Обзор сейсмической аппаратуры, разработанной в СКБ завода "Казгеофизприбор" и выпускавшейся заводом до 1992г.

1. Низкочастотные сейсмоприемники
2. Аппаратура для региональных сейсмических исследований
3. Вибросейсмические комплексы ВСК-1 и ВСК-2
4. Портативные сейсморазведочные станции

Аппаратура для региональных сейсмических исследований

С начала 60-х годов ХХ века во всём мире резко возрос объём сейсмических исследований, связанных как с проведением глубинного сейсмического зондирования (ГСЗ), так и использованием естественного поля Земли для целей региональной сейсморазведки.

Поскольку при исследованиях регионального и поискового характера задачей сейсмических исследований является выявление основных особенностей геологического строения отдельных районов и площадей, стала очевидна необходимость использования наряду с методами позиционной (непрерывной) коррреляции методов дискретной (точечной) корреляции. Кроме того, региональные сейсмические исследования в районах с сложными поверхностными условиями практически невозможно осуществить без разработки методики и аппаратуры дискретной корреляции. Практика показала, что методика дискретных наблюдений обеспечивает высокую степень геологической и экономической эффективности.

В аппаратурном плане решение этих задач было связано, прежде всего, с внедрением в практику сейсмических исследований магнитной записи как средства консервации информации и с привлечением к обработке зарегистрированной информации цифровых вычислительных машин.

Регистрация информации на магнитную ленту открывала широкие возможности для применения различных методических приёмов её анализа - изучения кинематических и динамических характеристик волн, проведения спектрального и поляризационного анализа, цифровой обработки и т.д.

При условии обеспечения определённых технических характеристик полевая часть такой аппаратуры должна удовлетворять и специальным требованиям по эксплуатационным характеристикам – малогабаритность, вес, потребление энергии. Вместе с тем, увеличение геологической и экономической эффективности исследований может быть достигнуто только при обеспечении долговременной автономной работы такой аппаратуры в полевых условиях в массовом количестве, когда оказывается возможной организация различных систем наблюдений.

В связи с тем, что обработку зарегистрированной информации нецелесообразно (а иногда и невозможно) проводить непосредственно в пунктах регистрации, функции регистрации информации и её обработки должны быть разделены.

Уже из этих коротких замечаний вытекает необходимость создания специализированных систем для регистрации информации и её последующего анализа.

При региональных сейсмических исследованиях спектр сигналов лежит в  инфранизкочастотном диапазоне. Вместе с тем, длительность самих сигналов и всего цикла регистрации достаточно велика. С другой стороны, при обработке всего потока информации время обработки должно быть минимальным и целесообразно применение всего арсенала технических средств анализа, работающих в акустическом диапазоне частот. В связи с этим как в СССР, так и за рубежом аппаратурные разработки проводились в направлении создания аппаратурных комплексов, использующих принцип масштабно-временнóго преобразования (транспонирования) спектров.

Полевой регистрирующей частью таких комплексов являются необслуживаемые автономные станции записи с большим сроком автономной работы. Зарегистрированные на магнитной ленте этих станций сейсмические сигналы преобразуются на станциях воспроизведения в форму, пригодную для обработки выбранными способами, причём при воспроизведении частотный диапазон сигналов за счёт разности скоростей воспроизведения и записи смещается в область звуковых частот, а время воспроизведения сигналов уменьшается обратно пропорционально коэффициенту транспонирования.

Первой попыткой в направлении создания такой аппаратуры в СССР были выполненные во ВНИИГеофизике работы А.Н. Мозженко [ 1 ], под руководством которого был разработан аппаратурный комплекс «Земля». Однако, производимая в условиях опытного производства аппаратура была настолько немногочисленной, что говорить о работах с ней в массовых количествах просто не приходилось.

В связи с этим в 1969 г. на заводе «Казгеофизприбор» (г. Алма-Ата) по инициативе И.Л.Нерсесова (ИФЗ АН СССР) и М.С. Эренбурга (СРГЭ НПО «Нефтегеофизика») началась разработка аппаратурного комплекса, названного «Черепаха» за очень низкую скорость магнитной ленты при регистрации. С 1973 по 1991 г.г. этот комплекс в разных модификациях выпускался серийно. Было выпущено более 1200 станций записи и 120 станций воспроизведения С 1973 по 1979 г.г. выпускался комплекс «Черепаха», состоящий из автономной станции записи АСС-3 и станции воспроизведения ВСС-12, а с 1980 г., после модернизации, начал выпускаться комплекс «Черепаха-2», состоящий из автономной станции записи АСС-3/12 и станции воспроизведения ВСС-3/6 [ 2, 3 ]. В течение всех лет руководителем работ этого направления на заводе был В.И. Райзман.

Аппаратура использовалась различными производственными и научными организациями страны при проведении региональных сейсмических и сейсмологических исследований.

Оба комплекса построены по принципу транспонирования спектров сигнала. Это позволило обеспечить:

• длительную регистрацию сейсмической информации на магнитную ленту в автономном режиме;

• уменьшение времени обработки информации, зарегистрированной на магнитных лентах автономных станций;

• обработку зарегистрированной сверхнизкочастотной информации с помощью стандартной измерительной аппаратуры, работающей в диапазоне звуковых частот.

Каждый из комплексов состоит из двух основных частей:

1. автономной сейсмической станции записи АСС-3 (комплекс «Черепаха») и АСС-3/12 (комплекс «Черепаха-2»), в которых на магнитную ленту записываются сейсмические сигналы и информация о времени их регистрации;

2. станции воспроизведения информации ВСС-12 (комплекс «Черепаха») и ВСС-3/6 (комплекс «Черепаха-2»), в которых записанные на магнитную ленту сигналы считываются, обрабатываются и регистрируются на фотобумаге.

Автономные станции записи АСС-3 и АСС-3/12

Широкие возможности автономных станций записи (АСС) можно реализовать при выполнении целого ряда требований технического и эксплуатационного характера, рассматриваемых ниже.

1. АСС должны работать в режиме непрерывной регистрации, имеющем значительные преимущества перед режимом ждущей (дискретной) регистрации, поскольку позволяет изучать общую характеристику всего сейсмического поля, исследовать слабые сейсмические явления, соизмеримые с уровнем микросейсм, и микросейсмические процессы.

2. Для изучения полного вектора сигнала система записи должна обеспечивать регистрацию 3-х компонент (Z,Y,X) этого сигнала.

3. Преобладающие частоты сейсмических волн при региональных сейсмических исследованиях обычно составляют 1-20 Гц; иногда бывает необходимо расширить диапазон регистрируемых частот вправо. Этим значениям должен соответствовать частотный диапазон АСС.

4. Для регистрации колебаний был выбран способ аналоговой магнитной записи. Этот способ технически весьма прост, электронная аппаратура экономична и компактна.

5. Динамический диапазон сигналов составляет 70-80 дБ. Но регистрация на магнитной ленте аналоговых сигналов с таким динамическим диапазоном в неискажённой форме невозможна без введения автоматической регулировки усиления (АРУ). А с введением АРУ становится невозможным использование динамических признаков зарегистрированных волн. Весьма простым выходом из положения представляется регистрация сейсмических сигналов без применения нелинейных регуляторов на двух или более  амплитудных уровнях, различающихся на 30-40 дБ, а каждый уровень регистрации составляет 40-42 дБ.

6. В течение всего цикла автономной работы необходимо контролировать чувствительность тракта регистрации (сейсмоприёмник - усилитель записи – магнитная головка – магнитная лента).

7. С целью построения единой системы наблюдений с большим количеством АСС точность временнóй привязки для любого процесса за всё время автономной регистрации должна быть не хуже ± 0,1 с.

8. Необходимость длительной автономной работы требует компактности, экономичности и малой массы АСС.

Реализация изложенных подходов позволила обеспечить технические характеристики АСС, приведённые в табл. 1. Внешний вид АСС-3 приведен на рис. 1, АСС-3/6 – на рис. 2.

Таблица 1.

Аппаратура демонстрировалась в 1977 и 1984 годах на ВДНХ СССР, где была удостоена, соответственно, серебряной и золотой медалей.

Рис. 1. Автономная сейсмическая станция записи АСС - 3

Рис.2. Автономная сейсмическая станция записи АСС – 3/12

Сейсмические станции воспроизведения ВСС-12 и ВСС-3/6

При воспроизведении сейсмические частоты трансформируются в акустические, что позволило не только уменьшить время представления сигналов и применять стандартные акустические анализаторы, но и прослушивать полевые записи и выделять сейсмические явления на слух, что оказалось очень эффективным приёмом. Аппаратура воспроизведения должна обеспечивать поиск необходимой сейсмической информации и её анализ выбранными аналоговыми методами. На более позднем этапе (с 1986 г.) информация начала преобразовываться в цифровую форму и записываться на магнитную ленту стандартного цифрового НМЛ СМ5300.01  с целью последующей обработки с применением ЭВМ серии ЕС.

Технические характеристики ВСС приведены в табл.2, внешний вид станции ВСС-12 – на рис. 3, станции ВСС-3/6 – на рис. 4.

Таблица 2.

Рис.3. Сейсмическая станция воспроизведения ВСС – 12

        Рис. 4. Сейсмическая станция воспроизведения ВСС – 3/6

Литература

Мозженко А.Н. Аппаратура магнитной записи для регистрации землетрясений и удалённых взрывов. «Изв. АН ТССР. Сер. Физ.-тех., хим. и геол. наук», 1961, №1, с. 33 – 38.

Вольф А.И., Киреев Н.А., Крылов Г.Г., Недавняя Л.М., Олейник К.А., Райзман В.И., Стародубцев И.А., Сычёв Г.А., Тотменин В.Ф., Тюрин Е.М. Аппаратурный комплекс для региональных сейсмических исследований. В сб. «Геофизическая аппаратура», вып. 63, Ленинград, «Недра», 1978, с. 91 – 98.

Брулёв Ю.В., Крылов Г.Г., Нерсесов И.Л., Райзман В.И., Сычёв Г.А., Тотменин В.Ф. Аппаратура для региональных сейсмических исследований. В кн. «Инструментальные средства сейсмических наблюдений. Сейсмические приборы» вып.13, Москва, «Наука», 1980, с. 138 — 154

© ТОО «Элгео».
Перепечатка материалов сайта разрешается с обязательным размещением ссылки на ТОО «Элгео».