1.5.1. Описание измерений

Схема лабораторной установки приведена на рис.1-5а. Исследуемая модель представляет собой лист оргстекла толщиной (h) 20 мм и размером 1,5X1,5 м. Как излучатель И, так и приемники П находятся в середине листа, чтобы уйти от краевых эффектов.

Схема лабораторной установки Адама Гликмана приведена на рис.1-5а. Описание измерений
Рис. 1-5

Ударное воздействие в точке И осуществляется с помощью пьезокерамического преобразователя, возбуждаемого коротким электрическим импульсом. Регистрация моментов первого всту¬пления осуществляется в нескольких точках для того, чтобы выяснить, во-первых, возможное наличие анизотропии, о которой в литературе можно встретить множество противоречивых высказываний, а во-вторых, возможную зависимость определяемой скорости от величины измерительной базы. Значок ↓ означает, что измерение осуществляется в направлении, перпендикулярном плоскостям модели; а значок → - вдоль поверхности модели.

Скорость V определяется как отношение l к t, где l - расстояние от точки И до соответствующего приемника, а t - время, необходимое для прохождения упругой волной расстояния l. Момент прохождения через точку контакта с соответствующим приемником определяется по моменту первого вступления. То есть речь идет об определении скорости распространения фронта упругой волны V_fr.

Погрешность определения скорости V_fr с уменьшением измерительной базы l увеличивается в связи с увеличением относительных погрешностей как l, так и t за счет уменьшения их абсолютных значений. Это отражено утолщением линий графиков на рис.1-5б.

Измерениям, выполненным на листе из оргстекла, соответствует график 1. Как видим, значения скорости распространения звука в этой плоскопараллельной структуре остаются постоянными и не зависящими от геометрии измерительной установки. То есть, на просвет скорость V_fr такая же, как и при распространении звука вдоль листа, независимо от расстояния l. Скорость эта в оргстекле (полиметилметакрилат) равна примерно 3000 м/с.

Такие результаты позволяют нам считать проведенные измерения правомерными.

Однако при переходе от оргстекла к стеклу результаты измерений коренным образом изменяются. Первые же измерения, выполненные на листовом стекле, дали другие, и совершенно неожиданные результаты. Оказалось, что величина скорости V_fr не остается постоянной, а зависит от условий измерения. А именно, от геометрии измерительной установки. Результаты этих измерений отражены на рис.1-5б зависимостью 2.

Наибольшее значение имеет величина V_fr↓, то есть скорость, выявленная путем сквозного прозвучивания стеклянного листа. Величина скорости V_fr↓ оказалась примерно равной 6·10³ м/с. То есть, на первом этапе, мы могли бы даже согласиться, что это есть скорость продольных волн. При профилировании вдоль поверхности стеклянной модели, при наибольших значениях l величина V_fr→ оказывается примерно вдвое меньшей, чем V_fr↓. Ну, здесь тоже можно было бы согласиться, что это скорость поперечных волн. Однако при уменьшении измерительной базы l величина V_fr→ не остается постоянной, и не приближается к значению V_fr↓, как можно было бы ожидать, а уменьшается. В пределе, определяемом допустимой погрешностью (в пределах 20%), величина V_fr→ уменьшается до 10³ м/с.

На этом этапе повествования не будем пока выяснять причин получившихся результатов. Отметим только, что график, подобный зависимости 2 на рис.1-5б получается при исследовании плоскопараллельных структур не только из стекла, но и из металлов и сплавов, керамики, цементных составов, горных пород, а также ледяного слоя замерзшего водоема.

Естественно, что когда приходилось делать доклады о получающихся результатах, возникали сомнения в правомерности подобных измерений. Однако что касается правомерности проведенных измерений, то мы ее уже доказали при исследовании листа из оргстекла.

И еще один момент. Малые значения скорости при небольших значениях измерительной базы при сейсморазведочных работах хорошо известны. Это истолковывается как следствие наличия приповерхностной зоны малых скоростей. Предполагается, что скорость распространения в приповерхностных породах имеет низкое значение в связи с их выветрелостью. Существует даже узаконенная аббревиатура ЗМС, зона малых скоростей. Как видим, в объектах из стекла и металлов приповерхностных зон нет, но малые значения скорости V_fr при малых значениях измерительной базы все равно имеют место.

Естественно, что сразу после получения таких результатов, эта измерительная установка в качестве лабораторной для обучения студентов не могла применяться по причине полного непонимания тех результатов, которые были получены с ее помощью.