Сейсморазведочная аппаратура

Основное назначение сейсморазведочной аппаратуры - измерить время прихода упругих волн. Для этого необходимо зафиксировать смещение почвы под воздействием упругих волн, выделить полезные волны на фоне волн-помех и автоматически зарегистрировать их на сейсмограммах, магнитограммах, регистраторе и т.д.

Незначительные смещения почвы, которые происходят за счет прихода упругой волны, улавливаются сейсмоприемником (СП), который преобразует механическое колебание почвы в электрическое напряжение.

Сейсмоприемники классифицируют в зависимости от их назначения и типа электромеханического преобразователя. Различают полевые (наземные), скважинные и морские сейсмоприемники.

В наземной и скважинной сейсморазведке применяют сейсмоприемники с индукционными электромеханическими преобразователями; в морской сейсморазведке - преимущественно сейсмоприемники с пьезоэлектрическими преобразователями.

Уже преобразованные ничтожные электрические сигналы по проводам передаются в электрические усилители и оттуда поступают в сейсмический осциллограф, где и регистрируются на фотобумаге или магнитной пленке.

Совокупность сейсмоприемников, усилителя и регистратора носит название сейсмический пенал.

Рассмотрим подробнее каждое звено.

Сейсмоприемник.

Они бывают электромагнитные, электродинамические и пьезоэлектрические. В настоящее время наиболее широко используются электродинамические сейсмоприемники разного типа, отличающиеся друг от друга весом и частотой свободных колебаний, изменяющихся от 1 до сотен Гц.

Усилитель

Величина ЭДС, вырабатываемая в СП очень мала и поэтому:

1. Сигналы от СП поступают на широкополосные аналоговые предварительные усилители (ПУ), увеличивающие сигнал в 10⁴ - 10⁷ раз.

2. Второе назначение усилителя - автоматическая регулировка усиления (АРУ). Она необходима потому, что сигналы от прямой волны во много раз больше сигналов от волн, отразившихся и преломленных на больших глубинах. АРУ служит для большего усиления малых сигналов и малого усиления больших сигналов, чтобы вцелом запись была на сейсмограмме на сейсмограмме примерно одинаковой по амплитуде.

Регистрирующее устройство

Третье звено сейсмического канала - гальванометр. Он состоит из рамки, изготовленной из нескольких витков медного провода. Рамка подвешивается на упругой нити между полюсами магнита. При прохождении тока через рамку, магнитное поле рамки взаимодействует с магнитным полем магнитной системы, что заставляет рамку поворачиваться вокруг своей оси пропорционально силе проходящего тока. На рамке имеется маленькое зеркальце, на которое падает луч от осветителя. Зеркальце поворачивается вместе с рамкой и отраженный луч попадает на фотобумагу осциллографа, скомпанованного в (сейсмостанции) осциллографе станции. Запись от всех гальванометров производится на одну фотопленку.

В осциллографе имеется лентопротяжный механизм, состоящий из магазинной кассеты с фотобумагой, приемной кассеты и электродвигателя, который вращает барабан приемной кассеты. Скорость движения ленты 30 - 50 см/сек.

На бумагу с помощью особого устройства - генератора наносятся марки времени в виде поперечных полос. На один из гальванометров осциллографа подается сигнал «Момент взрыва», относительно которого ведется отсчет времени.

Применение магнитной записи требует воспроизведения сейсмических сигналов в форме.

Мы только что рассмотрели фотооптический осциллограф, в котором регистрация ведется на фотоноситель (бумагу или пленку).

Кроме оптической применяется магнитная запись. Преимущество такой записи сигналов в том, что ее можно сделать широкополостной и много раз воспроизводить, переписывая на обычную бумагу. Перезапись можно вести с разной фильтрацией, таким образом получать больше информации из каждой сейсмоленты.

Кроме того, существуют еще чернильно-пишущие регистраторы непостредственной записи, наносящие изображение на бумажный носитель.

Использование перопишущих устройств позволяет освободиться от фотообработки и ускорить воспроизведение магнитной записи.

Частотные характеристики перописца и гальванометра аналогичны.

Недостатками этих машин служат ограниченность динамического диапазона, недостаточная линейность системы при больших сигналах; трудности обеспечения идентичности при создании многоканальных перописцев; неудобства, встречающиеся при работе с красящими веществами. Все это послужило причиной замены перописцев на электрографические устройства.

Из различных видов электрографических устройств наибольшее применение получили электростатические визуализаторы, которые обладают высокой скоростью, универсальностью и разрешающей способностью, не требует фотообработки получаемых изображений. Изображение наносится на сухую тонированную полупроводниковую бумагу с помощью электростатического поля, обеспечиваемого ультрафиолетовым осветителем. Примерами таких устройств могут служить отечественные визуализаторы для сейсмостанций «Волжанка» и «Прогресс». Есть у них и недостаток - результаты не подлежат длительному хранению.

Есть еще цифровая запись. В этом способе сигнал делится на малые дискретные промежутки времени. Для каждого из них определяется амплитуда сигнала, которая переводится в цифровую форму в двоичной системе счисления. Получаемый таким образом сигнал записывается на магнитной ленте. Преимущество перед аналоговой записью в том, что в запись не вносятся практически искажения, ее можно обрабатывать на ЭВМ.

В зависимости от решаемых задач в сейсморазведке применяются разные станции с разным количеством сейсмоканалов (т.е. СП, усилителей, гальванометров или магнитных головок).

Рассмотрим блок-схему сейсморазведочной станции нормального ряда «Поиск»

См. схему в лекции

ВП – входящая панель;

КИП – контрольно-измерительная панель;

УЗ – усилитель записи;

МР – магнитный регистратор;

УВ – усилитель воспроизведения;

ОСЦ – осциллограф;

БП – блок питания;

А – аккумулятор;

БУ – блок управления;

УС –узел связи

Входная панель служит для связи сейсмостанции с сейсмоприемниками и взрывным пунктом.

Блок усилителей – включает 12 усилителей, каждый из которых содержит пять каскадов усиления, программный регулятор (ПРУ) и систему автоматического регулирования усиления (АРУ) с раздельным управлением, временами срабатывания и отпускания. В тот же блок входит блок фильтров, который осуществляет частотную селекцию сигналов при работе с блоками усилителей. Блоки содержат раздельно управляемые фильтры нижних (ФНЧ) и верхних (ФВЧ) частот.

Здесь же иногда есть смысл говорить о блоке модуляторов и демодуляторов. Модуляторы осуществляют преобразование предварительно усиленных сигналов в сигналы, модулированные по частоте. Демодуляторы предназначены для обратного преобразования воспроизведенных частотно-модулируемых сигналов в напряжение.

Блок управления – кроме управления самой сейсмостанцией, этот блок осуществляет контрольно-проверочные функции. В состав блока входят панель за контролем усилителя и контрольно-измерительная панель.

Магнитные регистраторы предназначены для записи и воспроизведения сейсмических колебаний.

Усилитель воспроизведения – он предназначен для усиления сигналов, поканально считанные с магнитной ленты. Вход усилителя согласован с обмотками магнитных головок, выход подключен к перописцу.

Осциллограф – это трехярусная магнитная система с гальванометрами в нижнем ярусе, основные узлы оптической системы – в среднем ярусе и в верхнем – лентопротяжный механизм с приводом, магазинной и приемной кассетами. Они служат для контроля за магнитной записью и ее визуализацией при воспроизведении.

Между УВ и ОСЦ может находится смеситель. Он служит для подавления помех, частота которых близка к частоте отраженных волн, т.е. применяется в том случае, когда частота фильтрации не может устранить помехи.