Контрольные вопросы

1. Почему сейсморазведочные ИИС должны строиться по радиальной схеме?

2. Какие компоненты образуют СрК?

3. Составные элементы СрК с невоспроизводимой регистрацией.

4. Назначение сейсмоприёмника в СрК?

5. Назначение предварительного и выходного усилителей в СрК?

6. Составные части и назначение фильтров в СрК?

7. Назначение регистратора в СрК с невоспроизводимой регистрацией?

8. Что представляет собой сейсмограмма?

9. Чем обусловлена необходимость включения в СрК с невоспроизводимой регистрацией РДД?

10. Какие типы РДД вам известны?

11. С какой целью используется регистрация сейсмических сигналов на промежуточный носитель информации?

12. В чём отличия СрК с воспроизводимой и невоспроизводимой регистрацией?

13. Чем обусловлена необходимость включения РДД в тракт записи СрК с воспроизводимой регистрацией?

14. Чем обусловлена необходимость включения РДД в тракт воспроизведения СрК с воспроизводимой регистрацией?

15. В чём принципиальные преимущества цифрового СрК?

16. Что определяет динамический диапазон цифрового СрК?

17. Какие дополнительные элементы включает в себя цифровой СрК по сравнению с аналоговым СрК с воспроизводимой регистрацией?

4. Устройство и основы теории сейсмоприёмников

Сейсмоприёмник (СП) или геофон (в иностранной литературе) – устройство, воспринимающее механические колебания среды, в которой он установлен, и преобразующее их в электрические колебания (сигнал). Так как механические колебания среды есть непрерывная функция времени (t), то сигнал также является непрерывной функцией t, аналогом механических колебаний. (термин «аналоговый» в сейсморазведке синоним термина «непрерывный во времени»). Для преобразования механических колебаний в электрический сигнал используются следующие физические явления:

• электромагнитная индукция;

• пьезоэлектрический эффект;

• изменение емкости воздушного конденсатора;

• магнитострикционный эффект (точнее – эффект Виллари, обратный магнитострикции).

В наземных и скважинных наблюдениях используются главным образом электромеханические (индукционные) СП, в морской – пьезоэлектрические.

4.1. Индукционные сейсмоприёмники.

Конструктивная схема СП. Кинематическая схема СП.

Преобразователь представляет собой подвижную (подвешенную на пру­жине с одной степенью свободы) катушку, помещенную в поле постоянного магнита, жестко закрепленного на корпусе. При перемещении катушки изме­няется величина магнитного потока, проходящего через катушку, и на её выводах возникает ЭДС.

4.1.1. Вывод дифференциального уравнения индукционного сп

Корпус СП с помощью штыка жестко закреплен на грунте.

Пусть в результате упругих колебаний корпус СП переместился вверх на расстояние х_к.

Под действием сил инерции инертная масса сместилась вверх на х_М < х_к. Относительное удлинение пружины (перемещение инертной массы относительно корпуса) составляет x = x_M  x_к (25)

Примечания:

1. Возникновение ЭДС(и как следствие – электрического сигнала) связано с движением инертной массы: x_M= x_M(t); x_к= x_к(t).

2. При рассмотрении движения можно исключить силу начального растяже­ния пружины: при малых смещениях х она полностью уравновешивается силой тяжести.

Движение СП рассмотрим в спектральной области:

 смещение корпуса x_к(t) <=> X_к(w);

 смещение катушки x_M(t) <=> X_M(w);

~ относительное смещение х(t) <=> X(w);

Движение инертной массы осуществляется при участии следующих сил:

 Сила упругости пружины f_y(t) <=> F_y(w)

При малой амплитуде колебаний f_y(t) связано с удлинением f_y(t) с законом Гука: f_y(t) =  N х(t) <=> F_y(w) =  NX(w) (26)

где N – коэффициент упругости пружины;

Сила f_y(t) имеет знак, противоположный знаку х(t),т.к. стремится восстановить первоначальное состояние пружины.

 Сила инерции f_n(t) <=> F_n()

В соответствии с первым законом Ньютона f_n(t) прямо пропорционально ускорению инертной массы и направлена в сторону, противоположную ускорению.

f_n(t)=  М =  М (26)

В соответствии с теоремой о спектре производной:

F_n(w) = (j)²МХ()+Х_к() (27)

* Сила затухания f_T(t) <=> F_T(w)

Для гашения собственных колебаний упругой системы СП в неё вводят элемент затухания. Для упрощения рассуждений примем ,что колебания сис­темы {пружина+инертная масса} погружена в вязкую жидкость и на неё действует сила вязкого трения, которая при небольших скоростях перемещения прямо пропорциональна скорости смещения

f_T(t)=  D (28)

где D – коэффициент вязкого трения (или коэффициент демпфирования).

Согласно теореме о спектре производной F_T (ω) =  jω D X(ω) (29)

Кроме механических сил в СП действует электромагнитная сила, возникающая в схеме индукционного преобразователя.

 Скорость смещения инертной массы ( катушки) относительно магнита . Тогда ЭДС в обмотке: e =w = (30)

где w – число витков катушки,

 - магнитный поток, пронизывающий виток,

= – коэффициент электромеханической связи. (31)

 Сила тока, создаваемого ЭДС i= , (32)

где Zкомплексное сопротивление электрической .цепи (будем полагать чисто активным; Z=R).

 При протекании тока i в катушке преобразователя создаётся электромагнитная сила f_э(t), направленная в сторону, противоположную направления смещения катушки (правило Ленца):

f_э(t)=  w·i (33)

~ с учётом (31): f_э(t)= - i

~ заменяя i из(32) и учитывая (30): f_э(t)=  ² (34)

~ в спектральной области: f_э(t) <=> F_э()= ² X( (35)

= В соответствии с правилом Д’Аламбера уравнение движения инертной массы можно записать как :f_y(t) + f_n(t) + f_T(t) = f_э(t) =0 В частотной области оно будет иметь вид:

 NX (jw)²(X+X_k)MjwDX(jw ²X)/R=0 (36) Здесь Х=Х(w) и Х_k= Х_k(w)

~ Разделяя в (36) движение грунта и движение катушки получим:

{N+(jw)²M+(jw)(D+ ²/R)}X=  (jw)²MX_k =  jwMG (37)

где G=G(w)=jwX_k(w) спектр скорости смещения корпуса СП.

Т.О.соотношение (37) устанавливает связь между спектром смещения корпуса Х_k(w) или спектром скорости смещения G(w) и спектром относительного перемещения инертной массыX(w).

 Представим полное сопротивление электрической цепи как

R=R₁+R₂ (38)

где R₁  сопротивление преобразователя; R₂  сопротивление нагрузки.

 Пусть измеряемой реакцией СП на механическое смещение является падение напряжения U(t) на нагрузке R₂

Т.Е. U(t) =  U() = ,где е(t) E()

 Из (30) E(w)=(jw) Х(w).Тогда:

U(w)= [(jw) X]= [(jw) X] (39)

Выражая X() через U(w) и заменяя в (37)

{(jw)²М+(jw)[D+ ²/R]+N} / =(jw)МG(w), или:

{(jw)²М+(jw)[D+ ²/R]+N}U(w)=- МG(w) (40)

Выражение(40) в спектральной форме описывает действие индукцион­ного СП, связывая спектр скорости смещения корпуса (G(w)) со спектром снимаемого с нагрузки напряжения (U((w)).

Слагаемые в левой части уравнения(40) можно рассматривать как: ~ ² /R = D₁  электрическое демпфирование.

Тогда можно представить:

~ = _c  коэффициент затухания СП

~ =2 f_0c=w_0c  частота собственных колебаний СП

~ ( R)/R=а  ”чувствительность “ СП

Разделив на М левую и правую части выражения (40) можно записать:

[(jw)²+2(jw) _c+w²_0c ]U(w)=а(jw)² G(w) (41)