1. Основы сейсмической разведки.

       Под сейсмической разведкой (СР) понимается добывание информации путем обнаружения и анализа деформационных и сдвиговых полей в земной поверхно­сти, возникающих под воздействием различных взрывов.

Основное направление СР - разведка ядерных взрывов и определение их па­раметров.

      СР определяет: координаты эпицентра взрыва, мощность и время взрыва, количество взрывов в группе.

Сейсмический метод применим для обнаружения ядерных взрывов как на малых, так и на больших расстояниях, достигающих 16 000... 17 000 км. Особенно эффективен этот метод при обнаружении и идентификации подземных и подводных ядерных взрывов. Для обнаружения и идентификации подземных взрывов, производимых с полным камуфлетом, он пока является единственным.

Сейсмическая разведка является сложной динамической системой. В ней происходят процессы преобразования энергии и информации, важнейшими из которых являются возбуждение сейсмическим источником первичных волн, распространение их в геологической среде с образованием на неоднородностях вторичных волн, прием и запись упругих колебаний в точках наблюдения, обработка и интерпретация сейсмических записей.  

         Последовательность этих процессов можно рассматривать как сейсморазведочный канал, преобразующий воздействие источника упругих колебаний (входной сигнал) в сейсморазведочную информацию (выходной сигнал).

Сейсморазведочный канал состоит из трех последовательно действующих систем (рис. 1) .

Первая система - сейсмогеологический канал - среда, в которой формируется и распространяется волновое поле упругих колебаний. Сейсмическое волновое поле служит входной информацией для второй системы - сейсморегистрирую-

 

      

 

                     Рис. 1. Структура сейсморазведочного канала

щего канала, включающего сейсморазведочную технику и методику, т. е. инст­румент исследования. На выходе сейсморегистрирующего канала получают сейсмические записи (сейсмограммы), которые являются входной информацией для третьей системы - сейсмообрабатывающего канала, где сейсмограммы преобразуются в результирующий материал.

      Сейсмообрабатывающий канал предоставляет набор обрабатывающих про­цедур, позволяющих получить выходную информацию.

Основой сейсмического метода разведки является распространение упругих волн в толще земной поверхности.

    Процесс распространения напряжений (деформаций) в горных породах от источника принято называть распространением сейсмических волн в среде (рис.2). Законы, описывающие этот процесс, определяются известными законами физики о динамическом (подвижном) равновесии элементов среды.     

        Существует два независимых вида сейсмических волн. Первый принято называть продольными сейсмическими волнами. Им присвоен индекс Р, поскольку они являются наиболее быстрыми и приходят от источника к данной точке наблюдения первыми (VP - скорость распространения волны Р). Второй вид сейсмических волн принято называть поперечными или S-волнами, поскольку они на записях регистрируются вторыми (Vs - скорость распространения волны S).

Скорости распространения сейсмических волн в упругой безграничной изо­тропной среде определяются упругими свойствами последней. При теоретиче­ских исследованиях упругие свойства среды удобно характеризовать упругими модулями Ламэ X и ц. и плотностью р. Через эти компоненты скорости упругих волн определяются следующим образом:

                                                    

                         

 

Рис. 2. Характер смещения частиц почвы при прохожде­нии продольных и поперечных  волн.

 

    Сейсмический сигналы представляет собой импульсы (рис.3)

 

               

    

                       Рис. 3 Форма сейсмических импульсов.

 

Принципиально все сейсмические им­пульсы подразделяются на два вида: ми­нимально-фазовые и нуль-фазовые.

Минимально-фазовые импульсы ха­рактеризуются тем, что основная доля энергии сначала сосредоточена в началь­ной фазе, а первый экстремум колебаний близок к началу импульса (импульс Берла­ге, рис. 3, а).

Нуль-фазовые импульсы симметричны относительно основного экстремума, а время его регистрации соответствует вре­мени вступления волны (импульсы Рикке­ра, Пузырева, рис. 3, б, в).

     Информация при СР извлекается с помощью сейсморегистрирующего канала (рис. 4).

 

                                              

 

                       Рис. 4. Сейсморегистрирующий канал

 

         Сейсморегистрирующий канал представляет собой совокупность последовательно соединенных элементов, осуществляющих прием механических колебаний почвы, их преобразование в электрические колебания, усиление и запись на носитель. В качестве носителя записи используют светочувствительную бумагу и пленку, магнитную ленту, электрохимическую бумагу, ЭЛТ и т. п.. Канал состоит из сейсмоприемника СП, усилителя У, фильтров Ф и регистрирующего устройства Р.

     Сейсмоприемник устанавливают на поверхности почвы или внутри среды. Он преобразует механические колебания почвы в электрические сигналы.

    Сейсмоприемник. состоит из механической и электрической частей (рис. 5) В настоящее время наибольшее применение находят приемники, в которых используется инерционный принцип измерения механического движения.

 

                                

 

            Рис. 5 Схема индукционного сейсмоприемника.

Предположим, что движения корпуса в точности повторяют движения почвы. Электромеханический преобразователь присоединен таким образом, что относительные перемещения корпуса и инертной массы создают на его электрических полюсах некоторую электродвижущую силу Е (рис. 5). Для ослабления колебаний инертной массы ее помещают в вязкую жидкость.

     Существуют различные типы сейсмоприемников, например, пьезоэлектрические и аппаратуры сейсмической разведки.

 

                            2. Основы магнитометрической разведки.

               Под магнитометрической разведкой (ММР) понимается добывание информа­ции путем обнаружения и анализа локальных изменений магнитного поля Земли под воздействием объектов с большой магнитной массой.

      ММР решает следующие задачи:

-  обнаружение и определение объектов, находящихся на земле, в земле и в водной среде;

-  определение «магнитных портретов» объектов и проведение их классифи­кации.

      Поскольку основным источником информации для средств ММР являются локальные изменения магнитного поля Земли, целесообразно предварительно рассмотреть некоторые общие положения.

            2.1. Основные характеристики магнитного поля

     Магнитным полем называется форма материи, обладающая свойством, воздействия на движущуюся заряженную частицу с силой, зависящей от произведения ее заряда на скорость.

     В качестве силовых характеристик магнитного поля используются:

    1.  Напряженность Н магнитного поля -векторная физиче­ская величина, характеризующая магнитное поле, созданное движущимися заря­дами и токами и не зависящая от магнитных свойств среды.

Разные среды пропускают через себя магнитное поле по-разному. Эта особенность характеризуетсямагнитной проницаемостью  среды, вещества.

    2. Плотность магнитного потока в намагниченном материале определяется, как вектор магнитной индукции В.

Магнитная индукция связана с напряженностью магнитного поля соотношением

                                 

ц,0 - магнитная проницаемость вакуума - относительная магнитная проницаемость вещества.

Величина, характеризующая связь намагниченности вещества с магнитным полем в нем, называется магнитной восприимчивостью аг.

Магнитная восприимчивость связана с магнитной проницаемостью в СИ со­отношением ц, = 1 + аг.

Магнитная восприимчивость является важной характеристикой, в соответст­вии с которой все вещества делят на диа-, пара- и ферромагнетики. Диамагнетики обладают отрицательной восприимчивостью и поэтому они намагничиваются против поля; парамагнетики и ферромагнетики, обладая положительной воспри­имчивостью, намагничиваются по полю.

Магнитная восприимчивость диамагнетиков и парамагнетиков мала. Она достигает особенно больших значений в ферромагнетиках.

Под влиянием магнитного поля напряженностью Н вещество намагничива­ется, что характеризуется величиной J, которая называется интенсивностью на­магничивания J = азН. Эта намагниченность считается наведенной (индуциро­ванной), поскольку создана полем Н.

Вектор J называют также магнитным моментом единицы объема вещества. Тогда для объекта объемом V произведение J V = М определяет магнитный мо­мент всего объема.

В СИ единицей напряженности магнитного поля является ампер/метр (А/м). Такую же размерность имеет и вектор J. Магнитная восприимчивость а; и маг­нитная проницаемость ц являются безразмерными величинами. Единицей маг­нитной индукции В является тесла (Тл). Для магнитного поля Земли тесла -очень большая величина. Поэтому в ММР в качестве практической единицы используют нанотеслу (нТл), а  напряженность считается основной харак­теристикой магнитного поля.

В магниторазведке измерение поля чаще всего проводят в воздухе, иногда - в воде. Воздух и вода очень слабомагнитные среды,поэтому связь между В и Н упрощается:

                               

где В измеряется в нТл.

       2.2. Земной магнетизм и его элементы

Магнитное поле Земли - это пространство, в котором действуют магнитные силы, связанные с намагниченностью Земли в целом. В первом приближении магнитное поле Земли можно рассматривать как поле шара, намагниченного по оси, расположенной под углом 11,5° к оси ее вращения. Магнитный момент Земли равен 8,3-1025 ед. СГСМ.

Магнитное поле Земли характеризуется напряженностью Т. В ММР вектор Т непосредственно не измеряют. Определяют численное значение (модуль) этого вектора Т= | Т | или приращение численного значения вектора АТ = \ AT |.

Вектор напряженности геомагнитного поля может быть разложен на составляющие (рис. 6).

 

                                     

                         Рис. 6 Элементы земного маг­нетизма

Значение и положение вектора Т в данной точке пространства зависят от трех величин, наиболее распространенные сочетания которых: X,Y,Z,

- X, Z, D или X, Z, J,

-D,I,Z илиД, J, Н.

При изучении распределения напряженности геомагнитного поля на земной поверхности измеряют Н, D и J, так как знания указанных величин достаточно для вычисления всех составляющих по координатным осям и полного вектора Т:

                                       

                                

В магнитной разведке используют обычно величины AZ, AT, T, реже Н, АН, иногда Т.

2.3. Методы измерений магнитного поля и аппаратура ММР

Известные в настоящее время методы измерения магнитного поля основаны на взаимодействии этого поля:

- с постоянными магнитами (оптико-механические магнитометры);

- с магнитными моментами атомных ядер (протонные магнитометры);

- с магнитными моментами атомов (квантовые магнитометры);

-  со спиновыми магнитными моментами при намагничивании магнитных материалов (феррозондовые магнитометры);

- с движущимися электрическими зарядами (магнитометры на эффекте Холла);

- с вращающимися электрическими катушками или рамками с током (индук­ционные магнитометры);

-  с сверхпроводящими системами при сверхнизких температурах (криоген­ные магнитометры).

Перечисленные магнитометры имеют следующую пороговую чувствитель­ность от 10~3 нТл до 30 нТл.

     Современные магнитные обнаружители, состоящие на вооружении армий США, Великобритании, Франции и других государств, обладают чувствитель-ностью порядка 0,01 нТл, что позволяет обнаруживать подводные лодки на рас­стоянии до 900 м. Магнитные обнаружители могут эффективно использоваться в условиях противодействия гидроакустическим средствам разведки.

Основным их недостатком является подверженность помехам от местных магнитных полей (собственного поля носителя, районов магнитных аномалий и т. д.), в связи с чем эффективность действия магнитных обнаружителей значительно уменьшается при использовании в районах магнитных аномалий, мелководных районах и в северных широтах. Наибольшая эффективность обнаружителей достигается при полетах воздушных носителей аппаратуры днем на высотах около 30 м, а ночью - около 90 м.

Все противолодочные самолеты США оснащены магнитными обнаружите­лями типа AM/ASQ-10 с дальностью действия до 300 м, а также AN/ASQ-81 с более высокой чувствительностью (0,16 нТл) и дальностью действия до 1000 м. Этими средствами оснащаются противолодочные самолеты Р-ЗС, S-3A и проти­володочные вертолеты SH-2D (F); SH-3 ВМС США.

Самолет «Атлантик» оснащен французским магнитным обнаружителем DHAX-1 с дальностью действия до 300 м.

Наземная аппаратура ММР имеет чувствительность 0,1 нТл и позволяет раз­личать образцы военной техники на расстоянии до 50 м.

В США используют наземный прибор ММР типа REWD, магнитные датчики которого позволяют обнаруживать и идентифицировать прохождение техники и людей на расстояниях свыше 15 м. Поступающие на датчик сигналы передаются по радиоканалу на расстояние до нескольких километров.

Одно из важных направлений совершенствования средств ММР - создание приборов обнаружения и распознавания образцов военной техники, подземных военно-промышленных объектов и складов. Проведенные эксперименты показали принципиальную возможность обнаружения военной техники с высоты 50-75 м, подземных парков - до 80 м, подземных заводов и электростанций -до 200 м, подземных складов - до 100 м.

Основными направлениями развития и совершенствования аппаратуры ММР на ближайшее время станут:

- создание высокочувствительных магнитометров с компенсацией магнитных полей носителей вариаций магнитного поля Земли;

- разработка градиентометрических систем с малыми базами;

- использование для обработки информации вычислительной техники, для определения типов подводных объектов с низким уровнем собственного маг­нитного поля;

- использование низкочастотных составляющих электромагнитного поля объекта в диапазоне частот 1.. .5000 Гц.

 

Hosted by uCoz