1.5.2. Описание измерений
Схема лабораторной установки приведена на рис.1-5а. Исследуемая модель представляла собой лист оргстекла толщиной (h) 20 мм и размером 1,5Х1,5 м. Как излучатель И, так и приемники П находятся в середине листа, чтобы уйти от краевых эффектов.
Рис. 1-5
Ударное воздействие в точке И осуществляется с помощью пьезокерамического преобразователя, возбуждаемого коротким электрическим импульсом. Регистрация моментов первого вступления осуществляется в нескольких точках для того, чтобы выяснить, во-первых, возможное наличие анизотропии, 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 волны 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 Vфр.
Погрешность определения скорости Vфр 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 линии 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 Vфр такая же, как и при распространении звука вдоль листа, независимо от l. Скорость эта в оргстекле примерно равна 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 Vфр 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 Vфр, то есть скорость, выявленная путем сквозного прозвучивания стеклянного листа. Величина скорости Vфр оказалась примерно равной 6x103 м/с. То есть на первом этапе, мы могли бы даже согласиться, что это есть скорость продольных волн. При профилировании вдоль поверхности этой модели, при наибольших значениях l величина Vфр= оказывается примерно вдвое меньшей, чем Vфр. Ну, здесь тоже можно было бы согласиться, что это скорость поперечных волн. Однако при уменьшении измерительной базы l величина Vфр= не остается постоянной, и не приближается к значению Vфр, как можно было бы ожидать, а уменьшается. В пределе, определяемом допустимой погрешностью (в пределах 20%), величина Vфр= уменьшается до 103 м/с.
На этом этапе, не будем пока выяснять причин получившихся результатов. Отметим только, что график, подобный зависимости 2 на рис.1-5б получается при исследовании плоскопараллельных структур из стекла, металлов и сплавов, керамики, цементных составов, горных пород, а также ледяного слоя замерзшего водоема.
Естественно, что когда мы делали 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. Как видим, это не так. В объектах из стекла и металлов приповерхностных зон нет, но малые значения скорости Vфр 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.
