в процессе работы.

Мы по-прежнему не можем назвать чувствительность этого сейсмоприемника, но это и не нужно, так как вопрос чувствительности аппаратуры решается экспериментально, при проведении измерений в реальных условиях.