Метод звуковой геолокации

Метод звуковой геолокации является одним из разделов геоакустики, предназначенный изучать природные явления и закономерности геологических сред при распространении в них упругих механических волн [37].

Механическое колебание – это периодически повторяющийся во времени процесс изменения состояния частиц геологической среды. Процесс распространения упругих волн в среде представлен колебаниями разного характера: гармоническими, периодическими и импульсными. Гармонические (синусоидальные) колебания придают колеблющейся частице среды в каждый момент времени определенное значение смещения, скорости и ускорения. Периодические колебания обеспечивают изменение параметров колебательного процесса со временем по определенному закону. Импульсные колебания – результат одиночного мгновенного воздействия на среду. Время, в течение которого частица отклоняется от положения равновесия с амплитудой А, называется периодом колебаний и обычно обозначается буквой Т (рис. 2.16). Период колебаний отражает временную периодичность процесса. Число колебаний в одну секунду называется частотой (циклической частотой) и равно f = , сек^-1 (герц).

По диапазонам частот упругие колебания классифицируют на пять видов: инфразвуки – до 16 гц, звуки – от 16 до 16000 – 20000 гц, ультразвуки – от 16000 до 10⁹ гц, гиперзвуки – выше 10⁹ гц [59].

Кроме этого, в геоакустике выделяют круговую или угловую частоту

W = 2· ·f , измеряемая 1/секунду или в радианах в секунду.

Упругие волны, излучаемые источником колебаний, распространяются в пространстве и во времени в виде волнового поля. Одним из энергетических показателей волнового поля является волновое (акустическое) сопротивление среды, которое определяется произведением плотности среды на скорость распространения упругой волны – ρ·C. Значение волнового сопротивления среды на колебательные характеристики упругой волны можно пояснить на следующем примере.

Отношение волновых сопротивлений воды ρ₁·C₁ и воздуха ρ₂·C₂ равно:

ρ₁·C₁/ ρ₂·C₂ ~ 3500 (2.1 )

Следовательно, при одинаковых амплитудах смещения и колебательной скорости амплитуда звукового давления в воде будет в 3500 раз больше, чем воздуха.

Геометрическую форму волнового поля определяет фронт волны. Фронтом волны называется поверхность, отделяющая область возмущения от области покоя и все точки которой находятся в одной и той же фазе колебаний. В общем виде уравнение, описывающее положение фронта в любой момент времени в пространстве, имеет вид:

F = (x, y, z, t) = 0 (2.2 )

Различают продольные волны, когда частицы среды колеблются вдоль распространения волны, и поперечные волны, когда среды частицы среды колеблются поперек распространения волны.