1.3. Как выявлять спектральные составляющие сейсмосигнала

Спектральное и временное изображения одного и того же сигнала информативно идентичны. Однако на практике в этом можно убедиться только в том случае, когда гармоническая составляющая всего одна. Если гармонических составляющих несколько, то выявить структуру сигнала возможно только при его спектральном изображении. На рис.1-4 приведены три сигнала во временном и спектральном изображениях. Сигнал а) представляет собой одну затухающую синусоиду; в состав сигнала b) входят три затухающих синусоиды; сигнал с) может возникнуть в результате интерференционных процессов.

На рис.1-4 приведены три сигнала во временном и спектральном изображениях.
Рис. 1-4

Оси ординат спектральных изображений размечены в значениях плотности спектра А(f), в соответствии с принятыми обозначениями при спектрально-временных преобразованиях. Добротность сигнала а) равна 120. Если для электрического колебательного контура такая добротность является средней по величине, то при сейсмоизмерениях - это очень высокое значение. Однако такое хоть и редко, но встречается.

Сигнал b) - довольно типичный при сейсмоизмерениях. Он состоит из трех гармонических составляющих, каждая из которых имеет невысокие значения добротности - 15, 12 и 3. Это реальные, часто встречающиеся при сейсмоизмерениях значения добротности. На спектральном изображении нетрудно определить значения частот каждой из составляющих. Однако на временном изображении не то что определить параметры каждой колебательной системы, но даже понять, что сигнал состоит из трех гармонических составляющих невозможно. Кроме того, очертания сигнала будут изменяться при изменении фазовых соотношений между этими составляющими. То есть, любое перемещение измерительной установки при сейсмоизмерениях приведет к изменению очертаний сейсмосигнала.

Вот это явление хорошо знакомо сейсморазведчикам - когда сейсмосигнал по форме изменяется при любом, самом незначительном изменении положения как точки ударного воздействия, так и местонахождения сейсмоприемников.

Сигнал с) получен в результате интерференционного процесса (синтезирован). Как видим, на временном изображении существенного различия между сигналами b) и с) нет. Однако при спектральном их изображении разница между ними велика. Кроме того, что спектр интерференционного сигнала имеет специфический линейчатый характер, значение плотности спектра его (добротности) не превышает единицы. Если Q=1, это значит, что колебательный процесс отсутствует.

Установить наличие гармонических составляющих в сейсмосигнале, а стало быть, наличие колебательных систем в породном массиве - это был очень непростой момент. Особенно если учесть, что весь научный мир категорически отрицает какие-либо механизмы формирования сейсмосигналов, кроме интерференционных. Однако установить наличие гармонических составляющих в сейсмосигнале - это был всего лишь первый шаг, и без дальнейших шагов сделанное заявление не имело бы особого смысла. Колебательная система характеризуется собственной частотой, и следующим шагом должно было быть установление зависимости между собственной частотой, выявленной при измерениях в шахте колебательной системы и какими-то ее конкретными физическими параметрами. Так сложилось, что этот второй шаг удалось сделать сразу же, при получении результатов первых шахтных сейсмоизмерений летом 1977 года.