Для записи информации поступающей от сейсмоприемника в компьютер необходимо выполнить

Обновлено: 15.01.2025

Согласно основам методологии развития познания, бесполезных физических эффектов и явлений не бывает. Любой обнаруженный эффект, как минимум, вызывает создание нового исследовательского метода. Исследовательский метод, основанный на новом физическом эффекте, с одной стороны, требует для своей реализации создания принципиально новой аппаратуры, а с другой, является источником принципиально новой информации.
Эти методологические принципы полностью оправдались в ходе настоящей разработки.

7.1. Принципы построения спектрально-сейсморазведочной аппаратуры

Существующая и общепринятая на сегодняшний день аппаратура для акустических измерений - лабораторная и сейсморазведочная - создавалась на основании чисто умозрительных представлениях о свойствах поля упругих колебаний. То есть, без учета реальных свойств поля упругих колебаний. И сейчас, когда эти свойства стали известными, оказалось, что существующая аппаратура непригодна для получения объективной информации.
Основным препятствием для использования существующей аппаратуры в спектрально-акустических измерениях является следующее.
Аппаратура, пригодная для осуществления спектрально-акустических (спектрально-сейсморазведочных) исследований, в первую очередь, не должна иметь спектральных искажений.
Надо сказать, что вообще-то отсутствие спектральных искажений декларируется для всей существующей сейсмоаппаратуры. Но, как оказалось, оно только декларируется.
На рис.7-1 приведена обобщенная схема сейсмоизмерений.

В этой совершенно обычной сейсморазведочной схеме следует учесть, что исследуемый объект (земная толща) представляет собой не совокупность отражающих границ, а совокупность колебательных систем. Из этого сразу следует, что сейсмоприемник, а также вся аппаратура в целом должны обладать такими свойствами, чтобы при измерениях не сформировалась дополнительная колебательная система к уже имеющимся в земной толще. Решить эту задачу удалось лишь после того как был создан специальный сейсмоприемник.

7.1.1. Сейсмоприемник для спектрально-сейсморазведочного профилирования (ССП)

Главное требование к сейсмоприемнику для спектрально-сейсморазведочных измерений состоит в том, что он не должен иметь собственной колебательности.
Как следует из разделов 4 и 5, 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, акустоэлектрическим преобразователем (АЭП) была применена пьезопленка.
Пьезопленка - это, по механическим свойствам - 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 о их свойствах оказалась ошибочной. Считается, что чувствительность пьезопленки настолько мала, что применять ее в акустических измерениях нецелесообразно.
Как оказалось при лабораторных исследованиях, значения акустоэлектрического и электроакустического коэффициентов пьезопленки не слишком отличаются от таких же коэффициентов 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 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 15 .

7.1.2. Аппаратура обработки сигнала

Аппаратура обработки сейсмосигнала представляет собой спектроанализатор, и постоянно совершенствуется в соответствии с развитием элементной базы. Вначале это был последовательный спектроанализатор на основе моста Вина, теперь же, с приходом эры компьютеров, аппаратура представляет собой АЦП, работающий совместно с note-book. Программное обеспечение позволяет получать результат непосредственно во время полевых измерений.
Как показал анализ существующих сейсмостанций, искажение спектра в них происходит не только из-за сейсмоприемников, но и в усилительном тракте. Не будем разбирать причины этого. Главное, что аппаратуру спектрально-сейсморазведочного профилирования следует проверять всю, от сейсмоприемника и до индикатора на предмет спектральных искажений.

7.2. Методика ССП

Назначение метода ССП - дать разрез земной толщи на основании спектра сейсмосигнала. При этом напрямую используются два физических эффекта:
Первый эффект заключается в соответствии значений собственных частот гармонических составляющих сейсмосигнала мощностям геологических структур согласно выражению (3-2) 16 . Учет этого эффекта определяет построение аппаратуры и программы спектрального преобразования сигнала и пересчета собственных частот в соответствующие мощности.

Второй эффект имеет непосредственное отношение к логике интерпретации. Он заключается в том, что, согласно выявленным свойствам слоя-резонатора, собственный его колебательный процесс можно выявить только при непосредственном контакте сейсмоприемника с этим слоем. Отсюда следует, что если исследуемый массив многослойный, то с помощью метода ССП возможно увидеть только те структуры, которых касается сейсмоприемник, как это показано на рис.7-2. Согласно схеме расположения границ, приведенной на этом рисунке, с помощью спектрально-сейсморазведочного профилирования можно выявить мощности слоев:

Всех остальных структур сейсмоприемник, находящийся на дневной поверхности, непосредственно не касается, и поэтом они (h₂, h₃, h₂₃) выявлены быть не могут.
Мы здесь говорим о плоско-параллельных структурах. Но на самом деле, речь может идти о любых объектах. Например, о плоско-параллельных структурах с как угодно малой протяженностью.
Иллюстрирует метод рис.7-3, на котором приведена схема перехода от сейсмосигнала к разрезу исследуемого массива. На рис.7-3а показан произвольно взятый, из реально полученных при измерениях, сейсмосигнал на оси времени. С помощью преобразования Фурье любой процесс, изменяющийся во времени, может быть изображен на оси частот или, иначе говоря, в спектральном виде. На рис.7-3b приведено спектральное изображение того же самого сейсмосигнала. Спектральное изображение эквивалентно временнoму, но при этом дает большее разрешение по частоте, которое не зависит от количества гармонических составляющих в сигнале.

На спектральном изображении видны гармонические составляющие сейсмосигнала с частотами: 23 Гц; 31 Гц; 42 Гц; 83 Гц и 147 Гц. Пересчет с помощью приведенной на рис.7-3 основной формулы спектральной сейсморазведки позволяет провести еще одну ось абсцисс - ось глубин (h), и тогда спектрограмма приобретает смысл разреза. В связи с обратно пропорциональной зависимостью между частотой и соответствующим ей размером равномерной может быть только одна из осей абсцисс. Поскольку основная для нас информация - это h, то равномерной делаем ось глубин. Неравномерность оси частот приводит к тому, что с увеличением глубины разрешающая способность метода уменьшается.
По оси ординат отложена величина плотности спектра A(f). Значения экстремальных значений плотности спектра имеют смысл добротности Q, и для всех гармонических составляющих лежат в пределах от 5 до 20.
Разрез естественно строить при вертикальном положении оси глубин. Поэтому спектральное изображение сейсмосигнала поворачиваем на 90 градусов так, как это показано на рис.7-3с. Кроме того, из соображений удобства визуализации кривую спектрального изображения целесообразно дополнять симметричной ей кривой и получившуюся фигуру зачернять.
Различие по величине добротностей гармонических составляющих сейсмосигнала соответствует различию характера сцепления пород по каждой из границ. Так, на глубинах 108 и 81м границы наиболее четкие, то есть с наименьшим сцеплением между породами. Далее, с приближением к поверхности четкость границ спадает, а на глубинах, меньших 50м идет слоистый участок. А возможно, что не слоистый, а участок повышенной нарушенности.
Более определенно можно классифицировать выявляемые границы и даже давать им геологическое истолкование при многократных сейсмоизмерениях, смещая место измерения от точки к точке. То есть путем спектрально-сейсморазведочного профилирования (ССП).
На рис.7-4 приведен ССП-разрез, полученный при профилировании в условиях небольшой мощности осадочного чехла (в Выборгском районе Ленинградской области). Этот разрез представляет собой совокупность спектров сейсмосигнала, полученных при измерениях с шагом 1м. Разрез имеет две оси абсцисс, связанные между собой главным расчетным соотношением при V_сдв=2500м/с.

На ССП-разрезе видно несколько границ. Наиболее четкая - субгоризонтальная граница на глубине 40-45м. Эта граница выделена красной штриховой линией. Она соответствует местонахождению кровли кристаллического фундамента (гранита). Наряду с отдельными локальными нарушениями (вблизи 5-го, 20-го и 45-го метров профиля) очень хорошо прорисовано разрывное тектоническое нарушение со сдвигом на участке 30-40м профиля.
Существенно слабее, но, тем не менее, достаточно различимо прорисованы границы как в осадочном чехле, так и в граните.

7.3. Характер границ при ССП

Главный вопрос при применении любого метода исследования, использующего физическое поле - это физический смысл выявляемых с помощью этого метода границ.
Когда мы используем, скажем, оптическое поле (иначе говоря, зрение), мы видим объекты только благодаря тому, что свет отражается от их границ. Невидимый объект - это объект, границы которого не взаимодействуют с данным конкретным полем. Так, например, кристаллы алмазов увидеть в воде невозможно, так как оптическая плотность в этих средах одинакова. А стало быть, оптической границы между ними нет.
Акустическими границами всегда считались поверхности, на которых происходит скачок удельного акустического сопротивления R, которое равно произведению плотности среды р на скорость звука в ней С. То есть, если соседствуют среды с одинаковыми значениями R, то всегда считалось, что акустической границы между ними как бы и нет.
При спектрально-акустических измерениях, как оказалось, акустические границы имеют совершенно другой смысл. Акустической границей при спектрально-акустических измерениях являются поверхности, по которым соседние среды могут скользить относительно друг друга. И таким образом, с помощью метода ССП можно выявлять сомкнутые трещины, а также совокупности микротрещин, то есть зоны микронарушенности. Границы такого рода никакими другими существующими на сегодняшний день неразрушающими методами выявить нельзя.

7.4. Геологический смысл границ при ССП

Геологический разрез, в общем виде, представляет собой описание земной толщи с указанием залегающих в ней пород. Геологи на основании изучения керна выявляют и разделяют породы земной толщи по вещественному составу, по их механическим параметрам, по цвету. До сих пор считалось, что изучение керна - это самый надежный метод описания горных пород. Однако, как оказалось, при выбуривании керна безвозвратно теряется очень важная часть информации.
При использовании метода ССП в угольных шахтах неоднократно возникала ситуация, когда границы, выявленные с помощью этого метода, не подтверждались при изучении керна. То есть, границы, выявленные ССП, оказывались неизвестными геологам. Кто занимается геофизикой, знает, насколько драматична подобная история. Особенно существенным оказалось это расхождение при исследовании первых метров от обнажения породной толщи кровли угленосного массива, так как именно эта часть породной толщи главным образом влияет на устойчивость кровли.
Поскольку сам характер ССП-разреза не допускает неоднозначности интерпретации, пришлось прибегнуть к крайней мере - изучать породы кровли в обрушенном пространстве. При этом оказалось, что на самом деле, в обрушенных породах присутствует множество границ, информация о которых в геологическом описании керна отсутствовала. Границы эти представлены углистыми, мергелистыми, слюдяными прослоями, а также поверхностями, образованными плоскостями скольжения.
Общее у этих, выпавших из описания керна границ то, что ни бурением, ни какими-либо геофизическими методами они не могут быть обнаружены. Все они являются поверхностями ослабленного механического контакта (ОМК). При бурении скважины, керн в тех местах, где он пересекается поверхностью ОМК, обязательно ломается, материал прослоя немедленно истирается за счет вращения обломка и вымывается промывочной жидкостью, и причина излома керна остается неизвестной.
Анализ границ, выявленных при визуальном исследовании пород кровли в обрушенном пространстве, который был сделан совместно с описанием керна вблизи от исследования с помощью ССП, показал, что в общем случае, метод ССП выявил те границы, которые являются поверхностями ОМК.
Поверхности ОМК - это поверхности, по которым не происходит "склеивания" соседних пород, не происходит взаимной диффузии соседствующих материалов. Это сомкнутые трещины, а также плоскости или плоские структуры, по которым имеет место повышенная микронарушенность.
Такого рода границы никогда раньше не подлежали выявлению и исследованию неразрушающим методом. И, таким образом, метод ССП является первым (и пока единственным) геофизическим методом, пригодным для выявления поверхностей ОМК - поверхностей фактического и (или) потенциального расслоения пород - независимо от их природы.
Вернемся к рис.7-3. Граница, помеченная красной штриховой линией - это граница между осадочными породами и гранитом. Эти два типа пород при незначительном давлении (при малой мощности осадочного чехла) действительно не диффундируют друг в друга, почему и выявляется граница между ними с помощью ССП. С увеличением мощности осадочного чехла и, соответственно, давления на поверхность гранита, диффузия увеличивается, и четкость этой границы на ССП-разрезе уменьшается.
Из чисто геологических границ методом ССП выявляются также границы между карбонатными и терригенными породами. Дело в том, что именно по этим границам всегда отсутствует взаимная диффузия. Это, пожалуй, единственные чисто геологические границы в осадочных породах, которые могут быть надежно идентифицированы методом ССП.
Особые границы, выявляемые с помощью ССП - это следы подвижек. Как оказалось, в результате подвижек, на ССП-разрезах проявляются границы между породами, различающимися по прочности. Так, в зонах подвижек и, соответственно, изгибов породных слоев, сильно проявляются границы между прочными песчаниками и, скажем, аргиллитами, которые в результате подвижек превращаются в сыпучий материал. По этой причине, добротность сигналов, полученных от наклонных границ, оказывается больше, чем от горизонтальных.

7.S. Выводы по разделу 7

Аппаратура и методика ССП позволяет получать информацию, которой раньше никогда не было. И таким образом, на сегодняшний день не существует метода, с помощью которого можно было бы напрямую проверить достоверность этой, получаемой с помощью ССП, информации. Должен сказать, что это очень ответственное дело - создать и использовать непроверяемый метод.
Но с другой стороны, ведь это же неизбежно в физике. Когда был создан рентгеновский метод исследования, он тоже проверялся только на операционном столе. То есть, я представляю себе, какая ответственность была на первых рентгенологах.
Думаю, что в такой ситуации самое главное - выполнение известных метрологических принципов. Любое сомнение должно разрешаться повтором измерений. И что, я полагаю, самое важное - это осуществление постоянного контроля за характеристиками аппаратуры. Чтобы сейсмоприемник не искажал спектр. Чтобы АЦП не вносил искажений в спектр. Ну, и чтобы в обсуждении результатов участвовало по возможности, большое количество людей, заинтересованных в получении непредвзятой, объективной информации.
Первоначально, при написании этого раздела я привел подробные характеристики применяемых в аппаратуре ССП схем и программ. Однако уже за время написания данной работы описанная аппаратура морально устарела. При той скорости развития элементной базы, которое происходит в Мире, приведение принципиальных схем в публикациях бессмысленно. Главное, что если понять основные принципы построения аппаратуры, то ее можно реализовать множеством различных способов. Здесь как с телевизорами или радиоприемниками, в которых за время их существования многократно изменялась элементная база при неизменности их блок-схемы, ну и, естественно, принципа действия и, в конечном итоге, результатов.

1. Устройство электродинамических сейсмоприемников. В настоящее время наиболее широко распространены электродинамические сейсмоприемники СПМ-15, СПМ-16, СПЭД-5, СПЭД-6, СПЭД-56, СПЭН-1, НС-3, вертикальные (CMB) и горизонтальные (СМГ) приемники типа «Светлячок», а при морских работах — пьезоприемники.
Сейсмоприемники типов СПМ и СПЭД применяют для работы методом отраженных волн, СПЭН-1 и НС-3 — методом преломленных волн. Приемники НС-3, кроме того, используют в методе ГСЗ, а СПМ-15 в методе преломленных волн. Сейсмоприемники типа «Светлячок» применяют в методах преломленных и отраженных волн.
Сейсмоприемник СПМ-15 (рис. 23, а) имеет корпус 1 с крышкой 2, внутри которого при помощи металлической цилиндрической втулки 7 жестко закреплен цилиндрический магнит 5 с полюсными наконечниками 6. Вдоль внутренней части цилиндрического магнита проходит ось 4, стягивающая катушки 3. Катушки, играющие роль инертной массы, соединены с магнитом и, следовательно, с корпусом плоскими фасонными пружинами. Крышка 2 пластмассовая, содержит в себе шунтирующее сопротивление Rш (см. рис. 23, б). Катушки 3 помещены в узком зазоре между полюсными наконечниками и корпусом 1 в наиболее насыщенном магнитном поле. В катушках наводится э. д. с. за счет изменения магггитного потока при движении корпуса прибора.
Успокоение собственных колебаний сейсмоприемника происходит благодаря вихревым токам, возникающим в металлическом каркасе катушек, и дополнительному шунтирующему сопротивлению Rш; частота свободных колебаний прибора составляет 10—11 гц и регулируется сменой фасонных пружин.
Аналогичное устройство имеет сейсмоприемник СПМ-16. Частота его свободных колебаний 28—32 гц.
Сейсмоприемники типов СПЭД и СПЭН-1 отличаются от приборов СПМ лишь габаритами и некоторыми параметрами. Так, сейсмоприемник СПЭД-56 (см. рис. 23, в) состоит из магнитного блока и подвижной системы, заключенных в корпус 1, крышки 2 с ручкой 3 и штыка 4. Штык — полый металлический конус, дает возможность осуществить надежный контакт земли с прибором. При необходимости штык может быть легко отделен от прибора и заменен специальным основанием. Сейсмоприемники СПЭД-6 и СПЭД-56 имеют малый вес (0,27 кг), благодаря чему удобны при массовом группировании. Сейсмоприемник СПЭД-5 отличается от них большим (0,6 кг) весом и размерами, способом герметизации и устройством выводных проводов. Собственная частота сейсмоприемников типов СПЭД составляет 20—30 гц. Прибор СПЭН-1 в конструктивном отношении сходен с приемниками СПЭД и отличается от них большим (1,6 кг) весом и низкой (10 гц) частотой собственных колебаний.
Сейсмоприемники типа «Светлячок» сходны по конструкции с приборами СПЭД-56, но имеют меньшие размеры и вес, отличаются большей стабильностью в работе, устойчивостью к тряске, хорошей идентичностью между собой, выпускаются в вертикальном и горизонтальном исполнении.
Сейсмоприемники CMB предназначены для приема вертикальных колебаний почвы. В зависимости от собственной частоты (15, 20 или 30 гц) они делятся на группы: СМВ-15, СМВ-20 и СМВ-30. Корпус сейсмоприемников герметизирован, снизу к нему привинчивается штык для установки в почву, сверху надевается колпак, который закрепляется гайкой. Полость под колпаком заполнена уплотнительной замазкой. Выводные провода имеют разные длину и цвет для того, чтобы облегчить определение полярности. Концы выводов снабжены пружинными замками для подсоединения к сейсмографической косе. Конструкцией сейсмоприемников не предусмотрена возможность регулировки. Корпус приборов после установки в него деталей пропаивается. Поэтому сейсмоприемник не подлежит ремонту в полевых условиях. Высота корпуса сейсмоприемников типов CMB (со штыком) равна 90 мм, наибольший диаметр 29 мм, общий вес 0,1 кг.

Сейсмоприемники СМГ-10 имеют собственную частоту 10 гц, предназначены для регистрации горизонтальных составляющих сейсмических волн. В отличие от приборов СМВ, штык для установки сейсмоприемника СМГ в почву прикрепляется к боковой части корпуса прибора, что позволяет придать корпусу горизонтальное рабочее положение. Общий вес сейсмоприемника со штыком 0,12 кг.
Основное отличие сейсмоприемника СН-3 от рассмотренных выше приборов заключается в устройстве подвеса индукционной катушки, состоящего из двух пар плоских пружин и одной спиральной пружины, расположенной под некоторым углом к оси перемещения инертной массы. Собственная частота подвижной системы составляет 4 гц и может регулироваться в пределах ±0,5 гц путем изменения угла спиральной пружины и ее натяжения. Сейсмоприемник НС-3 может применяться для регистрации горизонтальных колебаний почвы.
2. Устройство скважинного электромагнитного сейсмоприемника СИС-49. Инертной массой сейсмоприемника служит Z-образный магнит 1, подвешенный к корпусу прибора на двух плоских пружинах 2 (см. рис. 23, г). Два Г-образных сердечника 3, жестко связанные с корпусом, замыкают магнитный поток. Каждый сердечник снабжен обмоткой. Обе обмотки соединены последовательно. Частота собственных колебаний (20—40 гц) регулируется путем изменения рабочей длины плоских пружин. Зазоры между магнитом 1 и сердечниками 3 регулируются при помощи специальной пружины 4, а также перемещением сердечников относительно корпуса. Корпус прибора имеет вытянутую цилиндрическую форму, его длина 660 мм, диаметр 62 мм. В верхней части корпуса имеются контакты, позволяющие присоединить прибор к каротажному кабелю. Для создания затухания внутренняя часть корпуса заполняется керосином. Корпус сейсмоприемпика СИС-49 рассчитан на давление до 350 кГ/см2.
3. Устройство пьезосейсмоприемников ЦТС-19. Наиболее широкое применение при морских сейсморазведочных работах получил керамический пьезосейсмоприемник ЦТС-19 (см. рис. 23, д). Он представляет собой керамическую трубку 1 из титаната бария толщиной 1 мм, длиной 40 мм, диаметром около 20 мм. Внутренняя и наружная поверхности трубки металлизированы и к ним припаяны отводы 2 и 3. Торцевые поверхности трубки закрыты карболитовыми ребристыми наконечниками 4. Если к поверхностям керамической трубки приложить внешнее давление, то между ними возникнет э. д. с., прямо пропорциональная давлению. Электрическая емкость керамического пьезосейсмоприемника около 14 000 пкф, чувствительность 9 мкв/бар.
Сейсморазведочные работы на море проводятся с применением пьезосейсмографных плавающих кос. Пьезокоса представляет собой маслонаполненный пластмассовый гибкий шланг сечением 40—50 мм, в котором на расстоянии нескольких метров один от другого размещаются пьезосейсмоприемники. Вес и объем устройства подобраны таким образом, что коса приобретает нейтральную пловучесть в воде и легко буксируется за кораблем. В нерабочем состоянии коса наматывается на специальную катушку, установленную на корабле.

Система контроля сейсмических воздействий (СКСВ) предназначена для проведения контроля за движением участков поверхности земли при воздействии на них землетрясений, взрывов, и других естественных или техногенных факторов. СКСВ применяется для получения текущей информации о сейсмической обстановке, а так же для мониторинга состояния технологических объектов (в частности трубопроводных систем, по которым осуществляется транспортировка продуктов добычи и переработки нефтегазовой промышленности).
СКСВ имеет возможность интеграции в сторонние системы через протоколы ОРС, ModBus, а также через БД.

Система соответствует требованиям ГОСТ 53166-2008 «Воздействие природных внешних условий на технические изделия. Общая характеристика. Землетрясения».

Назначение системы

Детектирование и классификация сейсмических событий

Принцип работы

Варианты исполнения системы

Системы контроля как правило строятся по древовидной структуре. Основной принцип работы СКСВ состоит в следующем.

В каждой точке наблюдения устанавливается сейсмоприёмник (велосиметр или акселерометр). От сейсмоприёмника на входные каналы сейсморегистратора поступают сигналы ускорения по трем пространственным координатам X, Y, Z и сигнал контроля питания. Сейсмоприёмники могут быть как внешнего исполнения (вариант исполнения 1), так и интегрированными в корпус сейсморегистратора (варианты исполнения 2,3 и 4).

В сейсморегистраторе производится синхронизация внутренних тактовых генераторов по системе единого времени с использованием GPS или PTP, а так же оцифровка аналоговых сигналов и передача оцифрованных значений на средний уровень обработки сигналов по линиям Ethernet, USB, WiFi. Этот уровень может быть реализован в виде промышленного компьютера установленного на объекте контроля (варианты исполнения 1 и 2). Так же сейсморегистраторы могут подключаться напрямую к серверу (варианты исполнения 3 и 4).

С промышленного компьютера или от сейсморегистратора данные в виде событий и состояний и/или непрерывного потока данных (16 кбит/с с каждого сейсмоприемника) поступают на сервер по различным каналам связи. Автономные варианты сейсморегистраторов могут быть оснащены солнечными панелями и могут передавать данные по GSM/GPRS или WiMAX.

В зависимости от схем подключения могут быть реализованы различные топологии построения СКСВ:

Организация синхронизации передачи данных с сейсморегистраторов

При обустройстве точек наблюдений, как правило на одном объекте устанавливают по крайней мере два сейсмоприемника с высокочувствительным велосиметром и широкополосным акселерометром. На некоторых особого опасных объектах рекомендуется устанавливать до 6 акселерометров.

Для увеличения надежности системы сбора данных необходимо устанавливать промышленный компьютер на объекте для предварительного сбора и обработки данных. Обработанные данные имеют объем существенно меньший по сравнению с исходными данными и поэтому эту информацию можно передавать по низкоскоростным линиям связи, например, МЭК 60870-5-104, MODBUS RTU, телефонным модемам, GSM/GPRS или оповещения через GSM/SMS.

Существует несколько схем реализации синхронизации сейсморегистраторов:

индивидуальная — это, когда каждый сейсморегистратор синхронизуется от своего модуля и антенны GPS;

групповая — это когда промышленный компьютер или одна из сейсмостанций синхронизуется по GPS, а остальные сейсмостанции синхронизируются по PTP через интернет.

Для обеспечения синхронизации по PTP должна быть реализована локальная сеть по медному или оптическому каналу.

Динамический диапазон - это отношение амплитуд самого сильного и самого слабого сигналов, которые нужно принять и зарегистрировать при данных исследованиях. Снизу динамический диапазон ограничивается уровнем шумовых колебаний почвы - микросейсм, амплитуда которых обычно не менее 10 -9 – 10 -10 м (10 -5 – 10 -7 В на выходе сейсмоприемников типа СB). Колебания максимальной амплитуды воспринимаются приемниками вблизи пункта взрыва и могут доходить до 10 -4 м (0,1 В на выходе сейсмоприемника). Таким образом, динамический диапазон при сейсмических исследованиях может доходить до 120 дб и выше, хотя при некоторых видах работ не превышает 20-40 дб.

Частотный состав колебаний, в зависимости от глубинности исследований и методов сейсморазведки, меняется от первых герц до десятков килогерц. Например: при глубинных сейсмических зондированиях (ГСЗ) используются колебания в диапазоне от первых герц до 10 – 20 Гц, а при акустическом каротаже скважин (АК) и акустическом профилировании на акваториях (АП) – до десятков килогерц.

Направление подхода волн определяется типом волн. Например: поверхностная волна распространяется вдоль поверхности и подходит к приемникам сбоку, отраженная волна подходит практически вертикально снизу.

Требования к аппаратуре.

Приемно-регистрирующая сейсмическая аппаратура должна обеспечивать практически неискаженную запись колебаний с синхронизацией начала записи от момента возбуждения. Для этого динамический и частотный диапазоны аппаратуры должны быть шире диапазона принимаемых колебаний. Однако для избавления от некоторых особо интенсивных помех еще до регистрации сигналов в сейсмических усилителях применяют фильтры низких (ФНЧ) и фильтры высоких (ФВЧ) частот.

Для синхронизации начала записи с моментом возбуждения в состав аппаратуры входит специальный канал синхронизации.

Должны быть предусмотрены также средства для контроля и тестирования отдельных узлов аппаратуры до начала и в процессе регистрации.

Важную роль в аппаратуре играют и такие факторы, как удобство обслуживания, экономичность, портативность и т. п.

Сейсморегистрирующий канал.

В сейсморазведке обычно используется многоканальная приемно-регистрирующая аппаратура, но сигналы, принимаемые по разным каналам, регистрируются индивидуально, т.е. отсутствует взаимодействие между каналами. Поэтому при анализе аппаратуры достаточно рассмотреть прохождение сигнала по одному из каналов. Блок-схема сейсморегистрирующего канала представлена на рис.11,a.

Сейсмоприемник (СП) служит для преобразования механических колебаний почвы ( ) в электрические колебания ( - э.д.с. на выходе СП). На рис.11,b представлен общий вид частотной характеристики электродинамического сейсмоприемника, определяемой по формуле ([5] ,стр. 234)

где - частотная характеристика СП;

- спектр напряжения на выходе сейсмоприемника;

- спектр скорости смещения корпуса СП.

Сейсмоприемник с оптимальным затуханием представляет собой фильтр высоких частот, граничная частота которого равна частоте собственных колебаний сейсмоприемника . В полосе пропускания его чувствительность практически равна

где - коэффициент электромеханической связи (КЭМС);

и - активные сопротивления катушки приемника и шунта.

Раньше наиболее распространенными отечественными сейсмоприемниками были СB-30, СВ-20, СВ-10, СВ-5, СГ-10 (С – сейсмоприемник; В – вертикальный; Г – горизонтальный; 30 - собственная частота в герцах). КЭМС = 0,1-0,2 В/см/с. В настоящее время совместное предприятие «ОЙО-ГЕО Импульс Интернейшнл» выпускает сейсмоприемники GS-20DX в различных вариантах [2], основные технические характеристики которых таковы:

Собственная частота, Гц ……………………………….10

Верхний предел частоты пропускания, Гц …………..250

Сопротивление катушки, Ом ………………………….395

Степень затухания с шунтом …………………………0,70

Чувствительность, В/м/с ………………………………27,6

Электрические колебания от сейсмоприемников по проводам (сейсмической косе) поступают на входы усилителей (У).

Сейсмический усилитель включает в себя также частотные фильтры (ФНЧ, ФВЧ, режекторный фильтр). Частотные фильтры характеризуются частотой среза и крутизной среза (рис. 11).

Коэффициент усиления сейсмического усилителя составляет порядка 1 – 10 4 , уровень шумов, приведенный к входу - 0,05-0,5 *10 -6 В. На выходе включается усилитель мощности (УМ) для согласования усилителя с аналого-цифровым преобразователем (АЦП).

АЦП характеризуются динамическим диапазоном – числом двоичных разрядов (от 12 до 24, для современных АЦП) – и быстродействием – временем преобразования одного отсчета сигнала (около 1 - 10мкс, для используемых в сейсмической аппаратуре).

Для регистрации цифровых сигналов в современной сейсмической аппаратуре используется компьютер, встроенный в саму станцию, или отдельный ноутбук. Для контроля сигнал в процессе регистрации одновременно визуализируется на экране компьютера.