V.2.4. Затухание поля при распространении его вдоль слоев-резонаторов
Затухание поля при распространении его вдоль плоскопараллельных структур так, как это показано в разделе IV, происходит только в слоях-нерезонаторах. В слоях же резонаторах картина принципиально иная. В этом нетрудно убедиться с помощью простейших акустических измерений, и в частности, с помощью установки, схема которой показана на рис. III.1а.
На рис. V.3 показаны зависимости амплитуды сигнала от величины измерительной базы l, полученные с помощью этой установки.
Рис. V.3
График а соответствует исследованиям на оргстекле, а б - на пластинах из материалов ряда стекла.
Источник ударного воздействия представляет собой устройство, с помощью которого маленький стальной шарик может падать на исследуемую пластину с одной и той же высоты, и в одну и ту же точку. Размеры исследуемой плоскопараллельной структуры должны быть такими, чтобы, работая примерно в середине ее, иметь расстояние от преобразователя до ближайшего края пластины существенно бóльшим, чем lmax. Это необходимо для того, чтобы отраженный от края пластины сигнал оказался разделенным с сигналом, возникающим в результате ударного воздействия.
Разница в затухании при измерениях поочередно в пластине-резонаторе и в пластине-нерезонаторе очень ощутима. Напомним, что распространяющийся вдоль пластины-нерезонатора сигнал по очертаниям эквивалентен исходному, возникающему при падении шарика. В слое-резонаторе амплитуда сигнала при увеличении l уменьшается незначительно, сам же сигнал имеет очень большую длительность, и по очертаниям не имеет ничего общего с сигналом, наблюдаемом при исследовании слоя-нерезонатора, поскольку распространяется вдоль слоя-резонатора не исходный сигнал, а вызванный им собственный колебательный процесс слоя-резонатора.
Результаты по своему характеру не изменятся, если вместо падающего шарика использовать в качестве излучателя возбуждаемую коротким электрическим импульсом пьезокерамику.
Затухание поля при распространении в слое-резонаторе при r > h столь незначительно, что становится понятной физика одного используемого испокон веков эффекта.
Речь о том, что, приложив ухо к земле, можно услышать топот лошадей значительно раньше, чем их увидеть. Но одно здесь необходимо отметить. Мы при этом слышим не сам топот, а возбуждаемые им собственные упругие колебания, распространяющиеся вдоль породных слоев-резонаторов. С учетом этого становится понятным, почему топот конницы слышен в виде звонкого низкочастотного гула: это соответствует распространению собственного звучания вдоль совокупности слоев резонаторов большой мощности.
Надо сказать, что если не учитывать наличие собственного колебательного процесса в стеклянном слое-резонаторе, то столь существенная разница в затухании и длительности сигналов, получаемых при исследовании стекла и оргстекла необъяснима.
Обратим теперь внимание на положительный экстремум на зависимости (б). На расстоянии от излучателя, примерно равном толщине пластины-резонатора, имеется участок, в пределах которого сигнал с увеличением l не уменьшается, а, наоборот, вопреки ожиданию, увеличивается.
Наличие зон, в которых наблюдается увеличение сейсмосигнала при удалении от источника, сейсморазведчикам известно, но объясняется это исключительно интерференцией, и в научной литературе, если не ошибаюсь, не упоминается. Дело в том, что согласно общепринятым подходам, изменение величины акустического (сейсмического) сигнала трактуется как показатель изменения энергии этого сигнала. Увеличение же энергии поля упругих колебаний с удалением от его источника безусловно невозможно, так как противоречит закону сохранению энергии. С другой стороны, это подтверждает, что, как показано в разделе II.4, судить об энергии по величине электрического напряжения на клеммах сейсмоприемника нельзя.
К сожалению, я не получил разрешение на публикацию результатов, полученных в Геофизическом институте СО АН РФ при проведении эксперимента, который, на мой взгляд, подтверждает факт крайне низкого затухания собственных колебаний в породных слоях-резонаторах.
